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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung und ein
Verfahren zum Auswerten eines Datensignals.
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Eine
Schaltungsanordnung kann eine Logikschaltung und einen Spannungswandler,
der zur Versorgung der Logikschaltung dient, aufweisen. Dabei wird über einen
ersten Eingang der Schaltungsanordnung eine digitale Information
der Logikschaltung zugeleitet. Die Schaltungsanordnung kann beispielsweise
weitere Spannungswandler umfassen, die entsprechend der digitalen
Information von der Logikschaltung gesteuert werden. Über einen
zweiten Eingang der Schaltungsanordnung kann der Spannungswandler
aktiviert werden. Der Spannungswandler kann über den zweiten Eingang ein-
und ausgeschaltet werden.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung und
ein Verfahren zum Auswerten eines Datensignals bereitzustellen,
die eine geringe Anzahl von Anschlüssen benötigen.
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Diese
Aufgabe wird mit dem Gegenstand des Patentanspruchs 1 sowie dem
Verfahren gemäß Patentanspruch
17 gelöst.
Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind jeweils Gegenstand der
abhängigen
Ansprüche.
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In
einer Ausführungsform
umfasst eine Schaltungsanordnung einen Schaltungsanschluss, eine
Logikschaltung, eine Aktivierschaltung und einen Spannungsregler.
Ein Eingang der Logikschaltung ist mit dem Schaltungsanschluss gekoppelt. Ebenso ist
ein Eingang der Aktivierschaltung mit dem Schaltungsanschluss gekoppelt.
Die Aktivierschaltung weist ein Verzögerungsglied auf, das mit dem Eingang
der Aktivierschaltung und mit einem Ausgang der Aktivierschaltung
gekoppelt ist. Der Spannungsregler ist mit dem Ausgang der Aktivierschaltung
gekoppelt.
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Ein
Datensignal, umfassend eine digitale Information, wird dem Schaltungsanschluss
zugeführt. Die
Kopplung des Eingangs der Logikschaltung mit dem Schaltungsanschluss
dient zur Zuführung
der digitalen Information an die Logikschaltung. Die Aktivierschaltung
erzeugt ein Aktiviersignal, das am Ausgang der Aktivierschaltung
abgegeben wird. Die Verbindung des Ausgangs der Aktivierschaltung
mit dem Spannungsregler dient zur Aktivierung des Spannungsreglers.
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Mit
Vorteil wird über
den Schaltungsanschluss sowohl eine digitale Information der Logikschaltung
zugeleitet wie auch der Spannungsregler aktiviert, so dass für beide
Funktionen ein Anschluss ausreichend ist. Die Aktivierschaltung
kann im englischen als Wake-up circuit bezeichnet werden.
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In
einer Ausführungsform
ist der Schaltungsanschluss als Schaltungseingang implementiert.
Das Datensignal am Schaltungsanschluss kann somit ein Eingangssignal
sein. Der Schaltungsanschluss kann als unidirektionaler Anschluss
ausgeführt
sein.
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In
einer Weiterentwicklung ist der Schaltungsanschluss als Eingangs-/Ausgangsanschluss, englisch
input-output terminal, abgekürzt
I/O terminal, realisiert. Das Datensignal am Schaltungsanschluss
kann daher ein Eingangs-/Ausgangssignal sein.
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Der
Schaltungsanschluss kann als bidirektionaler Anschluss ausgeführt sein.
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In
einer Ausführungsform
ist ein weiterer Schaltungsteil mit dem Ausgang der Aktivierschaltung
gekoppelt. Der weitere Schaltungsteil wird mittels des Aktiviersignals
aktiviert.
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In
einer Ausführungsform
umfasst der Spannungsregler einen Ausgang, der mit einem Versorgungseingang
der Logikschaltung verbunden ist. Die Verbindung des Ausgangs des
Spannungsreglers mit dem Versorgungseingang der Logikschaltung dient zur
Spannungsversorgung der Logikschaltung. Die Logikschaltung kann
vorteilhafterweise deaktiviert sein, sobald der Spannungsregler
deaktiviert ist, so dass sich die Schaltungsanordnung in einem ausgeschalteten
Zustand befindet und keine elektrische Energie verbraucht.
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In
einer Ausführungsform
umfasst der Spannungsregler eine Ladungspumpe oder einen induktiven
Spannungswandler. Bevorzugt weist der Spannungsregler einen linearen
Regler auf. Der Spannungsregler kann als low dropout Regler, abgekürzt LDO,
ausgeführt
sein. Da ein Spannungsregler elektrische Energie verbraucht, kann
er aus Gründen
der Energieeffizienz mittels des Aktiviersignals aktiviert und deaktiviert
werden.
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In
einer Ausführungsform
kann das Verzögerungsglied
als Entprellschalter, englisch debounce timer, realisiert sein.
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In
einer Ausführungsform
kann die Schaltungsanordnung weitere Spannungswandler umfassen,
die mit der Logikschaltung verbunden sind und von der Logikschaltung
gesteuert werden.
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In
einer Ausführungsform
umfasst ein Halbleiterkörper
die Schaltungsanordnung. Der Halbleiterkörper umfasst eine erste Anschlussfläche, englisch
pad, die mit dem Schaltungsanschluss verbunden ist. Die erste Anschlussfläche ist
zur elektrischen Kontaktierung des Schaltungsanschlusses der Schaltungsanordnung
vorgesehen. Die erste Anschlussfläche kann mittels eines Bonddrahtes
oder mittels einer Lötkugel
kontaktiert werden.
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Die
Schaltungsanordnung kann in einem Mobilfunkgerät eingesetzt werden. In einer
Ausführungsform
kann die Schaltungsanordnung in einem oberen Teil eines klappbaren
Mobilfunkgerätes,
englisch clamshell mobile phone, eingesetzt sein, so dass lediglich
eine geringe Anzahl von Verbindungen zu einem unteren Teil des Mobilfunkgerätes vorzusehen
sind.
