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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltung, eine Verwendung und
ein Verfahren zum Betrieb einer Schaltung.
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Lineare
Spannungsregler sind an sich bekannt. Verschiedene Schaltungen mit
geregelten Spannungsquellen als lineare Spannungsregler sind aus „Halbleiterschaltungstechnik",
U. Tietze und C. Schenk, 12. Aufl. 2002, Seiten 926 bis 936 bekannt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde eine Schaltung möglichst
zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Schaltung mit den Merkmalen des unabhängigen
Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand von
abhängigen Ansprüchen und in der Beschreibung
enthalten.
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Demzufolge
ist eine Schaltung vorgesehen, die vorzugsweise aus einem Halbleiterchip
monolithisch integriert ist. Bevorzugt ist die Schaltung zum Betrieb
mittels einer Batterie ausgebildet.
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Die
Schaltung weist eine geregelte erste Spannungsquelle zur Bereitstellung
einer Versorgungsspannung für eine Teilschaltung auf. Die
erste Spannungsquelle weist einen mit der Teilschaltung verbundenen
Ausgang auf, an dem die Versorgungsspannung bereitgestellt wird.
Vorzugsweise weist die erste Spannungsquelle einen Regelverstärker
und eine Referenzspannungsquelle auf, wobei der Regelverstärker
die Versorgungsspannung auf einen Sollwert regelt.
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Die
Schaltung weist eine justierbare zweite Spannungsquelle auf, die
zur Bereitstellung einer Ausgangsspannung zur Versorgung der Teilschaltung
ausgebildet ist. Vorzugsweise ist die zweite Spannungsquelle zur
Bereitstellung der Ausgangsspannung bei deaktivierter erster Spannungsquelle ausgebildet.
Vorzugsweise weist die zweite Spannungsquelle einen Schalter zum
Zuschalten der Ausgangsspannung auf. Bevorzugt ist die zweite Spannungsquelle
zur Übernahme der Versorgung der Teilschaltung ausgebildet,
wenn die erste Spannungsquelle abgeschaltet ist. Vorteilhafterweise
weist die zweite Spannungsquelle einen Serienregler, beispielsweise
einen Emitterfolger oder einen Sourcefolger auf. Vorzugsweise ist
die zweite Spannungsquelle zur Justage zumindest der Ausgangsspannung
mittels eines digitalen Steuersignals ausgebildet. Vorteilhafterweise
ist ein Justagealgorithmus zur Justage der Ausgangsspannung der
zweiten Spannungsquelle auf die Ausgangsspannung der ersten Spannungsquelle
eingerichtet, wobei der justierte Spannungswert beispielsweise um
ein LSB (engl. Lowest Significant Bit) abweichen kann.
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Die
Schaltung weist eine Auswerteschaltung auf, die mit einem Ausgang
der zweiten Spannungsquelle – insbesondere zum Messen einer
Ausgangsspannung der zweiten Spannungsquelle – verbunden ist.
Ein Steuerausgang der Auswerteschaltung ist mit einem Steuereingang
der zweiten Spannungsquelle verbunden. Ein Eingang der Auswerteschaltung
ist mit dem Ausgang der ersten Spannungsquelle verbunden.
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Die
Auswerteschaltung ist zur Justage der Ausgangsspannung der zweiten
Spannungsquelle mittels eines Steuersignals – insbesondere
eines digitalen Steuersignals – am Steuereingang der zweiten
Spannungsquelle ausgebildet. Die Auswerteschaltung ist ausgebildet,
die Justage der Ausgangsspannung der zweiten Spannungsquelle unter
Auswertung der Versorgungsspannung am Ausgang der ersten Spannungsquelle
durchzuführen. Insbesondere dient die Spannung am Ausgang
der ersten Spannungsquelle als Referenz für die Justage.
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Die
Auswerteschaltung und/oder die zweite Spannungsquelle weisen einen
Speicher zur Speicherung eines Wertes der Justage auf. Der Speicher ist
vorzugsweise derart verbunden oder ausgebildet, dass der Wert der
Justage bei einer Deaktivierung der ersten Spannungsquelle erhalten
bleibt. Bevorzugt ist der Speicher mit einem Eingangsspannungsanschluss
der Schaltung – insbesondere zum Anschluss einer Batterie – verbunden.
