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Verschiedene Ausführungsformen betreffen allgemein Schaltungen und Verfahren zur Bereitstellung einer Referenzspannung.
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Viele Schaltungen benötigen zum Betrieb eine Referenzspannung. Obwohl deren Bereitstellung mit hoher Genauigkeit möglich ist, z.B. unter Verwendung einer Bandabstandsspannungsreferenz, kann neben der Genauigkeit der Referenzspannung der Stromverbrauch des Referenzspannungsgenerators ein Problem darstellen. Entsprechend sind Ansätze zur Bereitstellung einer Referenzspannung mit hoher Genauigkeit und geringem Stromverbrauch erwünscht.
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Nach einer Ausführungsform wird eine Schaltung bereitgestellt, die eine erste Referenzspannungserzeugungsschaltung mit einem ersten Ausgang zur Bereitstellung einer ersten Referenzspannung, und eine zweite Referenzspannungserzeugungsschaltung mit einem Eingang, der einen Wert erhält, welcher für die erste Referenzspannung repräsentativ ist, umfasst, wobei die zweite Referenzspannungserzeugungsschaltung dazu eingerichtet ist, auf Basis des erhaltenen Werts eine zweite Referenzspannung zu erzeugen.
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In einer Ausgestaltung kann die Schaltung ferner aufweisen eine Fehlerbestimmungsschaltung, die dazu eingerichtet ist, auf Basis der ersten Referenzspannung und der zweiten Referenzspannung ein Fehlersignal bereitzustellen, wobei die zweite Referenzspannungserzeugungsschaltung dazu eingerichtet ist, die zweite Referenzspannung auf Basis des Fehlersignals bereitzustellen. In noch einer Ausgestaltung kann die Schaltung ferner aufweisen eine Steuerschaltung, die dazu eingerichtet ist, den Wert, der für die erste Referenzspannung repräsentativ ist, auf Basis des Fehlersignals zu bestimmen. In noch einer Ausgestaltung kann die erste Referenzspannungserzeugungsschaltung die erste Referenzspannung mit einer höheren Genauigkeit als der Genauigkeit erzeugen, mit der die zweite Referenzspannungserzeugungsschaltung die zweite Referenzspannung erzeugt. In noch einer Ausgestaltung kann die erste Referenzspannungserzeugungsschaltung ein Bandabstandsspannungsreferenzgenerator sein. In noch einer Ausgestaltung kann die zweite Referenzspannungserzeugungsschaltung dazu eingerichtet sein, die zweite Referenzspannung in einem Zustand der Schaltung zu erzeugen, in dem die erste Referenzspannungserzeugungsschaltung ausgeschaltet ist. In noch einer Ausgestaltung kann die zweite Referenzspannungserzeugungsschaltung einen Speicher aufweisen, der dazu eingerichtet ist, den Wert, der für die erste Referenzspannung repräsentativ ist, oder einen Wert, der von dem Wert, der für die erste Referenzspannung repräsentativ ist, abgeleitet ist, zu speichern. In noch einer Ausgestaltung kann der Wert, der für die erste Referenzspannung repräsentativ ist, ein Steuerwert für die zweite Referenzspannungserzeugungsschaltung sein, um die zweite Referenzspannungserzeugungsschaltung so zu steuern, dass diese eine Referenzspannung mit einer vorbestimmten Beziehung zu der ersten Referenzspannung ausgibt. In noch einer Ausgestaltung kann der Wert, der für die erste Referenzspannung repräsentativ ist, oder ein Wert, der von dem Wert, der für die erste Referenzspannung repräsentativ ist, abhängt, ein digitaler Wert sein. In noch einer Ausgestaltung kann die zweite Referenzspannungserzeugungsschaltung ein CMOS-Spannungsgenerator sein.
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In verschiedenen Ausführungsformen wird ein Verfahren zur Bereitstellung einer Referenzspannung bereitgestellt, umfassend: Bereitstellen einer ersten Referenzspannung; Erhalten eines Werts, der für die erste Referenzspannung repräsentativ ist; und Erzeugen einer zweiten Referenzspannung auf Basis des erhaltenen Werts.
