DE102005045695B4

DE102005045695B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung einer internen Spannung

Info

Publication number: DE102005045695B4
Application number: DE102005045695.2A
Authority: DE
Inventors: Byeong-Hoon Lee; Sun-Kwon Kim
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2004-09-20
Filing date: 2005-09-20
Publication date: 2019-02-28
Anticipated expiration: 2025-09-21
Also published as: JP2006099950A; JP4970759B2; DE102005045695A1

Abstract

Vorrichtung zur Erzeugung einer internen Spannung mit- einem ersten Referenzspannungsgenerator (1230, 1230a), der eine externe Versorgungsspannung (VDD_EXT) empfängt und ausgangsseitig eine erste Referenzspannung (VREF2) zur Verfügung stellt,- einem zweiten Referenzspannungsgenerator (1210), der eine interne Versorgungsspannung (VDD_INT) empfängt und ausgangsseitig eine zweite Referenzspannung (VREF1) an einem Knoten eines zwischen die interne Versorgungsspannung (VDD_INT) und eine Massespannung eingeschleiften Strompfades zur Verfügung stellt, wobei er einen Komparator (1218) mit einem Aufbau beinhaltet, der auf einen Betrieb in einem gegenüber einem Spannungsbereich der externen Versorgungsspannung engeren Spannungsbereich der internen Versorgungsspannung ausgelegt ist und mit einem Eingang an einen weiteren Knoten des Strompfades angeschlossen ist,- einem Spannungsregler (1400), der abhängig von einer zugeführten Eingangsspannung ausgangsseitig die interne Spannung (VDD_INT) zur Verfügung stellt,- einem Schalter (1220, 1220a), um wahlweise die erste oder die zweite Referenzspannung dem Spannungsregler (1400) als Eingangsspannung bereitzustellen, und- einer Steuerschaltung (1600), die detektiert, ob die interne Versorgungsspannung (VDD_INT) niedriger als ein vorgebbarer Schwellwert ist, und abhängig davon den Schalter (1220) ansteuert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung einer internen Spannung, insbesondere einer internen Versorgungsspannung für eine integrierte Schaltung.
Mit der Zunahme der Chipintegration nimmt die Chipgröße ab und viele verkleinerte, neuere Halbleiterschaltungen benutzen einen reduzierten Versorgungsspannungspegel im Vergleich zu entsprechenden früheren Chips, die damit ersetzt werden sollen. Die externe Versorgungsspannung, welche an bestehende Systementwürfe angelegt wird, kann im Vergleich zu Entwürfen für Chips nur relativ langsam verändert werden und es ist schwieriger und/oder kostenintensiver, gleichzeitig die Versorgungsspannung für verschiedene Chips in einem Mehrchipsystem zu verändern. Systeme mit verschiedenen externen Versorgungsspannungen z.B. im Bereich von 1,8V bis 5,0V existieren im Markt nebeneinander.
Daher sind Halbleiterchips wünschenswert, welche einen Spannungsgenerator für eine interne Spannung umfassen, der unabhängig von den verschiedenen externen Versorgungsspannungen eine konstante Versorgungsspannung erzeugt. Solche Chips können in verschiedenen Systemen mit unterschiedlichen externen Versorgungsspannungen verwendet werden, ohne den Systementwurf verändern zu müssen. Zudem sind ein niedriger Stromverbrauch und/oder eine korrespondierende geringe Wärmeerzeugung in vielen Applikationen wünschenswert.
Eine in der Patentschrift US 5 367 249 A offenbarte Vorrichtung zur Erzeugung einer internen Spannung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, beinhaltet einen die interne Spannung bereitstellenden, von einer externen Versorgungsspannung gespeisten Spannungsregler, einen von der internen Versorgungsspannung gespeisten Bandlücken-Referenzspannungsgenerator zur Bereitstellung einer Referenzspannung für den Spannungsregler und eine Startup-Schaltung der die externe und die interne Versorgungsspannung zugeführt werden und die ein Startup-Signal für den Bandlücken-Referenzspannungsgenerator und den Spannungsregler erzeugt, so dass nach dem Einschalten der Bandlücken-Referenzspannungsgenerator zunächst mit einem Anfahrstrom durch das Startup-Signal gespeist wird, bis die vom Spannungsregler bereitgestellte interne Versorgungsspannung einen gewissen Minimalwert erreicht hat.
In der Offenlegungsschrift US 2004 / 0 046 538 A1 ist ein Anschaltsystem für einen On-Chip-Abwärtswandler offenbart, das einen Referenzspannungsgenerator zur Bereitstellung einer Referenzspannung für den Abwärtswandler umfasst, wobei der Referenzspannungsgenerator einen Schalter zum wahlweisen Bereitstellen der Referenzspannung durch einen Anfahrreferenzspannungserzeugungsteil, der die Referenzspannung während eines anfänglichen Einschaltintervalls liefert, oder durch einen temperaturabhängigen Bandlücken-Referenzspannungsgenerator umfasst, der die Referenzspannung im stationären Betrieb liefert. Der Anfahrreferenzspannungserzeugungsteil umfasst eine Startup-Schaltung, eine Temperaturkompensationsschaltung und einen von einer externen Versorgungsspannung gespeisten und an die Startup-Schaltung und die Temperaturkompensationsschaltung angekoppelten Referenzspannungserzeugungsteil mit einem Stromspiegelaufbau.
In den Offenlegungsschriften DE 102 15 084 A1 und US 2003 / 0 001 554 A1 sind Vorrichtungen zur Erzeugung einer internen Spannung offenbart, die einen Referenzspannungsgenerator beinhalten, dessen Versorgungsspannung von einer externen auf eine interne Versorgungsspannung umgeschaltet wird, sobald die interne Versorgungsspannung einen ausreichenden Pegel erreicht hat.
