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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung einer internen
Versorgungsspannung und ein Verfahren zum Erzeugen einer internen
Versorgungsspannung.
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In
der Vergangenheit haben sich aufgrund der geringeren Leistungsaufnahme
von Systemen und der Miniaturisierung von Halbleiterprozessen die Versorgungsspannungen
von Chips (welche nachfolgend als externe Versorgungsspannungen
bezeichnet werden) zu niedrigeren Spannungspegeln hin entwickelt.
Es ist jedoch nur schwer zu erreichen, dass sich alle Chips gleichzeitig
zu einer niedrigeren Spannung hinbewegen. Somit bleibt die Reduzierung der
Leistungsaufnahme von Gesamtsystemen oftmals hinter derjenigen für einzelne
Chips zurück
und es koexistieren Systeme, die unterschiedliche externe Versorgungsspannungen
bereitstellen können. Dementsprechend
können
Chips mit einer Spannungswandlervorrichtung ausgestattet sein, die
eine konstante interne Versorgungsspannung ungeachtet unterschiedlicher
externer Versorgungsspannungen erzeugt. Da die Spannungswandlervorrichtung
in einem Chip angeordnet sein kann, ist es möglich, denselben Chip auf Systeme
anzuwenden, welche unterschiedliche externe Versorgungsspannungen
bereitstellen.
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1 ist
ein Blockdiagramm, das eine herkömmliche
Vorrichtung zur Erzeugung einer internen Versorgungsspannung zeigt.
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Bezugnehmend
auf 1 kann eine herkömmliche interne Versorgungsspannung
einen Referenzspannungserzeugungsteil 10 zum Erzeugen einer
Referenzspannung VREF unter Verwendung einer externen Versorgungsspannung
VDD_EXT und einen Erzeugungsteil 11 für eine interne Versorgungsspannung
aufweisen.
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Der
Referenzspannungserzeugungsteil 10 und der Erzeugungsteil 11 für die interne
Versorgungsspannung können
mit einer externen Spannung als Betriebsspannung versorgt werden,
beispielsweise mit einer externen Versorgungsspannung VDD_EXT. Der
Referenzspannungserzeugungsteil 10 kann beispielsweise
eine Bandlückenreferenz(band-gap
reference – BGR)-Schaltung
sein, die dem Fachmann bekannt ist.
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Wenn
die externe Versorgungsspannung VDD_EXT zu einem Chip geliefert
wird, kann der Referenzspannungserzeugungsteil 10 eine
Referenzspannung VREF erzeugen und der Erzeugungsteil 11 für die interne
Versorgungsspannung kann basierend auf der Referenzspannung VREF
die externe Versorgungsspannung VDD_EXT in eine interne Versorgungsspannung
VDD_INT umwandeln. Die interne Versorgungsspannung VDD_INT kann
wie nachfolgend beschrieben erzeugt werden.
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Der
Erzeugungsteil 11 für
die interne Versorgungsspannung kann die externe Versorgungsspannung
VDD_EXT empfangen und die interne Versorgungsspannung VDD_INT auf
einem gegebenen Pegel basierend auf der Referenzspannung VREF erzeugen,
die in einem in tegrierten Schaltungselement erzeugt wird. Da der
Erzeugungsteil 11 für
die interne Versorgungsspannung die interne Versorgungsspannung
VDD_INT unter Verwendung der Referenzspannung VREF erzeugen kann,
kann der Referenzspannungserzeugungsteil 10 die externe
Versorgungsspannung VDD_EXT als seine Betriebsspannung nutzen.
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Die
externe Versorgungsspannung VDD_EXT kann in Abhängigkeit davon unterschiedlich
sein, auf welche Systeme die integrierten Halbleiterschaltungselemente
angewendet werden. Während
die externe Versorgungsspannung VDD_EXT innerhalb eines weiten Spannungsbereichs
veränderbar
ist, ermöglicht
die Referenzspannung, welche ungeachtet einer Veränderung
der externen Versorgungsspannung im Wesentlichen konstant ist, das Erhalten
einer konstanten internen Versorgungsspannung VDD_INT. Allerdings
kann bei einem integrierten Halbleiterschaltungselement, welches
eine in 1 gezeigte Vorrichtung zur Erzeugung
einer internen Versorgungsspannung aufweist, das folgende Problem
auftreten.