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In
einer Ausführungsform
umfasst ein Verfahren zum Auswerten eines Datensignals an einem Schaltungsanschluss
einer Schaltungsanordnung ein Verzögern des Datensignals. Ein
Aktiviersignal wird in Abhängigkeit
von dem verzögerten
Datensignal erzeugt. Ein Spannungsregler wird in Abhängigkeit
von dem Aktiviersignal aktiviert oder deaktiviert. Das Datensignal
umfasst eine digitale Information, die von der Schaltungsanordnung
verarbeitet wird.
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Mit
Vorteil weist das Datensignal eine digitale Information auf. Darüber hinaus
wird mittels des Datensignals der Spannungsregler aktiviert und/oder deaktiviert,
so dass lediglich ein Anschluss zum Zuführen der digitalen Information
und zur Aktivierung und/oder Deaktivierung des Spannungsreglers
ausreichend ist.
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In
einer Weiterbildung wird das Aktiviersignal zusätzlich auch in Abhängigkeit
des unverzögerten Datensignals
generiert. Mit Vorteil kann das Aktiviersignal somit unmittelbar
nach dem Eintreffen des Datensignals bereitgestellt werden.
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In
einer Ausführungsform
wird dem Spannungsregler eine erste Versorgungsspannung zugeführt und
vom Spannungsregler eine zweite Versorgungsspannung bereitgestellt.
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In
einer Ausführungsform
wird die digitale Information des Datensignals von einer Logikschaltung verarbeitet,
die von der Schaltungsanordnung umfasst ist. Die Logikschaltung
kann mittels der zweiten Versorgungsspannung betrieben werden.
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Die
Erfindung wird nachfolgend an mehreren Ausführungsbeispielen anhand der
Figuren näher
erläutert.
Funktions- beziehungsweise wirkungsgleiche Bauelemente und Schaltungselemente
tragen gleiche Bezugszeichen. Insoweit sich Schaltungsteile oder
Bauelemente in ihrer Funktion entsprechen, wird deren Beschreibung
nicht in jeder der folgenden Figuren wiederholt.
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Es
zeigen:
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1A bis 1C beispielhafte
Ausführungsformen
einer Schaltungsanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip,
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2A bis 2C beispielhafte
Ausführungsformen
eines Verzögerungsglieds,
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3 eine
beispielhafte Ausführungsform eines
Komparators,
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4 eine
beispielhafte Ausführungsform eines
Spannungsreglers und
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5 eine
beispielhafte Ausführungsform eines
Halbleiterkörpers
mit der Schaltungsanordnung.
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1A zeigt
eine beispielhafte Ausführungsform
einer Schaltungsanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Die
Schaltungsanordnung 10 umfasst einen Schaltungsanschluss 11,
eine Logikschaltung 12, eine Aktivierschaltung 13 sowie
einen Spannungsregler 14. Die Aktivierschaltung 13 umfasst
einen Eingang 16, ein Verzögerungsglied 17 und
einen Ausgang 18. Der Eingang 16 der Aktivierschaltung 13 ist
mit dem Schaltungsanschluss 11 gekoppelt. Das Verzögerungsglied 17 ist
zwischen den Eingang 16 und den Ausgang 18 der
Aktivierschaltung 13 geschaltet. Der Ausgang 18 der
Aktivierschaltung 13 ist mit dem Spannungsregler 14 verbunden.
Die Schaltungsanordnung 10 weist einen Versorgungsspannungsanschluss 19 auf,
der mit dem Spannungsregler 14 gekoppelt ist. Ein Versorgungseingang 15 der
Aktivierschaltung 13 ist an den Versorgungsspannungsanschluss 19 angeschlossen. Die
Aktivierschaltung 13 weist ein erstes logisches Gatter 30 auf.
Ein erster Eingang 31 des logischen Gatters 30 ist
mit dem Eingang 16 der Aktivierschaltung 13 verbunden.
Ein Ausgang 33 des ersten logischen Gatters 30 ist
mit dem Verzögerungsglied 17 verbunden.
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Der
Spannungsregler 14 umfasst einen Ausgang 20, der
mit der Logikschaltung 12 verbunden ist. Die Logikschaltung 12 ist
an einem Versorgungseingang 21 an den Ausgang 20 des
Spannungsreglers 14 angeschlossen. Die Logikschaltung 12 weist einen Eingang 22 auf,
der mit dem Schaltungsanschluss 11 gekoppelt ist.
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Darüber hinaus
weist die Schaltungsanordnung 10 einen ersten Komparator 23 auf,
der den Schaltungsanschluss 11 mit dem Eingang 16 der
Aktivierschaltung 13 verbindet. Der erste Komparator 23 ist
als erster Schmitt-Trigger-Schaltkreis 24 realisiert. Der
erste Komparator 23 ist mit dem Versorgungsspannungsanschluss 19 verbunden.
Ferner weist die Schaltungsanordnung einen zweiten Komparator 25 auf,
welcher den Schaltungsanschluss 11 mit dem Eingang 22 der
Logikschaltung 12 koppelt. Der zweite Komparator 25 ist
als ein zweiter Schmitt-Trigger-Schaltkreis 26 realisiert.
Der zweite Komparator 25 ist mit dem Ausgang 20 des
Spannungsreglers 14 verbunden. Der erste und der zweite Schmitt-Trigger-Schaltkreis 24, 26 sind
jeweils als ein nicht-invertierender Schmitt-Trigger-Schaltkreis ausgeführt. Darüber hinaus
weist die Schaltungsanordnung 10 einen Transistor 27 auf.
Eine gesteuerte Strecke des Transistors 27 verbindet den
Schaltungsanschluss 11 mit einem Bezugspotentialanschluss 28.
Ein Steueranschluss des Transistors 27 ist an einen Steuerausgang 29 der
Logikschaltung 12 angeschlossen.
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Ein
Datensignal DATA wird dem Schaltungsanschluss 11 zugeführt. Das
Datensignal DATA wird dem ersten Komparator 23 zugeleitet,
von dem ausgangsseitig ein erstes Signal S1 bereitgestellt wird. Das
erste Signal S1 wird vom ersten Schmitt-Trigger-Schaltkreis 24 durch
Vergleich des Datensignals DATA mit den zwei Schwellwerten des ersten Schmitt-Trigger-Schaltkreises 24 bereitgestellt.