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Der
Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zu Grunde ein möglichst
verbessertes Verfahren anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird durch das Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen
Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind
Gegenstand von abhängigen Ansprüchen und in der
Beschreibung enthalten.
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Demzufolge
ist ein Verfahren zum Betrieb einer Schaltung in einem Betriebsmodus
und in einem Ruhemodus vorgesehen. Ein Stromverbrauch der Schaltung
ist in einem Ruhemodus gegenüber einem Stromverbrauch im
Betriebsmodus reduziert. Bevorzugt wird die Anzahl der Funktionen
der Schaltung im Ruhemodus gegenüber dem Betriebsmodus
reduziert.
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In
dem Betriebsmodus wird eine Teilschaltung von einer geregelten ersten
Spannungsquelle mit einer Versorgungsspannung versorgt. Vorzugsweise
wird für den Betriebsmodus die erste Spannungsquelle aktiviert.
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In
einem Ruhemodus wird die erste Spannungsquelle deaktiviert. Die
Teilschaltung wird im Ruhemodus durch eine zweite Spannungsquelle
versorgt. Die zweite Spannungsquelle ist zumindest im Ruhemodus
aktiviert.
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Im
Betriebsmodus wird eine Ausgangsspannung der zweiten Spannungsquelle
in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung der ersten
Spannungsquelle automatisch justiert. Die Justage der Ausgangsspannung
erfolgt dabei vorzugsweise auf einen Spannungswert, der eine Erhaltung
von logischen Informationen in der Teilschaltung ermöglicht. Die
Justage erfolgt durch eine Einstellung eines Widerstandswerts einer
Widerstandsvorrichtung der zweiten Spannungsquelle. Dabei ist die
Ausgangsspannung von dem Widerstandswert abhängig. Der Widerstandswert
wird vorzugsweise durch Zuschalten oder Wegschalten von ohmschen
Widerständen oder bevorzugt durch Zuschalten oder Wegschalten von
aktiven Widerstandselementen, wie vorteilhafterweise Feldeffekttransistoren,
eingestellt.
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Der
Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zu Grunde eine Verwendung
anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Verwendung mit den Merkmalen des unabhängigen
Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind
Gegenstand von abhängigen Ansprüchen und in der
Beschreibung angegeben.
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Demzufolge
ist eine Verwendung einer geregelten ersten Spannungsquelle und
einer justierbaren zweiten Spannungsquelle zum Betrieb einer Teilschaltung
vorgesehen. Der Betrieb der Teilschaltung erfolgt in einem Betriebsmodus
mittels der ersten Spannungsquelle und in einem Ruhemodus mittels der
zweiten Spannungsquelle. Eine Ausgangsspannung der zweiten Spannungsquelle
wird während des Betriebsmodus in Abhängigkeit
von einer Spannung am Ausgang der ersten Spannungsquelle und einen
Ausgangsstrom der zweiten Spannungsquelle justiert. Der Ausgangsstrom
der zweiten Spannungsquelle ist an einen Ruhestrom der im Ruhemodus durch
die Teilschaltung fließt angepasst. Der Ruhestrom setzt
sich dabei aus verschiedenen Teilströmen zusammen, wie
Leckströmen durch die analoge und/oder digitale Teilschaltung
oder ein kleiner Ruheversorgungsstrom für eine Teilschaltung
mit geringer Stromaufnahme, wie beispielsweise ein langsamer Zähler
oder eine Uhrenschaltung (RTC – engl. Real Time Clock).
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Die
im Folgenden beschriebenen Weiterbildungen beziehen sich sowohl
auf die Schaltung, als auch auf die Verwendung als auch auf das
Verfahren zum Betrieb einer Schaltung. Funktionen der Schaltung
ergeben sich dabei aus Verfahrensmerkmalen. Ebenso ergeben sich
Verfahrensmerkmale aus den Funktionen der Schaltung.
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Gemäß eine
vorteilhaften Weiterbildung ist die Teilschaltung für einen
Betriebmodus und einen Ruhemodus ausgebildet. Im Betriebsmodus ist
die Teilschaltung zur Aufnahme eines Betriebsstroms ausgebildet.
Im Ruhemodus fließt hingegen ein gegenüber dem
Betriebsstrom reduzierter Ruhestrom durch die Teilschaltung.
