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Die
Erfindung betrifft einen Halbleiterbaustein gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Halbleiterspeicherbausteine werden beispielsweise in Form von synchronen,
dynamischen Speicherbausteinen mit wahlfreiem Zugriff (SDRAM) verwendet,
um eine große
Anzahl von Daten mit schneller Zugriffszeit abzuspeichern. Zum Abspeichern
der Daten werden beispielsweise Speicherzellen mit Kondensatoren
eingesetzt. Die Information ist in der Ladung des Speicherkondensators
der Speicherzelle abgelegt. Da die Ladung im Speicherkondensator
mit der Zeit abnimmt, ist eine regelmäßige Auffrischung des Ladungszustandes
des Speicherkondensators erforderlich.
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Halbleiterspeicherbausteine
werden zunehmend auch in mobilen Geräten wie z.B. einem Laptop oder
einem Mobilfunkgerät
eingesetzt. Da die mobilen Geräte üblicherweise
nur eine begrenzte Stromkapazität
mit sich führen,
ist insbesondere bei diesen Anwendungen ein geringer Stromverbrauch
der Halbleiterspeicherbausteine von wesentlicher Bedeutung.
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Es
ist bereits ein gattungsgemäßer Halbleiterbaustein
bekannt, der zwei Auswerteschaltungen aufweist, die ein Schaltsignal überwachen.
Abhängig vom
Signalzustand des Schaltsignals schalten die Auswerteschaltungen
die interne Spannungsversorgung ein oder aus. Auf diese Weise ist
es möglich, die
Funktionsfähigkeit
der internen Spannungsversorgungsschaltung an den tatsächlichen
Strombedarf anzupassen. Diese Vorgehensweise bietet den Vorteil,
daß die
interne Spannungsversorgungsschaltung im abgeschalteten Zustand
weniger Strom verbraucht als im eingeschalteten Zustand.
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Aus
DE 4 028 175 A1 ist
eine Energiemanagement-Anordnung für einen tragbaren Computer bekannt.
Die Energiemanagement-Anordnung ist zur Verwaltung und Verteilung
der einer Batterie entnommenen Energie vorgesehen, mit der eine
Zentraleinheit, ein Speicher und mehrere Peripheriegeräte einschließlich eines
benutzerinteraktiven Gerätes
versorgt werden. Die Energiemanagement-Anordnung weist eine Steuereinrichtung
auf, die mit der Zentraleinheit zum Empfangen von Befehlen aus der
Zentraleinheit sowie mit dem benutzerinteraktiven Gerät zum Empfangen
von Benutzereingaben gekoppelt ist. Die Steuereinrichtung ist außerdem mit
der Batterie zur Steuerung der Energieverteilung auf verschiedene
Computereinheiten gekoppelt. Zur Reduzierung des Stromverbrauches
wird die Taktfrequenz eines internen Taktgebers variiert. Durch
die Vorgabe einer kleineren Taktfrequenz wird weniger Strom verbraucht.
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Aus
US 5,670,906 ist eine integrierte
Schaltungsanordnung bekannt, die in zwei verschiedenen Betriebsmodi
arbeiten kann. In einem ersten Betriebsmodus verbraucht die integrierte
Schaltungsanordnung wenig Strom und in einem zweiten Betriebsmodus
verbraucht die integrierte Schaltung relativ viel Strom.
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Aus
US 5,822,246 ist ein Verfahren
und eine Vorrichtung zum Detektieren der Spannung an einem VCC-Pin
bekannt. Die Versorgungsspannung wird für eine integrierte Schaltung
erfasst, die in Form eines Flash-EPROM-Speichers ausgebildet ist.
Es ist eine Steuerschaltung vorgesehen, die einen ersten Spannungspegeldetektor
und einen zweiten Spannungspegeldetektor aktiviert oder abschaltet.