Das erste Signal S1 wird dem Eingang 16 des Aktivierglieds 13 zugeleitet.
Das erste Signal S1 ist somit vom Datensignal DATA abgeleitet. Das
erste logische Gatter 30 ist als Oder-Gatter ausgeführt. Einem
zweiten Eingang 32 des ersten logischen Gatters 30 wird ein
Steuersignal ST1 zugeleitet. Hingegen wird dem ersten Eingang 31 des
ersten logischen Gatters 30 das erste Signal 51 zugeführt. Am
Ausgang 33 des ersten logischen Gatters 30 ist
ein zweites Signal S2 abgreifbar. Das zweite Signal S2 wird dem
Verzögerungsglied 17 zugeleitet.
Das zweite Signal S2 ist somit ebenfalls vom Datensignal DATA abgeleitet.
Ausgangsseitig wird vom Verzögerungsglied 17 ein
Aktiviersignal SON über
den Ausgang 18 der Aktivierschaltung 13 einem
Steuereingang des Spannungsreglers 14 zugeführt. Eine
erste Versorgungsspannung VBAT wird dem Versorgungsspannungsanschluss 19 zugeleitet.
Die erste Versorgungsspannung VBAT wird dem Spannungsregler 14 zugeführt und
wird vom Spannungsregler 14 in eine zweite Versorgungsspannung
V2 umgewandelt. Die zweite Versorgungsspannung V2 wird über den
Ausgang 20 des Spannungsreglers 14 dem Versorgungseingang 21 der
Logikschaltung 12 zugeleitet. Ebenso wird sie dem zweiten
Komparator 25 zur Versorgung des zweiten Schmitt-Trigger-Schaltkreises 26 zugeführt. Die
erste Versorgungsspannung VBAT wird dem Versorgungseingang 15 der
Aktivierschaltung 13 zur Spannungsversorgung der Aktivierschaltung 13 zugeführt. Darüber hinaus
wird die erste Versorgungsspannung VBAT dem ersten Komparator 23 zur
Versorgung des ersten Schmitt-Trigger-Schaltkreises 24 zugeleitet.
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Das
Datensignal DATA wird über
den zweiten Komparator 25 dem Eingang 22 der Logikschaltung 12 zugeführt. Am
Steuerausgang 29 der Logikschaltung 12 ist ein
erstes Ausgangssignal SOUT1 abgreifbar, welches dem Steueranschluss
des Transistors 27 zugeführt wird. In Abhängigkeit
von einem logischen Wert des ersten Ausgangssignals SOUT1 legt der
Transistor 27 den Schaltungsanschluss 11 auf einen
Potentialwert des Bezugspotentialanschlusses 28. An einem
weiteren Ausgang 34 der Logikschaltung 12 ist
ein zweites Ausgangssignal SOUT2 abgreif bar. Das zweite Ausgangssignal SOUT2
wird von der Logikschaltung 12 in Abhängigkeit von Informationen
im Datensignal DATA bereitgestellt. Die Logikschaltung 12 ist
als serielle Interface-Logikschaltung mit einem einzelnen Eingang 22 realisiert.
Im Englischen kann die Logikschaltung 12 als single wire
serial interface logic bezeichnet werden. Der erste und der zweite
Komparator 23, 25 sind als Eingangspuffer realisiert.
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Mit
Vorteil kann mittels des Datensignals DATA die Aktivierschaltung 13 derart
gesteuert werden, dass sie ein Aktiviersignal SON bereitstellt und mittels
des Aktiviersignals SON den Spannungsregler 14 in einen
aktiven Betriebszustand versetzt. Vorteilhafterweise kann die Logikschaltung 12 Informationen,
die vom Datensignal DATA umfasst sind, in das erste und das zweite
Ausgangssignal SOUT1, SOUT2 umsetzen. Der Spannungsregler 14 kann vorteilhafterweise
eine zweite Versorgungsspannung V2 bereitstellen, die einen konstanten
Wert aufweist, der nicht von Schwankungen eines Wertes der ersten Versorgungsspannung
VBAT abhängig
ist. Mit Vorteil wird die Logikschaltung 12 erst dann betrieben,
wenn der Wert der zweiten Versorgungsspannung V2 konstant ist. Der
Wert der zweiten Versorgungsspannung V2 kann niedriger als der Wert
der ersten Versorgungsspannung VBAT sein. Aufgrund der niedrigen und
geregelten zweiten Versorgungsspannung V2 kann die Logikschaltung 12 mittels
einer Integrationstechnik hergestellt sein, die platzsparend realisierbar
ist.
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Weist
das Steuersignal ST1 den logischen Wert 1 auf, so nimmt das Aktiviersignal
SON einen den Spannungsregler 14 aktivierenden Wert an.
Mit dem Steuersignal ST1 kann vorteilhafterweise erreicht werden,
dass auch bei Ausbleiben von Impulsen im Datensignal DATA der Spannungsregler 14 aktiviert
ist.
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In
einer alternativen Ausführungsform
entfällt das
erste logische Gatter 30, so dass der Eingang 16 der
Aktivierschaltung 13 direkt mit dem Verzögerungsglied 17 verbunden
ist. Das vom ersten Komparator 23 bereitgestellte erste
Signal S1 wird somit dem Verzögerungsglied 17 zugeleitet.
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In
einer alternativen Ausführungsform
entfällt der
Transistor 27, so dass der Schaltungsanschluss 11 nicht
mit dem Bezugspotentialanschluss 28 verbunden ist.
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In
einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform umfasst die Schaltungsanordnung 10 einen
zusätzlichen
Transistor, der ein weiteres Potential dem Schaltungsanschluss 11 zuleitet.
Ein Steueranschluss des zusätzlichen
Transistors ist mit einem weiteren Steuerausgang der Logikschaltung 12 gekoppelt.
Somit kann der Schaltungsanschluss als push-pull Ausgang implementiert
sein.
