DE102005045530B4

DE102005045530B4 - Verfahren zur Spannungsregelung einer Halbleiterschaltung sowie entsprechende Spannungsregelvorrichtung und Halbleiterschaltung

Info

Publication number: DE102005045530B4
Application number: DE102005045530.1A
Authority: DE
Inventors: Dr. Just Knut; Peter Hober
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2005-09-23
Filing date: 2005-09-23
Publication date: 2016-03-31
Anticipated expiration: 2025-09-24
Also published as: DE102005045530A1

Abstract

Verfahren zur Spannungsregelung einer Halbleiterschaltung, wobei zur Spannungsregelung mehrere Mikroschalter (1) der Halbleiterschaltung verwendet werden, wobei eine erste Leitung (11) mit einer zweiten Leitung (12) über die Mikroschalter (1) verbunden wird, wobei eine Spannung (Ur) zwischen der zweiten Leitung (12) und einer dritten Leitung (13) auf eine Sollspannung (Uref) eingestellt wird, indem eine der Sollspannung (Uref) entsprechende Menge der Mikroschalter (1) eingeschaltet wird, wodurch eine Spannung zwischen der ersten Leitung (11) und der zweiten Leitung (12) und damit die Spannung (Ur) zwischen der zweiten Leitung (12) und der dritten Leitung (13) eingestellt wird, wobei eine Spannungsdomäne (10) der Halbleiterschaltung über die zweite Leitung (12) und die dritte Leitung (13) mit Spannung versorgt wird, und wobei die erste Leitung (11) ein erstes Potenzial (VDD) und die dritte Leitung (13) ein zweites Potenzial (VSS) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mikroschalter (1) ein im Standardzellendesign entworfener Schalter ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Spannungsregelung einer Halbleiterschaltung sowie eine entsprechende Spannungsregelvorrichtung und eine mit dieser Spannungsregelvorrichtung arbeitende Halbleiterschaltung.
Die WO 2005/125 012 A1 , welche nachveröffentlichten Stand der Technik zeigt, offenbart eine Spannungsversorgung, bei der eine erste Leitung mit einer zweiten Leitung über Transistoren und eine dritte Leitung mit einer vierten Leitung über Transistoren verbunden ist. Die erste Leitung weist ein erstes Potenzial und die vierte Leitung ein zweites Potenzial auf. Die zweite und dritte Leitung versorgen eine Halbleiterschaltung mit Spannung, die über die Transistoren gesteuert wird.
Die US 6 922 098 B2 betrifft eine aktive Treibervorrichtung, um eine interne Spannung zu erzeugen.
Die US 6 677 737 B2 beschreibt eine Spannungsregelung, mit welcher eine Spannung im Wesentlichen mit Hilfe eines Operationsverstärkers, einer Steuerung und zwei Transistoren geregelt wird
Die US 2005/0 189 932 A1 beschreibt eine Vorrichtung, um eine konstante Spannung auszugeben. Dabei umfasst die Vorrichtung eine Steuereinheit, eine Mehrzahl von Steuertransistoren und eine Schaltungseinheit. Die Steuereinheit steuert die Steuertransistoren an, um eine erfasste Ausgangspannung an eine vorbestimmte konstante Spannung anzupassen.
Die DE 195 08 685 C2 offenbart ein linear betriebenes Stromsteuermodul. Dieses Stromsteuermodul umfasst mehrere Stromsteuereinheiten, welche jeweils einen Leistungshalbleiter umfassen, welcher von einem individuellen Differenzverstärker gesteuert wird.
Die US 2002/0 186 066 A1 offenbart eine Schaltung mit variabler Impedanz, welche einen Schaltungsblock aufweist, der mehrere parallel angeordnete MOS-Transistoren umfasst. Durch Ein- und Aus-Schalten dieser Transistoren wird die Impedanz der Schaltung eingestellt.
Bei integrierten Halbleiterschaltungen wird zur Reduktion des Stromverbrauchs der Halbleiterschaltung vielfach die Versorgungsspannung der Halbleiterschaltung soweit abgesenkt, wie es für einen optimalen Betrieb der Halbleiterschaltung gerade noch möglich ist. Dies kann je nach Realisierung für die gesamte Halbleiterschaltung oder auch nur für einzelne Teilblöcke (Sub-Systeme) der Halbleiterschaltung erfolgen. Insbesondere bei einem so genannten ”Adaptive Voltage Scaling” (AVS), wobei die Versorgungsspannung an eine von der Halbleiterschaltung zu erbringende Leistung bzw. Performance angepasst wird, ist eine feine Regelung der Versorgungsspannung erforderlich.
Eine Regelung der Versorgungsspannung wird dabei nach dem Stand der Technik entweder von einem externen bzw. außerhalb der Halbleiterschaltung befindlichen Spannungsregler oder innerhalb der Halbleiterschaltung (on-chip) mittels eines so genannten Linearreglers erzeugt.
Ein externer Spannungsregler ist dabei meist als ein oder mehrere Schaltregler, d. h. einem Regler, welcher eine Spannung an- oder abschaltet, ausgeführt, wobei der externe Spannungsregler im Vergleich zu einem on-chip Linearregler einen höheren Wirkungsgrad aufweist. Nachteilig ist bei einem externen Spannungsregler, dass für jede an der Halbleiterschaltung anzulegende Versorgungsspannung ein Schaltregler und ein gesonderter Versorgungsanschluss (Pin) der Halbleiterschaltung notwendig sind. Zusätzlich ist eine Schnittstelle zwischen dem externen Spannungsregler und der Halbleiterschaltung zum Einstellen der gewünschten Versorgungsspannung notwendig. Weitere Nachteile sind die relativ träge Regelung der Spannung sowie ein relativ hoher Aufwand, um eine gewünschte feine Abstufung der Versorgungsspannung zu realisieren.
On-chip Spannungsregler, welche meist als lineare Regler ausgeführt sind, weisen zwar den Nachteil eines im Vergleich zu einem externen Spannungsregler schlechteren Wirkungsgrades auf, besitzen aber dafür eine schnellere Regelung und benötigen keine zusätzlichen Anschlüsse der Halbleiterschaltung. Der on-chip Spannungsregler besteht aus einem oder wenigen Transistoren, welche linear von einer Regelschaltung des on-chip Spannungsreglers angesteuert werden. Der on-chip Spannungsregler ist ein analoger Schaltungsblock und weist daher Probleme bei einer Integration mit digitalen Schaltungsblöcken der Halbleiterschaltung, welche beispielsweise im Standardzellendesign ausgeführt sind, auf. Des Weiteren ist eine Portierung eines on-chip Spannungsreglers auf eine neue Technologie aufgrund der analogen Ausführung aufwändig. Darüber hinaus besitzen on-chip Spannungsregler im Vergleich zu Bauelementen der Halbleiterschaltung, welche nach dem Standardzellendesign realisiert sind, relativ große Abmessungen und weisen Nachteile bei einem angestrebten minimalen Spannungsabfall über dem on-chip Spannungsregler auf.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spannungsregelung für eine Halbleiterschaltung bereitzustellen, welche möglichst einfach mit digitalen Schaltungsblöcken der Halbleiterschaltung integriert werden kann und deren Portierung auf neue Halbleitertechnologien problemlos möglich ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Spannungsregelung einer Halbleiterschaltung nach Anspruch 1 oder 3, eine Spannungsreglervorrichtung nach Anspruch 16 oder 18 und eine Halbleiterschaltung nach Anspruch 29 gelöst. Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Spannungsregelung einer Halbleiterschaltung bereitgestellt, wobei zur Spannungsregelung mehrere Mikroschalter der Halbleiterschaltung verwendet werden, wobei ein Mikroschalter ein im Standardzellendesign entworfener Schalter, insbesondere ein Transistor, ist.