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Wenn
eine in 1 gezeigte Vorrichtung zur Erzeugung
einer internen Versorgungsspannung auf ein System angewendet wird,
kann es erforderlich sein, dass eine interne Versorgungsspannung VDD_INT
und eine Referenzspannung VREF ungeachtet einer Spannung (beispielsweise
einer externen Versorgungsspannung), die von dem System geliefert
wird, auf einem konstanten Pegel gehalten werden. Um die interne
Versorgungsspannung VDD_INT zu halten, kann es erforderlich sein,
dass die Referenzspannung VREF ungeachtet von Veränderungen
der externen Versorgungsspannung VDD_EXT konstant gehalten wird,
wenigstens jedoch hinsichtlich eines Spannungsbereichs, in dem die
externe Versorgungsspannung variiert werden kann.
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Beispielsweise
sei ein System betrachtet, durch welches jeweils externe Versorgungsspannungen
von 5 V, 3 V und 1,8 V unter stützt
werden. Zum Schaffen eines Betriebsintervalls kann der Referenzspannungserzeugungsteil 10 dazu
ausgebildet sein, bei einer externen Versorgungsspannung innerhalb eines
Spannungsbereichs zwischen 1,5 V und 5 V stabil zu arbeiten und
eine konstante Referenzspannung zu erzeugen. Wenn ein stabiler Betrieb
des Referenzspannungserzeugungsteils 10 innerhalb eines Spannungsbereichs
der externen Versorgungsspannung VDD_EXT nicht sichergestellt ist,
kann es schwierig oder unmöglich
sein, die Referenzspannung in einem niedrigen Betriebsspannungsbereich und
in einem hohen Betriebsspannungsbereich konstant zu halten. Somit
kann sich die Referenzspannung VREF in einem niedrigen Betriebsspannungsbereich
und/oder in einem hohen Betriebsspannungsbereich ändern und
es kann vorkommen, dass die interne Versorgungsspannung VDD_INT
nicht konstant gehalten werden kann.
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Da
ein integriertes Halbleiterschaltungselement mit dem Referenzspannungserzeugungsteil 10 auf
eine Vielzahl von Systemen anwendbar ist, kann es demnach erforderlich
sein, dass ein stabiler Betrieb des Referenzspannungserzeugungsteils 10 innerhalb
eines relativ breiten Spannungsbereichs sichergestellt ist.
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2 ist
ein Blockdiagramm, das eine andere herkömmliche Vorrichtung zur Erzeugung
einer internen Versorgungsspannung darstellt.
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Bezugnehmend
auf 2 kann eine Vorrichtung zur Erzeugung einer internen
Versorgungsspannung einen Referenzspannungserzeugungsteil 20 zum
Erzeugen einer Referenzspannung VREF unter Verwendung einer Rückkopplung
einer internen Versorgungsspannung VDD_INT und einen Erzeugungsteil 21 für eine interne
Versorgungsspannung zum Erzeugen der internen Versorgungsspannung VDD_INT
unter Verwendung der Referenzspannung VREF aufweisen.
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Anders
als die Erzeugungsvorrichtung für
die interne Versorgungsspannung, die in 1 dargestellt
ist, kann der Referenzspannungserzeugungsteil 20 gemäß 2 die
interne Versorgungsspannung VDD_INT anstelle der externen Versorgungsspannung
als seine Betriebsspannung nutzen, wobei der Erzeugungsteil 21 für die interne
Versorgungsspannung die externe Versorgungsspannung als seine Betriebsspannung
nutzen kann.
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Die
in 2 dargestellte Vorrichtung begegnet dem oben beschriebenen
Problem der Vorrichtung gemäß 1,
jedoch können
Probleme in Bezug auf das Einschalten oder Hochfahren des Referenzspannungserzeugungsteils 20 und
des Erzeugungsteils 21 für die interne Versorgungsspannung entstehen.
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Beispielsweise
kann beim Einschalten oder Hochfahren der Erzeugungsteil 21 für die interne
Versorgungsspannung die interne Versorgungsspannung VDD_INT erzeugen,
indem die Referenzspannung VREF über
den Referenzspannungserzeugungsteil 20 und indem die interne
Versorgungsspannung VDD_INT basierend auf der Referenzspannung VREF
erzeugt werden. Es kann aufgrund der oben beschriebenen strukturellen
Rückkopplungseigenschaft
schwierig oder sogar unmöglich sein,
einen normalen Betrieb des Referenzspannungserzeugungsteils 20 zu
einem Einschaltzeitpunkt zu gewährleisten,
wenn die interne Versorgungsspannung VDD_INT nicht normal erzeugt
wird. Dementsprechend kann es vorkommen, dass der Erzeugungsteil 21 für die interne
Versorgungsspannung die interne Versorgungsspannung VDD_INT nicht
normal erzeugt.