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In
einer alternativen Ausführungsform
sind der erste Schmitt-Trigger-Schaltkreis 24 und/oder
der zweite Schmitt-Trigger-Schaltkreis 26 jeweils
als invertierender Schmitt-Trigger-Schaltkreis ausgeführt.
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In
einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform umfasst der erste
und/oder zweite Komparator 23, 26 einen Inverter
oder einen Puffer. Der Puffer kann zwei hintereinander geschaltete
Inverter aufweisen.
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In
einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform ist ein Inverter
dem Schaltungsanschluss 11 nachgeschaltet.
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1B zeigt
eine weitere beispielhafte Ausführungsform
einer Schaltungsanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Die Schaltungsanordnung gemäß 1B ist
eine Weiterbildung der in 1A gezeigten
Schaltungsanordnung. Zusätzlich
umfasst die Schaltungsanordnung 10 gemäß 1B einen Takteingang 50,
der mit einem weiteren Eingang 51 der Aktivierschaltung 13 und
einem weiteren Eingang 52 der Logikschaltung 12 gekoppelt
ist. Zwischen den Takteingang 50 und den weiteren Eingang 51 der Aktivierschaltung 13 ist
ein dritter Komparator 53 geschaltet. Der dritte Komparator 53 ist
als ein dritter Schmitt-Trigger-Schaltkreis 54 realisiert.
Der erste und der dritte Schmitt-Trigger-Schaltkreis 24, 54 sind jeweils
als ein nicht-invertierender Schmitt-Trigger-Schaltkreis ausgeführt. Die
Aktivierschaltung 13 umfasst ein zweites logisches Gatter 55,
welches an einem ersten Eingang mit dem Eingang 16 der
Aktivierschaltung 13 und an einem zweiten Eingang mit dem
weiteren Eingang 51 der Aktivierschaltung 13 verbunden
ist. Das zweite logische Gatter 55 ist an einem Ausgang
mit dem ersten Eingang 31 des ersten logischen Gatters 30 verbunden.
Das zweite logische Gatter 55 ist als Oder-Gatter realisiert.
Der dritte Komparator 53 ist mit dem Versorgungsspannungsanschluss 19 verbunden.
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Darüber hinaus
umfasst die Schaltungsanordnung 10 einen vierten Komparator 56,
der zwischen den Takteingang 50 und den weiteren Eingang 52 der
Logikschaltung 12 geschaltet ist. Der vierte Komparator 56 ist
als ein vierter Schmitt-Trigger-Schaltkreis 57 realisiert.
Der Ausgang 20 des Spannungsreglers 14 ist mit
dem vierten Komparator 56 zu dessen Spannungsversorgung
verbunden. Weiter ist der Schaltungsanschluss 11 über einen
Widerstand 59 mit einem Spannungsanschluss 58 verbunden.
Der Takteingang 50 ist über
einen weiteren Widerstand 60 ebenfalls mit dem Spannungsanschluss 58 verbunden.
Die Logikschaltung 12 ist als serielle Interface-Logikschaltung
realisiert. Die Logikschaltung 12 kann als Inter- Integrated Circuit,
abgekürzt
I2C-Schaltung, ausgeführt
sein. Der Schaltungsanschluss 11 und der Takteingang 50 sind
dabei als zwei-Draht Interface für
die I2C-Schaltung ausgebildet. Der Schaltungsanschluss 11 ist
hierbei als Eingangs-/Ausgangsanschluss
implementiert.
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Eine
Spannung VDD_I/F wird an den Spannungsanschluss 58 angelegt.
Am Takteingang 50 wird ein Taktsignal CLK der Schaltungsanordnung 10 zugeleitet.
Das Taktsignal CLK wird über
den dritten Komparator 53 und über den weiteren Eingang 51 des
Aktivierglieds 13 dem zweiten logischen Gatter 55 zugeleitet.
Mittels des zweiten logischen Gatters 55 werden das Taktsignal
CLK und das Datensignal DATA zusammengeführt und aus der logischen Verknüpfung das
erste Signal S1 erzeugt. Das erste Signal S1 weist dann den logischen
Wert 1 auf, wenn entweder das Taktsignal CLK oder das Datensignal DATA
oder beide Signale CLK, DATA den logischen Wert 1 aufweisen. Somit
stellt die Aktivierschaltung 13 das Aktiviersignal SON
bereits dann mit einem den Spannungsregler 14 aktivierenden
Wert bereit, wenn eines der beiden Signale CLK, DATA den logischen
Wert 1 aufweist. Zeigen das Taktsignal CLK und das Datensignal DATA
dauerhaft den logischen Wert 0, so wird das Aktiviersignal SON mit
einem den Spannungsregler 14 deaktivierenden Wert generiert. Mittels
des ersten und des dritten Komparators 23, 53 wird
erzielt, dass Signalwerte des Datensignals DATA beziehungsweise
des Taktsignals CLK nicht berücksichtigt
werden, die unterhalb einer vorgegebenen Schwelle sind. Somit wird
vermieden, dass das Aktiviersignal SON einen den Spannungsregler 14 aktivierenden
Wert annimmt, wenn ausschließlich Störsignale
mit einem kleinen Pegel dem Schaltungsanschluss 11 und/oder
dem Takteingang 50 zugeführt werden. Mittels des zweiten
und des vierten Komparators 25, 56 wird erreicht,
dass ausschließlich
ein Datensignal DATA be ziehungsweise ein Taktsignal CLK der Logikschaltung 12 zugeleitet
werden, die Werte über
einem Schwellwert aufweisen, so dass das Zuführen von Störsignalen an die Logikschaltung 12 reduziert
ist.
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Vorteilhafterweise
verbrauchen der erste und der zweite Komparator 23, 25 keine
Energie, sofern der logische Wert 0 mit einem niedrigen Spannungswert
für den
abgeschaltete Zustand vorgesehen ist.
