DE10110273A1 - Spannungsgenerator mit Standby-Betriebsart - Google Patents
Spannungsgenerator mit Standby-BetriebsartInfo
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Abstract
Ein Spannungsgenerator zur Erzeugung einer internen Versorgungsspannung (VINT) weist einen Standby-Spannungsgenerator (10) und einen Spannungsgenerator für den Normalbetrieb (20) auf, die gemeinsam von einer Referenzspannung (VREF) gesteuert werden. Zusätzlich ist eine Vergleichsstufe (30) vorgesehen, deren Schaltschwelle (VREF') durch einen an die Referenzspannung (VREF) angeschlossenen Spannungsteiler (35) niedriger als die Referenzspannung eingestellt wird. Die weitere Vergleichsstufe schaltet daher bei einem Absinken der intern erzeugten Spannung (VINT) unter deren Schaltschwelle (VREF') den Spannungssgenerator für den Normalbetrieb (20) ein, so daß die interne Versorgungsspannung (VINT) stabilisiert wird.
Description
Die Erfindung betrifft einen Spannungsgenerator, der in einer
Normalbetriebsart und in einer Standby-Betriebsart betreibbar
ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Be
treiben eines solchen Spannungsgenerators.
Spannungsgeneratoren werden in integrierten Schaltungen ver
wendet, um auf dem Halbleiterchip aus der extern zugeführten
Versorgungsspannung eine interne Versorgungsspannung zu er
zeugen. Die interne Versorgungsspannung ist den Erfordernis
sen der schaltungsinternen Funktionseinheiten angepaßt. So
können Spannungen erzeugt werden, deren Höhe von der Höhe der
extern zugeführten Spannung abweicht. Die interne Spannung
kann höher oder niedriger als die extern zugeführte Spannung
sein. Der Spannungsregler für die intern erzeugte Spannung
sorgt außerdem dafür, daß unabhängig von Schwankungen der ex
tern zugeführten Versorgungsspannung und möglichst auch unab
hängig von der intern zu treibenden Last eine ausreichend
konstante Spannung erzeugt wird. Die Spannungsgeneratoren
verbrauchen Verlustleistung. Spannungsgeneratoren sind daher
für einen Normalbetrieb ausgelegt, bei dem hohe Treiberfähig
keit einhergehend mit hohem Verlustleistungsverbrauch er
reicht wird, und zusätzlich für einen Standby-Betrieb, bei
dem der Spannungsgenerator niedrige Treiberfähigkeit einher
gehend mit niedrigem Leistungsverbrauch liefert.
Im Standby-Betrieb sind nur ausgewählte Funktionseinheiten
der integrierten Schaltung eingeschaltet. Die sich in Stand
by-Betriebsart befindende Schaltung kann aktiviert werden, um
aus dem Standby-Betrieb in den Normalbetrieb umzuschalten.
Dementsprechend schaltet auch der Spannungsgenerator von sei
ner verlustleistungsarmen Standby-Betriebsart in den eine hö
here Verlustleitung verbrauchenden Normalbetrieb um.
Ein herkömmlicher Spannungsgenerator mit Standby- und Normal
betriebsart ist in Fig. 1 dargestellt. Der Spannungsgenera
tor der Fig. 1 umfaßt einen Spannungsgenerator für den
Standby-Betrieb 10 und einen Spannungsgenerator für den Nor
malbetrieb 20. Der Generator 10 ist stets eingeschaltet, so
wohl im Standby-Betrieb als auch im Normalbetrieb. Der Gene
rator 10 weist eine niedrige Verlustleistung auf. Der Genera
tor 20 wird zusätzlich im Normalbetrieb hinzugeschaltet und
weist eine hohe Treiberfähigkeit für die zu erzeugende Aus
gangsspannung und dementsprechend einen hohen Verlustlei
stungsverbrauch auf. Die Ausgangsanschlüsse der Generatoren
10, 20 sind miteinander gekoppelt. Die externe Versorgungs
spannung VEXT wird den Generatoren 10 und 20 zugeführt, die
daraus die geregelte interne Spannung VINT am Ausgangsan
schluß 42 bereitstellen.
Beide Spannungsgeneratoren 10, 20 weisen einen prinzipiell
gleichen Schaltungsaufbau auf. Ein Differenzverstärker 11
bzw. 21 wird von der externen Versorgungsspannung VEXT ver
sorgt und vergleicht eine Referenzspannung VREF mit der aus
gangsseitig erzeugten Spannung VINT. In Abhängigkeit davon
wird ein Stromquellentransistor 12 bzw. 22 gate-seitig ange
steuert. Der Drain-Source-Strompfad des Stromquellentransi
stors 12 bzw. 22 ist zwischen einen Anschluß für die externe
Versorgungsspannung VEXT und den Ausgangsanschluß 42 für die
interne Versorgungsspannung VINT geschaltet. Es ist zu bemer
ken, daß die einander entsprechenden Eingänge der Differenz
verstärker 11 bzw. 21 vom gleichen Referenzsignal VREF ange
steuert werden.