Der erste Spannungspegeldetektor verbraucht weniger Strom als der
zweite Spannungspegeldetektor. Der erste Spannungspegeldetektor
ist während
aller Betriebsmodi der Schaltungsanordnung aktiv. Der zweite Spannungspegeldetektor
ist während
der normalen oder aktiven Betriebsmodi und während der Hochfahrvorgänge aller
Betriebsmodi aktiviert. Der Flash-EPROM-Speicher weist eine Ladungspumpe auf,
die abhängig
von der anliegenden Versorgungsspannung die Versorgungsspannung
von einem Pegel von 3,3 V auf 5 V erhöht. Die Kontrollschaltung ist in
Form eines Spannungsrampendetektors ausgebildet, der eine interne
Spannungsversor gungsschaltung aktiviert und einen ersten Spannungspegeldetektor
initialisiert, wenn die Versorgungsspannung bei Einschalten des
Flash-EPROM-Speichers angelegt wird. Der erste Spannungspegeldetektor überprüft, welche
Höhe die
Versorgungsspannung aufweist, und gibt ein entsprechendes Signal
an die Spannungsversorungsschaltung ab. Der zweite Spannungspegeldetektor überwacht
das Erreichen einer Mindestspannung. Abhängig von dem abgegebenen Signal
des ersten Spannungspegeldetektors wird die Ladungspumpe in der
Spannungsversorgungsschaltung aktiviert oder nicht. Abhängig von dem
Ausgangssignal des zweiten Spannungspegeldetektors wird ein Steuergerät aktiviert,
das den Schreibe-, Lese- und Programmiervorgang des EPROM-Speichers
steuert. Die Spannungsversorgung der zweite Spannungspegeldetektoren
wird von einer internen Stromquelle bereitgestellt.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Halbleiterspeicherbaustein
bereitzustellen, der einen verringerten Stromverbrauch aufweist.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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Ein
Vorteil der Erfindung besteht darin, zwei Auswerteschaltungen vorzusehen,
wobei eine erste Auswerteschaltung von einer internen Spannungsversorgung
und eine zweite Auswerteschaltung von einer externen Spannungsversorgung
mit Strom versorgt wird. Die zweite Auswerteschaltung überwacht ein
Einschaltsignal für
die interne Spannungsversorgungsschaltung. Die erste Auswerteschaltung überwacht
ein Abschaltsignal für
die interne Spannungsversorgungsschaltung. Wird ein Abschaltsignal
von der ersten Auswerteschaltung erkannt, so gibt die erste Auswerteschaltung
ein Abschaltsignal zum Abschalten der Spannungsversorgungsschaltung
aus. Erkennt die zweite Auswerteschaltung ein Einschaltsignal für die interne
Spannungsversorgungsschaltung, so schaltet die zweite Auswerteschaltung
die Spannungsversorgungsschaltung wieder ein. Da durch wird auch
die erste Auswerteschaltung wieder mit einer ausreichend großen Versorgungsspannung versorgt.
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Das
Vorsehen zweier Auswerteschaltungen ermöglicht eine optimale Anpassung
der Leistungsfähigkeit
und des Stromverbrauchs der zwei Auswerteschaltungen für die zwei
unterschiedlichen Einsatzbereiche und Aufgaben der zwei Auswerteschaltungen.
Somit wird insgesamt von dem Halbleiterspeicherbaustein weniger
Strom verbraucht.
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Vorzugsweise
wird die interne Spannungsversorgungsschaltung bei einem deep-power-down-Befehl
von der ersten Kontrollschaltung abgeschaltet. Insbesondere bei
mobilen Geräten
ist es vorteilhaft, bei einem zu erwartenden Betriebszustand, bei
dem kaum oder nur ein sehr geringer Strom erforderlich ist, die
interne Spannungsversorgungsschaltung wenigstens teilweise abzuschalten.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird die interne Spannungsversorgungsschaltung nur von der ersten
Kontrollschaltung ein- oder ausgeschaltet. Damit wird eine vereinfachte
Ansteuerung zum Ein- oder Ausschalten der Spannungsversorgungsschaltung
bereitgestellt.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist eine Verstärkerschaltung
zum Empfangen und Weiterleiten des Schaltsignals an eine Kontrollschaltung
in der zweiten Auswerteschaltung vorgesehen. Der Ausgang der Kontrollschaltung
bildet den Ausgang der zweiten Auswerteschaltung. Bei dieser bevorzugten
Ausführungsform
ist der Ausgang der Kontrollschaltung an einen Eingang der Verstärkerschaltung
zurückgeführt. Erkennt
die Kontrollschaltung, daß die
interne Spannungsversorgungsschaltung abgeschaltet werden soll,
so gibt die Kontrollschaltung ein Einschaltsignal an die Verstärkerschaltung.