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Mit
Vorteil können
der Spannungsregler 14 und die Logikschaltung 12 deaktiviert
werden, wenn die Spannung VDD_I/F abgeschaltet wird. Dabei wird die
Schaltungsanordnung 10 mittels eines gesteuerten Abschaltvorganges,
englisch shut-down, in einen ausgeschalteten Zustand versetzt, bei
dem interne Register der Schaltungsanordnung 10 zurückgesetzt werden.
Die Aktivierschaltung 13 dient somit mit Vorteil zu einem
Aktivieren der Schaltungsanordnung 10 aus einem Zustand,
in dem diese keine elektrische Energie verbraucht. In einer Ausführungsform
sind keine zusätzlichen
Eingänge
zum Zurücksetzen
der Schaltungsanordnung 10 erforderlich.
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In
einer alternativen, nicht gezeigten Ausführungsform sind der erste und
der dritte Komparator 23, 53 jeweils als ein Inverter
oder als invertierender Schmitt-Trigger-Schaltkreis oder als ein
nicht-invertierender Schmitt-Trigger-Schaltkreis mit nachgeschaltetem
Inverter ausgeführt.
Gemäß dieser
Ausführungsform
wird das Aktiviersignal SON mit einem den Spannungsregler 14 deaktivierenden
Wert bereitgestellt, sofern das Datensignal DATA und das Taktsignal
CLK den logischen Wert 1 aufweisen.
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1C zeigt
eine weitere beispielhafte Ausführungsform
der Schaltungsanordnung nach dem vorgeschlagenen Prinzip. Die Schaltungsanordnung gemäß 1C ist
eine Weiterbildung der in 1B gezeigten
Schaltungsanordnung. Zusätzlich
umfasst die Schaltungsanordnung 10 gemäß 1C einen weiteren
Transistor 70, dessen gesteuerte Strecke den Steuerausgang 29 der
Logikschaltung 12 mit dem Bezugspotentialanschluss 28 verbindet.
Ein Steueranschluss des weiteren Transistors 70 ist mit einem
weiteren Ausgang 71 der Aktivierschaltung 13 gekoppelt.
Der weitere Ausgang 71 der Aktivierschaltung 13 ist
mit dem Ausgang des Verzögerungsglieds 17 verbunden.
Der weitere Ausgang 71 ist über einen Inverter 72 mit
dem Steueranschluss des weiteren Transistors 70 verbunden.
Der Inverter 72 ist zu seiner Spannungsversorgung mit dem
Versorgungsspannungsanschluss 19 über eine nicht eingezeichnete
Leitung verbunden.
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Weist
ein Signal am weiteren Ausgang 71 der Aktivierschaltung 13 den
logischen Wert 1 auf, so wird mittels des Inverters 72 dem
Steueranschluss des weiteren Transistors 70 ein Signal
mit einem niedrigen Spannungswert zugeleitet. Der weitere Transistor 70 ist
als n-Kanal MOSFET realisiert. Somit ist der weitere Transistor 70 nichtleitend
geschaltet. Ist hingegen das Signal am weiteren Ausgang 71 auf
dem logischen Wert 0, wird mittels des Inverters 72 dem
Steueranschluss des weiteren Transistors 70 ein hoher Spannungswert
zugeleitet. Aufgrund des hohen Spannungswertes am Steueranschluss
ist der weitere Transistor 70 leitend geschaltet, so dass
am Steueranschluss des Transistors 27 ein niedriger Spannungswert
anliegt, welcher den ersten Transistor 27 in einen nichtleitenden
Betriebszustand versetzt. Somit zieht der erste Transistor 27 eine
Spannung am Schaltungsanschluss 11 nicht auf den Potentialwert
des Bezugspotentialanschlusses 28, solange der Spannungsregler 14 nicht
aktiviert ist.
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Mit
Vorteil ist somit der Schaltungsanschluss 11 als Bus-Anschluss, der drei
Zustände
aufweisen kann, englisch tristate bus, realisiert. Falls der Spannungsregler 14 keine
zweite Versorgungsspannung V2 bereitstellt, wird der Schaltungsanschluss 11 hochohmig
geschaltet, so dass die Schaltungsanordnung 10 die Spannung
am Schaltungsanschluss 11 nicht absenkt.
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2A zeigt
eine beispielhafte Ausführungsform
eines Verzögerungsglieds,
die in einer der Schaltungsanordnungen gemäß 1A bis 1C verwendet
werden kann. Gemäß 2A umfasst das
Verzögerungsglied 17 einen
Eingang 80, einen Ausgang 81 und ein Tiefpassfilter 82.
Das Tiefpassfilter 82 koppelt den Eingang 80 mit
dem Ausgang 81. Das Tiefpassfilter 82 umfasst
einen Tiefpasswiderstand 83 und einen Tiefpasskondensator 84.
Der Eingang 80 ist über
den Tiefpasswiderstand 83 mit einer ersten Elektrode des
Tiefpasskondensators 84 verbunden. Eine zweite Elektrode
des Tiefpasskondensators 84 ist an den Bezugspotentialanschluss 28 angeschlossen.
Ferner umfasst das Verzögerungsglied 17 einen
Komparator 85, der zwischen das Tiefpassfilter 82 und
den Ausgang 81 geschaltet ist. Der Komparator 85 ist
als Schmitt-Trigger-Schaltkreis 86 realisiert.
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Dem
Eingang 80 wird das zweite Signal S2 zugeleitet. Impulse
des zweiten Signals 52 werden mittels des Tiefpassfilters 82 gefiltert. Übersteigt
das gefilterte zweite Signal S2 einen Schwellwert des Komparators 85,
so wird das Aktiviersignal SON am Ausgang 81 mit einem
Wert bereitgestellt, welcher den Spannungsregler 14 in
einen aktiven Betriebszustand versetzt.
