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Technisches Gebiet
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Das vorliegende Dokument betrifft eine Energieversorgung für eine integrierte Schaltung (IC – integrated circuit).
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Hintergrund
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Integrierte Schaltungen können verschiedene analoge und/oder digitale Funktionen aufweisen, die mit elektrischer Energie bei möglicherweise unterschiedlichen Spannungen zu versorgen sind. Ein möglicher Ansatz zum Versorgen der verschiedenen analogen und/oder digitalen Funktionen mit elektrischer Energie ist die Verwendung von zugewiesenen Leistungswandlern, die konfiguriert sind zum Vorsehen der elektrische Energie bei den verschiedenen Spannungen für verschiedene analoge und/oder digitale Funktionen. Die Verwendung von Leistungswandlern führt zu einem höheren Platzbedarf in einer integrierten Schaltung. Weiter führt die Verwendung von Leistungswandlern zu einer höheren Verlustleistung der integrierten Schaltung.
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Dieses Dokument befasst sich mit dem technischen Problem eines Vorsehens einer energieeffizienten und kostengünstigen integrierten Schaltung, die eine Vielzahl von verschiedenen analogen und/oder digitalen Funktionen mit verschiedenen Energieanforderungen aufweist.
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Die Druckschrift
DE 18 06 352 A betrifft eine Stromversorgungsschaltung für elektrische Baugruppen, bei der mehrere in Reihe liegende Zenerdioden über einen Vorwiderstand an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen sind. Mit Hilfe einer Spannungsverdoppler-Schaltung, gebildet aus einem Transformator, den Dioden und den Kondensatoren wird eine Spannung erzeugt, die ausreichend hoch ist, über eine Widerstand an den Zenerdioden gut stabilisierte Spannungen zu erzeugen. Zwischen den Kondensatoren der Spannungsverdoppler-Schaltung wird eine unstabilisierte Spannung entnommen, die zur Versorgung eines Hauptstromkreises dient.
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Die Druckschrift
US 3 777 253 A beschreibt eine Gleichstromversorgung mit geringer Verlustleistung, welche ein Paar von DC-Zuleitungen und einen ersten elektrischen Schalter aufweist. Der erste elektrische Schalter überträgt Gleichstrom von den Zuleitungen in ein Energiespeicherelement, welches den Ausgang der Stromversorgung speist. In einer Ausführungsform werden Zenerdioden verwendet, deren summierte Durchbruchsspannungen der totalen Ausgangsspannung über den Zuleitungen entsprechen.
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In der Druckschrift
DE 10 2012 207 456 A1 wird eine Schaltung zur Ansteuerung von Halbleiterleuchtelementen angegeben, mit mindestens zwei in Reihe geschalteten Segmenten, die jeweils mehrere in Reihe geschaltete Halbleiterleuchtelemente aufweisen, wobei die Halbleiterleuchtelemente in zumindest zwei der Segmente unterschiedlich sind, mit je einem Treiber zur Ansteuerung eines Segments, wobei der Treiber mindestens einen elektronischen Schalter aufweist, anhand dessen das Segment überbrückbar ist, bei der mindestens einer der Treiber einen Kondensator aufweist, der parallel zu Halbleiterleuchtelementen des Segments angeordnet ist, dem der Treiber zugeordnet ist. Ferner wird eine Lampe, eine Leuchte oder ein Leuchtsystem mit einer solchen Schaltung vorgeschlagen.
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In der Druckschrift
US 2007/0 257 623 A1 erzeugt eine Stromquelle, mit einem hohen Wirkungsgrad, einen Strom, der über einen weiten Bereich von Ausgangsspannungen im Wesentlichen konstant ist. Dieser Strom wird in das erste Ende eines in Reihe geschalteten Strings (im Folgenden als String bezeichnet) von LEDs injiziert, wobei das zweite Ende des Strings über einen Widerstand mit Masse verbunden ist. Die an diesem Widerstand entwickelte Spannung ist ein Maß für den Stromfluss in dem String. Ein Schalter, wie beispielsweise ein Feldeffekttransistor (FET) ist parallel zu jeder LED in dem String. Ein Pegelverschiebungsgatetreiber koppelt ein pulsweitenmoduliertes Steuersignal an das Gate jedes FET. Wenn der FET über eine bestimmte LED eingeschaltet ist, fließt im Wesentlichen der gesamte Strom durch den FET anstelle der LED, und wenig oder kein Licht wird emittiert.