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3 ist
ein Zeitablaufdiagramm zur Darstellung des Einschaltens einer Vorrichtung
zur Erzeugung einer internen Versorgungsspannung gemäß 2.
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Wie
sich aus 3 ergibt, kann die interne Versorgungsspannung
VDD_INT aufgrund eines abnormalen Hochfahrens des Referenzspannungserzeugungsteils 20 nicht
normal erzeugt werden, obwohl eine externe Versorgungsspannung VDD_EXT angelegt
wird. Mit anderen Worten, eine Vorrichtung zur Erzeugung einer internen
Versorgungsspannung gemäß 2 kann
die Struktur aufweisen, bei der eine interne Versorgungsspannung
VDD_INT als eine Betriebsspannung eines Referenzspannungserzeugungsteils 20 verwendet
wird und bei der ein Erzeugungsteil 21 für eine interne
Versorgungsspannung die interne Versorgungsspannung VDD_INT unter
Verwendung einer Referenzspannung VREF erzeugt. Dementsprechend
kann es schwierig sein, eine Referenzspannung VREF, die einen vorgegebenen
Pegel aufweist, über
den in 2 gezeigten Referenzspannungserzeugungsteil 20 zu
erzeugen. Somit kann es vorkommen, dass die interne Versorgungsspannung
VDD_INT nicht einen erforderlichen Pegel aufweist.
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Der
Erfindung liegt das technische Problem zugrunde, eine Vorrichtung
zur Erzeugung einer internen Versorgungsspannung und ein Verfahren
zum Erzeugen einer internen Versorgungsspannung anzugeben, welche
Veränderungen
oder Schwankungen einer internen Versorgungsspannung aufgrund von
Veränderungen
oder Schwankungen einer externen Versorgungsspannung verhindern,
Einschaltverzögerungsschwierigkeiten
vermeiden und dabei relativ einfach ohne zusätzliche Steuerlogik implementierbar
sind.
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Die
Erfindung löst
das Problem mittels einer Vorrichtung zur Erzeugung einer internen
Versorgungsspannung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und
mittels eines Verfahrens zum Erzeugen einer internen Versorgungsspannung
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben,
deren Wortlaut hiermit durch Bezugnahme in die Beschreibung aufgenommen
wird, um unnötige
Textwiederholungen zu vermeiden.
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Beispielhafte
Ausgestaltungen betreffen eine Vorrichtung zur Erzeugung einer internen
Versorgungsspannung. Die Erzeugungsvorrichtung für die interne Versorgungsspannung
kann einen Einschaltspannungserzeugungsteil, einen Referenzspannungserzeugungsteil
und/oder einen Erzeugungsteil für
eine interne Versorgungsspannung aufweisen. Der Einschaltspannungserzeugungsteil
kann dazu ausgebildet sein, eine Einschaltspannung unter Verwendung
einer externen Versorgungsspannung zu erzeugen. Der Referenzspannungserzeugungsteil kann
dazu ausgebildet sein, eine Referenzspannung unter Verwendung der
Einschaltspannung zu erzeugen. Der Erzeugungsteil für die interne
Versorgungsspannung kann dazu ausgebildet sein, eine interne Versorgungsspannung
unter Verwendung der Referenzspannung und der externen Versorgungsspannung
zu erzeugen. Der Einschaltspannungserzeugungsteil kann durch die
Referenzspannung ausgeschaltet werden, welche durch den Referenzspannungserzeugungsteil
erzeugt wird.
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Beispielhafte
Ausgestaltungen betreffen auch ein Verfahren zum Erzeugen einer
internen Versorgungsspannung. Das Verfahren kann ein Erzeugen einer
Einschaltspannung, ein Erzeugen einer Referenzspannung, ein Erzeugen
einer internen Versorgungsspannung und/oder ein Rückkoppeln
der Referenzspannung beinhalten. Die Einschaltspannung kann erzeugt
werden, indem eine externe Versorgungsspannung verwendet wird. Die
Referenzspannung kann erzeugt werden, indem die Einschaltspannung
verwendet wird. Die interne Versorgungsspannung kann in Abhängigkeit
von der Referenzspannung und der externen Versorgungsspannung erzeugt
werden. Die Referenzspannung kann rückgekoppelt werden, um das
Erzeugen der Einschaltspannung zu stoppen.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung, die weiter unten detailliert beschrieben
sind, sowie die zur Erleichterung des Verständnisses der Erfindung erörterten
Ausgestaltungen des Standes der Technik sind in den Zeichnungen
dargestellt. Es zeigt/zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild zur Darstellung einer herkömmlichen Vorrichtung zur Erzeugung
einer internen Versorgungsspannung;
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2 ein
Blockschaltbild zur Darstellung einer anderen Vorrichtung zur Erzeugung
einer internen Versorgungsspannung.