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Bevorzugt
ist im Betriebsmodus die erste Spannungsquelle aktiviert. Bevorzugt
ist im Ruhemodus die erste Spannungsquelle deaktiviert und die zweite
Spannungsquelle aktiviert. Bevorzugt ist die Auswerteschaltung zur
Justage im Betriebsmodus eingerichtet. Vorteilhafterweise erfolgt
dabei die Justage zumindest während des erstinitiierten
Betriebsmodus.
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In
einer anderen Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Auswerteschaltung
eine Stromquelle als Last für den Ausgang der zweiten Spannungsquelle
während der Justage im Betriebsmodus aufweist. Bevorzugt
ist der Strom der Stromquelle in der Größenordnung
des Ruhestromes durch die Teilschaltung im Ruhemodus. Vorteilhafterweise
weicht der Strom durch die Stromquelle vom im Ruhemodus durch die
Teilschaltung fließenden Ruhestrom um nicht mehr als den
Faktor zwanzig, bevorzugt nicht mehr als den Faktor zehn ab. Vorteilhafterweise
fließt der Strom durch die Stromquelle in einer Stromstärke zwischen
0,1 μA und 10 μA. Zu große Abweichungen zwischen
dem Strom der Stromquelle und dem Ruhestrom im Ruhemodus könnten
dazu führen, dass die Ausgangsspannung der zweiten Spannungsquelle
sich nicht mehr in den gewünschten Normbereich fällt.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung weist die Auswerteschaltung einen Komparator
auf. Der Komparator ist zum Vergleich der Ausgangsspannung der zweiten
Spannungsquelle mit der von der ersten Spannungsquelle bereitgestellten
Versorgungsspannung sowohl mit dem Ausgang der zweiten Spannungsquelle
als auch mit dem Ausgang der ersten Spannungsquelle verbunden.
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Vorzugsweise
weist die Auswerteschaltung eine Recheneinheit zur Auswertung der
Ausgangsspannung der zweiten Spannungsquelle und der am Ausgang
der ersten Spannungsquelle bereitgestellten Versorgungsspannung
auf. Vorteilhafterweise ist die Recheneinheit als Zustandsmaschine
(engl. state machine) ausgebildet. Auch ist es möglich
die Recheneinheit programmierbar auszubilden. Beispielsweise ist
die Recheneinheit als Mikrocontrollerkern ausgebildet. Vorteilhafterweise
ist die Recheneinheit mit einer Eingangsspannung der Schaltung – insbesondere
mit einer Batteriespannung – verbindbar oder verbunden.
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Gemäß einer
Ausgestaltung ist ein Eingang der Recheneinheit mit einem Ausgang
des Komparators zur Auswertung eines Ausgangssignals des Komparators
verbunden.
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In
einer vorteilhaften Ausgestaltungsvariante ist die Auswerteschaltung
zur Justage der der Ausgangsspannung der zweiten Spannungsquelle
vorzugsweise mittels insbesondere sukzessiver Approximation eingerichtet.
Alternativ kann die Ausgangsspannung der zweiten Spannungsquelle
von einer kleinsten Spannung auch schrittweise bis zum Erreichen
der benötigen Ausgangsspannung erhöht werden.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildungsvariante weist die Auswerteschaltung
ein Temperatursensorelement zur Bestimmung einer Schaltungstemperatur,
insbesondere der Teilschaltung auf. Vorzugsweise ist die Auswerteschaltung
zur Zuordnung (engl. mapping) von Werten der Justage zu der Schaltungstemperatur
eingerichtet. Ist das Temperaturverhalten der Schaltung bekannt,
kann auf die Auswertung der Temperatur als Temperaturstrom- oder
Temperaturspannungswert verzichtet werden.
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In
einer vorteilhaften Weiterbildung ist vorgesehen, dass die zweite
Spannungsquelle eine Stromquelle und eine Widerstandsvorrichtung
zur Erzeugung einer Referenzspannung aufweist. Bevorzugt ist die
Auswerteschaltung zur Anpassung eines Temperaturganges der Stromquelle
in Abhängigkeit von einem Ergebnis der Justage ausgebildet.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausgestaltungsvariante weist die Schaltung einen Halbleiterschalter zum
Schalten der Ausgangsspannung der zweiten Spannungsquelle auf den
Ausgang der zweiten Spannungsquelle auf. Hierzu ist der Schalter
vorzugsweise an einen Ausgangstreibertransistor und an einen Ausgangsanschluss
angeschlossen.