Im Vergleich zum stets aktiven Standby-Spannungsgenerator 10
weist der nur im Normalbetrieb aktive Spannungsgenerator 20
Schaltmittel 23 auf, durch die der Differenzverstärker 21
ein- und ausschaltbar ist. Die Schaltmittel 23 schalten den
Spannungsgenerator 20 dann ein, wenn Normalbetrieb mit hoher
Treiberleistung gefordert ist. Dieser Zustand wird dem Span
nungsgenerator durch das Signal ACTIVE mitgeteilt. Außerdem
wird der Spannungsgenerator 20 nur dann aktiviert, wenn si
chergestellt ist, daß ausreichend hohe Versorgungsspannung
anliegt, sogenannter Power-On-Zustand. Dies wird dem Span
nungsgenerator 20 durch das Signal PWRON mitgeteilt, welches
durch eine logische UND-Verknüpfung mit dem Signal ACTIVE
verknüpft wird. Die Verknüpfung mit dem Signal PWRON vermei
det, daß der Generator 20 zu früh aktiviert wird. Sie kann
prinzipiell auch entfallen.
Die unterschiedliche Stromtreiberfähigkeit der Spannungsgene
ratoren 10, 20 wird dadurch erreicht, daß der Transistor 22
einen beispielsweise n-fach breiteren Kanal aufweist. Eben
falls sind die den Differenzverstärker 21 bildenden Transi
storen mit n-fach größer dimensionierten Transistoren ausge
stattet als der Differenzverstärker 11.
Problematisch ist, daß die vom in der Fig. 1 gezeigten Span
nungsgenerator versorgte Schaltung Zustände einnehmen kann,
in der ein hoher Strom aus dem Spannungsgenerator gezogen
wird, ohne daß aber das Signal ACTIVE den Normalbetrieb an
zeigt. Insbesondere bei komplexen zu treibenden Funktionsein
heiten könnte sich diese Fehlersituation einstellen. Wenn in
einem solchen Fall nur der Standby-Spannungsgenerator 10 mit
niedriger Treiberleistung eingeschaltet ist, nicht aber der
Spannungsgenerator 20 für hohe Treiberleistung, dann kann die
interne Spannung zusammenbrechen, da der Standby-
Spannungsgenerator 10 nicht ausreichend Strom zur Verfügung
stellen kann. Die integrierte Schaltung kann in diesem Zu
stand blockieren, so daß ein Abschalten der externen Versor
gungsspannung und erneutes Hochfahren erforderlich ist, um
die Fehlersituation zu beheben. Das Gesamtsystem ist dann in
seiner Funktionsfähigkeit und Funktionssicherheit beeinträch
tigt, so daß eine solche Fehlersituation möglichst zu vermei
den ist.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Spannungsge
nerator anzugeben, der sowohl Standby- als auch Normalbe
triebsart aufweist und funktionssicher arbeitet.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch einen
Spannungsgenerator zur Erzeugung einer an einem Ausgangsan
schluß anliegenden Ausgangsspannung, umfassend: einen ersten
Spannungsregler mit einer Vergleichsstufe und einer von der
Vergleichsstufe ansteuerbaren Ausgangsstufe, bei dem die Aus
gangsstufe ausgangsseitig mit dem Ausgangsanschluß verbunden
ist und die Vergleichsstufe eingangsseitig einen Anschluß für
ein Referenzpotential aufweist und einen Anschluß, der mit
der Ausgangsstufe verbunden ist; einen zweiten Spannungsreg
ler mit einer Vergleichsstufe und einer von der Vergleichs
stufe ansteuerbaren Ausgangsstufe und einem Schalter, bei der
die Ausgangsstufe ausgangsseitig mit dem Ausgangsanschluß
verbunden ist und die Vergleichsstufe eingangsseitig mit dem
Anschluß für das Referenzpotential und mit der Ausgangsstufe
verbunden ist, wobei der zweite Spannungsregler durch den
Schalter ein- und ausschaltbar ist; und eine weitere Ver
gleichsstufe, die eingangsseitig mit einem Anschluß für ein
weiteres vom ersten Referenzpotential verschiedenes Referenz
potential und mit dem Ausgangsanschluß verbunden ist und die
ausgangsseitig einen Anschluß aufweist, über den der Schalter
des zweiten Spannungsreglers steuerbar ist.