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3 ein
Zeitablaufdiagramm zur Darstellung eines Einschaltvorgangs der Erzeugungsvorrichtung
für die
interne Versorgungsspannung gemäß 2.
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4 ein
Blockschaltbild zur Darstellung einer Vorrichtung zur Erzeugung
einer internen Versorgungsspannung gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung;
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5 ein
Schaltungsdiagramm zur detaillierten Darstellung des Einschaltspannungserzeugungsteils,
der in 4 dargestellt ist;
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6 ein
Schaltungsdiagramm zur detaillierten Darstellung des Referenzspannungserzeugungsteils,
der in 4 dargestellt ist;
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7 ein
Schaltungsdiagramm zur detaillierten Darstellung des Erzeugungsteils
für die
interne Spannung, der in 4 dargestellt ist; und
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8 ein
Zeitablaufdiagramm zur Darstellung eines Betriebs einer Vorrichtung
zur Erzeugung einer internen Versorgungsspannung gemäß einer beispielhaften
Ausgestaltung.
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Bei
der Beschreibung der Figuren bezeichnen gleiche Zahlen durchweg
gleiche oder vergleichbare Elemente.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass ein Element, welches als mit einem
anderen Element „verbunden" oder „gekoppelt" beschrieben ist,
entweder direkt mit dem anderen Element verbunden oder gekoppelt
sein kann oder dass Zwischenelemente vorhanden sein können. Wenn
im Gegensatz dazu ein Element als mit einem anderen Element „direkt
verbunden" oder „direkt
gekoppelt" beschrieben
ist, sind keine Zwischenelemente vorhanden. Andere Wörter, die
zum Beschreiben der Beziehung zwischen Elementen verwendet werden,
sollten in gleicher Weise interpretiert werden (z. B. „zwischen" gegenüber „direkt
zwischen, benachbart" gegenüber „direkt
benachbart" usw).
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Es
sei auch darauf hingewiesen, dass bei einigen alternativen Implementierungen
Funktionen/Aktionen nicht in der Reihenfolge erfolgen müssen, die
in den Figuren angegeben ist. Beispielsweise können zwei Figuren, welche in
Abfolge dargestellt sind, tatsächlich
im Wesentlichen gleichzeitig oder manchmal in umgekehrter Reihenfolge
ausgeführt
werden, was von den betroffenen Funktionalitäten/Aktionen abhängt.
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4 ist
ein Blockschaltbild zur Darstellung einer Vorrichtung zur Erzeugung
einer internen Versorgungsspannung gemäß einer beispielhaften Ausgestaltung.
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Bezugnehmend
auf 4 kann eine Vorrichtung zur Erzeugung einer internen
Versorgungsspannung einen Einschaltspannungs erzeugungsteil 40 zum
Erzeugen einer Einschaltspannung VDD_SU unter Verwendung einer externen
Versorgungsspannung VDD_EXT, einen Referenzspannungserzeugungsteil 41 zum
Erzeugen einer Referenzspannung VREF unter Verwendung der Einschaltspannung VDD_SU
und einen Erzeugungsteil 42 für eine interne Versorgungsspannung
zum Erzeugen einer internen Versorgungsspannung VDD_INT aufweisen.
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Der
Einschaltspannungserzeugungsteil 40 kann die Einschaltspannung
VDD_SU unter Verwendung der externen Versorgungsspannung VDD_EXT erzeugen
und die Einschaltspannung VDD_SU als eine Treiberspannung beim Einschalten
oder Hochfahren zu dem Referenzspannungserzeugungsteil 41 liefern.