Somit wird die Verstärkerschaltung
der zweiten Auswerteschaltung nur dann aktiviert, wenn die interne
Spannungsversorgungsschaltung abgeschaltet ist. Folglich wird während einer aktiven
internen Spannungsversorgungsschaltung kein Strom durch die Verstärkerschaltung
verbraucht. Damit ist insgesamt der Stromverbrauch reduziert.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist die erste Kontrollschaltung in Form einer RS-Flip-Flop-Schaltung
ausgebildet.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist die Auswerteschaltung in Form einer zweiten Verstärkerschaltung,
eines Befehlsdecoders und einer zweiten Kontrollschaltung ausgebildet.
Die zweite Verstärkerschaltung
ist an das Schaltsignal, der Befehlsdecoder an den Ausgang der zweiten
Verstärkerschaltung
und die zweite Kontrollschaltung an den Ausgang des Befehlsdecoders
angeschlossen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Ausgang
der zweiten Kontrollschaltung an einen Eingang der ersten Kontrollschaltung
geführt.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Erfindung weist eine gemeinsame Verstärkerschaltung für die erste
und die zweite Auswerteschaltung auf. Damit wird insgesamt weniger
Platz auf dem Halbleiterspeicherbaustein benötigt, um die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung
zu realisieren.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen
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1 eine
schematische Darstellung eines SDRAM-Halbleiterspeicherbausteins,
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2 eine
Umschaltvorrichtung zum Ein- oder Ausschalten einer internen Spannungsversorgungsschaltung,
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3 eine
zweite Ausführungsform
der Umschaltvorrichtung und
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4 eine
dritte Ausführungsform
der Umschaltvorrichtung.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines SDRAM-Halbleiterspeicherbausteins
beschrieben. Die Erfindung ist jedoch auf jede Art von Speicherbausteinen
anwendbar.
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1 zeigt
einen schematischen Aufbau eines SDRAM-Speicherbausteins 24 mit
einer Adressierschaltung 11, Wortleitungsdecodern 12,
Spaltendecodern 13, Verstärkerschaltungen 14 und
Speicherfeldern 15, in denen matrixförmig Speicherzellen 16 angeordnet
sind. Weiterhin ist eine Eingangs-/Ausgangsschaltung 17 vorgesehen, über die Daten
aus den Speicherzellen 16 ausgelesen oder in die Speicherzellen 16 eingeschrieben
werden können.
Weiterhin ist eine zentrale Steuereinheit 18 vorgesehen,
die die Funktionsweise der einzelnen Schaltungsanordnungen steuert
und für
einen synchronen Datenstrom sorgt. Durch die Vorgabe einer Wortleitungsadresse
und einer Spaltenadresse 16 kann eine einzelne Speicherzelle 16 adressiert
werden und eine Information in die adressierte Speicherzelle 16 eingeschrieben
oder aus der adressierten Speicherzelle ausgelesen werden. Eine
Speicherzelle 16 weist in einer einfachen Ausführungsform
einen Auswahltransistor und einen Speicherkondensator auf. Der Ladungszustand
des Speicherkondensators gibt die Information wieder, die in der
Speicherzelle 16 abgelegt ist. Beim Auslesen einer Information
aus der Speicherzelle 16 wird der Ladungszustand über eine
Bitleitung zu der Verstärkerschaltung 14 geführt. Für jede Bitleitung
weist die Verstärkerschaltung 14 eine
Verstärkereinheit
auf. Durch die Auswahl einer Spaltenleitung, die durch die Spaltenadresse
festgelegt wird, wird eine Verstärkereinheit
ausgewählt
und somit die Ladung der ausgewählten
Bitleitung an die Eingangs-/Ausgangsschaltung 17 weitergegeben.