Unter einer Standardzelle wird dabei ein vorentwickelter Funktionsblock einer Halbleiterschaltung verstanden, welcher z. B. mittels eines Makros eines CAD-Systems zu einer Digitalschaltung zusammengebaut werden kann. Unter dem Standardzellendesign versteht der Fachmann ein Entwurfsverfahren, welches mit Standardzellen arbeitet.
Da die Mikroschalter im Standardzellendesign entworfen werden, passt sich ein Entwurf der Mikroschalter gut in ein Entwurfsverfahren einer im Standardzellendesign entworfenen Halbleiterschaltung ein. Anders ausgedrückt, stellt der Entwurf der Mikroschalter keine Besonderheit mehr dar, wodurch das Entwurfsverfahren stark automatisiert werden kann. Außerdem kann eine Halbleiterschaltung, welche ausschließlich im Standardzellendesign entworfen wird, homogener und damit flächensparender entworfen werden als dies bei einer Halbleiterschaltung der Fall ist, bei welcher die Spannungsregelung nicht im Standardzellendesign entworfen wird. Darüber hinaus ist eine Portierung von im Standardzellendesign entworfenen Mikroschaltern auf eine Schaltungstechnologie ebenso problemlos möglich.
Extrem wird eine Flächenersparnis aufgrund des Einsatzes des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Spannungsregelung dann, wenn bereits eine Realisierung der zu regelnden Halbleiterschaltung existiert, bei welcher die zu regelnde Spannung bereits mittels Mikroschaltern eingeschaltet wird. In diesem Fall müssen die bereits vorhandenen Mikroschalter nur mit einer entsprechenden Ansteuerung versehen werden, so dass sie nicht nur zum Ein- bzw. Ausschalten der Spannung sondern auch zur Regelung der Spannung eingesetzt werden können.
Eine mit Mikroschaltern arbeitende Spannungsregelung zum Regeln der Spannung der Halbleiterschaltung unterscheidet sich von nach dem Stand der Technik eingesetzten Spannungsreglern dadurch, dass der mit Mikroschaltern arbeitende Spannungsregler im Gegensatz zu dem nach dem Stand der Technik eingesetzten on-chip Spannungsregler im Standardzellendesign mit den entsprechenden Vorteilen, wie z. B. bessere Automatisierung, entworfen wird, wie es bereits vorab erwähnt wurde.
Unter Verwendung von mit Mikroschaltern arbeitenden Spannungsregelungen ist auch eine dezentrale Regelung mehrerer Schaltungsblöcke einer Halbleiterschaltung möglich, worauf nach dem Stand der Technik aufgrund der vorab erwähnten Nachteile verzichtet wird.
Dabei wird eine erste Leitung mit einer zweiten Leitung durch die Mikroschalter verbunden, um eine Spannung zwischen der zweiten Leitung und einer dritten Leitung auf eine vorbestimmte Sollspannung einzustellen. Dabei wird vorausgesetzt, dass eine Versorgungsspannung der Halbleiterschaltung zwischen der ersten und der dritten Leitung anliegt. Über die Mikroschalter wird wie bei einem Spannungsteiler ein Widerstand und damit eine Spannung zwischen der ersten und der zweiten Leitung eingestellt, indem eine entsprechende Menge der Mikroschalter eingeschaltet wird, so dass eine Differenz zwischen der Versorgungsspannung und der zwischen der ersten und der zweiten Leitung abfallenden Spannung die zu regelnde Spannung ergibt. Indem also mittels der Mikroschalter die Spannung zwischen der ersten und der zweiten Leitung geregelt wird, wird somit auch die Spannung zwischen der zweiten und der dritten Leitung auf die vorbestimmte Sollspannung eingestellt.
Damit ist es beispielsweise möglich, eine Spannungsänderung der Versorgungsspannung der Halbleiterschaltung sehr rasch auszuregeln, da die Spannungsregelung vollständig innerhalb der Halbleiterschaltung ausgeführt wird, weshalb sie eine im Vergleich zu einer außerhalb der Halbleiterschaltung arbeitenden Spannungsregelung rasche Reaktionszeit aufweist. Wenn die Anzahl der Mikroschalter entsprechend hoch gewählt wird, kann eine Versorgungsspannung einer Spannungsdomäne, welche über die zweite und die dritte Leitung versorgt wird, nahezu beliebig fein erfindungsgemäß über einen im Standardzellendesign entworfenen Spannungsregler geregelt werden.
Bei einer erfindungsgemäßen Ausführungsform wird nur ein Teil der Mikroschalter zur Regelung der Spannung zwischen der zweiten und der dritten Leitung verwendet, während der übrige Teil der Mikroschalter dafür verwendet wird, die Spannung ein- bzw. auszuschalten.
Diese Ausführungsform ist vorteilhaft, wenn nur ein kleiner Bereich der Spannung geregelt werden soll (kleiner Regelbereich) oder wenn die Regelauflösung in bestimmten Spannungsbereichen nicht so fein sein muss. Dabei ist zu beachten, dass eine Ansteuerung, mit welcher mehrere Mikroschalter gleichzeitig ein- bzw. ausgeschaltet werden, einfacher, z. B. flächensparender, realisiert werden kann als eine Ansteuerung, welche jeden Mikroschalter individuell ein- bzw. ausschalten kann.
Das Ein- oder Ausschalten der gleichzeitig ein- bzw. auszuschaltenden Mikroschalter kann entweder gleichzeitig, d. h. die entsprechenden Mikroschalter werden gleichzeitig ein- bzw. ausgeschaltet, oder zeitlich nacheinander (Prinzip daisy chain) erfolgen.
Während das gleichzeitige Ein- oder Ausschalten einfacher zu realisieren ist, begrenzt das Ein- oder Ausschalten nach dem Prinzip daisy chain in vorteilhafter Weise Strom- oder Spannungsspitzen beim Ein- bzw. Ausschalten.
In ähnlicher Weise kann neben den Mikroschaltern auch ein Makroschalter zur Regelung der Spannung eingesetzt werden. Der Makroschalter übernimmt dabei die Rolle der Mikroschalter, welche gleichzeitig ein- bzw. ausgeschaltet werden.