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Zusammenfassung
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Gemäß einem Aspekt wird eine Schaltungsanordnung (zum Beispiel eine Energieversorgung und eine Vielzahl von energieverbrauchenden Schaltungen) beschrieben. Die Schaltungsanordnung kann eine integrierte Schaltung sein. Zum Beispiel kann die Schaltungsanordnung eine Treiberschaltung für eine lichtemittierende Diode aufweisen. Die Schaltungsanordnung weist einen ersten Kondensator und einen zweiten Kondensator auf, die in Serie zwischen einem hohen Potential (zum Beispiel Versorgungsspannung Vcc) und einem niedrigen Potential (zum Beispiel Masse) angeordnet sind. Weiter weist die Schaltungsanordnung eine erste energieverbrauchende Schaltung (zum Beispiel eine digitale Schaltung) auf, die parallel zu dem ersten Kondensator angeordnet ist. Die erste energieverbrauchende Schaltung verbraucht elektrische Energie bei einer ersten Spannung. Die erste energieverbrauchende Schaltung kann eine oder mehrere elektronische Komponente(n) aufweisen, zum Beispiel digitale Komponenten, wie Logikgatter, wobei die eine oder mehreren elektronische(n) Komponente(n) mit der ersten Spannung betrieben wird/werden.
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Weiter weist die Schaltungsanordnung eine zweite energieverbrauchende Schaltung (zum Beispiel eine analoge Schaltung) auf, die parallel mit dem zweiten Kondensator angeordnet ist. Die zweite energieverbrauchende Schaltung verbraucht elektrische Energie bei einer zweiten Spannung. Die zweite energieverbrauchende Schaltung kann eine oder mehrere elektronische Komponente(n) aufweisen, zum Beispiel analoge Komponenten, wie analoge Operationsverstärker oder Komparatoren, wobei die eine oder mehreren elektronische(n) Komponente(n) mit der zweiten Spannung betrieben wird/werden.
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Die erste und die zweite Spannung sind derart, dass eine Größe der Summe der ersten Spannung und der zweiten Spannung kleiner oder gleich einer absoluten Differenz zwischen dem hohen Potential und dem niedrigen Potential ist.
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Weiter weist die Schaltungsanordnung Spannungseinstellungsmittel auf, die konfiguriert sind zum Setzen einer Spannung an dem ersten Kondensator in Übereinstimmung mit der ersten Spannung und zum Setzen einer Spannung an dem zweiten Kondensator in Übereinstimmung mit der zweiten Spannung. Auf diese Weise kann die erste und die zweite energieverbrauchende Schaltung mit elektrischer Energie auf eine energieeffiziente und kostengünstige Weise versorgt werden.
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Die Spannungseinstellungsmittel können ein erstes Spannungsbegrenzungselement aufweisen, das parallel zu dem ersten Kondensator angeordnet ist, und/oder ein zweites Spannungsbegrenzungselement, das parallel zu dem zweiten Kondensator angeordnet ist. Das erste Spannungsbegrenzungselement kann eine erste Durchbruchspannung aufweisen, die der ersten Spannung entspricht, und/oder das zweite Spannungsbegrenzungselement kann eine zweite Durchbruchspannung aufweisen, die der zweiten Spannung entspricht. Die Spannungsbegrenzungselemente können jeweils eine oder mehrere Zener-Diode(n) aufweisen.