Der Spannungsgenerator gemäß der Erfindung weist neben den
bereits aus Fig. 1 bekannten Spannungsgeneratoren 10 und 20
eine zusätzliche Vergleichsstufe auf, die von einer Referenz
spannung VREF' gesteuert wird, die aus der bisherigen Refe
renzspannung VREF vorzugsweise durch Spannungsteilung erzeugt
wird. Im allgemeinem kann die weitere Referenzspannung VREF'
auch durch einen anderen geeigneten Spannungsgenerator be
reitgestellt werden. Die der zusätzlichen Vergleichsstufe zu
geführte Referenzspannung liegt daher niedriger als die den
Spannungsgeneratoren 10, 20 zugeführte Referenzspannung. Die
zusätzliche Vergleichsstufe ist so dimensioniert, daß sie
vergleichbar mit dem Spannungsgenerator 10 ebenfalls nur eine
niedrige Verlustleistung aufweist. Die zusätzliche Ver
gleichsstufe erzeugt ein Steuersignal, um den Spannungsgene
rator für den Normalbetrieb ein- und auszuschalten.
Die Erfindung gibt außerdem ein Verfahren zum Betrieb eines
solchen Spannungsgenerators an, bei dem der zweite Spannungs
regler die Ausgangspannung erzeugt und eingangsseitig von der
ersten Referenzspannung gesteuert wird und der zweite Span
nungsregler über den Schalter eingeschaltet wird, wenn die
vom Spannungsgenerator erzeugte Ausgangsspannung die weitere
Referenzspannung, die niedriger als die erste Referenzspan
nung ist, unterschreitet.
Das den Normalbetriebszustand angebende Signal ACTIVE wird
mit dem Ausgangssignal der zusätzlichen Vergleichsstufe ver
knüpft. Die zusätzliche Vergleichsstufe kann daher den Span
nungsgenerator für den Normalbetrieb einschalten, auch wenn
das den Normalbetrieb anzeigende Steuersignal ACTIVE nicht
aktiviert ist. Im Vergleich zu dem in Fig. 1 dargestellten
bekannten Spannungsgenerator werden daher auch Betriebszu
stände erkannt, in denen aufgrund nicht vorhersehbarer Ereig
nisse die interne Versorgungsspannung VINT einbricht. Die
weitere Vergleichsstufe erkennt diesen Fehlerfall und be
wirkt, daß der Spannungsgenerator für den Normalbetrieb mit
seiner hohen Treiberleistung eingeschaltet wird. Dadurch wird
die interne Versorgungsspannung VINT mit hoher Treiberlei
stung aus diesem Spannungsgenerator gestützt und der Fehler
zustand wird überbrückt. Selbstverständlich wird der Span
nungsgenerator für den Normalbetrieb dann eingeschaltet, wenn
das Steuersignal ACTIVE den Normalbetrieb anzeigt.
Da die weitere Vergleichsstufe so dimensioniert ist, daß sie
nur einen geringen Stromverbrauch aufweist, wird der Ge
samtstromverbrauch im Standby-Betrieb nur unwesentlich er
höht. Obwohl der Spannungsgenerator gemäß der Erfindung im
Standby-Betrieb einen geringfügig höheren Stromverbrauch aufweist
als der bekannte Spannungsgenerator und zusätzliche
Schaltelemente verbraucht, wird der durch diesen Mehraufwand
erreichte Gewinn an Betriebssicherheit mehr als ausgeglichen.
Die der weiteren Vergleichsstufe zugeführte Referenzspannung
wird aus der ursprünglichen Referenzspannung VREF mittels ei
nes ohmschen Spannungsteilers erzeugt. Dieser wird zwischen
Bezugspotential und den Anschluß für das Referenzpotential
VREF geschaltet. Ein Zwischenabgriff des Spannungsteilers ist
mit einem Referenzeingang der zusätzlichen Vergleichsstufe
verbunden.
Am Ausgang der zusätzlichen Vergleichsstufe wird ein logi
scher Zustand "0" oder "1" in Abhängigkeit vom Schaltzustand
der zusätzlichen Vergleichsstufe erzeugt und tiefpaßgefil
tert. Das tiefpaßgefilterte Schaltsignal wird anschließend
zur Steuerung des Betriebszustands des Spannungsgenerator für
den Normalbetrieb verwendet. Durch das Tiefpaßfilter wird er
reicht, daß der Spannungsgenerator für den Normalbetrieb auch
noch eine gewisse Verzögerungszeit weiter in Betrieb bleibt,
auch wenn die interne Versorgungsspannung VINT wieder ausrei
chend hoch liegt. Der Spannungsgenerator für den Normalbe
trieb wird durch einen Zustand "1" des Schaltsignals einge
schaltet. Zweckmäßigerweise wird deshalb der Übergang des
Schaltsignals von "1" auf "0" verzögert.