Diese Variante ist beispielsweise vorteilhaft, wenn eine Spannung einer Spannungsdomäne geregelt werden soll, von welcher bereits eine ungeregelte Realisierung existiert, wobei bei dieser Realisierung die Spannungsversorgung der Spannungsdomäne mittels eines Makroschalters schaltbar ist.
Erfindungsgemäß ist es auch möglich, die Versorgungsspannung der Spannungsdomäne an eine Leistung bzw. Performance der Spannungsdomäne anzupassen. Dabei wird die Leistung der Spannungsdomäne erfasst und solange die Leistung über einem vorbestimmten Schwellenwert liegt, jeweils einer der zwischen der ersten und zweiten Leitung befindlichen Mikroschalter abgeschaltet. Sobald erfasst wird, dass die Leistung unter dem vorbestimmten Wert oder gleich dem vorbestimmten Schwellenwert ist, wird dagegen jeweils einer der Mikroschalter (wieder) eingeschaltet.
Damit ist es erfindungsgemäß möglich, die Versorgungsspannung einer Spannungsdomäne einer Halbleiterschaltung genau auf einem minimalen Spannungswert zu halten, welcher gerade noch ausreicht, damit die Spannungsdomäne die erforderliche Leistung erbringt. Dadurch wird diese Leistung mittels eines optimal geringen Energieverbrauchs der Spannungsdomäne bereitgestellt.
In ähnlicher Weise ist es vorteilhafter Weise dadurch erfindungsgemäß möglich, die Versorgungsspannung der Spannungsdomäne derart zu regeln, dass die von der Spannungsdomäne erbrachte Leistung optimal ist.
Um im letztern Fall zu verhindern, dass die Versorgungsspannung der Spannungsdomäne über einen maximal erlaubten Spannungswert ansteigt, kann es erfindungsgemäß vorteilhaft sein, die von der Spannungsregelung geregelte Spannung mittels eines Komparators oder Differenzverstarkers mit dem maximal erlaubten Spannungswert zu vergleichen und eine Erhöhung der Spannung nur zu erlauben, wenn die geregelte Spannung noch unterhalb des maximal erlaubten Spannungswert liegt. Dadurch ist es durch das erfindungsgemäße Verfahren zur Spannungsregelung möglich, dass die Spannungsdomäne einen höheren Performancewert aufweist als es der Fall ist, wenn die Versorgungsspannung der Spannungsdomäne über eine externe Spannungsregelung geregelt wird, da die zu regelnde Spannung bei einer erfindungsgemäßen Spannungsregelung dichter an dem maximal möglichen Spannungswert liegen kann, da eine innerhalb der Halbleiterschaltung realisierte Spannungsregelung flinker ist, als eine externe Spannungsregelung.
Da bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Spannungsregelung die zu regelnde Versorgungsspannung einer Spannungsdomäne näher an dem maximal zulässigen Betriebsspannungswert dieser Spannungsdomäne gehalten werden kann, als dies mit einer außerhalb der Halbleiterschaltung befindlichen Spannungsregelung der Fall ist, da die erfindungsgemäße Verfahren zur Spannungsregelung eine schnellere Regelung bzw. eine schnellere Reaktionszeit aufweist, kann daher die Sollspannung nahezu auf den maximal zulässigen Betriebsspannungswert für die Spannungsdomäne eingestellt werden. Durch die schnelle Reaktionszeit des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dabei dennoch verhindert werden, dass die Betriebsspannung der Spannungsdomäne aufgrund von Änderungen (z. B. Temperatur, Taktfrequenz) den maximal zulässigen Betriebsspannungswert übersteigt.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Spannungsregelung ist es auch möglich, ein Einschalten oder Ausschalten der Versorgungsspannung der Spannungsdomäne dahingehend zu optimieren, dass es zu keinen abrupten Strom- oder Spannungsausschlägen bei dem Einschalt- oder Ausschaltvorgang kommt. Dazu wird die Sollspannung der zwischen der zweiten und dritten Leitung der Halbleiterschaltung liegenden Versorgungsspannung der Spannungsdomäne beim Einschalten kontinuierlich erhöht oder beim Ausschalten kontinuierlich abgesenkt. Dadurch kommt es vorteilhafter Weise nicht zu abrupten Strom- oder Spannungsausschlägen, welche bei einem abrupten (nicht kontinuierlichen) Verändern der Sollspannung auftreten. Dabei wird unter einem abrupten Einschalten ein abruptes Erhöhen der Sollspannung von 0 V auf die nach dem Einschaltvorgang geforderte Sollspannung und unter einem abrupten Ausschalten ein abruptes Absenken der Sollspannung von der vor dem Ausschaltvorgang anliegenden Sollspannung auf 0 V verstanden.
Für den Fall dass die Halbleiterschaltung zwei Spannungsdomänen aufweist, deren Versorgungsspannungen jeweils erfindungsgemäß geregelt werden, kann die Spannungsregelung derart ausgestaltet werden, dass die Versorgungsspannung der einen Spannungsdomäne derart gut mit der Versorgungsspannung der anderen Spannungsdomäne übereinstimmt, dass ein Signal aus der einen Spannungsdomäne in die andere Spannungsdomäne eingespeist werden kann, ohne dass dazu eine Anpassung des Pegels des Signals notwendig ist.
Dadurch ist es vorteilhafter Weise möglich, zwischen verschiedenen Spannungsdomänen einer Halbleiterschaltung auf so genannte Levelshifter zu verzichten, welche nach dem Stand der Technik notwendig sind, um den Pegel eines Signals aus einer Spannungsdomäne derart anzupassen, dass das Signal auch von einer anderen Spannungsdomäne korrekt verarbeitet werden kann.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird auch eine Spannungsregelvorrichtung für eine Halbleiterschaltung bereitgestellt, welche mehrere Mikroschalter zur Regelung einer Versorgungsspannung in der Halbleiterschaltung umfasst. Dabei sind die Mikroschalter im Standardzellendesign entworfen. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Spannungsregelvorrichtung entsprechen im Wesentlichen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Spannungsregelung einer Halbleiterschaltung, weshalb sie hier nicht wiederholt werden.
Darüber hinaus umfasst die vorliegende Erfindung eine Halbleiterschaltung, welche eine erfindungsgemäße Spannungsregelvorrichtung aufweist. Dabei kann die Spannungsregelvorrichtung zusätzlich einen externen Spannungsregler aufweisen, welches sich außerhalb der Halbleiterschaltung befindet und über welchen eine Versorgungsspannung der Halbleiterschaltung eingestellt werden kann, von welcher die von der Spannungsregelvorrichtung zu regelnde Versorgungsspannung abgeleitet wird. Die Spannungsregelvorrichtung ist dabei derart ausgestaltet, dass sie erfasst, wenn die ihr vorgegebene Sollspannung außerhalb ihres Regelbereiches, welchen sie ohne den externen Spannungsregler aufweist, liegt. In diesem Fall steuert sie den externen Spannungsregler derart an, dass dieser die von ihm einzustellende Versorgungsspannung der Halbleiterschaltung derart einstellt, dass nach der Einstellung die Sollspannung wieder innerhalb des Regelbereichs der Spannungsregelvorrichtung ohne externen Spannungsregler liegt.