In der Offenlegungsschrift US 2004 / 0 027 866 A1 ist eine Vorrichtung zur umschaltbaren Bereitstellung einer ersten Referenzspannung während eines aktiven Betriebs eines Speicherbauelements, wie eines Flashspeichers, und einer zweiten Referenzspannung während eines Standby-Betriebs desselben offenbart, wobei die beiden Referenzspannungen von zwei parallelen Bandlücken-Referenzspannungsgeneratoren geliefert und einem Multiplexer zugeführt werden, der über einen Verzögerungsschaltkreis von einem Betriebsartsignal ansteuerbar ist. An einen Ausgang des Multiplexers ist eine Ladungspumpe zur Bereitstellung einer Wortleitungstreiberspannung für das Speicherbauelement angekoppelt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung einer internen Spannung mit vergleichsweise geringer Schaltungskomplexität und geringem Stromverbrauch anzugeben.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sowie ein zu deren besserem Verständnis aufgenommenes herkömmliches Ausführungsbeispiel sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend beschrieben. Es zeigen:

1 ein schematisches Schaltbild eines herkömmlichen Generators für eine interne Versorgungsspannung,
2 ein genaueres Schaltbild einer Komparatorschaltung für den herkömmlichen Generator einer internen Versorgungsspannung aus 1,
3 ein schematisches Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Generators für eine interne Versorgungsspannung,
4 ein Schaltbild einer möglichen Realisierung des erfindungsgemäßen Versorgungsspannungsgenerators aus 3,
5 ein Schaltbild einer Komparatorschaltung für den Versorgungsspannungsgenerator aus 4,
6 ein schematisches Blockschaltbild eines weiteren erfindungsgemäßen Generators für eine interne Versorgungsspannung,
7 ein detailliertes Blockschaltbild einer möglichen Realisierung des erfindungsgemäßen Versorgungsspannungsgenerators aus 6 und
8 ein Schaltbild eines Schalters für den Versorgungsspannungsgenerator aus 7.

Ein in 1 gezeigter Generator für eine interne Versorgungsspannung (IVG) 100 umfasst einen Referenzspannungsgenerator 120, welcher mit einem Spannungsregler 140 verbunden ist. Der Referenzspannungsgenerator 120 ist als Bandlücken-Referenzgenerator ausgeführt und umfasst einen ersten PMOS-Transistor 121, dessen Sourceanschluss mit einer externen Versorgungsspannung VDD_EXT verbunden ist, dessen Gateanschluss mit einem Ausgangsanschluss eines Komparators 127 verbunden ist, der mit der externen Versorgungsspannung VDD_EXT versorgt wird, und dessen Drainanschluss mit einem Widerstand 124 verbunden ist. Der andere Anschluss des Widerstands 124 ist mit einem invertierenden Eingangsanschluss des Komparators 127 und mit einem ersten Anschluss eines BJT-Transistors 126 verbunden, dessen zweiter Anschluss mit Masse verbunden ist. Der Referenzspannungsgenerator 120 umfasst weiter einen zweiten PMOS-Transistor 122, dessen Sourceanschluss mit der externen Versorgungsspannung VDD_EXT verbunden ist, dessen Gateanschluss mit dem Ausgangsanschluss des Komparators 127 verbunden ist und dessen Drainanschluss mit einem Widerstand 123 verbunden ist. Der andere Anschluss des Widerstands 123 ist mit einem nicht invertierenden Eingangsanschluss des Komparators 127 und mit einem Widerstand 128 verbunden. Der andere Anschluss des Widerstands 128 ist mit einem ersten Anschluss eines BJT-Transistors 125 verbunden, dessen zweiter Anschluss mit Masse verbunden ist Die Ausgabe des internen Versorgungsspannungsgenerators 120 ist eine Referenzspannung VREF vom Drainanschluss des PMOS-Transistors 122. Daher erzeugt der Referenzspannungsgenerator 120 die Referenzspannung VREF unter Verwendung der externen Versorgungsspannung VDD_EXT.
Der Spannungsregler 140 umfasst einen Komparator 141, welcher mit der externen Versorgungsspannung VDD_EXT versorgt wird und dessen invertierender Eingangsanschluss mit dem Spannungsreferenzsignal VREF verbunden ist Ein Ausgangsanschluss des Komparators 141 ist mit einem Gateanschluss eines PMOS-Transistors 144 verbunden, dessen Sourceanschluss mit der externen Versorgungsspannung VDD_EXT verbunden ist. Ein Drainanschluss des PMOS-Transistors 144 ist mit einem Widerstand 142 und einem Kondensator 145 verbunden, dessen anderes Ende mit Masse verbunden ist. Das andere Ende des Widerstands 142 verbindet eine geteilte Spannung Vdvd mit dem nicht invertierenden Eingangsanschluss des Komparators 141 und ist zudem mit einem Widerstand 143 verbunden. Das andere Ende des Widerstands 143 ist mit Masse verbunden. Eine Ausgabe des Spannungsreglers 140 ist eine interne Versorgungsspannung VDD_INT vom Drainanschluss des PMOS-Transistors 144. Daher wandelt der Spannungsregler 140 die externe Versorgungsspannung VDD_EXT basierend auf der Referenzspannung VREF in die interne Versorgungsspannung VDD_INT um.
Ein beispielhaftes Betriebsverfahren des Generators 100 für die interne Versorgungsspannung wird nachfolgend für eine externe Versorgungsspannung VDD_EXT von 5V, eine interne Versorgungsspannung VDD_INT von 1,5V und eine Referenzspannung VREF von 1,2V beschrieben.
In einem Erzeugungsschritt erzeugt der Referenzspannungsgenerator 120 die Referenzspannung VREF unter Verwendung der externen Versorgungsspannung VDD_EXT.
In einem Vergleichsschritt wird die von den Widerständen 142 und 143 geteilte Spannung an den positiven bzw. nicht invertierenden Anschluss und die Referenzspannung VREF an den negativen bzw. invertierenden Anschluss des Komparators 141 im Spannungsregler 140 angelegt.