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Die Schaltungsanordnung kann weiter eine Stromquelle aufweisen, die konfiguriert ist zum Erzeugen von Strom durch das erste und/oder das zweite Spannungsbegrenzungselement. Alternativ oder zusätzlich kann die Stromquelle konfiguriert sein zum Steuern eines Stroms, der an die erste energieverbrauchende Schaltung und an die zweite energieverbrauchende Schaltung geliefert wird. Die Stromquelle kann in Serie mit der Serienanordnung des ersten Spannungsbegrenzungselements (das parallel zu der ersten energieverbrauchenden Schaltung angeordnet ist) und des zweiten Spannungsbegrenzungselements (das parallel zu der zweiten energieverbrauchenden Schaltung angeordnet ist) angeordnet sein. Somit kann die Stromquelle konfiguriert sein zum Steuern eines Gesamtstroms in die Schaltungsanordnung.
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Die Schaltungsanordnung kann Mittel aufweisen zum Messen von Strom durch das erste und/oder das zweite Spannungsbegrenzungselement (zum Beispiel unter Verwendung von Shunt-Widerständen an dem ersten und/oder zweiten Spannungsbegrenzungselement). Die Stromquelle kann konfiguriert sein zum Steuern von Strom, der durch die Stromquelle geliefert wird, in Abhängigkeit von dem gemessenen Strom durch das erste und/oder das zweite Spannungsbegrenzungselement. Insbesondere kann der Gesamtstrom gesteuert werden derart, dass der gemessene Strom durch das erste und/oder das zweite Spannungsbegrenzungselement im Wesentlichen Null ist. Somit kann die Energieversorgung für die erste und zweite energieverbrauchende Schaltung auf effiziente Weise vorgesehen werden.
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Die Spannungseinstellungsmittel können einen ersten Spannungsregler aufweisen, der konfiguriert ist zum Setzen einer ersten Ausgangsspannung an einem oberen Ende des ersten Kondensators. Alternativ oder zusätzlich können die Spannungseinstellungsmittel einen zweiten Spannungsregler aufweisen, der konfiguriert ist zum Setzen einer zweiten Ausgangsspannung an einem oberen Ende des zweiten Kondensators, wobei ein unteres Ende des ersten Kondensators mit dem oberen Ende des zweiten Kondensators gekoppelt ist. Somit können ein oder mehrere Spannungsregler verwendet werden, um die Spannungspegel an der ersten und/oder zweiten energieverbrauchenden Schaltung zu setzen.
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Ein unteres Ende des zweiten Kondensators kann mit dem zweiten Potential gekoppelt sein und der erste Spannungsregler und der zweite Spannungsregler können jeweils zwischen dem hohen Potential und dem niedrigen Potential angeordnet sein. Die erste Ausgangsspannung (die durch den ersten Spannungsregler vorgesehen wird) kann größer oder gleich der Summe der ersten Spannung und der zweiten Spannung sein. Die zweite Ausgangsspannung (die durch den zweiten Spannungsregler vorgesehen wird) kann größer als oder gleich der zweiten Spannung sein.
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Die Spannungseinstellungsmittel können einen Shunt-Regler aufweisen, der konfiguriert ist zum Setzen und/oder Begrenzen der Spannung an dem zweiten Kondensator auf die zweite Spannung.
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Alternativ oder zusätzlich können die Spannungseinstellungsmittel eine erste Spannungsquelle und eine zweite Spannungsquelle aufweisen, die in Serie angeordnet sind. Die erste Spannungsquelle kann konfiguriert sein zum Vorsehen von elektrischer Energie bei der ersten Spannung und/oder die zweite Spannungsquelle kann konfiguriert sein zum Vorsehen von elektrischer Energie bei der zweiten Spannung. Zusätzlich können die Spannungseinstellungsmittel einen ersten Stromspiegel aufweisen, der mit einem Anschluss der hohen Seite der ersten Spannungsquelle (an einer Seite des Stromspiegels) gekoppelt ist und der mit einem Anschluss der hohen Seite der ersten energieverbrauchenden Schaltung (an einer anderen Seite des Stromspiegels) gekoppelt ist. Weiter können die Spannungseinstellungsmittel einen zweiten Stromspiegel aufweisen, der mit einem Anschluss der hohen Seite der zweiten Spannungsquelle (an einer Seite des Stromspiegels) gekoppelt ist und der mit einem Anschluss der hohen Seite der zweiten energieverbrauchenden Schaltung (an einer anderen Seite des Stromspiegels) gekoppelt ist.