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In verschiedenen Ausführungsformen wird eine Schaltung bereitgestellt, aufweisend: eine erste Referenzspannungserzeugungsschaltung, die dazu eingerichtet ist, eine erste Referenzspannung bereitzustellen; eine zweite Referenzspannungserzeugungsschaltung, die dazu eingerichtet ist, eine zweite Referenzspannung bereitzustellen; eine Fehlerbestimmungsschaltung, die dazu eingerichtet ist, auf Basis der ersten Referenzspannung und der zweiten Referenzspannung ein Fehlersignal bereitzustellen; wobei die zweite Referenzspannungserzeugungsschaltung ferner dazu eingerichtet ist, die zweite Referenzspannung auf Basis des Fehlersignals bereitzustellen.
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In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen über die verschiedenen Ansichten hinweg im Allgemeinen die gleichen Teile. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht; stattdessen wird die Betonung auf die Darstellung der Grundsätze der Erfindung gelegt. In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, wobei:
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1 eine Schaltung nach einer Ausführungsform zeigt.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm.
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3 veranschaulicht das Konzept der Speicherung einer Referenzspannung, die durch einen BGP-Referenzspannungsgenerator bereitgestellt wird, zur Verwendung für die Referenzspannungserzeugung, wenn der BGP-Referenzspannungsgenerator ausgeschaltet ist.
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4 zeigt eine Schaltung nach einer Ausführungsform.
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5 zeigt eine Schaltung.
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6 zeigt ein Zustandsdiagramm für die Schaltung von 5.
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7 veranschaulicht einen Versatzausgleich.
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8 zeigt ein Signaldiagramm, das ein Beispiel einer Steuerung des CMOS-Spannungsgenerators, um eine Ausgangsspannung bereitzustellen, die der Ausgangsspannung des BGP-Spannungsgenerators gleich ist, zeigt.
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Die folgende ausführliche Beschreibung bezieht sich auf die beiliegenden Zeichnungen, die zur Veranschaulichung bestimmte Einzelheiten und Ausführungsformen zeigen, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann.
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Der Ausdruck "beispielhaft" wird hier so verwendet, dass er "als Beispiel, Fall oder Darstellung dienend" bedeutet. Jede Ausführungsform oder Gestaltung, die hier als "beispielhaft" beschrieben ist, ist nicht notwendigerweise dahingehend auszulegen, dass sie gegenüber anderen Ausführungsformen oder Gestaltungen bevorzugt oder vorteilhaft ist.
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Der im Hinblick auf ein abgelagertes Material, das "über" einer Seite oder Fläche gebildet ist, verwendete Ausdruck "über" kann hier so verwendet sein, dass er bedeutet, dass das abgelagerte Material "direkt auf", z.B. in einem direkten Kontakt mit, der besagten Seite oder Fläche gebildet sein kann. Der im Hinblick auf ein abgelagertes Material, das "über" einer Seite oder Fläche gebildet ist, verwendete Ausdruck "über" kann hier so verwendet sein, dass er bedeutet, dass das abgelagerte Material "indirekt auf" der besagten Seite oder Fläche gebildet sein kann, wobei eine oder mehr zusätzliche Schichten zwischen der besagten Seite oder Fläche und dem abgelagerten Material angeordnet sind.
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Die Referenzspannungserzeugung ist ein allgemeines Thema bei der CMOS(komplementärer Metalloxid-Halbleiter)-Analogschaltungsgestaltung. Es gibt viele Ansätze zu ihrer Ausführung in Silizium. Ein typischer Ansatz ist die Verwendung einer Bandabstandsspannungsreferenz (BGP), wobei ein Bipolartransistor oder eine Diode verwendet wird. Eine BGP ist eine kostengünstige Weise, um eine sehr genaue Spannungsreferenz zu erzeugen. Doch eine derartige Spannungsreferenz benötigt zum Betrieb eine bestimmte Mindestmenge an Energie. Diese erforderliche Energie kann für einige Anwendungen, bei denen der Stromverbrauch entscheidend ist, zu hoch sein.
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Es können verschiedene Ansätze verwendet werden, um den durchschnittlichen Stromverbrauch eines Referenzspannungsgenerators auf ein Mindestmaß zu verringern. Einer ist die Verwendung von Spannungsreferenzen mit verschiedenen Genauigkeiten zu unterschiedlichen Zeitpunkten. Zum Beispiel kann ein BGP verwendet werden, wenn die Genauigkeit wichtig ist und der Stromverbrauch nicht kritisch ist. Ein CMOS-Spannungsgenerator kann verwendet werden, wenn die Genauigkeit nicht wichtig ist und der Strom, der von dem Referenzspannungsgenerator benötigt wird, sehr gering sein muss.