Der Referenzspannungserzeugungsteil 41 kann beim Einschalten
durch die Einschaltspannung VDD_SU getrieben werden und die Referenzspannung
VREF erzeugen. Beim Einschalten kann der Einschaltspannungserzeugungsteil 40 mit
der Referenzspannung über
eine Rückkoppelschleife
versorgt werden und er kann ausgeschaltet werden, wenn die Referenzspannung
mit einem erforderlichen Pegel empfangen wird.
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Der
Referenzspannungserzeugungsteil 41 kann nach einem anfänglichen
Betrieb beim Einschalten durch die interne Versorgungsspannung VDD_INT
von dem Erzeugungsteil 42 für die interne Versorgungsspannung
betrieben werden.
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Wenn
die externe Versorgungsspannung VDD_EXT anfänglich an die Vorrichtung angelegt wird,
kann der Einschaltspannungserzeugungsteil 40 die externe
Versorgungsspannung VDD_EXT verwenden, um eine Einschaltspannung
VDD_SU zu erzeugen, die größer als
etwa 2·Vth
ist, wobei Vth eine Schwellspannung ist. Die Einschaltspannung VDD_SU
kann als Betriebsspannung zu dem Referenzspannungserzeugungsteil 41 geliefert
werden.
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Der
Einschaltspannungserzeugungsteil 40 kann primär dann arbeiten,
wenn die externe Versorgungsspannung VDD_EXT anfänglich an die Vorrichtung angelegt
wird, beispielsweise beim anfänglichen Hochfahren
oder Einschalten. Der Einschaltspannungserzeugungsteil 40 kann
den Referenzspannungserzeugungsteil 41 starten und kann
durch Rückkopplungssteuerung
durch die Referenzspannung VREF deaktiviert werden. Aus diesem Grund bewirkt
der Einschaltspannungserzeugungsteil 40 keine Beeinträchtigung
des Leistungspegels der internen Versorgungsspannung VDD_INT, die
nach dem Einschalten erzeugt wird.
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5 ist
ein Schaltungsdiagramm zur detaillierteren Darstellung des Start-
oder Einschaltspannungserzeugungsteils gemäß 4.
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Bezugnehmend
auf 5 kann ein Einschaltspannungserzeugungsteil 40 einen
Widerstandsteil 50, einen Eingangssteuerteil 51,
einen Erzeugungsteil 53 für eine Einschaltreferenzspannung, einen
Einschaltspannungsausgangsteil 55, einen Schaltteil 54 und/oder
einen Rückkopplungssteuerteil 52 aufweisen.
Der Widerstandsteil 50 kann mit einer externen Versorgungsspannung
VDD_EXT verbunden sein. Der Eingangssteuerteil 51 kann
dazu verwendet werden, zu bestimmen, ob basierend auf einem Pegel
der externen Versorgungsspannung VDD_EXT, die über den Widerstandsteil 50 bereitgestellt
wird, eine Einschaltspannung VDD_SU erzeugt werden sollte. Der Erzeugungsteil 53 für die Einschaltreferenzspannung
kann dazu verwendet werden, eine Einschaltreferenzspannung VB zum
Erzeugen der Einschaltspannung VDD_SU nach Maßgabe der Steuerung durch den
Eingangssteuerteil 51 zu erzeugen. Der Einschaltspannungsausgangsteil 55 kann
dazu verwendet werden, eine Einschaltspannung VDD_SU zu erzeugen,
welche über
eine differenzielle Verstärkungsstruktur
unter Verwendung der Einschaltreferenzspannung VB geregelt wird.
Der Schaltteil 54 kann dazu verwendet werden, eine Schaltoperation
des Einschaltspannungsausgangsteils 55 in Abhängigkeit
von dem Eingangssteuerteil 51 zu steuern. Der Rückkopplungssteuerteil 52 kann dazu
verwendet werden, einen An/Aus-Zustand des Einschaltspannungserzeugungsteils 40 in
Abhängigkeit
von einer rückgekoppelten
Referenzspannung VREF zu steuern.
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Der
Widerstandsteil 50 kann PMOS-Transistoren P51 bis P58 umfassen,
welche lange Kanäle aufweisen
und untereinander in Reihe geschaltet sind. Obwohl in 5 acht
Transistoren P51 bis P58 dargestellt sind, kann die Anzahl an Transistoren
basierend auf dem an einem Knoten N1 gewünschten Spannungspegel angepasst
werden.
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Der
Rückkopplungssteuerteil 52 kann
einen NMOS-Transistor N59 aufweisen, kann jedoch auch unter Verwendung
beliebiger Arten von Schaltstrukturen und eines PMOS-Transistors
implementiert sein.