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Die Schaltungsanordnung kann weiter eine Schaltung aufweisen, die konfiguriert ist zum Vorsehen einer bidirektionalen Pegelverschiebung zwischen einem ersten Referenzpegel der ersten energieverbrauchenden Schaltung und einem zweiten Referenzpegel der zweiten energieverbrauchenden Schaltung. Die erste Spannung kann relativ zu dem ersten Referenzpegel vorgesehen werden und/oder die zweite Spannung kann relativ zu dem zweiten Referenzpegel vorgesehen werden.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Vorsehen von elektrischer Energie für eine erste energieverbrauchende Schaltung und für eine zweite energieverbrauchende Schaltung beschrieben. Die erste energieverbrauchende Schaltung verbraucht elektrische Energie bei einer ersten Spannung und die zweite energieverbrauchende Schaltung verbraucht elektrische Energie bei einer zweiten Spannung. Das Verfahren weist ein Anordnen eines ersten Kondensators und eines zweiten Kondensators in Serie zwischen einem hohen Potential und einem niedrigen Potential auf, wobei eine Größe der Summe der ersten Spannung und der zweiten Spannung kleiner oder gleich einer absoluten Differenz zwischen dem hohen Potential und dem niedrigen Potential ist. Weiter weist das Verfahren ein Anordnen der ersten energieverbrauchenden Schaltung parallel zu dem ersten Kondensator und ein Anordnen der zweiten energieverbrauchenden Schaltung parallel zu dem zweiten Kondensator auf. Weiter weist das Verfahren auf ein Setzen einer Spannung an dem ersten Kondensator in Übereinstimmung mit der ersten Spannung und ein Setzen einer Spannung an dem zweiten Kondensator in Übereinstimmung mit der zweiten Spannung.
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In dem vorliegenden Dokument bezieht sich der Begriff „koppeln” oder „gekoppelt” auf Elemente, die in elektrischer Kommunikation miteinander sind, entweder direkt, zum Beispiel über Leitungen, oder auf eine andere Weise verbunden.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Die Erfindung wird im Folgenden in beispielhafter Weise unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, wobei
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1 ein Blockdiagramm einer beispielhaften integrierten Schaltung zeigt;
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2 ein Blockdiagramm einer weiteren beispielhaften integrierten Schaltung zeigt;
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3 ein Blockdiagramm einer beispielhaften integrierten Schaltung zeigt, die einen Shunt-Regler aufweist;
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4 ein Blockdiagramm einer weiteren beispielhaften integrierten Schaltung zeigt, die einen Shunt-Regler aufweist;
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5 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Vorsehen von elektrischer Energie an erste und zweite energieverbrauchende Schaltungen zeigt; und
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6 eine beispielhafte Energieversorgungskette/gestapelte Energieversorgung zum Liefern von Energie an eine Vielzahl von energieverbrauchenden Schaltungen zeigt.
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Detaillierte Beschreibung
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Wie oben angegeben, befasst sich das vorliegende Dokument mit dem technischen Problem eines Versorgens der verschiedenen Funktionen oder Schaltungen einer integrierten Schaltung mit elektrischer Energie auf eine energieeffiziente Weise. In diesem Kontext zeigt 1 ein Blockdiagramm einer integrierten Schaltung 100, die eine digitale Funktion oder digitale Schaltung 113 und eine analoge Funktion oder analoge Schaltung 123 aufweist. Die digitale Schaltung 113 verbraucht elektrische Energie bei einer ersten Spannung 114 und die analoge Schaltung 123 verbraucht elektrische Energie bei einer zweiten Spannung 124. Die digitale Schaltung 113 kann eine oder mehrere logische Komponente(n) (zum Beispiel Logikgatter) aufweisen und die analoge Schaltung 123 kann eine oder mehrere analoge Komponente(n) (zum Beispiel Operationsverstärker oder Komparatoren) aufweisen.