In einem Regelschritt steuert der Komparator die Gatespannung des PMOS-Transistor 144 in Reaktion auf die Referenzspannung VREF und die geteilte Spannung Vdvd so, dass, wenn die geteilte Spannung Vdvd niedriger als die Referenzspannung VREF ist, die Gatespannung des PMOS-Transistors verkleinert wird, ein Strom von der externen Versorgungsspannung VDD_EXT zur internen Versorgungsspannung VDD_INT fließt und die interne Versorgungsspannung VDD_INT auf einen vorbestimmten Spannungspegel erhöht wird, welcher in diesem Beispiel 1,5V beträgt, und dass, wenn die geteilte Spannung Vdvd höher als die Referenzspannung VREF ist, die Gatespannung des PMOS-Transistors vergrößert wird, der Strom von der externen Versorgungsspannung VDD_EXT zur internen Versorgungsspannung VDD_INT unterbrochen wird und die interne Versorgungsspannung VDD_INT auf dem vorbestimmten Spannungspegel gehalten wird. Verursacht der Stromverbrauch interner Schaltungen innerhalb des Systems eine Verringerung der internen Versorgungsspannung VDD_INT, dann nimmt die Gatespannung des PMOS-Transistors ab und ein Strom fließt.
Die Vergleichs- und Regelschritte werden wiederholt. Dadurch wird der Pegel der internen Versorgungsspannung VDD_INT auf dem vorbestimmten Spannungspegel gehalten.
Der Referenzspannungsgenerator 120 erzeugt die Referenzspannung VREF unter Benutzung der externen Versorgungsspannung VDD_EXT und der Spannungsregler 140 empfängt die externe Versorgungsspannung VDD_EXT und erzeugt basierend auf der Referenzspannung VREF die interne Versorgungsspannung VDD_INT. Der Referenzspannungsgenerator 120 und der Spannungsregler 140 verwenden die externe Versorgungsspannung VDD_EXT als Betriebsspannung. In verschiedenen Systemen, in welchen der IVG 100 eingesetzt werden soll, werden unterschiedliche externe Spannungen verwendet, beispielsweise 5V, 3,3V, 1,8V usw.
Der IVG 100 soll unabhängig von der externen Versorgungsspannung eine konstante interne Versorgungsspannung erzeugen. Um die konstante interne Versorgungsspannung zu erhalten, ist es erforderlich, dass der Referenzspannungsgenerator 120 die Referenzspannung VREF unabhängig von der externen Versorgungsspannung VDD_EXT des Systems mit einem konstanten Spannungspegel erzeugt. Das bedeutet, dass der Referenzspannungsgenerator 120 Systeme mit einem breiten Bereich von externen Versorgungsspannungen unterstützen muss.
2 zeigt eine genauere Darstellung einer möglichen schaltungstechnischen Realisierung des Komparators 127 des herkömmlichen IVG 100 aus 1. Die Komparatorschaltung 127 des herkömmlichen IVG 100 gemäß 1 umfasst zehn NMOS-Transistoren und vierzehn PMOS-Transistoren, welche zusammen einen proportionalen und relativ hohen Stromverbrauch aufweisen. Ein solcher komplexer Komparator 127 ist für den IVG 100 erforderlich, um eine relativ konstante interne Versorgungsspannung VDD_INT zu erzeugen und aufrechtzuerhalten. Daher ist der Referenzspannungsgenerator 120, welcher den komplexen Komparator 127 umfasst, ebenfalls sehr komplex aufgebaut und weist einen relativ hohen Stromverbrauch auf.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Generators 1000 für eine interne Versorgungsspannung, der eine Steuerschaltung 1600 zum Empfangen einer externen und einer internen Versorgungsspannung, einen mit der Steuerschaltung 1600 verbundenen Referenzspannungsgeneratorblock 1200 und einen mit dem Referenzspannungsgeneratorblock verbundenen Spannungsregler 1400 umfasst. Die Steuerschaltung 1600 stellt dem Referenzspannungsgeneratorblock 1200 Steuersignale SC und SCB zur Verfügung. Der Spannungsregler 1400 ist analog zum Spannungsregler 140 gemäß 1 aufgebaut, auf dessen obige Beschreibung verwiesen werden kann.
Der Referenzspannungsgeneratorblock 1200 umfasst einen ersten Referenzspannungsgenerator 1210, welcher die interne Versorgungsspannung VDD_INT empfängt und eine erste Referenzspannung VREF1 einem Schalter 1220 zur selektiven Übertragung an den Spannungsregler 1400 zur Verfügung stellt, und einen zweiten Referenzspannungsgenerator 1230, welcher die externe Versorgungsspannung VDD_EXT empfängt und eine zweite Referenzspannung VREF2 zur selektiven Übertragung an den Spannungsregler 1400 zur Verfügung stellt. Der Schalter 1220 und der zweite Referenzspannungsgenerator 1230 empfangen jeweils die Steuersignale SC und SCB von der Steuerschaltung 1600 und entweder der Schalter 1220 stellt die erste Referenzspannung VREF1 als Referenzspannung VREF dem Spannungsregler 1400 zur Verfügung oder der zweite Referenzspannungsgenerator 1230 stellt die zweite Referenzspannung VREF2 als Referenzspannung VREF dem Spannungsregler 1400 zur Verfügung.
4 zeigt eine genauere Darstellung einer möglichen schaltungstechnischen Realisierung des erfindungsgemäßen Versorgungsspannungsgenerators 1000. Im dargestellten Detaillierungsgrad entspricht der erste Referenzspannungsgenerator 1210 dem Referenzspannungsgenerator 120 gemäß 1, jedoch unterscheidet sich ein Komparator 1218, der nachfolgend unter Bezugnahme auf 5 beschrieben wird, im Detail wesentlich vom Komparator 127 gemäß 2. Ein anderer wichtiger Unterschied zwischen dem Referenzspannungsgenerator 120 gemäß 1 und dem ersten Referenzspannungsgenerator 1210 gemäß 5 besteht darin, dass der Referenzspannungsgenerator 120 die externe Versorgungsspannung VDD_EXT empfängt und der Referenzspannungsgenerator 1210 stattdessen die interne Versorgungsspannung VDD_INT empfängt.