Der ohmsche Spannungsteiler sorgt dafür, daß ein Schwellspan
nungswert bereitgestellt wird, mit dem die interne Versor
gungsspannung VINT verglichen wird. Wenn die interne Versor
gungsspannung unterhalb dieses Schaltpunkts absinkt, wird der
Spannungsgenerator für den Normalbetrieb eingeschaltet. Liegt
die interne Versorgungsspannung wieder oberhalb des Normalbe
triebs, sorgt das Tiefpaßfilter dafür, daß der Spannungsgene
rator für den Normalbetrieb noch eine gewisse Zeitdauer akti
viert bleibt, bis er abgeschaltet wird.
Das den Übergang des Schaltsignals von "1" auf "0" verzögern
de Tiefpaßfilter kann als RC-Filter ausgeführt werden. Die
Verögerungszeit des Filters ist durch geeignete Dimensionie
rung der RC-Zeitkonstante einstellbar. Beispielsweise steuert
der Ausgang der Vergleichsstufe einen Transistor an, der ei
nerseits mit der externen Versorgungsspannung VEXT verbunden
ist und andererseits über einen Widerstand mit Bezugspotenti
al. Parallel zum Widerstand liegt der Kondensator. In Abhän
gigkeit vom Schaltzustand des Schalttransistors liegt am Kon
densator ein logischer Pegel für "1" oder "0" an. Der Pegel
wechsel von "1" auf "0" wird entsprechend der RC-
Zeitkonstante verzögert und an logische Verknüpfungselemente
weitergeleitet. Dort werden zusätzlich die bereits aus dem in
Fig. 1 dargestellten Spannungsgenerator bekannten Schaltsi
gnale ACTIVE und PWRON logisch verknüpft. Insgesamt wird
durch die Erfindung eine Überwachungsfunktion bewirkt, die
bei einem Absinken der internen Versorgungsspannung VINT den
Spannungsgenerator für den Normalbetrieb aktiviert. Eine sol
che Funktion wird als sogenannte Watch-Dog-Funktion bezeich
net. Die Ansprechschwelle der Watch-Dog-Funktion wird durch
den Spannungsteiler eingestellt.
Sämtliche Vergleichsstufen sind zueinander entsprechend auf
gebaut. Sie umfassen einen Stromschalter, der einerseits von
der Ausgangsspannung VINT und andererseits von der jeweiligen
Referenzspannung angesteuert wird. Der Stromschalter weist
zwei miteinander gekoppelte Strompfade auf, die über eine je
weilige Stromquelle mit Bezugspotential verbunden sind. Die
Stromquelle des Stromschalters des Standby-
Spannungsgenerators ist andauernd in Betrieb. Die Stromquelle
des Stromschalters des Spannungsgenerators für den Normalbe
trieb ist nur dann in Betrieb, wenn der Power-On-Zustand er
reicht ist und wenn entweder das Signal ACTIVE aktiviert ist
oder bei nicht aktiviertem Signal ACTIVE die zusätzliche Ver
gleichsstufe einen Spannungseinbruch für die interne Versor
gungsspannung VINT detektiert hat. Die Stromquelle des Strom
schalters der zusätzlichen Vergleichsstufe ist vorzugsweise
nur im Power-On-Zustand aktiviert, ansonsten abgeschaltet.
Zweckmäßigerweise sind die Transistoren der zusätzlichen Ver
gleichsstufe und des Standby-Spannungsgenerators gleich di
mensioniert, während die Transistoren des Spannungsgenerators
für den Normalbetrieb n-fach größer dimensioniert sind. Ins
besondere weist der die Stromquelle des Stromschalters für
den Spannungsgenerator für den Normalbetrieb bildende Transi
stor eine n-fach größere Breite auf, als der vergleichbare
Transistor des Standby-Spannungsgenerators.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung detail
lierter erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Spannungsgenerator nach dem Stand der Tech
nik, der bereits eingangs erläutert wurde.
Fig. 2 das Prinzipschaltbild eines Spannungsgenerators ge
mäß der Erfindung.
Fig. 3 ein Detailschaltbild des Spannungsgenerators gemäß
Fig. 2.