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Der
Eingangssteuerteil 51 kann einen PMOS-Transistor und einen
NMOS-Transistor P59 bzw. N51 aufweisen, die zur Bildung eines Invertierers
verbunden sind. Der Einschaltreferenzspannungserzeugungsteil 53 kann
PMOS-Transistoren P60 bis P63 umfassen, welche einen langen Kanal aufweisen
und miteinander in Reihe geschaltet sind, einen NMOS-Transistor
N52, dessen Gate-Anschluss durch den Knoten N1 gesteuert ist, und
als Dioden geschaltete NMOS-Transistoren N53 und N54 zum Bestimmen
eines Pegels der Einschaltreferenzspannung VB an einem Knoten N2.
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Obwohl
in 5 eine gegebene Anzahl von Transistoren gemäß einer
beispielhaften Ausgestaltung dargestellt sind, kann die Anzahl der PMOS-Transistoren
P60 bis P63 und die Anzahl NMOS-Transistoren
N53 und N54 basierend auf einem Spannungspegel der Einschaltreferenzspannung
VB angepasst werden.
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Ein
NMOS-Transistor N57 kann einen NMOS-Transistor N58 des Einschaltspannungsausgangsteils 55 in
Abhängigkeit
von einem Ausgangssignal des Eingangssteuerteils 51 steuern.
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Der
Einschaltspannungsausgangsteil 55 kann NMOS-Transistoren N55
und N56 aufweisen, die einen differentiellen Eingang bilden, PMOS-Transistoren
P66 und P67, welche einen Stromspiegel einer Ausgangsstufe bilden,
einen NMOS-Transistor N58, der mit einer Massespannung verbunden
ist, und einen PMOS-Transistor P68 zum Regeln einer auszugebenden
Einschaltspannung VDD_SU.
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Der
Schaltteil 54 kann einen Schaltbetrieb des Einschaltspannungsausgangsteils 55 gemäß einem
Spannungspegel des Knotens N1 steuern. Ein PMOS-Transistor P64 kann
einen Knoten N4 steuern und ein PMOS-Transistor P65 kann einen Knoten
M5 steuern. Des Weiteren kann ein NMOS-Transistor N57 in dem Schaltteil 54 gemäß einem
Pegel des Eingangssteuerteils 51 gesteuert werden und kann seinerseits
einen Schaltbetrieb des Einschaltspannungsausgangsteils 55 als
ein Regler steuern.
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Ein
Betrieb des Einschaltspannungserzeugungsteils 40 wird nachfolgend
detailliert beschrieben.
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Da
eine Referenzspannung VREF zu einem anfänglichen Zeitpunkt, in dem
eine externe Versorgungsspannung VDD_EXT angelegt wird, nicht erzeugt
werden kann, kann ein NMOS-Transistor N59 ausgeschaltet sein und
ein Knoten N1 kann auf einem relativ hohen Pegel gehalten werden,
wobei ein Vorspannstrom in Bezug auf eine Gesamtschaltung des Einschaltspannungserzeugungsteils 40 angelegt sein
kann. Da entsprechend Transistoren P64 und P65 des Schaltteils 54 ausgeschaltet
sein können, kann
ein Einschaltspannungsausgangsteil 55 in einem eingeschalteten
Zustand gehalten sein.
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Da
der Knoten N1, wie oben beschrieben, einen relativ hohen Pegel aufweisen
kann, kann ein NMOS-Transistor N52 eingeschaltet sein. Ein Ausgang
eines Eingangssteuerteils 51, welches eine Spannung des
Knotens N1 empfängt,
kann auf einem niedrigen Pegel gehalten sein, so dass ein NMOS-Transistor
N57 ausgeschaltet sein kann. Im Ergebnis kann eine Einschaltreferenzspannung
VB eines Knotens N2 einen Spannungspegel aufweisen, welcher einer
Summe der Schwellspannungen der Transistoren N53 und N54 entspricht.
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Wenn
eine Einschaltreferenzspannung VB des Knotens N2 einen Spannungspegel
aufweist, welcher einer Summe von Schwellspannungen der Transistoren
N53 und N54 entspricht, kann ein NMOS-Transistor N55, welcher die Einschaltreferenzspannung
VB als ein Eingangssignal an seinem Gate-Anschluss empfängt, eingeschaltet
sein.