Der erste Referenzspannungsgenerator 1210 umfasst im Beispiel von 4 einen ersten PMOS-Transistor 1212, dessen Sourceanschluss mit der internen Versorgungsspannung VDD_INT verbunden ist, dessen Gateanschluss mit einem Ausgangsanschluss des Komparators 1218 verbunden ist, welcher von der internen Versorgungsspannung versorgt wird, und dessen Drainanschluss mit einem Widerstand 1214 verbunden ist. Der andere Anschluss des Widerstands 1214 ist mit einem invertierenden Eingangsanschluss des Komparators 1218 und mit einem ersten Anschluss eines BJT-Transistors 1217 verbunden, dessen zweiter Anschluss mit Masse verbunden ist. Der erste Referenzspannungsgenerator 1210 umfasst weiter einen zweiten PMOS-Transistor 1211, dessen Sourceanschluss mit der internen Versorgungsspannung VDD_INT verbunden ist, dessen Gateanschluss mit dem Ausgangsanschluss des Komparators 1218 verbunden ist und dessen Drainanschluss mit einem Widerstand 1213 verbunden ist. Der andere Anschluss des Widerstands 1213 ist mit einem nicht invertierenden Eingangsanschluss des Komparators 1218 und mit einem Widerstand 1215 verbunden. Der andere Anschluss des Widerstands 1215 ist mit einem ersten Anschluss eines BJT-Transistors 1216 verbunden, dessen zweiter Anschluss mit Masse verbunden ist. Die Ausgabe des ersten Referenzspannungsgenerators 1210 ist die erste Referenzspannung VREF1 vom Drainanschluss des PMOS-Transistors 1211. Daher erzeugt der Referenzspannungsgenerator 1210 die erste Referenzspannung VREF1 unter Verwendung der internen Versorgungsspannung VDD_INT.
Die Steuerschaltung 1600 umfasst einen Spannungsdetektor 1610, welcher mit der internen Versorgungsspannung VDD_INT verbunden ist, und einen Pegelschieber 1620, welcher mit dem Spannungsdetektor 1610 und der externen Versorgungsspannung VDD_EXT verbunden ist. Der Spannungsdetektor 1610 umfasst einen ersten Widerstand 1611, welcher mit der internen Versorgungsspannung VDD_INT verbunden ist. Das andere Ende des ersten Widerstands 1611 ist mit einem zweiten Widerstand 1612 der, welcher wiederum mit seinem anderen Ende mit einem Drainanschluss und einem Gateanschluss eines NMOS-Transistors 1613 verbunden ist, dessen Sourceanschluss mit Masse verbunden ist. Das andere Ende des ersten Widerstands 1611 ist zudem mit einem Kondensator 1618 verbunden, dessen anderes Ende mit Masse verbunden ist. Das andere Ende des ersten Widerstands 1611 ist zudem mit Gateanschlüssen eines PMOS-Transistors 1614 und eines NMOS-Transistors 1616 verbunden. Eine Source des PMOS-Transistors 1614 ist mit der internen Versorgungsspannung VDD_INT verbunden und dessen Drain ist mit einer Drain des NMOS-Transistors 1616 verbunden, wobei eine Source des NMOS-Transistors 1616 mit Masse verbunden ist. Der Drainanschluss des PMOS-Transistors 1614 stellt ein Signal PWRUP zur Verfügung, welches mit Gates eines PMOS-Transistors 1615 und eines NMOS-Transistors 1617 und mit dem Pegelschieber 1620 verbunden ist. Eine Source des PMOS-Transistors 1615 ist mit der internen Versorgungsspannung VDD_INT verbunden und dessen Drain ist mit einer Drain des NMOS-Transistors 1617 verbunden, wobei eine Source des NMOS-Transistors 1617 mit Masse verbunden ist. Der Drainanschluss des PMOS-Transistors 1615 stellt ein Signal PWRUPB zur Verfügung, welches ebenfalls mit dem Pegelschieber 1620 verbunden ist.
Der Pegelschieber 1620 umfasst einen ersten und zweiten PMOS-Transistor 1621 und 1622, deren Source jeweils mit der externen Versorgungsspannung VDD_EXT verbunden ist. Ein Drain des PMOS-Transistors 1621 ist mit einem Gate des PMOS-Transistors 1622 verbunden, während eine Drain des PMOS-Transistors 1622 mit einem Gate des PMOS-Transistors 1621 verbunden ist. Eine Drain des PMOS-Transistor 1621 ist mit einer Drain eines NMOS-Transistors 1625 verbunden. Eine Gate des NMOS-Transistors 1625 ist mit dem Signal PWRUP vom Spannungsdetektor 1610 verbunden und dessen Source ist mit Masse verbunden. Eine Drain des PMOS-Transistors 1622 ist mit einer Drain eines NMOS-Transistors 1626 verbunden. Ein Gate des NMOS-Transistors 1626 ist mit dem Signal PWRUPB vom Spannungsdetektor 1610 verbunden und dessen Source ist mit Masse verbunden. Die Drain des PMOS-Transistors 1622 ist zudem mit Gates eines PMOS-Transistors 1623 und eines NMOS-Transistors 1627 verbunden. Eine Source des PMOS-Transistors 1623 ist mit der externen Versorgungsspannung VDD_EXT verbunden, während dessen Drain mit einer Drain des NMOS-Transistors 1627 verbunden ist. Eine Source des NMOS-Transistors 1627 ist mit Masse verbunden. Eine Drain des PMOS-Transistors 1623 stellt das Steuersignal SC zur Verfügung, welches mit Gates eines PMOS-Transistors 1624 und eines NMOS-Transistors 1628 verbunden ist. Eine Source des PMOS-Transistors 1624 ist mit der externen Versorgungsspannung VDD_EXT verbunden, während dessen Drain mit einer Drain des NMOS-Transistors 1628 verbunden ist. Eine Source des NMOS-Transistors 1628 ist mit Masse verbunden. Eine Drain des PMOS-Transistors 1624 stellt das Steuersignal SCB zur Verfügung.