Dadurch ist es vorteilhafter Weise möglich, den Regelbereich der Spannungsregelvorrichtung ohne externen Spannungsregler kleiner auszuführen, als dies ohne eine Unterstützung durch den externen Spannungsregler der Fall wäre, ohne dass der Regelbereich der Spannungsregelvorrichtung mit externen Spannungsregler zu klein ist.
Die vorliegende Erfindung eignet sich vorzugsweise zum Einsatz bei mikroelektronischen Schaltungen, um Versorgungsspannungen von Spannungsdomänen der mikroelektronischen Schaltung zu regeln. Dabei handelt es sich bei den Spannungsdomänen beispielsweise um eine CPU, DSP oder einen Logikschaltblock; allerdings kann die vorliegende Erfindung auch zur Regelung einer Versorgungsspannung einer Speicherschaltung (RAM/ROM) eingesetzt werden.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend näher unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung an Hand bevorzugter Ausführungsbeispiele erläutert.
In 1 wird das erfindungsgemäße Prinzip einer Regelung einer Versorgungsspannung mithilfe von Mikroschaltern aufgezeigt.
2 stellt eine Halbleiterschaltung dar, bei welcher eine Versorgungsspannung einer Spannungsdomäne erfindungsgemäß durch Mikroschalter eingestellt wird.
3 und 4 stellen einen Verlauf einer erfindungsgemäß über Mikroschalter eingestellten Spannung in Abhängigkeit von einer Anzahl von durchgeschalteten Mikroschaltern dar.
5 stellt eine erfindungsgemäße Spannungsregelvorrichtung dar, welche mit Mikroschaltern arbeitet, die unterschiedliche Widerstandswerte aufweisen.
6 stellt eine Halbleiterschaltung dar, wobei eine Spannungsdomäne erfindungsgemäß mittels einer offenen Regelschleife und eine weitere Spannungsdomäne mittels einer geschlossenen Regelschleife geregelt werden.
7 stellt einen Verlauf einer Sollspannung bei einer erfindungsgemäßen Spannungsregelvorrichtung mit externem Spannungsregler dar.
8 stellt eine erfindungsgemäße Spannungsregelvorrichtung dar, welche mit einem linear angesteuerten Transistor arbeitet.
Im Folgenden soll das Prinzip einer Spannungsregelung mit Mikroschaltern mithilfe der 1 aufgezeigt bzw. dargestellt werden. In 1 ist eine Halbleiterschaltung dargestellt, welche eine erste 11, eine zweite 12 und eine dritte 13 Versorgungsspannungsleitung aufweist. Zwischen der ersten Leitung 11, welche ein Versorgungsspannungspotenzial V_DD der Halbleiterschaltung trägt, und der zweiten Leitung 12, sind mehrere Mikroschalter 1 angeordnet. Diese Mikroschalter 1 werden von einem Regler 2 individuell geöffnet oder geschlossen. Der Regler 2 wird wiederum von einer Differenz, welche mittels eines Differenzverstärkers 3 aus der zwischen der zweiten Leitung 12 und der dritten Leitung 13 anliegenden Spannung U_r und einer Sollspannung U_ref gebildet wird, angesteuert. Die Aufgabe des Reglers 2 ist, den Spannungsabfall über die Mikroschalter 1 derart zu regeln, dass die Spannung zwischen der zweiten 12 und der dritten 13 Leitung, mit welcher eine nicht in 1 dargestellte Spannungsdomäne der Halbleiterschaltung versorgt wird, auf den Spannungssollwert U_ref einzuregeln. Dabei liegt die dritte Leitung 13 auf einem weiteren Versorgungsspannungspotenzial V_SS der Halbleiterschaltung.
Ein in 1 schematisch aus einem Schalter mit ohmschem Widerstand dargestellter Mikroschalter 1 ist ein PMOS-Transistor, dessen Gate-Anschluss von dem Regler 2 derart angesteuert wird, dass der PMOS-Transistor entweder vollständig geöffnet oder vollständig durchgeschalteten ist, wobei der Drain-Anschluss mit der ersten Leitung 11 und der Source-Anschluss mit der zweiten Leitung 12 verbunden ist.
Im rechten Teil der 1 ist die Parallelschaltung der Mikroschalter 1 aus dem linken Teil der 1 als ein variabler bzw. einstellbarer Widerstand dargestellt. Dies soll ausdrücken, dass der Regler 2 durch Ein- bzw. Ausschalten der Mikroschalter 1 den Widerstandwert des ohmschen Widerstands zwischen der ersten Leitung 11 und der zweiten Leitung 12 einstellen kann.
Dabei weist jeder Mikroschalter 1 im eingeschalteten Zustand einen Widerstand R_sw von z. B. 80 Ω und im ausgeschalteten Zustand einen sehr viel höheren Widerstand auf, welcher für die folgende Betrachtung als unendlich angenommen werden kann. Bei einer Parallelschaltung mehrerer Mikroschalter ergibt sich ein Gesamtwiderstand R_L aus einer Anzahl n der eingeschalteten Mikroschalter durch folgende Gleichung 1:
Unter der Voraussetzung, dass die zu regelnde Spannung U_r aus einem Spannungsteiler abgeleitet wird, über welchem eine Versorgungsspannung U_dd bzw. U_sup anliegt, ergibt sich die zu regelnde Spannung U_r aus der folgenden Gleichung 2:
Wenn die Spannungsregelvorrichtung mehrere 100 Mikroschalter umfasst, kann eine Regelung der Spannung U_r in weiten Bereichen nahezu linear erfolgen. Die in 1 dargestellte Regelung erfolgt analog einem Linearregler, das heißt, dass die Regelspannung (Regelgröße) U_r mit der Sollspannung (Führungsgröße) U_ref verglichen wird und bei einer entsprechenden Abweichung die Regelspannung nachgeführt wird, indem der Widerstand verändert wird, indem zusätzliche Mikroschalter 1 ein- oder ausgeschaltet werden (Stellgröße). Im einfachsten Fall kann der Regler 2 ein Zähler sein, welcher bei Unterschreiten der Sollspannung U_ref inkrementiert und bei Überschreiten dekrementiert wird. In diesem Fall entspricht ein Zählerstand des Zählers der Führungsgröße und damit der Anzahl der eingeschalteten Mikroschalter 1.
Selbstverständlich können die Mikroschalter 1 auch zwischen der zweiten 12 und dritten 13 Leitung angeordnet werden, so dass die erfindungsgemäße Spannungsregelvorrichtung die Spannung zwischen der ersten 11 und der zweiten 12 Leitung einstellen bzw. regeln würde. In diesem Fall wären die Mikroschalter 1 jeweils ein NMOS-Transistor.