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Der
Halbleiterspeicherbaustein weist weiterhin ein Anschlusspad 1 auf,
das mit einer Umschaltvorrichtung 19 verbunden ist. Die
Umschaltvorrichtung 19 steht in Verbindung mit einer internen
Spannungsversorgungsschaltung 8, die über Versorgungsleitungen 9 die
Schaltungen des Halbleiterspeicherbausteins 24 mit der
Versorgungsspannung versorgt.
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2 zeigt
den wesentlichen Aufbau der Umschaltvorrichtung 19. Die
Umschaltvorrichtung 19 weist eine zweite Verstärkerschaltung 2 auf,
deren Eingang mit dem Anschlusspad 1 in Ver bindung steht.
Ein Ausgang der zweiten Verstärkerschaltung 2 steht
mit einem Eingang eines Befehlsdecoders 3 in Verbindung.
Ein Ausgang des Befehlsdecoders 3 ist an einen Eingang
einer zweiten Kontrollschaltung 4 geführt. Ein zweiter Eingang der
zweiten Kontrollschaltung 4 steht mit einem internen Clock-Takt
in Verbindung. Ein Ausgang der zweiten Kontrollschaltung 4 ist
an einen Eingang einer ersten Kontrollschaltung 6 angeschlossen.
Das Anschlusspad 1 steht mit einer nicht dargestellten
Steuereinheit in Verbindung.
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Weiterhin
ist eine erste Verstärkerschaltung 5 vorgesehen,
die über
einen ersten Eingang mit dem Anschlusspad 1 in Verbindung
steht. Zudem ist ein Ausgang der ersten Verstärkerschaltung 5 an
einen zweiten Eingang der ersten Kontrollschaltung 6 angeschlossen.
Die erste Kontrollschaltung 6 steht über einen Ausgang mit einem
Eingang der Spannungsversorgungsschaltung 8 in Verbindung.
Weiterhin ist der Ausgang der ersten Kontrollschaltung 6 an
einen zweiten Eingang der ersten Verstärkerschaltung 5 geführt. Die
erste Verstärkerschaltung 5 steht
zudem über
eine Versorgungsleitung mit einem Versorgungsanschluss 7 in
Verbindung. Der Versorgungsanschluss 7 dient zum Anschluss
einer externen Spannungsversorgungsschaltung 21, die außerhalb des
Halbleiterspeicherbausteins angeordnet ist. Der Befehlsdecoder 3 weist
einen Befehlseingang 20 auf, über den Steuersignale wie z.B.
CS, RAS, CAS, WE an den Befehlsdecoder 3 geführt werden.
Die Steuersignale dienen zum Steuern der Funktionen des Halbleiterspeicherbausteins.
Die zweite Verstärkerschaltung 2,
der Befehlsdecoder 3 und die zweite Kontrollschaltung 4 stellen
eine erste Auswerteschaltung dar. Die erste Verstärkerschaltung 5 und
die Kontrollschaltung 6 stellen eine zweite Auswerteschaltung
dar. Die zweite Kontrollschaltung 4 ist in Form eines Speicherelements
und eines Pulsgenerators ausgebildet. Die erste Kontrollschaltung 6 ist
in Form eines RS-Flip-Flops ausgebildet.
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Die
Funktionsweise der Umschaltvorrichtung 19 wird im Folgenden
näher erläutert: Über das
Anschlusspad 1 wird ein Schaltsignal an die zweite und erste
Verstärkerschaltung 2, 5 geführt. Mit
dem Schaltsignal kann ein Einschalt- oder Ausschaltsignal für ein Einschalten
oder Ausschalten der internen Spannungsversorgungsschaltung 8 mitgeteilt
werden. Empfängt
die zweite Verstärkerschaltung 2 ein Schaltsignal,
so gibt die zweite Verstärkerschaltung 2 ein
verstärktes
Schaltsignal an den Befehlsdecoder 3 weiter. Vorzugsweise
verarbeitet die zweite Verstärkerschaltung 2 nur
Abschaltsignale. Zur Verarbeitung eines Einschaltsignals ist die
erste Verstärkerschaltung 5 vorgesehen.