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Vorzugsweise
weist die zweite Spannungsquelle eine Widerstandsvorrichtung mit
veränderbarem Widerstandswert zur Einstellung der Ausgangsspannung
auf. Eine Widerstandsvorrichtung weist vorzugsweise eine Mehrzahl
von Widerstandselementen auf. Ein Widerstandselement ist beispielsweise
ein ohmscher Widerstand oder ein aktives Element, wie ein Feldeffekttransistor,
dessen Drain mit dem Gate verbindbar oder verbunden ist.
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Vorzugsweise
weist die zweite Spannungsquelle einen als Source-Folger oder Emitter-Folger beschalteten
Transistor auf. Vorzugsweise ist ein Steuereingang (Gate/Basis)
des Transistors mit der Widerstandsvorrichtung verbunden. Vorzugsweise ist
eine Source oder ein Emitter des Transistors mit einem Ausgang der
zweiten Spannungsquelle verbindbar oder verbunden.
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Die
zuvor beschriebenen Weiterbildungsvarianten sind sowohl einzeln
als auch in Kombination besonders vorteilhaft. Dabei können
sämtliche Weiterbildungsvarianten untereinander kombiniert
werden. Einige mögliche Kombinationen sind in der Beschreibung
der Ausführungsbeispiele der Figuren erläutert.
Diese dort dargestellten Möglichkeiten von Kombinationen
der Weiterbildungsvarianten sind jedoch nicht abschließend.
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Im
Folgenden wird die Erfindung durch Ausführungsbeispiele
anhand zeichnerischer Darstellungen näher erläutert.
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Dabei
zeigen
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1 einen
schematischen Schaltplan einer Schaltung eines Ausführungsbeispiels,
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2 ein
schematisches Diagramm eines Spannungsverlaufs einer Versorgungsspannung, und
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3 ein
Ausführungsbeispiel einer justierbaren Spannungsquelle,
und
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4 ein
anderes Ausführungsbeispiel einer justierbaren Spannungsquelle.
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In 1 ist
eine Schaltung mit einer ersten Spannungsquelle 100 und
einer zweiten Spannungsquelle 300 durch ein Blockschaltbild
schematisch dargestellt. Beide Spannungsquellen 100 und 300 werden
von einer Eingangsspannung V33 gespeist. Die Eingangsspannung V33
liegt vorteilhafterweise als Batteriespannung in einer Höhe
von 3,3 V an. Die erste Spannungsquelle 100 und die zweite
Spannungsquelle 300 sind mit einer Teilschaltung 200 verbunden.
Die Teilschaltung 200 weist beispielsweise ein SRAM mit
gespeicherten Informationen auf.
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In
einem Betriebsmodus werden die in der Teilschaltung 200 gespeicherten
Informationen geändert, um beispielsweise zu messen oder
zu steuern oder andere Funktionen, wie eine Kommunikation über
einen Funkkanal durchzuführen. Hierzu benötigt die
Teilschaltung 200 im Betriebsmodus einen Betriebsstrom
IB, der von den ersten Spannungsquelle 100 bereitgestellt
wird. Die erste Spannungsquelle 100 weist einen linearen
Spannungsregler auf, der mit einer Bandgabschaltung verbunden ist
für eine hohe Genauigkeit einer bereitgestellten Versorgungsspannung
VDD für die Teilschaltung 200. Vorzugsweise ist
die Versorgungsspannung VDD auf die Spezifikation der Teilschaltung
angepasst. Die Versorgungsspannung VDD ist dabei niedriger als die Eingangsspannung
(3,3 V) und weist beispielsweise einen Soll-Spannungswert von 1,8
V auf.
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Im
Ruhemodus sollen die Information und/oder logische Zustände
in der Teilschaltung 200 erhalten bleiben. Demzufolge muss
auch weiterhin eine ausreichende Versorgungsspannung an der Teilschaltung 200 anliegen.
Die Versorgungsspannung kann im Ruhemodus nicht durch die erste Spannungsquelle 100 bereitgestellt
werden, da die erste Spannungsquelle einen zu hohen Stromverbrauch
aufweist, der eine Batterielebensdauer signifikant verkürzen
würde. Durch die Teilschaltung 200 fließt
lediglich ein Ruhestrom IL, der gegenüber
dem Betriebsstrom IB wesentlich geringer
ist. Demzufolge weist die justierbare zweite Spannungsquelle 300 einen
Eigenstromverbrauch auf, der den Ruhestrom vorteilhafterweise nicht übersteigt.