Bei integrierten Halbleiterschaltungen wird die externe Spannungsversorgung sowie eine Zuleitung zu einer Spannungsdomäne der Halbleiterschaltung so dimensioniert, dass bei einem maximalen Stromverbrauch der Halbleiterschaltung die an einem Logikgatter der Spannungsdomäne anliegende Spannung einen minimalen Spannungswert nicht unterschreitet und im Leerlauf einen maximal zulässigen Spannungswert nicht überschreitet. Die in der 1 dargestellte Spannungsregelvorrichtung ist nun in der Lage die relativ langsamen Änderungen der Versorgungsspannung der Halbleiterschaltung, welche durch einen externen Spannungsregler aufgrund von Last- und Temperaturwechseln ausgeführt werden, auszuregeln und damit den Stromverbrauch der Halbleiterschaltung zu reduzieren oder alternativ die Performance der Halbleiterschaltung zu erhöhen. Dazu wird der Sollwert entweder auf den minimalen Spannungswert oder auf den maximal zulässigen Spannungswert eingestellt.
Während in 1 eine erfindungsgemäße Spannungsregelung mit einer geschlossenen Regelschleife dargestellt ist, ist in 2 eine erfindungsgemäße Spannungsregelung mit einer offenen Regelschleife dargestellt. Dabei wird die Versorgungsspannung U_r der Spannungsdomäne 10 der Halbleiterschaltung 20 über eine erste 21 und eine zweite 22 Steuerleitung eingestellt beziehungsweise abgeschaltet. Wenn die Mikroschalter 1 über die beiden Steuerleitungen 21, 22 alle ausgeschaltet sind, ist auch die Versorgungsspannung U_r der Spannungsdomäne 10 ausgeschaltet. Wenn nur die linken 200 Mikroschalter 1 durch die erste Steuerleitung 21 eingeschaltet sind, beträgt die Versorgungsspannung U_r 1,0 V und wenn alle 2000 Mikroschalter 1 eingeschaltet sind, beträgt die Versorgungsspannung 1,18 V. Damit ist es möglich, die Spannungsdomäne 10 mit 1,0 V zu betreiben, wenn nur eine geringe Performance der Spannungsdomäne 10 gefordert wird, und die Spannungsdomäne 10 mit 1,18 V zu betreiben, wenn eine hohe Performance erforderlich ist.
Mit der in 2 dargestellten Spannungsregelvorrichtung kann ein so genanntes dynamic voltage scaling (DCS) vorgenommen werden, wobei die Versorgungsspannung über fest vorgegebene Spannungsstufen an Gegebenheiten wie eine geforderte Performance angepasst werden kann.
3 und 4 stellen einen Verlauf der Regelspannung U_r über der Anzahl der eingeschalteten Mikroschalter 1 dar, wobei in 4 ein Ausschnitt der 3 detaillierter dargestellt ist. Bei beiden 3 und 4 gilt, dass die Versorgungsspannung U_sup, welche zwischen der ersten 11 und der zweiten 12 Leitung anliegt, 1,2 V beträgt, der ohmsche Widerstand jedes Mikroschalters 1 80 Ω beträgt und ein Strom von 200 mA zwischen der ersten Leitung 11 und der dritten Leitung 13 fließt.
Der in 3 dargestellte Verlauf zeigt, dass sich in einem Bereich von 1000 mV bis 1200 mV eine sehr feine Regelung erzielen lasst. Daher könnten bei einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel mehrere Mikroschalter zu gemeinsam geschalteten Gruppen zusammengefasst werden, um einen Verdrahtungsaufwand im Vergleich zu dem in 1 dargestellten Fall, wobei jeder Mikroschalter 1 individuell angesteuert wird, zu reduzieren.
Wenn ein Regelbereich zwischen circa 600 und 1.000 mV (der Bereich des 'Knies' der Kurve) als zu grob erachtet wird, kann die Regelauflösung durch weitere Mikroschalter 1, welche einen höheren ohmschen Widerstand aufweisen, verbessert werden, wie dies in 5 dargestellt ist. Dabei sollte der Widerstandswert R₂ der Widerstände der Mikroschalter 1 der einen Gruppe wesentlich größer (z. B. Faktor 100) als der Widerstandswert R₁ der Widerstände der Mikroschalter 1 der anderen Gruppe sein.
Gleichung 3 bestimmt die Regelspannung U_r in Abhängigkeit einer Anzahl n der eingeschalteten Mikroschalter 1 der einen Gruppe und einer Anzahl m der Mikroschalter 1 der anderen Gruppe.
In 5 ist eine Halbleiterschaltung 20 dargestellt, welche eine erfindungsgemäße Spannungsregelvorrichtung aufweist, die zum einen die Versorgungsspannung der Spannungsdomäne 10 bzw. die Regelspannung U_r mithilfe eines Performancemonitors 4 regelt und zum anderen mit zwei Gruppen von Mikroschaltern 1 arbeitet, welche unterschiedliche Widerstandswerte R₁, R₂ aufweisen, wie es vorab erläutert wurde. Der Performancemonitor 4 erfasst eine Performance der Spannungsdomäne 10, indem er eine Laufzeit durch eine Logikgatteranordnung bei der momentan an der Spannungsdomäne 10 anliegenden Versorgungsspannung U_r misst. Wenn die Laufzeit nicht oberhalb eines vorbestimmten Wertes liegt, signalisiert der Performancemonitor 4 einen ok-Wert an den Regler 2. Wenn der Regler 2 den ok-Wert von dem Performancemonitor 4 erhält, reduziert er schrittweise die Versorgungsspannung U_r durch Abschalten von Mikroschaltern 1. Im anderen Fall, wenn der Performancemonitor die Laufzeit oberhalb des vorbestimmten Wertes misst und daher einen Nicht-ok-Wert an den Regler 2 übermittelt, erhöht der Regler 2 schrittweise die Spannung U_r, indem er weitere Mikroschalter 1 einschaltet.
Da der Performancemonitor 4 vollständig im Standardzellendesign entworfen werden kann, kann auch die in 5 dargestellte Spannungsregelvorrichtung vollständig im Standardzellendesign entworfen werden, was zu den damit verbundenen bereits vorab erwähnten Vorteilen führt.
In 6 ist zum einen eine erfindungsgemäße Spannungsregelvorrichtung dargestellt, welche mit einer geschlossenen Regelschleife 14 die Versorgungsspannung einer links dargestellten Spannungsdomäne 10 regelt, und zum anderen eine erfindungsgemäße Spannungsregelvorrichtung dargestellt, welche mit einer offenen Regelschleife 15 die Versorgungsspannung einer rechts dargestellten Spannungsdomäne 10 einstellt. Dabei arbeiten beide Spannungsregelvorrichtungen jeweils mit einem Regler 6 für eine externe (außerhalb der Halbleiterschaltung befindliche) Spannungsversorgung, welcher mithilfe einer außerhalb der Halbleiterschaltung befindlichen Spannungsversorgungsvorrichtung 7 das Versorgungsspannungspotenzial V_DD der Halbleiterschaltung 20 einstellt. Eine solche Regelung wird auch als hierarchische Regelung bezeichnet und soll im Folgenden mithilfe der 7 weiter ausgeführt werden.