In verschiedenen Figuren einander entsprechende Elemente sind
jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der in Fig. 2
dargestellte Spannungsgenerator gemäß der Erfindung weist zu
sätzlich zum bekannten Spannungsgenerator aus Fig. 1 eine
Vergleichsstufe 30 auf. Diese enthält einen Differenzverstär
ker 31, an dessen Referenzeingang ein Spannungsteiler 35 an
geschlossen ist. Der Spannungsteiler 35 umfaßt zwei in Reihe
geschaltete Widerstände 351, 352, die zwischen dem Anschluß
41 für das Referenzpotential VREF und Bezugspotential VSS,
hier Masse, geschaltet sind. Der zwischen den Widerständen
351, 352 liegende Knoten 353 ist mit dem Referenzeingang des
Differenzverstärkers 31 verbunden und stellt eine gegenüber
VREF verminderte Referenzspannung VREF' bereit. Der Schalt
punkt des Differenzverstärkers 31 liegt daher unterhalb der
Referenzspannung VREF auf dem durch den Spannungsteiler 35
vorgegebenen Spannungspegel. Der andere Eingang des Diffe
renzverstärkers 31 ist - wie auch die vergleichbaren Eingänge
der anderen Differenzverstärker 11, 21 - mit dem Ausgangsan
schluß 42, der die intern erzeugte Versorgungsspannung VINT
führt, verbunden. Der Differenzverstärker 31 wird von der ex
ternen Versorgungsspannung VEXT spannungsmäßig versorgt. Er
weist Schaltmittel 33 auf, durch die er in Abhängigkeit vom
Signal PWRON abschaltbar ist. Das Signal PWRON gibt an, daß
die von außen angelegte Versorgungsspannung VEXT einen aus
reichend hohen Wert aufweist, so daß die Funktionssicherheit
der versorgten Schaltungen gewährleistet ist. Prinzipiell
können die Schaltmittel 33 auch weggelassen werden; dann ist
die Vergleichsstufe 30 entsprechend dem Standby-
Spannungsgenerator 10 ständig in Betrieb.
Der Ausgang der Vergleichsstufe 30 steuert einen Schalter 34,
durch den einer der Pegelwerte "1" oder "0" auswählbar ist.
Der Pegelwert "1" wird beispielsweise durch die externe Ver
sorgungsspannung VEXT gebildet. Das vom Schalter 34 bereitge
stellte Signal wird in einem ODER-Gatter 26 logisch mit dem
Signal ACTIVE verknüpft, welches zwischen Standby-Betrieb und
Normalbetrieb umschaltet. Der Ausgang des ODER-Gatters 26
wird in einem UND-Gatter 25 mit dem Signal PWRON verknüpft.
Der Ausgang des UND-Gatters 25 steuert die Schaltmittel 23 im
Spannungsgenerator für den Normalbetrieb 20. Somit wird der
Spannungsgenerator für den Normalbetrieb 20 nur dann einge
schaltet, wenn das Signal PWRON signalisiert, daß der Power-
On-Zustand erreicht ist, also ausreichend hohe externe Ver
sorgungsspannung VEXT anliegt. In diesem Fall wird der Span
nungsgenerator nur dann aktiviert, wenn einerseits der Nor
malbetriebszustand anliegt, d. h. das Signal ACTIVE aktiviert
ist; oder wenn andererseits von der Vergleichsstufe 30, spe
ziell vom Differenzverstärker 31, festgestellt wird, daß die
interne Versorgungsspannung VINT unterhalb der durch den
Spannungsteiler 35 eingestellten Referenzspannung VREF' des
Differenzverstärkers 31 liegt. Die Referenzspannung VREF'
stellt sich ein gemäß VREF.(R2/(R1 + R2)), wobei R1 und R2
die Widerstandswerte der ohmschen Widerstände 352 bzw. 351
sind.
Zweckmäßigerweise ist zwischen dem Schalter 34 und dem ODER-
Gatter 26 ein Tiefpaßfilter 36 geschaltet, um eine vorbe
stimmte Zeitverzögerung zu bewirken, so daß ein vom Schalter
34 erzeugtes Schaltsignal erst nach der durch das Tiefpaßfil
ter bewirkten Zeitverzögerung weitergegeben wird. Dadurch
wird erreicht, daß dann, wenn die interne Versorgungsspannung
VINT wieder oberhalb der die Vergleichsstufe 30 steuernden
Referenzspannung VREF' liegt, der Spannungsgenerator für den
Normalbetrieb 20 nicht sofort abgeschaltet wird, sondern erst
nach Ablauf der durch die RC-Konstante des Tiefpaßfilters 36
vorgegebenen Zeitverzögerung. Die Verzögerung wirkt insbeson
dere nur für eine der beiden Pegelflanken, nämlich den Über
gang von "1" nach "0".