Hierdurch wird der Vorteil eines besonders langen Batteriebetriebs
erzielt.
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Damit
im Ruhemodus die Information in der Teilschaltung 200 erhalten
bleibt und die Teilschaltung 200 nicht durch eine Überspannung
beschädigt wird, wird eine Ausgangsspannung VR der
zweiten Spannungsquelle 300 derart eingestellt, dass nach Deaktivieren
der ersten Spannungsquelle 100 die Ausgangsspannung VR der zweiten Spannungsquelle 300 innerhalb
eines zulässigen Spannungsbereichs bleibt. In 2 ist
ein derartiger Spannungsbereich als Bereich zwischen 1,6 V und 2,0
V schematisch dargestellt. Zum Zeitpunkt t0 wird im Ruhemodus die
erste Spannungsquelle 100 deaktiviert. Für den
Verlauf der Versorgungsspannung VDD, die nach dem Zeitpunkt t0 sich
der Ausgangsspannung VR der zweiten Spannungsquelle 300 angleicht,
sind zwei zulässige extreme Verläufe im Diagramm
der 2 als Grenzfälle zulässiger
Verläufe schematisch dargestellt. Im einen Fall sinkt die
Spannung VDD auf den Wert von 1,6 V im anderen Fall steigt die Spannung
VDD auf den Wert 2,0 V. Der Spannungswert, den die Spannung VDD
nach dem Zeitpunkt t0 im Ruhemodus erreicht, ist von der Genauigkeit
der Justage der zweiten Spannungsquelle 300 und ggf. von dem
Ruhestrom IL durch die Teilschaltung 200 und ggf.
von einer Temperaturänderung in Bezug zum Justagezeitpunkt
abhängig.
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Die
zweite Spannungsquelle 300 weist dabei den Vorteil auf,
dass sie durch eine Justage ihrer Ausgangsspannung VR eine
genaue Betriebsspannung VDD ausgeben kann. Zudem weist sie den Vorteil
auf, dass sie selbst nur eine sehr geringe Stromaufnahme hat um
beispielsweise große Logikblöcke der Teilschaltung 200 während
eines Ruhemodus, der auch als Power-down-Phase bezeichnet werden kann,
zu versorgen. Die zweite Spannungsquelle 300 wird justiert
während der Hauptregler 100 eingeschaltet ist.
Das Justierelement 340 ist vorzugsweise als Widerstandsvorrichtung
ausgebildet und weist als Widerstandsvorrichtung vorteilhafterweise
eine Reihenschaltung von MOS-Transistoren auf, die von einem konstanten
Strom IC durch die Stromquelle 330 gespeist
werden. Weiterhin weist die zweite Spannungsquelle 300 einen
Ausgangstreibertransistor 310 auf, der mit einem ersten
Ausgang 303 und über einen Halbleiterschalter 320 mit
einem zweiten Ausgang 302 verbunden ist. Der Ausgangstreibertransistor 310 weist
keine oder eine sehr kleine Schwellspannung auf. Daher wird der
Ausgangstreibertransistor 310 auch als „Zero-Transistor” bezeichnet.
An einem Source-Anschluss des Ausgangstreibertransistors 310 wird
die Ausgangsspannung VR bereitgestellt.
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Ein
Justieralgorithmus ist als Zustandsmaschine 411 in einer
Auswerteschaltung 400 implementiert. Die Auswerteschaltung 400 weist
einen Komparator 420 auf, dessen erster Eingang 421 mit dem
Ausgang der ersten Spannungsquelle 100 und dessen zweiter
Eingang 422 mit dem ersten Ausgang 303 der zweiten
Stromquelle 300 verbunden sind. Die Auswerteschaltung 400 weist
eine Stromquelle 430 auf, durch die ein Konstantstrom IK fließt, der an den Ruhestrom IL durch die Teilschaltung 200 im
Ruhemodus angepasst ist. Die Stromquelle 430 wird im Ruhemodus
zusammen mit der gesamten Auswerteschaltung 400 abgeschaltet.
Der Konstantstrom IK weicht von dem Ruhestrom
IL vorteilhafterweise um nicht mehr als
den Faktor zwanzig ab. Der Ausgang des Komparators 420 ist
mit dem Eingang 401 der Zustandsmaschine 411 verbunden. Über
den Steuerausgang 403 und über den Eingang 304 ist
der Halbleiterschalter 320 der ersten Spannungsquelle 300 steuerbar.
