DE102008053536B4

DE102008053536B4 - Schaltung, Verwendung und Verfahren zum Betrieb einer Schaltung

Info

Publication number: DE102008053536B4
Application number: DE200810053536
Authority: DE
Inventors: Sven Jochmann; Lutz Dathe
Original assignee: Atmel Automotive GmbH
Current assignee: Atmel Corp
Priority date: 2008-10-28
Filing date: 2008-10-28
Publication date: 2011-12-01
Anticipated expiration: 2028-10-29
Also published as: US20100102632A1; US20140375130A1; CN101727957A; US8766618B2; US9385583B2; CN101727957B; DE102008053536A1

Abstract

Schaltung, Verwendung und Verfahren zum Betrieb einer Schaltung – mit einer geregelten ersten Spannungsquelle (100) zur Bereitstellung einer Versorgungsspannung (VDD) an einem Ausgang der ersten Spannungsquelle (100) für eine Teilschaltung (200), – mit einer justierbaren zweiten Spannungsquelle (300) zur Bereitstellung einer Ausgangsspannung (VR) zur Versorgung der Teilschaltung (200), – mit einer Auswerteschaltung (400), die mit einem Ausgang (303) der zweiten Spannungsquelle (300) und mit einem Steuereingang (301) der zweiten Spannungsquelle (300) und dem Ausgang der ersten Spannungsquelle (100) verbunden ist, – bei der die Auswerteschaltung (400) ausgebildet ist die (200) mittels eines Steuersignals am Steuereingang (301) der zweiten Spannungsquelle (300) unter Auswertung der Versorgungsspannung (VDD) am Ausgang der ersten Spannungsquelle (100) zu justieren, und – bei der die Auswerteschaltung (400) und/oder die zweite Spannungsquelle (300) einen Speicher (412) zur Speicherung von Werten der Justage aufweisen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltung, eine Verwendung und ein Verfahren zum Betrieb einer Schaltung.
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.
Aus der DE 102 23 763 A1 ist ein Regelkreis zur Bereitstellung einer Ausgangsspannung für eine Ausgangsschaltung bekannt. Der Regelkreis legt die durch Verringern einer externen Spannung erhaltene Ausgangsspannung an die Ausgangsschaltung an.
Aus der US 2007/0297235 A1 ist ein programmierbarer Spannungsregler bekannt, der Daten speichert, die eine programmierbare Konfiguration des Spannungsreglers darstellen. Der Spannungsregler ist ausgebildet die Gültigkeit der gespeicherten Daten vor einem Betrieb des Spannungsreglers zu überprüfen.
Aus GUOCHEN, A; ZHANYOU, S., „Programmable Voltage Regulator Design based an Digitally Controlled Potentiometer”, ICEMI '07, 8^th International Conference an Electronic Measurement and Instruments, 2007, 16.–18.08.2007, Seiten 453–456 sind allgemeine Möglichkeiten zur Realisierung digital programmierbarer Spannungsregler mittels trimmbarer Spannungsteiler bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde eine Schaltung möglichst zu verbessern.
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.
Demzufolge ist eine Schaltung vorgesehen, die vorzugsweise aus einem Halbleiterchip monolithisch integriert ist. Bevorzugt ist die Schaltung zum Betrieb mittels einer Batterie ausgebildet.
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.
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.
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.
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.
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 Deaktrvierung der ersten Spannungsquelle erhalten bleibt. Bevorzugt ist der Speicher mit einem Eingangsspannungsanschluss der Schaltung – insbesondere zum Anschluss einer Batterie – verbunden.
Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zu Grunde ein möglichst verbessertes Verfahren anzugeben.
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.
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.
In dem Betriebsmodus wird eine Teilschaltung von einer geregelten ersten Spannungsquelle mit einer Versorgungsspannung versorgt. Vorzugsweise wird für den Betriebsmodus die erste Spannungsquelle aktiviert.