Der zweite Referenzspannungsgenerator 1230 umfasst einen PMOS-Transistor 1231, dessen Gate mit dem Steuersignal SCB der Steuerschaltung 1600 verbunden ist. Eine Source des PMOS-Transistors 1231 ist mit der externen Versorgungsspannung VDD_EXT verbunden, während dessen Drain die zweite Referenzspannung VREF2 für die Referenzspannung VREF zur Verfügung stellt. Eine Drain des PMOS-Transistors 1231 ist mit einer Drain und einem Gate eines NMOS-Transistors 1232 verbunden, dessen Source mit einer Drain und einem Gate eines NMOS-Transistors 1233 verbunden ist. Eine Source des NMOS-Transistors 1233 ist mit einer Drain eines NMOS-Transistors 1234 verbunden. Ein Gate des NMOS-Transistors 1234 ist mit dem Steuersignal SC der Steuerschaltung 1600 verbunden, während seine Source mit Masse verbunden ist.
Der Schalter 1220 umfasst einen PMOS-Transistor 1221, dessen Gate mit dem Steuersignal SC der Steuerschaltung 1600 verbunden ist, und einen NMOS-Transistor 1222, dessen Gate mit dem Steuersignal SCB der Steuerschaftung 1600 verbunden ist, wobei der PMOS-Transistor 1221 und der NMOS-Transistor 1222 jeweils Source an Drain bzw. Drain an Source miteinander verbunden sind. Die Source des PMOS-Transistor 1221 ist mit der ersten Referenzspannung VREF1 vom ersten Referenzspannungsgenerator 1210 verbunden, während dessen Drain zudem mit dem Anschluss der zweiten Referenzspannung VREF2 vom zweiten Referenzspannungsgenerator 1230 als auch mit dem Anschluss der abschließenden Referenzspannung VREF verbunden ist.
5 zeigt eine genauere Darstellung einer möglichen schaltungstechnischen Realisierung des Komparators 1218 aus 4. Die Komparatorschaltung 1218 wird vorzugsweise im IVG 1000 gemäß 3 benutzt. Im Gegensatz zum Komparator 127 aus 2, welcher zehn NMOS-Transistoren und vierzehn PMOS-Transistoren umfasst, umfasst der Komparator 1218 gemäß 5 nur zwei PMOS-Transistoren und fünf NMOS-Transistoren. Daher ist der Komparator 1218 weniger komplex aufgebaut und erfordert einen geringeren Strom als der Komparator 127 gemäß 2. Diese Reduzierung der Komplexität und des Stromverbrauchs wird durch die Tatsache ermöglicht, dass der Komparator 1218 die geregelte interne Versorgungsspannung VDD_INT anstatt der externen Versorgungsspannung VDD_EXT empfängt.
6 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Generators 1000a für eine interne Versorgungsspannung, der einen Referenzspannungsgeneratorblock 1200a umfasst und im übrigen analog zum IVG 1000 gemäß 3 ausgeführt ist, so dass insoweit auf deren obige Beschreibung verwiesen werden kann.
Der Referenzspannungsgeneratorblock 1200a umfasst den ersten Referenzspannungsgenerator 1210, welcher die interne Versorgungsspannung VDD_INT empfängt und die erste Referenzspannung VREF1 einem Schalter 1220a zur Verfügung stellt, und einen zweiten Referenzspannungsgenerator 1230a, welcher die externe Versorgungsspannung VDD_EXT empfängt und die zweite Referenzspannung VREF2 dem Schalter 1220a zur Verfügung stellt. Der Schalter 1220a und der zweite Referenzspannungsgenerator 1230a empfangen jeweils die Steuersignale SC und SCB von der Steuerschaltung 1600 und der Schalter 1220a stellt die erste oder die zweite Referenzspannung als Referenzspannung VREF dem Spannungsregler 1400 zur Verfügung.
7 zeigt eine genauere Darstellung einer möglichen schaltungstechnischen Realisierung des erfindungsgemäßen Versorgungsspannungsgenerators 1000a. Der Referenzspannungsgeneratorblock 1200a umfasst den ersten Referenzspannungsgenerator 1210, der analog zu 4 ausgeführt ist, so dass insoweit auf deren obige Beschreibung verwiesen werden kann, den zweiten Referenzspannungsgenerator 1230a und den Schalter 1220a, der mit dem ersten und dem zweiten Referenzspannungsgenerator verbunden ist.
Der zweite Referenzspannungsgenerator 1230a umfasst einen ersten, mit der externen Versorgungsspannung VDD_EXT verbundenen Widerstand 1235. Der andere Anschluss des ersten Widerstands 1235 ist mit einem zweiten Widerstand 1236, einem Gate eines ersten NMOS-Transistors 1238 und einer Drain eines zweiten NMOS-Transistors 1239 verbunden. Der andere Anschluss des zweiten Widerstands 1236 stellt dem Schalter 1220a die zweite Referenzspannung VREF2 zur Verfügung und ist zudem mit einer Drain des ersten NMOS-Transistors 1238 verbunden. Eine Source des ersten NMOS-Transistors 1238 ist mit einem Gate des zweiten NMOS-Transistors 1239 und mit einem dritten Widerstand 1237 verbunden. Der andere Anschluss des dritten Widerstands 1237 ist mit einer Source des zweiten NMOS-Transistors 1239 und mit einer Drain eines dritten NMOS-Transistors 1240 verbunden. Ein Gate des dritten NMOS-Transistors 1240 ist mit dem Steuersignal SC der Steuerschaltung 1600 verbunden und dessen Source ist mit Masse verbunden.