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Mit
Vorteil können
eine Grenzfrequenz fg des Tiefpassfilters 82 und der Schwellwert
des Komparators 85 derart eingestellt sein, dass mehrere
Impulsen des zweiten Signals S2 das Aktiviersignal SON mit einem
den Spannungsregler 14 aktivierenden Wert auslösen. Der
Spannungsregler 14 wird somit mit einer Verzögerung,
die vom Tiefpassfilter 82 und vom Komparator 85 erzeugt
wird, aktiviert. Weist das zweite Signal S2 keine weiteren Impulse
auf, so nimmt nach einer Verzögerung
das Aktiviersignal SON einen den Spannungsregler 14 deaktivierenden Wert
an. Die Aktivierschaltung 13 kann somit symmetrisch bezüglich einer
Einschaltzeit und einer Ausschaltzeit des Aktiviersignals SON eingestellt
sein.
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In
einer alternativen Ausführungsform
umfasst das Verzögerungsglied
eine Diode 96, die zwischen den Eingang 80 und
einen Eingang des Komparators 85 geschaltet ist. Somit
wird über
die Diode 96 zusätzlich
das zweite Signal S2 dem Komparator 85 zugeleitet. Ein
Signal am Eingang des Komparators 85 wird durch eine Parallelschaltung,
umfassend den Tiefpass 82 und die Diode 96, bereitgestellt.
Mit Vorteil wird das Aufladen des Tiefpasskondensators 84 mittels
der Diode 96 beschleunigt. Somit kann das Aktiviersignal
SON näherungsweise
unverzögert nach
dem Eintreffen eines Impulses des zweiten Signals S2 den aktivierenden
Wert aufweisen.
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2B zeigt
eine weitere beispielhafte Ausführungsform
eine Verzögerungsglieds,
die in einer der Schaltungsanordnungen gemäß 1A bis 1C eingesetzt
werden kann. Das Verzögerungsglied 17 gemäß 2B ist
eine Weiterbildung des in 2A gezeigten
Verzögerungsglieds.
Das Verzögerungsglied 17' umfasst ein
logisches Gatter 87, das an einem ersten Eingang 88 mit
dem Eingang 80 des Verzögerungsglieds 17' verbunden ist.
Der erste Eingang 88 ist direkt an den Eingang 80 des
Verzögerungsglieds 17 angeschlossen.
Ein zweiter Eingang 89 des logischen Gatters 87 ist über den
Komparator 85 und das Tiefpassfilter 82 mit dem
Eingang 80 des Verzögerungsglieds 17' gekoppelt.
Ein Ausgang 90 des logischen Gatters 87 ist mit
dem Ausgang 81 des Verzögerungsglieds 17' verbunden.
Das logische Gatter 87 ist als Oder-Gatter realisiert.
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Das
zweite Signal S2 wird somit direkt dem ersten Eingang 88 des
logischen Gatters 87 zugeführt. Zusätzlich wird das zweite Signal
S2 über
das Tiefpassfilter 82 und den Komparator 85 dem
zweiten Eingang 89 des logischen Gatters 87 zugeleitet.
Das logische Gatter 87 stellt am Ausgang 90 das
Aktiviersignal SON bereit. Weist das zweite Signal S2 den logischen
Wert 1 auf, so stellt das logische Gatter 87 das Aktiviersignal
SON ebenfalls mit dem logischen Wert 1 bereit. Somit wird der Spannungsregler 14 unverzögert bei
einem Auftreten des logischen Wertes 1 im zweiten Signal S2 aktiviert.
Die Grenzfrequenz fg des Tiefpassfilters 82 und die Schaltschwelle
des Komparators 85 sind derart eingestellt, dass das Aktiviersignal
SON mit einem den Spannungsregler 14 aktivierenden Wert
bereitgestellt wird, auch wenn das zweite Signal S2 eine Impulsfolge
umfassend den logischen Wert 1 und den logischen Wert 0 aufweist.
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Mit
Vorteil wird mittels des Verzögerungsglieds 17' der Spannungsregler 14 unverzögert aktiviert,
jedoch mit Verzögerung
deaktiviert.
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2C zeigt
eine alternative beispielhafte Ausführungsform eines Verzögerungsglieds,
das in den Schaltungsanordnungen gemäß 1A bis 1C verwendet
werden kann. Das Verzögerungsglied 17' gemäß 2C ist
eine Weiterbildung des in 2B gezeigten
Verzögerungsglieds.
Das Verzögerungsglied 17' gemäß 2C umfasst
das logische Gatter 87, welches am ersten Eingang 88 mit dem
Eingang 80 des Verzögerungsglieds 17' verbunden ist.
Ferner umfasst das Verzögerungsglied 17' einen Zähler 91.
Ein Rücksetzeingang 92 des
Zählers 91 ist
mit dem Eingang 80 verbunden. Ein Datenausgang 93 des
Zählers 91 ist
mit dem zweiten Eingang 89 des logischen Gatters 87 gekoppelt.
Das Verzögerungsglied 17'' umfasst einen Inverter 95,
der den Datenausgang 93 des Zählers 91 mit dem zweiten Eingang 89 des
logischen Gatters 87 koppelt.
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Aufgrund
der direkten Verbindung des Eingangs 80 zu dem zweiten
Eingang 88 des logischen Gatters 87 wird das Aktiviersignal
SON unverzögert und
unmittelbar mit einem den Spannungsregler 14 aktivierenden
logischen Wert 1 bereitgestellt, sofern das zweite Signal S2 den
logischen Wert 1 aufweist. Einem Takteingang 94 des Zählers 91 wird
ein Zählertaktsignal
CLKI zugeleitet. Das Zählertaktsignal CLKI
wird von einem nicht eingezeichneten internen Taktgenerator bereitgestellt.
Das zweite Signal S2 wird dem Rücksetzeingang 92 zugeleitet.
Sobald das zweite Signal S2 den logischen Wert 1 aufweist, wird der
Zähler 91 zurückgesetzt.
Der Zähler 91 ist
derart ausgelegt, dass er nach einer Anzahl N von Impulsen des Zählertaktsignals
CLKI ein Zählerdatensignal
SQ am Ausgang 93 bereitstellt, das den logischen Wert 1 aufweist.
Weist das Zählerdatensignal
SQ den logischen Wert 1 auf, so wird über den Inverter 95 dem zweiten
Eingang 89 ein Wert mit dem logischen Wert 0 zugeleitet.