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.
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.
Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zu Grunde eine Verwendung anzugeben.
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.
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).
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.
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.
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.
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 uA und 10 uA. 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.
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.
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. stete 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.
Gemäß einer Ausgestaltung ist ein Eingang der Recheneinheit mit einem Ausgang des Komparators zur Auswertung eines Ausgangssignals des Komparators verbunden.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Im Folgenden wird die Erfindung durch Ausführungsbeispiele anhand zeichnerischer Darstellungen näher erläutert.
Dabei zeigen
1 einen schematischen Schaltplan einer Schaltung eines Ausführungsbeispiels,
2 ein schematisches Diagramm eines Spannungsverlaufs einer Versorgungsspannung, und
3 ein Ausführungsbeispiel einer justierbaren Spannungsquelle, und
4 ein anderes Ausführungsbeispiel einer justierbaren Spannungsquelle.
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.
In einem Betriebsmodus wenden die in der Teilschaltung 200 gespeicherten Informationen geändert, um beispielsweise zu messen oder zu steuern oder andere Funktionen, wie eine Kommunikation über einen Funkkanal durchzuführe Hierzu benötigt die Teilschaltung 200 im Betriebsmodus einen Betriebsstrom I_B, 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.
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 I_L, der gegenüber dem Betriebsstrom I_B 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.
Damit im Ruhemodus die Information in der Teilschaltung 200 erhalten bleibt und die Teilschaltung 200 nicht durch eine Überspannung beschädigt wird, wird eine Ausgangsspannung V_R der zweiten Spannungsquelle 300 derart eingestellt, dass nach Deaktivieren der ersten Spannungsquelle 100 die Ausgangsspannung V_R 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 V_R 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 I_L durch die Teilschaltung 200 und ggf. von einer Temperaturänderung in Bezug zum Justagezeitpunkt abhängig.
Die zweite Spannungsquelle 300 weist dabei den Vorteil auf, dass sie durch eine Justage ihrer Ausgangsspannung V_R 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 Powerdown-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 I_C 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 V_R bereitgestellt.
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 I_K fließt, der an den Ruhestrom I_L durch die Teilschaltung 200 im Ruhemodus angepasst ist. Die Stromquelle 430 wird im Ruhemodus zusammen mit der gesamten Auswerteschaltung 400 abgeschaltet. Der Konstantstrom I_K weicht von dem Ruhestrom I_L 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.
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 Register 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 I_K fließt ausschließlich im Betriebsmodus und nicht im Ruhemodus, so dass eine Batterieversorgung maßgeblich verlängert werden kann.
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 I_C 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.
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 I_C. 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.
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.
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.
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 I_C der Stromquelle 330 einstellbar, so dass der Strom I_C 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.
Bezugszeichenliste