8 zeigt eine genauere Darstellung einer möglichen schaltungstechnischen Realisierung des Schalters 1220a aus 7. Der Schalter 1220a umfasst in diesem Beispiel einen ersten PMOS-Transistor 1221 und einen ersten NMOS-Transistor 1222, welche jeweils Source an Drain bzw. Drain an Source miteinander verbunden sind. Die Source des ersten PMOS-Transistors 1221 ist zum Empfangen der ersten Referenzspannung VREF1 mit dem ersten Referenzspannungsgenerator 1210 verbunden, während dessen Drain mit einem Schalterausgabeanschluss verbunden ist, um die Referenzspannung VREF zur Verfügung zu stellen. Ein Gate des ersten PMOS-Transistors 1221 ist mit dem Steuersignal SC der Steuerschaltung 1600 verbunden, während ein Gate des ersten NMOS-Transistors 1222 mit dem Steuersignal SCB der Steuerschaltung 1600 verbunden ist. Das Gate des ersten NMOS-Transistors 1222 ist zudem mit einem Gate eines zweiten PMOS-Transistors 1223 verbunden, welcher wiederum Source an Drain bzw. Drain an Source mit einem zweiten NMOS-Transistor 1224 verbunden ist. Ein Gate des zweiten NMOS-Transistors 1224 ist mit dem Steuersignal SC der Steuerschaltung 1600 verbunden. Die Source des zweiten PMOS-Transistors 1223 ist zum Empfangen der zweiten Referenzspannung VREF2 mit dem zweiten Referenzspannungsgenerator 1230 verbunden, während dessen Drain mit dem Schalterausgabeanschluss verbunden ist, um die Referenzspannung VREF zur Verfügung zu stellen.
Im Betrieb müssen die Referenzspannungsgeneratorblöcke 1210 und 1230 der Erfindung nur in einem schmalen Spannungsbereich der internen Versorgungsspannung betrieben werden, im Gegensatz zu dem herkömmlichen Referenzspannungsgenerator 120 von 1, der im breiten Spannungsbereich der möglichen externen Versorgungsspannungen betreibbar sein muss. Deshalb ermöglichen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung eine reduzierte Komplexität und einen geringeren Stromverbrauch.
Der Spannungsregler 1400 kann gleich wie der herkömmliche Spannungsregler 140 aufgebaut sein. Vorteilhafte Ausführungsformen der Referenzspannungsgeneratorblöcke 1200 und 1200a umfassen den ersten Referenzspannungsgenerator 1210, den zweiten Referenzspannungsgenerator 1230, 1230a und den Schalter 1220 oder 1220a.
Der erste Referenzspannungsgenerator 1210 erzeugt die erste Referenzspannung VREF1 über den Schalter 1220, 1220a unter Benutzung der internen Versorgungsspannung VDD_INT des Spannungsreglers 1400. Der Schalter 1220, 1220a gibt die erste Referenzspannung VREF1 in Reaktion auf das oder die Steuersignale SC und/oder SCB von der Steuerschaltung 1600 an den Spannungsregler 1400 aus. Der zweite Referenzspannungsgenerator 1230, 1230a erzeugt die zweite Referenzspannung VREF2 unter Benutzung der externen Versorgungsspannung VDD_EXT in Reaktion auf das oder die Steuersignale SC und/oder SCB von der Steuerschaltung 1600. Der Block 1200 gibt entweder die erste Referenzspannung VREF1 oder die zweite Referenzspannung VREF2 als Referenzspannung VREF an den Spannungsregler 1400 aus.
Die Steuerschaltung 1600 detektiert, ob die interne Versorgungsspannung VDD_INT, z.B. 1,5V, höher als eine detektierte Spannung ist und gibt das oder die Steuersignale SC und/oder SCB als Detektionsergebnis aus. Hierbei ist die Detektionsspannung die minimale Betriebsspannung, z.B. 1,3V, welche die stabile Referenzspannung VREF1 oder VREF2 erzeugen kann. Ist die interne Versorgungsspannung VDD_INT niedriger als die Detektionsspannung, wie beispielsweise während einer Einschaltperiode, dann gibt die Steuerschaltung 1600 das Signal SC mit einem hohen Logikpegel und/oder das Signal SCB mit einem logisch niedrigen Pegel aus. Der Schalter 1220, 1220a ist deaktiviert und der zweite Referenzspannungsgenerator 1230, 1230a gibt unter Benutzung der externen Versorgungsspannung VDD_EXT die zweite Referenzspannung VREF2 aus. Der Spannungsregler 1400 empfängt die zweite Referenzspannung VREF2 vom zweiten Referenzspannungsgenerator 1230, 1230a und erzeugt die interne Versorgungsspannung VDD_INT.
Erreicht die interne Versorgungsspannung VDD_INT die Detektionsspannung, dann gibt die Steuerschaltung 1600 das Signal SC mit einem niedrigen Pegel und/oder das Signal SCB mit einem hohen Pegel aus. Der Schalter 1220, 1220a wird aktiviert und der erste Referenzspannungsgenerator 1210 gibt die erste Referenzspannung VREF1 unter Benutzung der internen Versorgungsspannung VDD_INT aus. Der Spannungsregler 1400 empfängt die erste Referenzspannung VREF1 vom ersten Referenzspannungsgenerator 1210 und erzeugt die interne Versorgungsspannung VDD_INT.
Der Block 1200 erzeugt die Referenzspannung VREF während der Einschaltsequenz unter Verwendung der externen Versorgungsspannung VDD_EXT und benutzt anschließend die interne Versorgungsspannung VDD_INT anstatt der externen Versorgungsspannung VDD_EXT. Vorzugsweise wird der Spannungspegel der internen Versorgungsspannung VDD_INT auf einen begrenzten Bereich geregelt, beispielsweise zwischen ungefähr 1,3V bis 1,8V, auch wenn der Spannungspegel der externen Versorgungsspannung VDD_EXT über einen breiten Bereich, z.B. von ungefähr 1,5V bis 5,0V, veränderlich ist.