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Die Schaltung 100 weist eine Energieversorgungskette auf, die zwischen einem hohen Potential 131 (zum Beispiel die Versorgungsspannung Vcc, wie Vcc = 12 V) und einem niedrigen Potential 132 (zum Beispiel Masse) angeordnet ist. Das hohe Potential 131 wird hier auch als das erste Potential bezeichnet und das niedrige Potential 132 wird hier auch als das zweite Potential bezeichnet. Die Energieversorgungskette weist eine Stromquelle 101 auf, die konfiguriert ist zum Steuern von Strom 104 durch die Energieversorgungskette. Die Energieversorgungskette weist weiter eine erste Zener-Diode 112 auf, die parallel zu der digitalen Schaltung 113 angeordnet ist, und eine zweite Zener-Diode 122, die parallel zu der analogen Schaltung 123 angeordnet ist. Die Zener-Dioden 112, 122 weisen eine Durchbruchspannung auf, die der ersten Spannung 114 beziehungsweise der zweiten Spannung 124 entspricht. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die richtige Versorgungsspannung an der jeweiligen Schaltung 113, 123 auf effiziente Weise eingestellt werden kann.
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Ein erster Kondensator 111 kann parallel zu der digitalen Schaltung 113 angeordnet sein und ein zweiter Kondensator 121 kann parallel zu der analogen Schaltung 123 angeordnet sein. Die Kondensatoren 111, 121 können verwendet werden jeweils zum Halten und/oder Liefern der Spannungen 114, 124 an der Schaltung 113, 123.
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Die Schaltungsanordnung 100 von 1 kann zum Beispiel für LED(lichtemittierende Diode)-Anwendungen und/oder für AC-Ladegerätanwendungen verwendet werden. In solchen Fällen ist der Standby-Strom typischerweise wichtig. Ein derartiger Standby-Strom kann unter Verwendung der Schaltungsanordnungen reduziert werden, die in dem vorliegenden Dokument beschrieben werden. Weiter kann während eines normalen Betriebs der Schaltungsanordnung die Wärme der integrierten Schaltung (IC) um fast einen Faktor 2 reduziert werden, wodurch die Verlustleistung der Schaltungsanordnung reduziert wird.
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Somit zeigt 1 zwei gestapelte Funktionen 113, 123. Die Schaltung 100 von 1 verwendet zwei Zener-Dioden 112, 122, die in Serie mit einer gesteuerten Stromquelle 101 angeordnet sind. Die Stromquelle 101 kann durch den Zener-Strom durch die Zener-Dioden 112, 122 gesteuert werden. Wenn ein Zener-Strom eine obere oder untere Stromgrenze überschreitet, kann der Strom der Stromquelle 101 reduziert beziehungsweise erhöht werden. Dies kann in beiden Richtungen erfolgen. Die Stromquelle 101 kann gesteuert werden, um einen minimal erforderlichen Strom für die Schaltung 113, 123 vorzusehen.
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In anderen Worten, die Schaltungsanordnung 100 kann Mittel zum Messen eines Stroms durch die erste Zener-Diode 112 und/oder durch die zweite Zener-Diode 122 aufweisen. Zum Beispiel kann ein Shunt- bzw. Nebenschlußwiderstand in Serie mit der ersten Zener-Diode 112 und/oder mit der zweiten Zener-Diode 122 (direkt stromaufwärts oder stromabwärts von der jeweiligen Diode 112, 122) angeordnet sein. Der Spannungsabfall an solch einem Shunt-Widerstand liefert eine Angabe über den Strom durch die jeweilige Zener-Diode 112, 122. Der Strom, der von der Stromquelle 101 vorgesehen wird, kann basierend auf dem gemessenen Strom durch die erste Zener-Diode 112 und/oder dem gemessenen Strom durch die zweite Zener-Diode 122 gesteuert werden. Insbesondere kann der Strom, der durch die Stromquelle 101 vorgesehen wird, derart gesteuert werden, dass die Größe des Stroms durch die erste Zener-Diode 112 und/oder des Stroms durch die zweite Zener-Diode 122 unter einer vorgegebenen Schwelle ist (zum Beispiel im Wesentlichen Null). Somit kann der Strom in die Schaltungsanordnung 100 minimiert werden, wodurch die Verlustleistungen der Schaltungsanordnung 100 minimiert werden.