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
I_B: Betriebsstrom
I_C: Strom
I_L: Ruhestrom, Leckstrom
t0: Beginn Ruhemodus
t: Zeit
V33: Spannung, Batteriespannung
VDD: Versorgungsspannung
V_R: Ausgangsspannung

Claims

Schaltung, – mit einer geregelten ersten Spannungsquelle (100) zur Bereitstellung einer Versorgungsspannung (VDD) an einem Ausgang der ersten Spannungsquelle (100) für eine Teilschaltung (200), – mit einer justierbaren zweiten Spannungsquelle (300) zur Bereitstellung einer Ausgangsspannung (V_R) zur Versorgung der Teilschaltung (200), – mit einer Auswerteschaltung (400), die mit einem Ausgang (303) der zweiten Spannungsquelle (300) zur Ausgabe der Ausgangsspannung (V_R) und mit einem Steuereingang (301) der zweiten Spannungsquelle (300) und dem Ausgang der ersten Spannungsquelle (100) verbunden ist, – bei der die Auswerteschaltung (400) ausgebildet ist die Ausgangsspannung (V_R) der zweiten Spannungsquelle (300) mittels eines Steuersignals am Steuereingang (301) der zweiten Spannungsquelle (300) unter Auswertung der Versorgungsspannung (VDD) am Ausgang der ersten Spannungsquelle (100) zu justieren, und – bei der die Auswerteschaltung (400) und/oder die zweite Spannungsquelle (300) einen Speicher (412) zur Speicherung von Werten der Justage aufweist.
Schaltung nach Anspruch 1, – bei der die Teilschaltung (200) für einen Betriebmodus mit einem Betriebsstrom (I_B) und für einen Ruhemodus mit gegenüber dem Betriebsstrom reduziertem Ruhestrom (I_L) durch die Teilschaltung (200) ausgebildet ist, – bei der im Betriebsmodus die erste Spannungsquelle (100) aktiviert ist, – bei der im Ruhemodus die erste Spannungsquelle (100) deaktiviert und die zweite Spannungsquelle (300) aktiviert ist, und – bei der die Auswerteschaltung (400) zur Justage im Betriebsmodus eingerichtet ist.
Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – bei der die Auswerteschaltung (400) eine Stromquelle (430) als Last für den Ausgang (303) der zweiten Spannungsquelle (300) aufweist, wobei insbesondere der Strom der Stromquelle (430) in der Größenordnung des Ruhestromes durch die Teilschaltung (200) ist.
Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – bei der die Auswerteschaltung einen Komparator (420) aufweist, der zum Vergleich der Ausgangsspannung (V_R) der zweiten Spannungsquelle (200) mit der am Ausgang der ersten Spannungsquelle (100) bereitgestellten Versorgungsspannung (VDD) verbunden ist.
Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – bei der die Auswerteschaltung (400) eine Recheneinheit (411) zur Auswertung der Ausgangsspannung (V_R) der zweiten Spannungsquelle (200) und der am Ausgang der ersten Spannungsquelle (100) bereitgestellten Versorgungsspannung (VDD) aufweist, die insbesondere mit einem Ausgang des Komparators (420) verbunden ist.
Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – bei der die Auswerteschaltung (400) zur Justage der Ausgangsspannung (V_R) der zweiten Spannungsquelle (200) vorzugsweise mittels sukzessiver Approximation eingerichtet ist.
Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – bei der die zweite Spannungsquelle (300) eine Stromquelle (330) und eine Widerstandsvorrichtung (340, 340') zur Erzeugung einer Referenzspannung aufweist, – bei der die Auswerteschaltung (400) ausgebildet ist einen Temperaturgang der Stromquelle (330) in Abhängigkeit von einem Ergebnis der Justage anzupassen.
Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – bei der die zweite Spannungsquelle (300) eine Widerstandsvorrichtung (340, 340') mit veränderbarem Widerstandswert zur Einstellung der Ausgangsspannung (V_R) aufweist, – bei der die zweite Spannungsquelle (300) einen als Source-Folger oder Emitter-Folger beschalteten Transistor (310) aufweist, – bei der ein Steuereingang des Transistors (310) mit der Widerstandsvorrichtung (340, 340') und – bei der eine Source oder ein Emitter des Transistors (310) mit einem Ausgang (302, 303) der zweiten Spannungsquelle (300) verbindbar oder verbunden ist.
Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, – mit einem Halbleiterschalter (320) der zum Schalten der Ausgangsspannung (V_R) der zweiten Spannungsquelle (300) auf den Ausgang (302) der zweiten Spannungsquelle (300) angeschlossen ist.
Verfahren zum Betrieb einer Schaltung in einem Betriebsmodus und in einem Ruhemodus, – bei dem in dem Betriebsmodus eine Teilschaltung (200) von einer geregelten ersten Spannungsquelle (100) mit einer Versorgungsspannung (VDD) versorgt wird, – bei dem in einem Ruhemodus die erste Spannungsquelle (100) deaktiviert wird und die Teilschaltung (200) durch eine zweite Spannungsquelle (300) versorgt wird, – bei dem im Betriebsmodus eine Ausgangsspannung (V_R) der zweiten Spannungsquelle (300) in Abhängigkeit von der Versorgungsspannung (VDD) der ersten Spannungsquelle (100) durch die Einstellung eines Widerstandswerts einer Widerstandsvorrichtung (340, 340') der zweiten Spannungsquelle (300) justiert wird.
Verwendung einer geregelten ersten Spannungsquelle (100) und einer justierbaren zweiten Spannungsquelle (300) zum Betrieb einer Teilschaltung in einem Betriebsmodus mittels der ersten Spannungsquelle (100) und in einem Ruhemodus mittels der zweiten Spannungsquelle (300), wobei eine Ausgangsspannung (V_R) der zweiten Spannungsquelle (300) während des Betriebsmodus in Abhängigkeit von einer Spannung (VDD) am Ausgang der ersten Spannungsquelle (100) und einen an einen Ruhestrom (I_L) des Ruhemodus angepassten Ausgangsstrom (I_K) der zweiten Spannungsquelle (200) justiert wird.