Im Detail wird die in Fig. 2 dargestellte Schaltung nach
Fig. 3 wie folgt realisiert. Der Differenzverstärker 21 im
Spannungsgenerator 20 für den Normalbetrieb weist einen
Stromschalter auf, der zwei source-gekoppelte n-Kanal-MOS-
Transistoren 211, 212 aufweist. Der Transistor 211 wird gate
seitig von der Referenzspannung VREF gesteuert. Der Fußpunkt
des Stromschalters ist über eine Stromquelle, die von einem
Stromquellentransistor 213 gebildet wird, mit Masse VSS ver
bunden. Die Stromquelle 213 ist über einen Schalter 214 ab
schaltbar, welcher vom UND-Gatter 25 angesteuert wird. Last
seitig weist der Stromschalter p-Kanal-MOS-Transistoren 215,
216 auf, die als Stromspiegel geschaltet sind. Ein Ausgang
des Differenzverstärkers 21 wird am Kopplungsknoten der Tran
sistoren 211, 215 gebildet und ist mit dem Gate-Anschluß des
Stromquellentransistors 22 verbunden. Ein Pull-Up-Widerstand
23 wird gate-seitig vom UND-Gatter 25 angesteuert und ist
zwischen den Ausgang des Differenzverstärkers 21 und den An
schluß für die externe Versorgungsspannung VEXT geschaltet.
Der Ausgangsanschluß 42, an welchem die intern erzeugte Versorgungsspannung
VINT anliegt, ist auf den Gate-Anschluß des
Transistors 212 rückgekoppelt.
Die anderen Differenzverstärker 11, 30 sind verglichen mit
dem Differenzverstärker 21 prinzipiell gleich aufgebaut. Im
Unterschied zum Differenzverstärker 21 weist der Differenz
verstärker 11 eine Stromquelle 111 auf, die nicht abschaltbar
ist. Daher ist der Ausgang des Differenzverstärkers 11 nicht
mit einem Pull-Up-Widerstand versehen. Der Differenzverstär
ker 30 weist eine nur vom Steuersignal PWRON schaltbare
Stromquelle auf. Ein Pull-Up-Widerstand ist nicht erforder
lich.
Die Transistoren der Differenzverstärker 11, 30 können bezüg
lich ihres Breite-zu-Längen-Verhältnisses gleich dimensio
niert werden. Auch der Stromquellentransistor 311 des Diffe
renzverstärkers 30 und der Stromquellentransistor 111 des
Differenzverstärkers 11 können dann gleiche Dimensionierungen
verwenden. Die Verstärker 11 und 31 können jedoch auch unter
schiedlich dimensioniert werden. Sie weisen allerdings zweck
mäßigerweise jeweils eine im Vergleich zum Differenzverstär
ker 21 kleine Verlustleistung auf.
Die Transistoren des Stromschalters des Differenzverstärkers
21 weisen verglichen mit den Transistoren der anderen Diffe
renzverstärker eine n-fach größere Breite auf, um einen höhe
ren Strom treiben zu können. Entsprechend haben auch die
Transistoren 213, 214 eine n-fach größere Breite. Wie bereits
ausgeführt, weist der Stromquellentransistor 22 ebenfalls ei
ne n-fach größere Breite als der Stromquellentransistor 12
des Standby-Spannungsgenerators 10 auf.
Der Schalter 34 wird von einem Schalttransistor 341 gebildet,
der zwischen dem externen Versorgungspotential VEXT und einen
an Masse VSS angeschlossenen Widerstand 342 geschaltet ist.
Der Transistor 341 wird vom Ausgang des Differenzverstärkers
30 gesteuert. Parallel zum Widerstand 342 liegt ein Kondensator
361. Der Kondensator 361 führt den Signalpfad weiter und
ist an einen der Eingänge des ODER-Gatters 26 angeschlossen.
In Abhängigkeit vom Schaltzustand des Transistors 341 wird am
Ausgang des Schalters 34 entweder das externe Versorgungspo
tential VEXT oder Massepotential VSS bereitgestellt. Der Kon
densator 361 wird davon abhängig entweder über den leitend
geschalteten Transistor 341 aufgeladen oder bei gesperrtem
Transistor 341 über den Widerstand 342 entladen. Durch Wider
stand 342 und Kondensator 361 wird für den Übergang von "1"
auf "0" für das vom Schalter 34 gelieferte Schaltsignal eine
RC-Konstante gebildet. Dieser Signalübergang bewirkt also,
daß ein Abschalten des Spannungsgenerators 20 (wenn das Si
gnal ACTIVE nicht aktiv ist) um die RC-Zeitkonstante verzö
gert erfolgt. Dadurch wird gewährleistet, daß die interne
Versorgungsspannung VINT nach einem Spannungseinbruch vom
Spannungsgenerator 20 ausreichend stabil erzeugt wird.
Vorzugsweise wird auf der den Spannungsgenerator enthaltenden
integrierten Schaltung ein Register 27 vorgesehen, in dem ge
speichert ist, ob der Fehlerfall des Spannungsgenerators min
destens bereits einmal eingetreten ist. Das Register 27 wird
von der Vergleichsstufe 30, vorzugsweise vom Ausgang des Fil
ters 36 angesteuert. Das Register 27 wird von einem Steue
rungsprogramm ausgewertet. Abhängig vom gespeicherten Wert
können Korrekturschnitte vom Steuerungsprogramm ausgeführt
werden, so daß in den vom Spannungsgenerator versorgten
Schaltungen möglichst weitere zu Fehlerzuständen führende Be
triebsbedingungen vermieden werden.