Weist zu diesem Zeitpunkt auch das zweite Signal S2, das dem ersten
Eingang 88 des logischen Gatters 87 zugeleitet
wird, den logischen Wert 0 auf, so wird das Aktiviersignal SON mit
dem logischen Wert 0 und damit mit einem den Spannungsregler 14 deaktivierenden
Wert bereitgestellt. Sofern innerhalb der Anzahl N von Impulsen
des Zählertaktsignals
CLKI das zweite Signal S2 mit einem logischen Wert 1 dem Rücksetzeingang 92 zugeleitet
wird, weist das Datensignal SQ den logischen Wert 0 und damit das
Signal am zweiten Eingang 89 des logischen Gatters 87 den
logischen Wert 1 auf. Das Aktiviersignal SON stellt somit einen
den Spannungsregler 14 aktivierenden Wert solange bereit,
bis vom Zähler 91 nach
einem logischen Wert 1 des zweiten Signals S2 die Anzahl N von Impulsen des
Zählertaktsignals
CLKI gezählt
sind. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Anzahl N
derart gewählt,
dass sie einer Verzögerungszeit
von 100 ms entspricht.
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Mit
Vorteil wird somit das Aktiviersignal SON unverzögert mit dem den Spannungsregler
aktivierenden Wert beim Auftreten des logischen Werts 1 im zweiten
Signal S2 bereitgestellt. Weiter bleibt das Aktiviersignal SON auf
dem den Spannungsregler 14 aktivierenden Wert für eine voreingestellte
Verzögerungszeit
auch nach einem Ausbleiben des logischen Wertes 1 im zweiten Signal
S2. Die Aktivierschaltung 13 ist vorteilhafterweise als
digitaler Schaltkreis realisiert.
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3 zeigt
eine beispielhafte Ausführungsform
eines Komparators, wie er als Komparator 85 im Verzögerungsglied
gemäß 2A und 2B und als
einer der Komparatoren 23, 25, 53, 56 in
den Schaltungsanordnungen gemäß 1A bis 1C verwendet
werden kann. Der Komparator weist einen Inverter 100 auf.
Der Inverter 100 umfasst einen p-Kanal MOSFET 101 und
einen n-Kanal MOSFET 102, die seriell zueinander geschaltet
sind. Die beiden MOSFETs 101, 102 sind zwischen
den Versorgungsspannungsanschluss 19 und den Bezugspotentialanschluss 28 geschaltet.
Eine Schwellenspannung des Komparators 100 ist durch eine
Schwellenspannung und ein Weiten- zu Längenverhältnis des p-Kanal MOSFETs 101 und
durch eine Schwellenspannung und ein Weiten- zu Längenverhältnis des n-Kanal
MOSFETs 102 einstellbar. Wird der Inverter 100 zur
Realisierung des zweiten und/oder des vierten Komparators 25, 56 verwendet,
so sind die beiden MOSFETs 101, 102 zwischen den
Ausgang 20 des Spannungsreglers 14 und den Bezugspotentialanschluss 28 geschaltet.
Mit Vorteil kann mittels des Inverters 100 ein Komparator
mit geringem Aufwand realisiert werden. Mit Vorteil benötigt der
Komparator 85 gemäß dieser
Ausführungsform
bei einer kleinen Spannung an einem Eingang des Komparators 85 keinen
Strom.
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4 zeigt
eine beispielhafte Ausführungsform
eines Spannungsreglers 14, wie er in den Schaltungsanordnungen
gemäß 1A bis 1C verwendet
werden kann. Der Spannungsregler 14 umfasst einen linearen
Regler 105. Der lineare Regler 105 weist einen
Transistor 106 auf, der zwischen den Versorgungsspannungsanschluss 19 und
den Ausgang 20 des Spannungsreglers 14 geschaltet
ist. Weiter umfasst der lineare Regler 105 einen Verstärker 107 und
einen Spannungsteiler 108. Der Spannungsteiler 108 ist
zwischen den Ausgang 20 und den Bezugspotentialanschluss 28 geschaltet.
Der Spannungsteiler 108 weist einen ersten und einen zweiten
Spannungsteilerwiderstand 109, 110 auf. Ein Abgriff
zwischen dem ersten und dem zweiten Spannungsteilerwiderstand 109, 110 ist
mit einem nichtinvertierenden Eingang des Verstärkers 107 verbunden.
Der Verstärker 107 weist
einen Aktiviereingang 111, englisch enableq input terminal,
auf. Der Aktiviereingang 111 ist mit dem Ausgang 18 der
Aktivierschaltung 13 gekoppelt. Ein Ausgang des Verstärkers 107 ist
mit einem Steueranschluss des Transistors 106 verbunden.
Der Transistor 106 ist als p-Kanal MOSFET realisiert.
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Eine
Referenzspannung VREF wird einem invertierenden Eingang des Verstärkers 107 zugeführt. Das
Aktiviersignal SON wird dem Aktiviereingang 111 zugeleitet.
Ein Transistorsteuersignal ST2 am Ausgang des Verstärkers 107 wird
dem Steueranschluss des Transistors 106 zugeleitet. Der
Transistor 106 stellt die zweite Versorgungsspannung V2 in
Abhängigkeit
von dem Transistorsteuersignal ST2 und der ersten Versorgungsspannung
VBAT bereit. Eine Rückkopplungsspannung
VFB ist am Abgriff des Spannungsteilers 108 greifbar, die
mittels des Spannungsteilers 108 aus der zweiten Versorgungsspannung
V2 abgeleitet wird. Die Rückkopplungsspannung
VFB wird dem nicht-invertierenden Eingang des Verstärkers 107 zugeleitet.