Der Referenzspannungsgenerator 1200 kann über einen schmalen Spannungsbereich betrieben werden, z.B. zwischen 1,3V und 1,8V, da die interne Versorgungsspannung VDD_INT als Betriebsspannung verwendet wird. Daher kann der Referenzspannungsgenerator 1200 eine niedrige Komplexität und/oder einen niedrigen Stromverbrauch aufweisen.
Die Steuerschaltung 1600 umfasst den Spannungsdetektor 1610 und den Pegelschieber 1620, wobei der Spannungsdetektor 1610 detektiert, ob die interne Versorgungsspannung VDD_INT höher als die Detektionsspannung ist, und die Signale PWRUP und/oder PWRUPB ausgibt. Der Pegelschieber 1620 wandelt die Detektionssignale PWRUP und PWRUPB in die Steuersignale SC und/oder SCB zum Steuern des Schalters 1220, 1220a und/oder des zweiten Referenzspannungsgenerators 1230, 1230a um, der die externe Versorgungsspannung VDD_EXT verwendet.
Der funktionale Ablauf im IVG 1000 ist wie folgt. Zuerst wird die externe Versorgungsspannung VDD_EXT an den IVG angelegt. Ist die interne Versorgungsspannung VDD_INT niedriger als die vorbestimmte Detektionsspannung, z.B. während eines Einschaltvorgangs, dann nehmen die Detektionssignale PWRUP und/oder PWRUPB jeweils einen hohen logischen Pegel oder den Pegel der internen Versorgungsspannung VDD_INT bzw. einen niedrigen logischen Pegel oder den Massepegel an. Der Pegelschieber 1620 wandelt die Spannungspegel der Detektionssignale PWRUP, PWRUPB in die Steuersignale SC und SCB um. Das Signal SC nimmt einen hohen logischen Pegel oder den Pegel der externen Versorgungsspannung VDD_EXT an und das Signal SCB nimmt einen niedrigen logischen Pegel oder den Massepegel an. Der PMOS-Transistor 1231 und der NMOS-Transistor 1234 im zweiten Referenzspannungsgenerator 1230 werden durch die Steuersignale SC und SCB leitend geschaltet. Der zweite Referenzspannungsgenerator 1230 erzeugt die zweite Referenzspannung VREF2 unter Verwendung der externen Versorgungsspannung VDD_EXT und gibt die zweite Referenzspannung VREF2 am Ausgabeanschluss aus, z.B. dem Anschluss 1001 aus 4. Der Schalter 1220 wird durch die Steuersignale SC, SCB deaktiviert und der erste Referenzspannungsgenerator 1210 ist elektrisch nicht mit dem Ausgabeanschluss 1001 verbunden. Der Spannungsregler 1400 erzeugt die interne Versorgungsspannung VDD_INT basierend auf der Referenzspannung VREF vom zweiten Referenzspannungsgenerator 1230.
Wird der Spannungspegel der internen Versorgungsspannung VDD_INT durch ein Ansteigen des Pegels der internen Versorgungsspannung VDD_INT, z.B. nach einem Einschaltvorgang, höher als die vorbestimmte Detektionsspannung, dann nehmen die Detektionssignale PWRUP und/oder PWRUPB einen niedrigen logischen Pegel bzw. einen hohen logischen Pegel an. Die Steuerschaltung 1600 gibt das Signal SC mit einem niedrigen logischen Pegel und das Signal SCB mit einem hohen logischen Pegel aus. Der PMOS-Transistor 1231 und der NMOS-Transistor 1234 werden sperrend geschaltet und der Schalter 1220 wird aktiviert. Die erste Referenzspannung VREF1 des ersten Referenzspannungsgenerators 1210 wird in den Spannungsregler 1400 eingegeben, und der Spannungsregler 1400 erzeugt die interne Versorgungsspannung VDD_INT basierend auf der Referenzspannung VREF des ersten Referenzspannungsgenerators 1210.
Die Funktionsweise der alternativen Ausführungsform des IVG 1000a gemäß den 6 bis 8 ist außer der Funktionsweise des Referenzspannungsgeneratorblocks 1200a analog zur oben beschriebenen Funktionsweise des IVG 1000 gemäß den 3 bis 5.
Der Referenzspannungsgeneratorblock 1200a umfasst den ersten Referenzspannungsgenerator 1210, den Schalter 1220a und den zweiten Referenzspannungsgenerator 1230a. Der zweite Referenzspannungsgenerator 1230a erzeugt die zweite Referenzspannung VREF2 beispielsweise während der Einschaltsequenz unter Verwendung der externen Versorgungsspannung VDD_EXT. Der erste Referenzspannungsgenerator 1210 erzeugt die erste Referenzspannung VREF1 unter Verwendung der internen Versorgungsspannung VDD_INT.
Der Schalter 1220a gibt selektiv gemäß den Steuersignalen SC und SCB von der Steuerschaltung 1600 eine der Referenzspannungen VREF1 oder VREF2 aus. Während der Einschaltsequenz gibt die Steuerschaltung 1600 z.B. das Steuersignal SC mit einem hohen logischen Pegel und das Steuersignal SCB mit einem niedrigen logischen Pegel aus und die Ausgabe der zweiten Referenzspannung VREF2 des zweiten Referenzspannungsgenerators 1230a ist ausgewählt.