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Aufgrund der gestapelten Anordnung der Schaltungen 113, 123 kann der Strom des gestapelten oberen Versorgungsverbrauchers 113 „wiederverwendet” werden durch den gestapelten unteren Versorgungsverbraucher 123. Als Folge davon kann ein reduzierter Gesamtstromverbrauch und eine höhere Energieeffizienz der Schaltung 100 erreicht werden.
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Die Schaltung 100 weist weiter eine bidirektionale Pegelverschiebungseinrichtung 102 auf, die konfiguriert ist zum Vorsehen eines Übergangs von einem Referenzpegel der digitalen Schaltung 113 zu einem Referenzpegel der analogen Schaltung 123 (und umgekehrt). Somit können die analoge Schaltung 123 und die digitale Schaltung 113 miteinander kommunizieren, auch wenn beide Schaltungen 113, 123 verschiedene Referenzpegel haben. Dies kann erforderlich sein, zum Beispiel wenn ein Signal, das von der analogen Schaltung 123 gemessen wurde, an die digitale Schaltung 113 zu liefern ist, und/oder wenn ein Steuersignal von der digitalen Schaltung 113 an die analoge Schaltung 123 zu liefern ist. Die bidirektionale Pegelverschiebungseinrichtung 102 kann konfiguriert sein zum Verschieben von Signalen, die zwischen den Schaltungen 113, 123 zu kommunizieren sind. Der Versatz bzw. Offset hängt typischerweise von der ersten Spannung 114 und/oder der zweiten Spannung 124 ab. Insbesondere kann der Versatz von der zweiten Spannung 124 abhängen (oder kann zu dieser gleich sein).
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Weiter zeigt 1 einen optionalen Entkopplungswiderstand 103.
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2 zeigt ein Blockdiagramm einer weiteren beispielhaften Schaltung 200. In der Schaltung 200 von 2 werden die Regler 212, 222 verwendet, um die Spannungen 114, 124 an der digitalen Schaltung 113 beziehungsweise an der analogen Schaltung 123 zu setzen. Insbesondere kann der zweite Regler 222 konfiguriert sein, um als eine zweite Ausgangsspannung die zweite Spannung 124 an dem zweiten Kondensator 121 zu setzen, und der erste Regler 222 kann konfiguriert sein zum Setzen der Summe der ersten und der zweiten Spannung 114, 124 als eine erste Ausgangsspannung derart, dass die Spannung an dem ersten Kondensator 111 der ersten Spannung 114 entspricht.
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Somit zeigt 2 ein gestapeltes Energieversorgungssystem, das die Regler 212, 222 verwendet. Der Regler 222 an dem niedrigen Potential 132 kann konfiguriert sein zum Abführen und Liefern von Strom.
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Beide Regler 212, 222 (zum Beispiel Operationsverstärker) sind mit dem hohen Potential 131 gekoppelt (zum Beispiel mit der Versorgungsspannung Vcc). Die Ausgangsspannung jedes Reglers 212, 222 ist fixiert (zum Beispiel an der ersten Ausgangsspannung oder an der zweiten Ausgangsspannung). Der Strom 114 von dem hohen Potential 131 ist aufgeteilt an die zwei verschiedenen Regler 212, 222. Wenn zum Beispiel die digitale Schaltung 113 10 mA aufnimmt (bei einer ersten Spannung von 2 V) und die analoge Schaltung 123 15 mA aufnimmt (bei einer zweiten Spannung von 5 V), muss der erste Regler 212 einen Ausgangsstrom von 10 mA von dem hohen Potential 131 vorsehen und der zweite Regler 222 muss einen Ausgangsstrom von 5 mA vorsehen (d. h. 15 mA –10 mA). Der Gesamtstrom 114, der von dem hohen Potential 131 erforderlich ist, ist 15 mA, im Vergleich zu einem Gesamtstrom von 25 mA von dem hohen Potential, wenn beide Funktionen 113, 123 massebezogen sind.