In der 7 ist ein Verlauf des Sollwerts U_ref der von der Spannungsregelvorrichtung zu regelnden Spannung U_r über der Zeit dargestellt. Jeweils schraffiert ist ein Regelbereich der Spannungsregelvorrichtung dargestellt, wenn die Spannungsregelvorrichtung ohne den Regler 6 für die externe Spannungsversorgung betrieben wird. Erkennt nun die erfindungsgemäße Spannungsregelvorrichtung, dass der Sollwert U_ref aus dem Regelbereich zu rutschen droht, schaltet die Spannungsregelvorrichtung über den Regler 6 und die externe Spannungsversorgungsvorrichtung die Versorgungsspannung U_dd bzw. U_sup derart, dass der Sollwert anschließend wieder innerhalb des Regelbereichs liegt. In 7 erkennt die Spannungsregelvorrichtung beim Zeitpunkt t₁, dass der Sollwert U_ref den Regelbereich nach unten verlassen hat, woraufhin die Spannungsversorgungsvorrichtung 7 angewiesen wird, die Versorgungsspannung von dem Spannungswert U_sup1 auf den Spannungswert U_sup2 abzusenken, wodurch der Sollwert wieder innerhalb des Regelbereichs liegt. In ähnlicher Weise erkennt die Spannungsregelvorrichtung bei Zeitpunkt t₂, dass der Sollwert U_ref den Regelbereich nach oben zu verlassen droht, weshalb die Spannungsregelvorrichtung die externe Spannungsversorgungsvorrichtung anweist, die Versorgungsspannung der Halbleiterschaltung wieder auf den Spannungswert U_sup1 anzuheben.
Da externe Spannungsregler einen besseren Wirkungsgrad als on-chip Spannungsregler aufweisen, besitzt auch eine hierarchische Regelung einen besseren Wirkungsgrad als ein on-chip Spannungsregler. Im Vergleich zu einem externen Spannungsregler weist der hierarchische Spannungsregler den Vorteil der schnelleren Regelung auf. Darüber hinaus benötigt ein externer Spannungsregler, welcher bei einem hierarchischen Spannungsregler eingesetzt wird, auch weniger einstellbare Spannungsstufen als eine Spannungsregelung, welche ausschließlich mit einem externen Spannungsregler arbeitet, da die Spannung innerhalb der Spannungsstufen über den mit Mikroschaltern arbeitenden Teil der erfindungsgemäßen Spannungssteuervorrichtung geregelt wird.
In 8 ist eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform einer Spannungsregelvorrichtung dargestellt, welche zusätzlich zu den entweder vollständig durchgeschalteten oder vollständig abgeschalteten Mikroschaltern 1 weitere Transistoren 5 umfasst, welche wie die Mikroschalter 1 die erste 11 und die zweite 12 Leitung verbinden und deren Leitfähigkeit über eine Steuerleitung 23 durch den Regler 2 eingestellt wird. Damit weist die Spannungsregelvorrichtung der 8 mittels der weiteren Transistoren 5 eine analoge Steuerung und mittels der über eine Steuerleitung 24 entweder vollständig durchgeschalteten oder vollständig abgeschalteten Mikroschalter 1 eine digitale Steuerung auf. Da jeder Mikroschalter 1 bei der in 8 dargestellten Ausführungsform ein PMOS-Transistor ist, können die als Mikroschalter 1 betriebenen Transistoren und die weiteren Transistoren 5 vorteilhafter Weise baugleich im Standardzellendesign ausgeführt sein.

Claims

Verfahren zur Spannungsregelung einer Halbleiterschaltung, wobei zur Spannungsregelung mehrere Mikroschalter (1) der Halbleiterschaltung verwendet werden, wobei eine erste Leitung (11) mit einer zweiten Leitung (12) über die Mikroschalter (1) verbunden wird, wobei eine Spannung (U_r) zwischen der zweiten Leitung (12) und einer dritten Leitung (13) auf eine Sollspannung (U_ref) eingestellt wird, indem eine der Sollspannung (U_ref) entsprechende Menge der Mikroschalter (1) eingeschaltet wird, wodurch eine Spannung zwischen der ersten Leitung (11) und der zweiten Leitung (12) und damit die Spannung (U_r) zwischen der zweiten Leitung (12) und der dritten Leitung (13) eingestellt wird, wobei eine Spannungsdomäne (10) der Halbleiterschaltung über die zweite Leitung (12) und die dritte Leitung (13) mit Spannung versorgt wird, und wobei die erste Leitung (11) ein erstes Potenzial (V_DD) und die dritte Leitung (13) ein zweites Potenzial (V_SS) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mikroschalter (1) ein im Standardzellendesign entworfener Schalter ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Einschalten bzw. Ausschalten der Spannung (U_r) zwischen der zweiten Leitung (12) und der dritten Leitung (13) die Sollspannung (U_ref) kontinuierlich erhöht bzw. abgesenkt wird, so dass die Spannung (U_r) weniger abrupt ansteigt bzw. abfällt als es bei einem sofortigen Anlegen eines Endwerts der Sollspannung (U_ref) der Fall wäre.
Verfahren zur Spannungsregelung einer Halbleiterschaltung, wobei zur Spannungsregelung mehrere Mikroschalter (1) der Halbleiterschaltung verwendet werden, wobei eine erste Leitung (11) mit einer zweiten Leitung (12) über die Mikroschalter (1) verbunden wird, wobei eine Spannung (U_r) zwischen der zweiten Leitung (12) und einer dritten Leitung (13) auf eine Sollspannung (U_ref) eingestellt wird, indem eine der Sollspannung (U_ref) entsprechende Menge der Mikroschalter (1) eingeschaltet wird, wodurch eine Spannung zwischen der ersten Leitung (11) und der zweiten Leitung (12) und damit die Spannung (U_r) zwischen der zweiten Leitung (12) und der dritten Leitung (13) eingestellt wird, wobei die erste Leitung (11) ein erstes Potenzial (V_DD) und die dritte Leitung (13) ein zweites Potenzial (V_SS) aufweist, und wobei bei einem Einschalten bzw. Ausschalten der Spannung (U_r) zwischen der zweiten Leitung (12) und der dritten Leitung (13) die Sollspannung (U_ref) kontinuierlich erhöht bzw. abgesenkt wird, so dass die Spannung (U_r) weniger abrupt ansteigt bzw. abfällt als es bei einem sofortigen Anlegen eines Endwerts der Sollspannung (U_ref) der Fall wäre, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mikroschalter (1) ein im Standardzellendesign entworfener Schalter ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroschalter (1) mindestens zwei Gruppen zugeordnet sind, dass jeder Mikroschalter (1) aus der einen Gruppe einen anderen Widerstandswert (R₁; R₂) als jeder Mikroschalter (1) aus der anderen Gruppe aufweist, dass die Mikroschalter (1) derselben Gruppe gleiche Widerstandswerte (R₁; R₂) aufweisen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der Mikroschalter (1) zur Regelung der Spannung (U_r) zwischen der zweiten Leitung (12) und der dritten Leitung (13) verwendet wird, und dass der restliche Teil der Mikroschalter (1) zum Ein- bzw. Ausschalten der Spannung (U_r) verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der restliche Teil der Mikroschalter (1) zusammen ein- oder ausgeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Mikroschalter (1) des restlichen Teils nacheinander ein- oder ausgeschaltet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Makroschalter zwischen der ersten Leitung (11) und der zweiten Leitung (12) eingesetzt wird, wobei der Makroschalter ein nicht im Standardzellendesign entworfener Schalter ist, und dass der Makroschalter bei einem Einschalten der Spannung (U_r) zwischen der zweiten Leitung (12) und der dritten Leitung (13) eingeschaltet und bei einem Ausschalten der Spannung ausgeschaltet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Leistung einer Spannungsdomäne, welche durch die zweite Leitung (12) und die dritte Leitung (13) versorgt wird, erfasst wird, dass solange die Leistung über einem vorbestimmten Wert liegt, jeweils einer der Mikroschalter (1) abgeschaltet wird, und dass solange die Leistung unter dem vorbestimmten Wert liegt oder gleich dem vorbestimmten Wert ist, jeweils einer der Mikroschalter (1) eingeschaltet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von einer Differenz zwischen der Spannung (U_r) zwischen der zweiten Leitung (12) und der dritten Leitung (13) und der Sollspannung (U_ref) eine bestimmte Menge der Mikroschalter (1) derart ein- oder ausgeschaltet werden, dass die Differenz kleiner wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die Sollspannung (U_ref) außerhalb eines Regelbereiches liegt, das erste Potenzial (V_DD; V_sup) derart verändert wird, dass die Sollspannung (U_ref) anschließend innerhalb des Regelbereiches liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollspannung (U_ref) auf einen um einen Sicherheitswert verminderten maximal zulässigen Betriebsspannungswert einer Spannungsversorgung einer Spannungsdomäne, welche durch die zweite Leitung (12) und dritte Leitung (13) versorgt wird, gesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Transistor (5) eingesetzt wird, dessen erster Anschluss mit der ersten Leitung (11) und dessen zweiter Anschluss mit der zweiten Leitung (12) verbunden wird, und dass durch eine Steuerung der Leitfähigkeit des Transistors (5) die Spannung (U_r) zwischen der zweiten Leitung (12) und der dritten Leitung (13) geregelt wird, indem ein entsprechendes Potenzial an den Steuereingang des Transistors (5) angelegt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannung zwischen der zweiten Leitung (12) und der dritten Leitung (13) einen vorbestimmten Maximalwert nicht überschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für zwei Spannungsdomänen (10) jeweils eine Spannung zur Versorgung der jeweiligen Spannungsdomäne mit einem mit einer Menge von Mikroschaltern (1) arbeitenden Spannungsregler derart geregelt wird, dass ein Signal aus der einen Spannungsdomäne ohne eine Pegelanpassung des Signals in die andere Spannungsdomäne eingespeist werden kann, indem ein Regelbereich der Spannungsregler aneinander angepasst wird.
Spannungsregelvorrichtung für eine Halbleiterschaltung, wobei die Spannungsreglervorrichtung mehrere Mikroschalter (1) zur Regelung einer Spannung (U_r) umfasst, wobei die Mikroschalter (1) einen ersten Anschluss (11) und einen zweiten Anschluss (12) der Spannungsreglervorrichtung verbinden, wobei die Spannungsreglervorrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie eine Spannung (U_r) zwischen dem zweiten Anschluss (12) und einem dritten Anschluss (13) der Spannungsreglervorrichtung dadurch einstellt, dass sie eine einer Sollspannung (U_ref) entsprechende Menge der Mikroschalter (1) einschaltet, wodurch sie eine Spannung zwischen dem ersten Anschluss (11) und dem zweiten Anschluss (12) und damit die Spannung (U_r) zwischen dem zweiten Anschluss (12) und dem dritten Anschluss (13) einstellt, wobei eine Spannungsdomäne (10) der Halbleiterschaltung über den zweiten Anschluss (12) und den dritten Anschluss (13) mit Spannung versorgt wird, und wobei der erste Anschluss (11) ein erstes Potenzial (V_DD) und der dritte Anschluss (13) ein zweites Potenzial (V_SS) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mikroschalter (1) ein im Standardzellendesign entworfener Schalter ist.
Spannungsreglervorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsreglervorrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie beim Einschalten bzw. Ausschalten der Spannung (U_r) die Sollspannung (U_ref) kontinuierlich erhöht bzw. absenkt, so dass die Spannung (U_r) zwischen dem ersten Anschluss (11) und dem zweiten Anschluss (12) weniger abrupt ansteigt bzw. abfällt als es bei einem sofortigen Anlegen eines Endwerts der Sollspannung (U_ref) der Fall wäre.
Spannungsregelvorrichtung für eine Halbleiterschaltung, wobei die Spannungsreglervorrichtung mehrere Mikroschalter (1) zur Regelung einer Spannung (U_r) umfasst, wobei die Mikroschalter (1) einen ersten Anschluss (11) und einen zweiten Anschluss (12) der Spannungsreglervorrichtung verbinden, wobei die Spannungsreglervorrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie eine Spannung (U_r) zwischen dem zweiten Anschluss (12) und einem dritten Anschluss (13) der Spannungsreglervorrichtung dadurch einstellt, dass sie eine einer Sollspannung (U_ref) entsprechende Menge der Mikroschalter (1) einschaltet, wodurch sie eine Spannung zwischen dem ersten Anschluss (11) und dem zweiten Anschluss (12) und damit die Spannung (U_r) zwischen dem zweiten Anschluss (12) und dem dritten Anschluss (13) einstellt, dass der erste Anschluss (11) ein erstes Potenzial (V_DD) und der dritte Anschluss (13) ein zweites Potenzial (V_SS) aufweist, und wobei die Spannungsreglervorrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie beim Einschalten bzw. Ausschalten der Spannung (U_r) die Sollspannung (U_ref) kontinuierlich erhöht bzw. absenkt, so dass die Spannung (U_r) zwischen dem ersten Anschluss (11) und dem zweiten Anschluss (12) weniger abrupt ansteigt bzw. abfällt als es bei einem sofortigen Anlegen eines Endwerts der Sollspannung (U_ref) der Fall wäre, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mikroschalter (1) ein im Standardzellendesign entworfener Schalter ist.
Spannungsreglervorrichtung nach einem der Ansprüche 16–18, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroschalter (1) durch einen Transistor gebildet ist.
Spannungsreglervorrichtung nach einem der Ansprüche 16–19, dadurch gekennzeichnet, dass die Mikroschalter (1) mindestens zwei Gruppen zugeordnet sind, dass jeder Mikroschalter (1) aus der einen Gruppe einen anderen Widerstandswert (R₁; R₂) als jeder Mikroschalter (1) aus der anderen Gruppe aufweist, dass Mikroschalter (1) derselben Gruppe gleiche Widerstandswerte (R₁; R₂) aufweisen.
Spannungsreglervorrichtung nach einem der Ansprüche 16–20, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsreglervorrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie mit einem Teil der Mikroschalter (1) die Spannung (U_r) zwischen dem zweiten Anschluss (12) und dem dritten Anschluss (13) regelt und dass sie mit dem restlichen Teil der Mikroschalter (1) die Spannung (U_r) ein- bzw. ausschaltet.
Spannungsreglervorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsreglervorrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie die restlichen Mikroschalter (1) zusammen ein- oder ausschaltet.
Spannungsreglervorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsreglervorrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie die restlichen Mikroschalter (1) nacheinander ein- oder ausschaltet.
Spannungsreglervorrichtung nach einem der Ansprüche 16–23, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsreglervorrichtung zusätzlich einen Makroschalter umfasst, welcher den ersten Anschluss (11) und den zweiten Anschluss (12) verbindet, wobei der Makroschalter ein nicht im Standardzellendesign entworfener Schalter ist, dass die Spannungsreglervorrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie beim Einschalten der Spannung (U_r) zwischen dem zweiten Anschluss (12) und dem dritten Anschluss (13) den Makroschalter einschaltet und dass sie beim Ausschalten der Spannung (U_r) den Makroschalter ausschaltet.
Spannungsreglervorrichtung nach einem der Ansprüche 16–24, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsreglervorrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie die Spannung (U_r) zwischen dem zweiten Anschluss (12) und dem dritten Anschluss (13) erfasst und abhängig von einer Differenz zwischen der Spannung (U_r) und der Sollspannung (U_ref) eine bestimmte Menge der Mikroschalter (1) derart ein- oder ausschaltet, dass die Differenz kleiner wird.
Spannungsreglervorrichtung nach einem der Ansprüche 16–25, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsreglervorrichtung einen Differenzverstärker (3) und einen Regler (2) umfasst, dass die Spannungsreglervorrichtung derart ausgestaltet ist, dass die Spannung (U_r) zwischen dem ersten Anschluss (11) und dem zweiten Anschluss (12) an einem ersten Eingang des Differenzverstärkers (3) und die Sollspannung (U_ref) an einem zweiten Eingang des Differenzverstärkers (3) anliegt, dass der Ausgang des Differenzverstärkers (3) mit einem Eingang des Reglers (2) verbunden ist, und dass der Regler (2) abhängig von einem Wert des Ausgangs des Differenzverstärkers (3) die bestimmte Menge der Mikroschalter (1) derart ein- oder ausschaltet, dass die Differenz kleiner wird.
Spannungsreglervorrichtung nach einem der Ansprüche 16–26, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsreglervorrichtung zusätzlich mindestens einen Transistor (5) umfasst, dessen erster Anschluss mit dem ersten Anschluss (11) der Spannungsreglervorrichtung und dessen zweiter Anschluss mit dem zweiten Anschluss (12) der Spannungsreglervorrichtung verbunden ist, dass die Spannungsreglervorrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie durch eine Steuerung der Leitfähigkeit des mindestens einen Transistors (5) die Spannung (U_r) zwischen dem zweiten Anschluss (12) und dem dritten Anschluss (13) regelt, indem sie ein der Regelung entsprechendes Potenzial an den jeweiligen Steuereingang des mindestens einen Transistors (5) anlegt.
Spannungsreglervorrichtung nach einem der Ansprüche 16–27, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsreglervorrichtung derart ausgestaltet ist, dass die Spannung zwischen dem zweiten Anschluss (12) und dem dritten Anschluss (13) einen vorbestimmten Maximalwert nicht überschreitet.
Halbleiterschaltung mit Spannungsregelung, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschaltung (20) eine innerhalb der Halbleiterschaltung (20) angeordnete Spannungsreglervorrichtung nach einem der Ansprüche 16–28 umfasst.
Halbleiterschaltung nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschaltung (20) zusätzlich einen externen Spannungsregler (7) umfasst, welcher außerhalb der Halbleiterschaltung (20) angeordnet ist und über welchen die Spannungsregelvorrichtung eine Versorgungsspannung (U_sup) zwischen dem ersten Anschluss (11) und dem dritten Anschluss (13) steuert, dass die Spannungsreglervorrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie, wenn sie erfasst, dass die Sollspannung (U_ref) außerhalb eines Regelbereiches der Spannungsreglervorrichtung bei der momentan anliegenden Versorgungsspannung liegt, die Versorgungsspannung mittels des externen Spannungsreglers (7) derart ändert, dass die Sollspannung anschließend innerhalb des Regelbereiches liegt.
Halbleiterschaltung nach Anspruch 29 oder 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschaltung (20) eine Spannungsdomäne (10), deren Spannung mit der Spannungsreglervorrichtung geregelt wird, und einen Leistungsmesser (4), welcher eine Leistung der Spannungsdomäne (10) erfasst, umfasst, dass der Leistungsmesser (4) derart ausgestaltet ist, dass ein Ausgang des Leistungsmessers (4) auf einem ersten Wert liegt, wenn die Leistung unter einem vorbestimmten Wert liegt, und sonst auf einem zweiten Wert liegt, dass der Ausgang des Leistungsmessers (4) mit der Spannungsreglervorrichtung verbunden ist, und dass die Spannungsreglervorrichtung derart ausgestaltet ist, dass sie jeweils einen Mikroschalter (1) ausschaltet, wenn sie den ersten Wert erfasst, und dass sie jeweils einen Mikroschalter (1) einschaltet, wenn sie den zweiten Wert erfasst.
Halbleiterschaltung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Leistungsmesser (4) eine Laufzeit eines kritischen Pfades der Spannungsdomäne (10) erfasst, und dass der Leistungsmesser (4) derart ausgestaltet ist, dass der Ausgang des Leistungsmessers (4) auf dem ersten Wert liegt, wenn die Laufzeit unter einem vorbestimmten Wert liegt, und sonst auf dem zweiten Wert liegt.
Halbleiterschaltung nach einem der Ansprüche 30–31, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschaltung (20) eine Spannungsdomäne (10), deren Spannung mit der Spannungsreglervorrichtung geregelt wird, umfasst, dass die Halbleiterschaltung (20) derart ausgestaltet ist, dass sie eine Sollspannung (U_ref), auf welche die Spannungsreglervorrichtung eine zur Spannungsversorgung der Spannungsdomäne dienende Spannung (U_r) zu regeln sucht, auf einen um einen Sicherheitswert verminderten maximal zulässigen Betriebsspannungswert der Spannungsversorgung der Spannungsdomäne (10) setzt.
Halbleiterschaltung nach einem der Ansprüche 30–33, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschaltung zwei Spannungsdomänen (10) und pro Spannungsdomäne eine Spannungsreglervorrichtung nach einem der Ansprüche 16–28 umfasst, dass ein Regelbereich der einen Spannungsreglervorrichtung derart an einen Regelbereich der anderen Spannungsreglervorrichtung angepasst ist, dass sie jeweils eine zur Spannungsversorgung der jeweiligen Spannungsdomäne (10) dienende Spannung (U_r) derart regeln, dass ein Signal aus der einen Spannungsdomäne (10) ohne eine Pegelanpassung des Signals in die andere Spannungsdomäne (10) eingespeist werden kann.