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Wenn
der NMOS-Transistor N55 eingeschaltet ist, kann über einen NMOS-Transistor N58
ein Strompfad gebildet sein. Ein Spannungspegel eines Knotens N5
kann in Richtung einer Massespannung basierend auf der Bildung eines
Strompfads reduziert sein, so dass ein PMOS-Transistor P68 eingeschaltet sein
kann. Ein Knoten N6 kann hin zu der externen Versorgungsspannung
VDD_EXT angehoben sein, was einem NMOS-Transistor N56 ermöglicht,
eingeschaltet zu sein. Wenn eine Spannung des Knotens N6 die Einschaltreferenzspannung
VB erreicht, kann ein PMOS-Transistor P68 ausgeschaltet werden.
Die Spannung des Knotens N6, das heißt die Einschaltspannung VDD_SU
kann aufgrund des oben beschriebenen Rückkopplungsschemas auf demselben Pegel
wie die Einschaltreferenzspannung VB gehalten werden. Somit kann
durch den PMOS-Transistor P68 eine Regelungsoperation durchgeführt werden.
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Der
Knoten N2 kann mit einem invertierenden Eingangsanschluss eines
Differenzverstärkers (P66,
P67, N55, N56, N58) verbunden sein, welcher zusammen mit dem PMOS-Transistor
P68 als ein Regler arbeiten kann. Dementsprechend kann die Einschaltspannung
VDD_SU einen Spannungspegel aufweisen, welcher oberhalb der Einschaltreferenzspannung
VB liegt.
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Die
Einschaltspannung VDD_SU kann als eine anfängliche Versorgungsspannung
für das
Referenzspannungserzeugungsteil 41 verwendet werden, um
die Referenzspannung VREF zu erzeugen.
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Wenn
die Referenzspannung VREF von dem Referenzspannungserzeugungsteil 41 ausgegeben wird,
kann der NMOS-Transistor N59 in dem Rückkopplungssteuerteil 52 eingeschaltet
werden und der Knoten N1 kann einen relativ niedrigen Pegel oder Massespannungspegel
aufweisen. Da der NMOS-Transistor N57 eingeschaltet sein kann und der
Knoten N3 einen relativ niedrigen Pegel oder Massespannungspegel
aufweisen kann, kann entsprechend der NMOS-Transistor N58 ausgeschaltet sein.
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Da
der Knoten N1 einen niedrigen Pegel aufweist, kann der NMOS-Transistor
N52 ausgeschaltet sein, was verhindert, dass die Einschaltreferenzspannung
VB an den Knoten N2 angelegt wird. Da weiterhin die PMOS-Transistoren
allesamt P64 und P65 eingeschaltet sein können, können die Knoten N4 und N5 einen
relativ hohen Pegel aufweisen, wobei der Regler nicht in Betrieb
sein kann.
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6 ist
ein Schaltungsdiagramm zur detaillierten Darstellung des in 4 gezeigten
Referenzspannungserzeugungsteils.
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Bezugnehmend
auf 6, kann der Referenzspannungserzeugungsteil 41 eine
Einschaltspannung VDD_SU als seine Betriebs spannung beim Einschalten
und eine interne Versorgungsspannung VDD_INT als seine Betriebsspannung
während des
Normalbetriebs verwenden. Der Referenzspannungserzeugungsteil 41 in 6 kann
ein Bandlückentyp
einer Referenzspannungsschaltung sein, welche dem Fachmann hinreichend
bekannt ist, sodass auf eine entsprechende Beschreibung verzichtet
wird.
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Im
anfänglichen
Betrieb, wenn eine Startspannung VDD_SU angelegt wird, kann der
Referenzspannungserzeugungsteil 41 eine Referenzspannung
VREF erzeugen. Ein Erzeugungsteil 42 für eine interne Versorgungsspannung
und ein Einschaltspannungserzeugungsteil 40 können in
der oben beschriebenen Weise arbeiten.
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7 ist
ein Schaltungsdiagramm zur detaillierteren Darstellung des Erzeugungsteils
für die
interne Spannung gemäß 4.