Wird über
das Bondpad 1 ein Einschaltsignal zugeführt, so wird das Einschaltsignal von
der ersten Verstärkerschaltung 5 erfaßt, verstärkt und
an die erste Kontrollschaltung 6 weitergeleitet. Die erste
Kontrollschaltung 6 erfaßt das zugeführte Einschaltsignal
und gibt ein entsprechendes Einschaltsignal an die Spannungsversorgungsschaltung 8 weiter.
Aufgrund des Einschaltsignals wird die Spannungsversorgungsschaltung 8 in
einen aktiven Zustand geschaltet, in dem die Spannungsversorgungsschaltung 8 mehr
Leistung zur Verfügung
stellt. In einer einfachen Ausführungsform
wird die Spannungsversorgungsschaltung 8 über das
Einschaltsignal von einem ausgeschalteten Zustand, in dem keine
Spannung zur Verfügung
gestellt wird, in einen eingeschalteten Zustand geschaltet, in dem
die Spannungsversorgungsschaltung 8 eine Spannung zur Verfügung stellt.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
wird das Ausgangssignal der ersten Kontrollschaltung 6 an
die erste Verstärkerschaltung 5 geführt. Erhält die erste
Verstärkerschaltung 5 ein
Einschaltsignal von der Kontrollschaltung 6, so schaltet
sich die erste Verstärkerschaltung 5 aus
oder zumindest in einen Betriebszustand mit verringerter Leistungsaufnahme.
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Somit
wird vorzugsweise während
des Betriebsmodus, in dem die interne Spannungsversorgungsschaltung
eine interne Spannungsversorgung bereitstellt, die erste Verstärkerschaltung 5 in einen Strom
sparenden Betriebsmodus betrieben. In dem Strom sparenden Modus
muß von
der externen Spannungsversorgungsschaltung 21 weniger Leistung
zur Verfügung
gestellt werden. Somit wird insgesamt Strom eingespart.
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Wird über das
Anschlusspad 1 ein Abschaltsignal für die interne Spannungsversorgungsschaltung 8 der
ersten Verstärkerschaltung 5 und
der zweiten Verstärkerschaltung 2 zugeführt, so
gibt die zweite Verstärkerschaltung 2 ein
verstärktes
Abschaltsignal an den Befehlsdecoder 3. Der Befehlsdecoder 3 wertet
vorzugsweise zusätzlich
zu dem Abschaltsignal der zweiten Verstärkerschaltung 2 auch
weitere Befehlssignale aus, die über
den Befehlseingang 20 zugeführt werden. In Abhängigkeit
von dem Vergleich zwischen den weiteren Befehlssignalen und dem
Abschaltsignal gibt der Befehlsdecoder 3 ein Abschaltsignal
an die zweite Kontrollschaltung 4 weiter, wenn die weiteren
Befehlssignale einem Abschalten der internen Spannungsversorgungsschaltung 8 nicht
entgegenstehen. In einer einfachen Ausführungsform kann auf die Auswertung
der weiteren Befehlssignale verzichtet werden. Dies ist insbesondere
dann der Fall, wenn ein separates Signal dem Befehlsdecoder 3 vorliegt,
das einen Deep-power-down-Modus anzeigt.
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Die
zweite Kontrollschaltung 4 gibt nach Erhalt des Abschaltsignals
bei der nächsten
steigenden Flanke des internen Taktsignales ein Abschaltsignal an
die erste Kontrollschaltung 6. Die erste Kontrollschaltung 6 gibt
bei Erhalt eines Abschaltsignales ein entsprechendes Abschaltsignal
an die interne Spannungsversorgungsschaltung 8 weiter.