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Nach einer Ausführungsform wird das Problem, dass der Energieverbrauch eines Referenzspannungsgenerators zu hoch ist, durch Kombinieren eines BGP mit einem digital gesteuerten Kleinleistungs-Spannungspuffer angegangen.
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Im Allgemeinen wird nach einer Ausführungsform eine wie in 1 veranschaulichte Schaltung bereitgestellt.
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1 zeigt eine Schaltung 100 nach einer Ausführungsform.
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Die Schaltung 100 umfasst eine erste Referenzspannungserzeugungsschaltung 101, die einen Ausgang zur Bereitstellung einer ersten Referenzspannung umfasst.
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Die Schaltung 100 umfasst ferner eine zweite Referenzspannungserzeugungsschaltung 102, die einen Eingang umfasst, der einen Wert erhält, welcher für die erste Referenzspannung repräsentativ ist, wobei die zweite Referenzspannungserzeugungsschaltung 102 dazu eingerichtet ist, auf Basis des erhaltenen Werts eine zweite Referenzspannung zu erzeugen.
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Nach einer Ausführungsform werden mit anderen Worten zwei Referenzspannungserzeugungsschaltungen kombiniert oder, mit anderen Worten, in Reihe verwendet, wobei die zweite Referenzspannungserzeugungsschaltung auf Basis der Spannungsreferenz der ersten Referenzspannungserzeugungsschaltung gesteuert wird.
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Mit anderen Worten erhält die zweite Referenzspannungserzeugungsschaltung Informationen, die auf der Spannungsreferenz der ersten Referenzspannungserzeugungsschaltung beruhen, und stellt auf Basis der erhaltenen Informationen eine Referenzspannung bereit.
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Die zweite Referenzspannungserzeugungsschaltung kann zum Beispiel den Wert, der für die erste Referenzspannung repräsentativ ist, speichern, so dass sie die zweite Referenzspannung auch dann noch bereitstellen kann, wenn die erste Referenzspannungserzeugungsschaltung ausgeschaltet ist, d.h., keine Spannungsreferenz bereitstellt.
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Zum Beispiel ist die erste Referenzspannungserzeugungsschaltung eine BGP-Spannungserzeugungsschaltung. Wenn in der Schaltung genug Spannung verfügbar ist, wird ein Wert, der für die erste Referenzspannung repräsentativ ist, gespeichert (z.B. werden analoge Informationen hinsichtlich des Bandabstands in einem analogen Spannungspuffer gespeichert oder ein digitaler Wert, der für die erste Referenzspannung repräsentativ ist, wird in einem Register gespeichert), der dann durch die zweite Referenzspannungserzeugungsschaltung verwendet werden kann, wenn die BGP-Spannungserzeugungsschaltung außer Betrieb ist, d.h., ausgeschaltet ist, um z.B. den Strom, der durch die Schaltung benötigt wird, zu verringern.
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Nach einer Ausführungsform umfasst die Schaltung ferner eine Fehlerbestimmungsschaltung, die dazu eingerichtet ist, auf Basis der ersten Referenzspannung und der zweiten Referenzspannung ein Fehlersignal bereitzustellen, wobei die zweite Referenzspannungserzeugungsschaltung dazu eingerichtet ist, die zweite Referenzspannung auf Basis des Fehlersignals bereitzustellen.
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Die Schaltung kann zum Beispiel eine Steuerschaltung umfassen, die dazu eingerichtet ist, den Wert, der für die erste Referenzspannung repräsentativ ist, auf Basis des Fehlersignals zu bestimmen.
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Die erste Referenzspannungserzeugungsschaltung erzeugt zum Beispiel die erste Referenzspannung mit einer höheren Genauigkeit als der Genauigkeit, mit der die zweite Referenzspannungserzeugungsschaltung die zweite Referenzspannung erzeugt.
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Zum Beispiel ist die erste Referenzspannungserzeugungsschaltung ein Bandabstandsspannungsreferenzgenerator.
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Nach einer Ausführungsform ist die zweite Referenzspannungserzeugungsschaltung dazu eingerichtet, die zweite Referenzspannung in einem Zustand der Schaltung zu erzeugen, in dem die erste Referenzspannungserzeugungsschaltung ausgeschaltet ist. Dieser Zustand ist zum Beispiel ein Zustand mit einem verringerten Stromverbrauch, z.B. ein Stromsparzustand.