Insgesamt wird durch die beschriebene Schaltung mit geringem
Schaltungsaufwand und bei geringer zusätzlich verbrauchter
Verlustleistung im Standby-Betrieb die Betriebssicherheit er
höht, indem unvorhergesehene Spannungseinbrüche für die in
terne Versorgungsspannung VINT während des Standby-Betriebs
sofort durch Aktivierung des Spannungsgenerators für den Nor
malbetrieb 20 ausgeglichen werden.
10
Spannungsregler
11
Vergleichsstufe
111
Stromquelle
12
Ausgangsstufe
20
Spannungsregler
21
Vergleichsstufe
211
,
212
,
214
,
215
,
216
Transistoren
213
Stromquelle
22
Ausgangsstufe
23
Schalter
25
UND-Gatter
26
ODER-Gatter
30
Vergleichsstufe
31
Differenzverstärker
33
Schalter
34
Schalter
341
Schalter
342
Widerstand
35
Spannungsteiler
351
,
352
Widerstände
353
Zwischenabgriff
36
Tiefpaßfilter
361
Kondensator
41
Anschluß
42
Ausgangsanschluß
VINT interne Spannung
VEXT externe Spannung
VSS Masse
VREF, VREF' Referenzpotential
PWRON Power-On-Signal
ACTIVE Steuersignal
VINT interne Spannung
VEXT externe Spannung
VSS Masse
VREF, VREF' Referenzpotential
PWRON Power-On-Signal
ACTIVE Steuersignal
Claims (13)
1. Spannungsgenerator zur Erzeugung einer an einem Ausgangs
anschluß (42) anliegenden Ausgangsspannung (VINT), umfassend:
einen ersten Spannungsregler (10) mit einer Vergleichsstufe (11) und einer von der Vergleichsstufe (11) ansteuerbaren Ausgangsstufe (12), bei dem die Ausgangsstufe (12) ausgangs seitig mit dem Ausgangsanschluß (42) verbunden ist und die Vergleichsstufe (11) eingangsseitig einen Anschluß (41) für ein erstes Referenzpotential (VREF) aufweist und einen An schluß, der mit der Ausgangsstufe (12) verbunden ist,
einen zweiten Spannungsregler (20) mit einer Vergleichsstu fe (21) und einer von der Vergleichsstufe (21) ansteuerbaren Ausgangsstufe (22) und einem Schalter (23), bei der die Aus gangsstufe (22) ausgangsseitig mit dem Ausgangsanschluß (42) verbunden ist und die Vergleichsstufe (21) eingangsseitig mit dem Anschluß (41) für das erste Referenzpotential (VREF) und mit der Ausgangsstufe (22) verbunden ist, wobei der zweite Spannungsregler (20) durch den Schalter (23) ein- und aus schaltbar ist, und
eine weitere Vergleichsstufe (30), die eingangsseitig mit einem Anschluß für ein weiteres vom ersten Referenzpotential (VREF) verschiedenes Referenzpotential (VREF') und mit dem Ausgangsanschluß (42) verbunden ist und die ausgangsseitig einen Anschluß aufweist, über den der Schalter (23) des zwei ten Spannungsreglers steuerbar ist.
einen ersten Spannungsregler (10) mit einer Vergleichsstufe (11) und einer von der Vergleichsstufe (11) ansteuerbaren Ausgangsstufe (12), bei dem die Ausgangsstufe (12) ausgangs seitig mit dem Ausgangsanschluß (42) verbunden ist und die Vergleichsstufe (11) eingangsseitig einen Anschluß (41) für ein erstes Referenzpotential (VREF) aufweist und einen An schluß, der mit der Ausgangsstufe (12) verbunden ist,
einen zweiten Spannungsregler (20) mit einer Vergleichsstu fe (21) und einer von der Vergleichsstufe (21) ansteuerbaren Ausgangsstufe (22) und einem Schalter (23), bei der die Aus gangsstufe (22) ausgangsseitig mit dem Ausgangsanschluß (42) verbunden ist und die Vergleichsstufe (21) eingangsseitig mit dem Anschluß (41) für das erste Referenzpotential (VREF) und mit der Ausgangsstufe (22) verbunden ist, wobei der zweite Spannungsregler (20) durch den Schalter (23) ein- und aus schaltbar ist, und
eine weitere Vergleichsstufe (30), die eingangsseitig mit einem Anschluß für ein weiteres vom ersten Referenzpotential (VREF) verschiedenes Referenzpotential (VREF') und mit dem Ausgangsanschluß (42) verbunden ist und die ausgangsseitig einen Anschluß aufweist, über den der Schalter (23) des zwei ten Spannungsreglers steuerbar ist.