Dadurch wird die interne Spannungsversorgungsschaltung 8 in
einen inaktiven Zustand geschaltet, in dem die interne Spannungsversorgungsschaltung 8 weniger
Leistung zur Verfügung
stellt oder vollständig
abgeschaltet wird. Im inaktiven Zustand verbraucht die Spannungsversorgungsschaltung 8 weniger
Strom. Gleichzeitig führt
die erste Kontrollschaltung 6 das Einschaltsignal an die
erste Verstärkerschaltung 5.
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In
einer einfachen Ausführungsform,
die in 3 dargestellt ist, ist der Ausgang der zweiten Kontrollschaltung 4 direkt
an einen zweiten Eingang der internen Spannungsversorgungsschaltung 8 angeschlossen
und schaltet die interne Spannungsversorgungsschaltung 8 selbst
ab. In dieser Ausführungsform
ist die erste Kontrollschaltung 6 mit ihrem Ausgang an
einen ersten Eingang der internen Spannungsversorgungsschaltung 8 angeschlossen
und dient dazu, um die interne Spannungsversorgungsschaltung 8 in
einen aktiven Zustand zu schalten, wenn ein entsprechendes Einschaltsignal über das Anschlusspad 1 der
ersten Verstärkerschaltung 5 zugeführt wird.
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Die
in 2 dargestellte Ausführungsform bietet eine vereinfachte
Ansteuerschaltung, da nur ein Eingang zum Steuern der internen Spannungsversorgungsschaltung 8 benötigt wird.
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4 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
Erfindung, bei der die erste und zweite Verstärkerschaltung 5, 2 in
einer gemeinsamen Verstärkerschaltung 22 realisiert
sind. Eine gemeinsame Verstärkerschaltung 22 bietet
den Vorteil, daß weniger Platz
auf dem Halbleiterspeicherbaustein zur Realisierung der zwei Funktionen
der ersten und der zweiten Verstärkerschaltung 5, 2 benötigt werden.
Eine gemeinsame Verstärkerschaltung 22 ist
jedoch vorzugsweise über
die externe Spannungsversorgungsschaltung 21 mit Strom
zu versorgen.
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Je
nach Ausführungsform
kann auch ein weiterer Schalter 23 vorgesehen sein, der
beispielsweise von der ersten und/oder zweiten Kontrollschaltung 6, 4 gesteuert
wird und eine Umschaltung zwischen einer internen und einer externen
Stromversorgung für
die gemeinsame Verstärkerschaltung 22 realisiert.
Der Schalter 23 wird in der Weise geschaltet, daß die gemeinsame
Verstärkerschaltung 22 dann von
der externen Spannungsversorgungsschaltung 21 mit Strom
versorgt wird, wenn die interne Spannungsversorgungsschaltung 8 nicht
aktiv ist. Ist jedoch die interne Spannungsversorgungsschaltung 8 aktiv
und liefert eine ausreichende Versorgungsspannung, so wird der Schalter 23 umgestellt
und die gemeinsame Verstärkerschaltung 22 wird
von der internen Spannungsversorgungsschaltung 8 mit Strom versorgt.
Die gemeinsame Verstärkerschaltung 22 kann
auch in den Schaltungsanordnungen der 2 und 3 ausgebildet
werden.
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- 1
- Anschlusspad
- 2
- zweite
Verstärkerschaltung
- 3
- Befehlsdecoder
- 4
- zweite
Kontrollschaltung
- 5
- erste
Verstärkerschaltung
- 6
- erste
Kontrollschaltung
- 7
- Versorgungsanschluss
- 8
- Spannungsschaltung
- 9
- Versorgungsleitung
- 10
- weitere
Versorgungsleitung
- 11
- Adressierschaltung
- 12
- Wortleitungsdecoder
- 13
- Spaltendecoder
- 14
- Verstärkerschaltung
- 15
- Speicherfeld
- 16
- Speicherzelle
- 17
- Eingangs-/Ausgangsschaltung
- 18
- zentrale
Steuereinheit
- 19
- Umschaltvorrichtung
- 20
- Befehlseingang
- 21
- externe
Spannungsversorgungsschaltung
- 22
- gemeinsame
Verstärkerschaltung
- 23
- weiterer
Schalter
- 24
- Halbleiterspeicherbaustein