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3 und 4 zeigen mögliche Implementierungen zum Setzen der ersten und zweiten Spannungen 114, 124 unter Verwendung von Stromspiegeln 314, 315 und 324, 325. Ein von der Stromquelle 301 vorgesehener Strom wird auf die Energieversorgungskette gespiegelt, die den ersten Kondensator 111 und den zweiten Kondensator 121 aufweist sowie einen optionalen Entkopplungswiderstand 303. Der Entkopplungs- oder Dämpfungswiderstand 303 kann zur Rauschunterdrückung zwischen den Energieversorgungen für die digitale Schaltung 113 und für die analoge Schaltung 123 verwendet werden. Die ersten und zweiten Spannungen 114, 124 werden unter Verwendung der Spannungsquellen 312, 322 gesetzt. Insbesondere die erste Spannung 114 kann unter Verwendung der ersten Spannungsquelle 312 gesetzt werden und die zweite Spannung 124 kann unter Verwendung der zweiten Spannungsquelle 322 gesetzt werden.
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3 und 4 weisen weiter einen Shunt-Regler 305 auf, der konfiguriert ist zum Begrenzen der Spannung an der analogen Schaltung 123 über den Transistor 304. Insbesondere kann der Shunt-Regler 305 sicherstellen, dass die Spannung an der analogen Schaltung 123 die zweite Spannung 124 nicht übersteigt. Weiter zeigt 3 einen optionalen Kondensator 302.
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In den 3 und 4 wirken die Transistoren 315, 325 als Source- bzw. Quelle-Folger oder als eine Push-Pull-Ausgangsstufe eines Klasse-AB-Verstärkers. Die Schwellenspannung Vt der Transistoren wird unter Verwendung der Transistoren 314, 324 kompensiert. Die analoge Versorgung an die analoge Schaltung 123 kann unter Verwendung eines Shunt-Reglers 305 implementiert werden. Die Logikversorgung an die digitale Schaltung 113 kann an die erforderliche Logikversorgungsspannung während eines Betriebs angepasst werden (zum Beispiel durch Anpassen der Spannungsquellen 312, 322).
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Es sollte angemerkt werden, dass eine verschiedene unterschiedliche Anzahl von Funktionen 113, 123 gestapelt werden kann. Weiter können zusätzliche Funktionen oder Schaltungen parallel zueinander angeordnet werden. Zusätzlich kann ein Ladungsausgleich, zum Beispiel ein kapazitiver Ausgleich, verwendet werden, zum Beispiel unter Verwendung eines Konzepts einer kapazitiven Ladungspumpe für einen Ausgleich von zwei oder mehr Versorgungen an zwei oder mehr Schaltungen 113, 123.
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In jedem Fall ermöglicht das Vorsehen von Energie an eine Vielzahl von gestapelten Schaltungen eine Wiederverwendung von Strom, wodurch der Energieverbrauch einer integrierten Schaltung reduziert wird.