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Bezugnehmend
auf 7 kann eine Spannung Vdiv, welche durch Widerstände R71
und R72 geteilt wird, an einem nicht invertierenden Eingangsanschluss
eines Komparators OP70 angelegt sein und eine Referenzspannung VREF
kann an einem invertierenden Eingangsanschluss des Komparators OP70
angelegt sein. Der Komparator OP70 kann eine Gate-Spannung eines
PMOS-Transistors P670 in Abhängigkeit
von den Eingangsspannungen Vdiv und VREF steuern. Wenn die geteilte
Spannung Vdiv und VREF steuern. Wenn die geteilte Spannung Vdiv kleiner
als die Referenzspannung VREF ist, kann die Gate-Spannung des PMOS-Transistors P670 abgesenkt
sein, um einen Stromfluss von einer externen Versorgungsspannung
VDD_EXT zu einer internen Versorgungsspannung VDD_INT zu ermöglichen. Dementsprechend
kann die interne Versorgungsspannung VDD_INT bis auf eine gegebene
Spannung zunehmen. Auf ein Zunehmen der internen Versorgungsspannung
VDD_INT kann ein Anwachsen der geteilten Spannung Vdiv folgen. Wenn
jedoch die geteilte Spannung Vdiv höher als die Referenzspannung
VREF ist, kann die Gate-Spannung des PMOS-Transistors P670 erhöht werden,
um den Stromfluss von der externen Versorgungsspannung VDD_EXT zu
der internen Versorgungsspannung VDD_INT zu reduzieren oder zu verhindern.
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Wenn
die interne Versorgungsspannung VDD_INT durch Stromverbrauch in
einem integrierten Halbleiterschaltungselement verringert wird, kann
die Gate-Spannung des PMOS-Transistors P670 über den Komparator OP70 abgesenkt
werden. Die interne Versorgungsspannung VDD_INT kann durch Wiederholen
des oben beschriebenen Betriebs konstant gehalten werden.
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8 ist
ein Zeitablaufdiagramm zur Darstellung des Betriebs einer Erzeugungsvorrichtung für eine interne
Leitungsversorgungsspannung gemäß einer
beispielhaften Ausgestaltung.
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Bezugnehmend
auf 8 können
eine Referenzspannung VREF und eine interne Versorgungsspannung
VDD_INT, die gemäß 3 nicht normal
erzeugt werden, gemäß einer
beispielhaften Ausgestaltung erzeugt werden. Wenn eine externe Versorgungsspannung
angelegt wird, kann ein Einschaltspannungserzeugungsteil 40 während einer Anfangszeit Δt1 betrieben
werden. Dies kann es dem Einschaltspannungserzeugungsteil 40 ermöglichen, eine
Einschaltspannung VDD_SU oberhalb von 2·Vth zu erzeugen, wobei Vth
wiederum eine Schwellspannung ist. Die Einschaltspannung VDD_SU
kann an ein Referenzspannungserzeugungsteil 41 angelegt
werden. Der Referenzspannungserzeugungsteil 41 kann normal
arbeiten und ab einem Zeitpunkt t2 eine Referenzspannung erzeugen.
Die Referenzspannung VREF kann rückgekoppelt
werden, um den Einschaltspannungserzeugungsteil 40 auszuschalten.
Danach kann eine normale interne Versorgungsspannung VDD_INT durch die
Referenzspannung VREF erzeugt und gehalten werden.
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Wie
oben ausgeführt,
kann eine Vorrichtung zur Erzeugung einer internen Versorgungsspannung gemäß beispielhafter
Ausgestaltungen dazu ausgebildet sein, Änderungen oder Schwankungen
einer internen Versorgungsspannung VDD_INT aufgrund von Änderungen
oder Schwankungen einer externen Versorgungsspannung zu verhindern,
indem die interne Versorgungsspannung VDD_INT als eine Treiberspannung
eines Referenzspannungserzeugungsteils 41 verwendet wird.
Des Weiteren kann die Erzeugungsvorrichtung für die interne Versorgungsspannung
gemäß beispielhafter
Ausgestaltungen dazu ausgebildet sein, Einschaltverzögerungsschwierigkeiten
des Referenzspannungserzeugungsteils 41 gemäß einer
Verwendung der internen Versorgungsspannung zu beseitigen, indem
eine stabile Einschaltspannung VDD_SU über einen Einschaltspannungserzeugungsteil 40 bereitgestellt wird.
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Weiterhin
kann es möglich
sein, die Erzeugungsvorrichtung für die interne Versorgungsspannung
relativ einfach ohne zusätzliche
Steuerlogik zu implementieren, indem der Einschaltspannungserzeugungsteil 40 über Rückkopplungssteuerung
des Einschaltspannungserzeugungsteils 40 abgeschaltet wird,
wenn der Referenzspannungserzeugungsteil 41 eine Referenzspannung
erzeugt.