Der Halbleiterschalter 320 wird von einem übergeordneten
System (nicht dargestellt) betätigt, wenn vom Betriebsmodus
in den Ruhemodus gewechselt wird und umgekehrt. Die Auswerteschaltung 400 reagiert
entsprechend auf das gleiche Signal. Ist das System im Ruhemodus
wird die Auswerteschaltung 400 mittels eines Aufwachsignals
geweckt und der Halbleiterschalter 320 geöffnet.
Nachfolgend startet die Justage im Betriebszustand. Im Betriebszustand
ist der erste Spannungsregler 100 aktiv (Betriebsmodus).
In Abhängigkeit von einem Ruhesignal (engl. – power
down) wird der Halbleiterschalter 320 geschlossen.
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Weiterhin
weist ein Digitalteil 410 der Auswerteschaltung 400 Register 412 als
Speicher zur Speicherung von Werten der Justage auf. Die Werte der
Justage bleiben so auch im Ruhemodus erhalten, da der Digitalteil 410 der
Auswerteschaltung 400 auch im Ruhemodus an der Eingangsspannung
V33 anliegt. Die in den Registern 412 enthaltenen Werte der
Justage steuern über den Ausgang 402 und einen
Steuereingang 301 der ersten Spannungsquelle 300 die
Widerstandsvorrichtung 340. Die Auswertevorrichtung weist
weiterhin den Vorteil auf, dass ein Offset des Komparators kompensiert
ist. Hierdurch kann ein Fehler durch eine Offsetspannung vermieden
werden. Der Konstantstrom IK fließt
ausschließlich im Betriebsmodus und nicht im Ruhemodus,
so dass eine Batterieversorgung maßgeblich verlängert werden
kann.
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Das
Register 412 kann von einer angeschlossenen Recheneinheit
(nicht dargestellt) – beispielsweise einem Mikrocontroller – überschrieben werden.
Vorteilhafterweise ist ein Schreiben und/oder Lesen des Registerinhalts
durch die angeschlossene Recheneinheit möglich. Vorzugsweise
ist vorgesehen, dass die Auswerteschaltung 400 den Temperaturgang
von dem Strom IC der Stromquelle 330 anhand
von Ergebnissen der Justage ändert. Um den Stromverbrauch
der Auswerteschaltung 400 zu reduzieren ist der Komparator 420 durch
ein Taktsignal getaktet. Zusätzlich weist die Auswerteschaltung 400 des
Ausführungsbeispiels der 1 noch ein Temperatursensorelement 440 auf
um Werte der Justage eine Temperatur der Teilschaltung 200 zuzuordnen.
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In 3 ist
die Spannungsquelle 330 und die Widerstandsvorrichtung 340 der
ersten Spannungsquelle 300 als Ausführungsbeispiel
dargestellt. Die Stromquelle 330 weist einen PMOS-Transistor MP330
auf, dessen Gate mit einer Stromreferenzschaltung 331 verbunden
ist. Diese Stromquelle 330 erzeugt einen konstanten, jedoch
relativ ungenauen Strom IC. Die Widerstandsvorrichtung 340 weist
eine Feinjustierungsschaltung 341 und eine Grobjustierungsschaltung 342 auf.
Die Grobjustierungsschaltung 342 weist NMOS-Transistoren
MN18, MN19, MN20, MN21, MN22, MN23, MN24, MN25 und MN26 als Widerstandselemente
in Reihenschaltung auf. Die NMOS-Transistoren MN18 bis MN25 können
jeweils einzeln durch einen Halbleiterschalter S18, S19, S20, S21,
S22, S23, S24 und S25 kurzgeschlossen werden. Ein Halbleiterschalter
S26 schließt die gesamte Reihenschaltung der NMOS-Transistoren
MN18 bis MN26 kurz.
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Die
Feinjustierungsschaltung 341 weist NMOS-Transistoren MN1,
MN2, MN3, MN4, MN5, MN6, MN7, MN8, MN9, MN10, MN11, MN12, MN13, MN14,
MN15, MN16 und MN17 als Widerstandselemente in Reihenschaltung auf.