Das Transistorsteuersignal ST2 wird in Abhängigkeit von der Referenzspannung
VREF, der Rückkopplungsspannung VFB
und dem Aktiviersignal SON erzeugt. Weist das Aktiviersignal SON
den den Spannungsregler 14 aktivierenden Wert auf, so erzeugt
der Verstärker 107 das
Transistorsteuersignal ST2 derart, dass ein Wert der Referenzspannung
VREF näherungsweise
einem Wert der Rückkopplungsspannung
VFB entspricht. Hat hingegen das Aktiviersignal SON den den Spannungsregler 14 deaktivierenden
Wert, so erzeugt der Verstärker 107 das
Transistorsteuersignal ST2 derart, dass der Transistor 106 in
einen sperrenden Betriebszustand geschaltet wird. Das Transistorsteuersignal
ST2 kann zum Sperren des Transistors 106 näherungsweise
den Wert der ersten Versorgungsspannung VBAT aufweisen.
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Mit
Vorteil kann der lineare Regler 105 die zweite Versorgungsspannung
V2 mit einem konstanten Wert bereitstellen, der unabhängig von
Schwankungen der ersten Versorgungsspannung VBAT ist. Ein Wert der
zweiten Versorgungsspannung V2 ist niedriger als ein Wert der ersten
Versorgungsspannung VBAT. Mit Vorteil kann eine Logikschaltung 12 mit
einer niedrigeren Spannung als die erste Versorgungsspannung VBAT
betrieben werden. Dadurch kann die Logikschaltung 12 platzsparend
in einer Integrationstechnik mit kleinen Abständen realisiert werden. Die
erste Versorgungsspannung VBAT kann beispielsweise von einer Lithium-Ionen
Batterie bereitgestellt werden. Diese ist beispielsweise bei Mobilfunkgeräten im Einsatz.
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In
alternativen, nicht gezeigten Ausführungsformen ist der Spannungsregler 14 als
Ladungspumpe, englisch charge pump, oder als induktiver Spannungswandler
implementiert. Der induktive Spannungswandler kann als Buck-Spannungswandler, Boost-Spannungswandler
oder Buck-Boost-Spannungswandler realisiert sein.
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5 zeigt
einen beispielhaften Halbleiterkörper
nach dem vorgeschlagenen Prinzip, der eine Schaltungsanordnung gemäß einer
der 1A bis 1C umfasst.
Der Halbleiterkörper 130 weist
eine erste Anschlussfläche 131,
die den Schaltungsanschluss 11 umfasst, und eine zweite
Anschlussfläche 132 auf,
die den Versorgungsspannungsanschluss 19 umfasst. Die erste
und die zweite Anschlussfläche 131, 132 können mit
jeweils einem Bonddraht oder einer Lötkugel kontaktiert werden.
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Mit
Vorteil weist der Halbleiterkörper 130 nur eine
geringe Anzahl von Anschlussflächen
auf und kann daher platzsparend realisiert werden. Eine Anordnung
mit dem Halbleiterkörper 130 benötigt nur eine
geringe Anzahl an Verbindungen.
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In
einer alternativen Ausführungsform
umfasst der Halbleiterkörper 130 eine
nicht gezeichnete dritte Anschlussfläche, die den Takteingang 50 umfasst.
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- 10
- Schaltungsanordnung
- 11
- Schaltungsanschluss
- 12
- Logikschaltung
- 13
- Aktivierschaltung
- 14
- Spannungsregler
- 15
- Versorgungseingang
- 16
- Eingang
- 17,
17', 17''
- Verzögerungsglied
- 18
- Ausgang
- 19
- Versorgungsspannungsanschluss
- 20
- Ausgang
- 21
- Versorgungseingang
- 22
- Eingang
- 23
- erster
Komparator
- 24
- erster
Schmitt-Trigger-Schaltkreis
- 25
- zweiter
Komparator
- 26
- zweiter
Schmitt-Trigger-Schaltkreis
- 27
- Transistor
- 28
- Bezugspotentialanschluss
- 29
- Steuerausgang
- 30
- erstes
logisches Gatter
- 31
- erster
Eingang
- 32
- zweiter
Eingang
- 33
- Ausgang
- 34
- weiterer
Ausgang
- 50
- Takteingang
- 51
- weiterer
Eingang
- 52
- weiterer
Eingang
- 53
- dritter
Komparator
- 54
- dritter
Schmitt-Trigger-Schaltkreis
- 55
- zweites
logisches Gatter
- 56
- vierter
Komparator
- 57
- vierter
Schmitt-Trigger-Schaltkreis
- 58
- Spannungsanschluss
- 59
- Widerstand
- 60
- weiterer
Widerstand
- 70
- weiterer
Transistor
- 71
- weiterer
Ausgang
- 72
- Inverter
- 80
- Eingang
- 81
- Ausgang
- 82
- Tiefpassfilter
- 83
- Tiefpasswiderstand
- 84
- Tiefpasskondensator
- 85
- Komparator
- 86
- Schmitt-Trigger-Schaltkreis
- 87
- logisches
Gatter
- 88
- erster
Eingang
- 89
- zweiter
Eingang
- 90
- Ausgang
- 91
- Zähler
- 92
- Rücksetzeingang
- 93
- Datenausgang
- 94
- Takteingang
- 95
- Inverter
- 96
- Diode
- 100
- Inverter
- 101
- p-Kanal
MOSFET
- 102
- n-Kanal
MOSFET
- 105
- linearer
Regler
- 106
- Transistor
- 107
- Verstärker
- 108
- Spannungsteiler
- 109
- erster
Spannungsteilerwiderstand
- 110
- zweiter
Spannungsteilerwiderstand
- 111
- Aktiviereingang
- 130
- Halbleiterkörper
- 131
- erste
Anschlussfläche
- 132
- zweite
Anschlussfläche
- CLK
- Taktsignal
- CLKI
- Zählertaktsignal
- DATA
- Datensignal
- SON
- Aktiviersignal
- SOUT1
- erstes
Ausgangssignal
- SOUT2
- zweites
Ausgangssignal
- SQ
- Zählerdatensignal
- ST1
- Steuersignal
- ST2
- Transistorsteuersignal
- S1
- erstes
Signal
- S2
- zweites
Signal
- VBAT
- erste
Versorgungsspannung
- VDD_I/F
- Spannung
- VFB
- Rückkopplungsspannung
- VREF
- Referenzspannung
- V2
- zweite
Versorgungsspannung