Nach der Einschaltsequenz gibt die Steuerschaltung 1600 z.B. das Steuersignal SC mit einem niedrigen logischen Pegel und das Steuersignal SCB mit einem hohen logischen Pegel aus und die Ausgabe der ersten Referenzspannung VREF1 des ersten Referenzspannungsgenerators 1210 ist ausgewählt. Die vom Schalter 1220a ausgewählte Ausgabe, entweder VREF1 oder VREF2, wird zur Referenzspannung VREF und zum Spannungsregler 1400 übertragen. Der Spannungsregler 1400 erzeugt die interne Versorgungsspannung basierend auf der Referenzspannung.
Bei weiteren alternativen Ausführungsformen ist die Steuerschaltung 1600 beispielsweise mit einem Zähler ausgeführt. Zudem kann die externe Einschaltinformation zum Steuern der Referenzspannungsgeneratoren verwendet werden.

Claims

Vorrichtung zur Erzeugung einer internen Spannung mit - einem ersten Referenzspannungsgenerator (1230, 1230a), der eine externe Versorgungsspannung (VDD_EXT) empfängt und ausgangsseitig eine erste Referenzspannung (VREF2) zur Verfügung stellt, - einem zweiten Referenzspannungsgenerator (1210), der eine interne Versorgungsspannung (VDD_INT) empfängt und ausgangsseitig eine zweite Referenzspannung (VREF1) an einem Knoten eines zwischen die interne Versorgungsspannung (VDD_INT) und eine Massespannung eingeschleiften Strompfades zur Verfügung stellt, wobei er einen Komparator (1218) mit einem Aufbau beinhaltet, der auf einen Betrieb in einem gegenüber einem Spannungsbereich der externen Versorgungsspannung engeren Spannungsbereich der internen Versorgungsspannung ausgelegt ist und mit einem Eingang an einen weiteren Knoten des Strompfades angeschlossen ist, - einem Spannungsregler (1400), der abhängig von einer zugeführten Eingangsspannung ausgangsseitig die interne Spannung (VDD_INT) zur Verfügung stellt, - einem Schalter (1220, 1220a), um wahlweise die erste oder die zweite Referenzspannung dem Spannungsregler (1400) als Eingangsspannung bereitzustellen, und - einer Steuerschaltung (1600), die detektiert, ob die interne Versorgungsspannung (VDD_INT) niedriger als ein vorgebbarer Schwellwert ist, und abhängig davon den Schalter (1220) ansteuert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (1600) in Signalkommunikation mit dem ersten Referenzspannungsgenerator (1230, 1230a) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Referenzspannungsgenerator (1210) einen Ausgabetreiber mit einer höheren Stromausgabe als der erste Referenzspannungsgenerator (1230, 1230a) aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (1220a) mit dem ersten und dem zweiten Referenzspannungsgenerator (1210, 1230, 1230a) in Verbindung steht und der Spannungsregler (1400) mit dem Schalter (1220, 1220a) in Verbindung steht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (1220) mit dem zweiten Referenzspannungsgenerator (1230, 1230a) in Verbindung steht und der Spannungsregler (1400) eingangsseitig mit dem Schalter (1220) und parallel dazu mit dem ersten Referenzspannungsgenerator (1230) in Verbindung steht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (1220, 1220a) aus einem PMOS-Transistor und einem NMOS-Transistor aufgebaut ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die externe Versorgungsspannung (VDD_EXT) außerhalb von wenigstens einem der Referenzspannungsgeneratoren (1210, 1230, 1230a) und einem Chip mit dem mindestens einen Referenzspannungsgenerator (1210, 1230, 1230a) zur Verfügung gestellt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (1600) folgende Komponenten umfasst: - einen internen Spannungsdetektorteil (1610) und - einen Pegelschieberteil (1620), welcher mit dem internen Spannungsdetektorteil (1610) verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (1600) wenigstens den ersten Referenzspannungsgenerator (1230, 1230a) aktiviert, wenn die detektierte interne Spannung unter einem Schwellwert liegt, und wenigstens den zweiten Referenzspannungsgenerator (1210) aktiviert, wenn die detektierte interne Spannung über dem Schwellwert liegt.
Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (1600) den Schalter (1220, 1220a) dazu ansteuert, wenigstens die erste Referenzspannung (VREF2) auszuwählen, wenn die detektierte interne Spannung unter einem Schwellwert liegt, und wenigstens die zweite Referenzspannung (VREF1) auszuwählen, wenn die detektierte interne Spannung über einem Schwellwert liegt.
Verfahren zur Erzeugung einer internen Spannung durch die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit den Schritten: - Empfangen einer externen Versorgungsspannung (VDD_EXT) und Bereitstellen einer internen Versorgungsspannung (VDD_INT), - Regulieren der internen Versorgungsspannung (VDD_INT) unter Verwendung einer ersten Referenzspannung (VREF2), die in Reaktion auf die empfangene externe Versorgungsspannung (VDD_EXT) erzeugt wird, oder unter Verwendung einer zweiten Referenzspannung (VREF1), die in Reaktion auf die interne Versorgungsspannung (VDD_INT) erzeugt wird, - Detektieren, ob die interne Versorgungsspannung (VDD_INT) einen Schwellwert übersteigt, und - Umschalten zwischen dem Regelvorgang der internen Versorgungsspannung (VDD_INT) unter Verwendung der ersten Referenzspannung (VREF2) und dem Regelvorgang der internen Versorgungsspannung (VDD_INT) unter Verwendung der zweiten Referenzspannung (VREF1) abhängig davon, ob die interne Versorgungsspannung (VDD_INT) über oder unter dem Schwellwert liegt.
Verfahren nach Anspruch 11, weiter gekennzeichnet durch - Detektieren, ob die interne Versorgungsspannung (VDD_INT) einen Schwellwert unterschreitet, und - Umschalten vom Regelvorgang der internen Versorgungsspannung (VDD_INT) unter Verwendung der zweiten Referenzspannung (VREF1) in den Regelvorgang der internen Versorgungsspannung (VDD_INT) unter Verwendung der ersten Referenzspannung (VREF2), wenn die interne Versorgungsspannung (VDD_INT) den Schwellwert unterschreitet.