Die NMOS-Transistoren MN1 bis MN16 können jeweils einzeln
durch einen Halbleiterschalter S1, S2, S3, S4, S5, S6, S7, S8, S9,
S10, S11, S12, S13, S14, S15 beziehungsweise S16 kurzgeschlossen
werden. Mittels der in einem Register 412 gespeicherten
Werte sind über den Steuereingang 301 der zweiten
Spannungsquelle 300 die Halbleiterschalter S1 bis S26 vorteilhafterweise
einzeln steuerbar.
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Ein
anderes Ausführungsbeispiel einer Widerstandsvorrichtung 340' ist
in der 4 gezeigt. Auch diese weist eine Reihenschaltung
von Widerstandselementen in Form von NMOS-Transistoren MN1' bis
MN26' in einer Feinjustierungsschaltung 341' auf. Jedoch
sind die Halbleiterschalter S1' bis S26' anders angeschlossen. Jeder
der Halbleiterschalter S1' bis S16' schaltet eine Source der NMOS-Transistoren
MN2' bis MN17' mit der Source des Transistors MN1' kurz. Dabei legen
die Halbleiterschalter S1' bis S16' die jeweilige Source auf einen gemeinsamen
Knoten, der die Verbindung zur Grobjustierungsschaltung 342' bildet.
Die Grobjustierungsschaltung 342' weist eine Reihenschaltung
von NMOS-Transistoren MN18' bis MN26' auf, die mittels der Halbleiterschalter
S18' bis S26' in Stufen überbrückt werden können.
Der Halbleiterschalter S26' dient dazu unter extremen Justagebedingungen
die Grobjustierungsschaltung 342' vollständig
zu überbrücken, wenn beispielsweise allein mit
dem Widerstandselement MN26' bereits eine zu hohe Ausgangsspannung
erzeugt wird.
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Die
Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausgestaltungsvarianten
der 1 bis 3 beschränkt. Beispielsweise
ist es möglich eine andere Anordnung oder Anzahl von Elementen
einer Widerstandsvorrichtung vorzusehen. Bevorzugt ist der Strom
IC der Stromquelle 330 einstellbar,
so dass der Strom IC je nach Ergebnis der
Justage auf einen anderen Wert umgeschaltet wird. Vorteilhafterweise wird
der Halbleiterschalter S26' in Abhängigkeit vom vorhergehenden
Ergebnis einer Justage zunächst geöffnet oder
geschlossen. Vorteilhafterweise führt die Auswerteschaltung 400 die
Justage mittels eines Algorithmus einer sukzessiven Approximation
durch. Alternativ zu einem Komparator kann auch ein Analog-Digital-Umsetzer
verwendet werden. Die Funktionalität der Schaltung gemäß 1 kann
besonders vorteilhaft für ein universelles Funksystem insbesondere
nach dem Industrie-Standard ZigBee verwendet werden.
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- 100
- geregelte
Spannungsquelle, Spannungsregler
- 200
- Teilschaltung
- 300
- justierbare
Spannungsquelle
- 301,
304
- Steuereingang
- 302,
303
- Ausgang
- 310
- NMOS-Transistor
- 320
- Halbleiterschalter
- 330
- Stromquelle
- 331
- Stromreferenzschaltung
- 340,
304'
- einstellbare
Widerstandsvorrichtung
- 341,
341'
- Feinjustierungsschaltung
- 342,
342'
- Grobjustierungsschaltung
- 400
- Auswerteschaltung
- 401
- Eingang
- 402,
403
- Ausgang
- 410
- Digitalschaltung
- 411
- Recheneinheit,
Zustandsmaschine, Zustandsautomat (state machine)
- 412
- Speicher,
Register
- 420
- Komparator
- 421
- negativer
Eingang
- 422
- positive
Eingang
- 430
- Stromquelle
- 440
- Temperatursensorelement
- MN1
bis MN26, MN1' bis MN26'
- NMOS-Transistor
- MP330
- PMOS-Transistor
- S1
bis S26, S1' bis S26'
- Halbleiterschalter
- IB
- Betriebsstrom
- IC
- Strom
- IL
- Ruhestrom,
Leckstrom
- t0
- Beginn
Ruhemodus
- t
- Zeit
- V33
- Spannung,
Batteriespannung
- VDD
- Versorgungsspannung
- VR
- Ausgangsspannung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - „Halbleiterschaltungstechnik”,
U. Tietze und C. Schenk, 12. Aufl. 2002, Seiten 926 bis 936 [0002]