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5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 500 zum Vorsehen von elektrischer Energie an eine erste energieverbrauchende Schaltung 113 (zum Beispiel an eine digitale Schaltung) und an eine zweite energieverbrauchende Schaltung 123 (zum Beispiel an eine analoge Schaltung). Die erste energieverbrauchende Schaltung 113 verbraucht elektrische Energie bei einer ersten Spannung 114 und die zweite energieverbrauchende Schaltung 123 verbraucht elektrische Energie bei einer zweiten Spannung 124. Das Verfahren 500 weist ein Anordnen 501 eines ersten Kondensators 111 und eines zweiten Kondensators 121 in Serie zwischen einem hohen Potential 131 und einem niedrigen Potential 132 auf derart, dass eine Größe der Summe der ersten Spannung 114 und der zweiten Spannung 124 kleiner ist als eine absolute Differenz zwischen dem hohen Potential 131 und dem niedrigen Potential 132. Weiter weist das Verfahren 500 auf ein Anordnen 502 der ersten energieverbrauchenden Schaltung 113 parallel zu dem ersten Kondensator 111 und ein Anordnen 503 der zweiten energieverbrauchenden Schaltung 123 parallel zu dem zweiten Kondensator 121. Zusätzlich weist das Verfahren 500 auf ein Setzen 504 einer Spannung an dem ersten Kondensator 111 gemäß der ersten Spannung 114 und ein Setzen 505 einer Spannung an dem zweiten Kondensator 121 gemäß der zweiten Spannung 124.
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6 zeigt eine weitere beispielhafte Schaltungsanordnung 600, wobei die Versorgungsspannungen 114, 124, 614 für verschiedene Schaltungen 113, 123, 613 von dem ersten Potential 131 abgeleitet werden (das zum Beispiel der Netzspannung entsprechen kann). Die Schaltungsanordnung 600 weist eine serielle Anordnung aus drei Zener-Dioden 112, 122, 612 auf zum Vorsehen der Versorgungsspannungen 114, 124, 614 jeweils für die drei verschiedenen energieverbrauchenden Schaltungen 113, 123, 613. In dem gezeigten Beispiel entspricht die obere energieverbrauchende Schaltung 113 zum Beispiel einer analogen Schaltung, die energieverbrauchende Schaltung 123 entspricht zum Beispiel einer digitalen Schaltung und die energieverbrauchende Schaltung 613 entspricht zum Beispiel einem Gate-Treiber (zum Beispiel zur Ansteuerung der Gates der LED-Treibertransistoren). Weiter zeigt 6 einen dritten Kondensator 611 für die dritte Versorgungsspannung 614.
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Die Schaltungsanordnung 600 weist einen Spannungsteiler auf mit einem oberen Widerstand 601 und einem unteren Widerstand 603 sowie einem Zwischenerfassungsanschluss 602 zum Erfassen des Stroms durch die Energieversorgungskette. Es ist zu erkennen, dass die Differenz zwischen dem ersten Potential 131 und dem zweiten Potential 132 gleich dem Spannungsabfall an dem oberen Widerstand 601 plus dem Spannungsabfall an dem unteren Widerstand 603 und plus der Summe der ersten Spannung 114, der zweiten Spannung 124 und der dritten Spannung 614 ist. Somit kann der Widerstand des oberen Widerstands 601 und des unteren Widerstands 603 verwendet werden, um den Strom in der Energieversorgungskette zu setzen, die in 6 gezeigt wird. Wenn zusätzlicher Strom an dem oberen Anschluss der ersten energieverbrauchenden Schaltung 113 erforderlich ist, können zusätzliche Spannungsteiler parallel zu dem Spannungsteiler 601, 603 angeordnet werden.
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Insgesamt beschreibt das vorliegende Dokument das Vorsehen einer gestapelten Energieversorgung für eine Vielzahl von gestapelten Schaltungen. Die gestapelten Schaltungen werden in unterschiedlichen Spannungsdomänen bei unterschiedlichen Spannungspegeln betrieben. Jede Schaltung zeigt ihr eigenes Referenzpotential oder Masse. Derartige gestapelte Schaltungen können unter Verwendung einer „Triple-Well”-Technologie oder isolierten Transistoren implementiert werden. Analoge und digitale Schaltungen können durch ein Vorsehen der Schaltungen mit zugewiesenen „Wells” getrennt werden.
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Das Vorsehen einer gestapelten Energieversorgung führt zu einer Reduzierung von Strom und Wärme. In anderen Worten, das Vorsehen einer gestapelten Energieversorgung ermöglicht ein Erhöhen der Energieeffizienz einer integrierten Schaltung.