2. Spannungsgenerator nach Anspruch 1,
gekennzeichnet durch
einen Spannungsteiler (35, 351, 352, 353), der eingangsseitig
mit dem Anschluß für das erste Referenzpotential (VREF) ver
bunden ist und der ausgangsseitig den Anschluß für das weite
re Referenzpotential (VREF') aufweist.
3. Spannungsgenerator nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
der Spannungsteiler (35) die Reihenschaltung eines ersten und
eines zweiten Widerstands (351, 352) aufweist, die zwischen den Anschluß (41) für das erste Referenzpotential (VREF) und
einen Anschluß für ein Bezugspotential (VSS) geschaltet ist und daß ein Zwischenabgriff (353) des Spannungsteilers (35) mit
einem Eingangsanschluß der weiteren Vergleichsstufe (30) ver bunden ist.
eines zweiten Widerstands (351, 352) aufweist, die zwischen den Anschluß (41) für das erste Referenzpotential (VREF) und
einen Anschluß für ein Bezugspotential (VSS) geschaltet ist und daß ein Zwischenabgriff (353) des Spannungsteilers (35) mit
einem Eingangsanschluß der weiteren Vergleichsstufe (30) ver bunden ist.
4. Spannungsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Vergleichsstufen (11, 21, 30) jeweils einen Stromschalter
umfassen mit einer Stromquelle (111, 213, 311), an die zwei
Stromzweige angeschlossen sind, von denen einer von dem er
sten Referenzpotential (VREF) und ein anderer von der Aus
gangsspannung (VINT) steuerbar sind und von denen der erste
Stromzweig einen Ausgang der Vergleichsstufe (11, 21, 30)
bildet.
5. Spannungsgenerator nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Ausgangsstufe (12, 22) des ersten und zweiten Spannungs
reglers (10, 20) einen Transistor (12, 22) umfaßt, dessen ge
steuerte Strecke zwischen einem Anschluß für ein Versorgungs
potential (VEXT) und den Ausgangsanschluß (42) für die Aus
gangsspannung (VINT) geschaltet ist und dessen Steueranschluß
mit dem Ausgang der jeweiligen Vergleichsstufe (11, 21) ver
bunden ist.
6. Spannungsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß
durch den Ausgang der weiteren Vergleichsstufe (30) ein
Schalter (341) steuerbar ist, um einen von zwei logischen Pe
geln zu erzeugen.
7. Spannungsgenerator nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß
mit dem Schalter (351) ein Tiefpaßfilter (36, 342, 361) ge
koppelt ist.
8. Spannungsgenerator nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet, daß
ein logisches Gatter (26) vorgesehen ist, das eingangsseitig
mit dem Schalter (341) sowie mit einem Anschluß für ein Frei
gabesignal (ACTIVE) verbunden ist und das ausgangsseitig mit
dem Schalter (23) des zweiten Spannungsreglers (22) gekoppelt
ist.
9. Spannungsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
die weitere Vergleichsstufe (30) und die Vergleichsstufe des
zweiten Spannungsreglers (20) in Abhängigkeit von einem Si
gnal (PWRON), welches angibt, ob eine ausreichend hohe den
Spannungsgenerator versorgende Versorgungsspannung (VEXT) an
liegt, ein- und ausschaltbar sind und daß der erste Span
nungsregler (10) von diesem Signal (PWRON) nicht ein- und
ausschaltbar ist.
10. Spannungsgenerator nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Stromquelle (213) des zweiten Spannungsreglers (20) im
Vergleich zur Stromquelle (111) des ersten Spannungsreglers
(10) eine höhere Stromtreiberfähigkeit aufweist.
11. Spannungsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 10,
gekennzeichnet durch
ein Register (27) das von der weiteren Vergleichsstufe (30)
ansteuerbar ist.
12. Verfahren zum Betrieb eines Spannungsgenerators nach ei
nem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß
der zweite Spannungsregler (20) die Ausgangspannung (VINT)
erzeugt und eingangsseitig von der ersten Referenzspannung
(VREF) gesteuert wird, daß der zweite Spannungsregler (20)
über den Schalter (23) eingeschaltet wird, wenn die vom Span
nungsgenerator erzeugte Ausgangsspannung (VINT) die weitere
Referenzspannung (VREF'), die niedriger als die erste Refe
renzspannung (VREF) ist, unterschreitet.
13. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß
dann, wenn die Ausgangsspannung (VINT) die weitere Referenz
spannung unterschreitet, ein Speicherelement (27) gesetzt
wird.
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