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Die zweite Referenzspannungserzeugungsschaltung kann einen Speicher umfassen, der dazu eingerichtet ist, den Wert, der für die erste Referenzspannung repräsentativ ist, oder einen Wert, der von dem Wert, der für die erste Referenzspannung repräsentativ ist, abhängt, zu speichern. Der Wert, der von dem Wert, der für die erste Referenzspannung repräsentativ ist, abhängt, kann auch von anderen Werten wie Fehlanpassungen und anderen Fehlerquellen abhängen. Er kann zum Beispiel den Unterschied zwischen der ersten Referenzspannung und der zweiten Referenzspannung darstellen.
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Der Wert, der für die erste Referenzspannung repräsentativ ist, ist zum Beispiel ein Steuerwert für die zweite Referenzspannungserzeugungsschaltung, um die zweite Referenzspannungserzeugungsschaltung so zu steuern, dass diese eine Referenzspannung mit einer vorbestimmten Beziehung zu der ersten Referenzspannung ausgibt.
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Nach einer Ausführungsform ist der Wert, der für die erste Referenzspannung repräsentativ ist, oder der Wert, der von dem Wert, der für die erste Referenzspannung repräsentativ ist, abhängt, ein digitaler Wert. Zum Beispiel ist der Wert, der für die erste Referenzspannung repräsentativ ist (oder der oder ein Wert, der von dem Wert, der für die erste Referenzspannung repräsentativ ist, abgeleitet wird), ein Unterschied zwischen der zweiten Referenzspannung und der ersten Referenzspannung, und ist dieser Wert als digitaler Wert dargestellt.
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Die zweite Referenzspannungserzeugungsschaltung ist zum Beispiel ein CMOS-Spannungsgenerator.
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Die Schaltung führt zum Beispiel ein wie in 2 veranschaulichtes Verfahren aus. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm 200.
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Das Ablaufdiagramm 200 veranschaulicht ein Verfahren zur Bereitstellung einer Referenzspannung.
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Bei 201 wird eine erste Referenzspannung bereitgestellt.
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Bei 202 wird ein Wert, der für die erste Referenzspannung repräsentativ ist, erhalten.
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Bei 203 wird auf Basis des erhaltenen Werts eine zweite Referenzspannung erzeugt.
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Es sollte angemerkt werden, dass Ausführungsformen, die im Zusammenhang mit der Schaltung 100 beschrieben sind, analog für das Verfahren, das in 2 veranschaulicht ist, gültig sind, und umgekehrt.
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Im Folgenden werden Ausführungsformen ausführlicher beschrieben.
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3 veranschaulicht das Konzept des Speicherns einer Referenzspannung, die durch einen BGP-Referenzspannungsgenerator bereitgestellt wird, zur Verwendung für die Referenzspannungserzeugung, wenn der BGP-Referenzspannungsgenerator ausgeschaltet ist.
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Bei 301 stellt ein BGP-Referenzspannungsgenerator 303 eine Referenzspannung (oder allgemein einen Wert, der für die Referenzspannung repräsentativ ist), bereit, der in einem analogen Speicher 304 (z.B. einem Puffer) gespeichert wird und durch den analogen Speicher als Spannungsreferenz ausgegeben wird.
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Bei 302 stellt der BGP-Referenzspannungsgenerator 303 die Referenzspannung nicht länger bereit. Zum Beispiel ist er ausgeschaltet, um den benötigten Strom zu verringern. Der analoge Speicher 304 gibt auf Basis der gespeicherten Informationen (z.B. des gespeicherten Werts, der für die Referenzspannung repräsentativ ist) nach wie vor eine Spannungsreferenz aus. Mit anderen Worten werden die gespeicherten Informationen aus dem Speicher gelesen, um die Referenzspannung bereitzustellen.
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Es sollte angemerkt werden, dass bei der Ausführung des analogen Speichers 304 je nach der Anwendung Schwierigkeiten bestehen können. Zum Beispiel kann aufgrund eines hohen Leckverlusts eine einfache Abtast- und Halteschaltung ungeeignet sein.
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Im Folgenden wird ein Beispiel beschrieben, bei dem Informationen hinsichtlich der ersten Referenzspannung, die durch einen BGP-Referenzspannungsgenerator bereitgestellt wird, insbesondere ein Wert, der für die erste Referenzspannung repräsentativ ist, in der Form eines Steuerwerts für die zweite Referenzspannungserzeugungsschaltung digital gespeichert werden.
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4 zeigt eine Schaltung 400 nach einer Ausführungsform.
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Die Schaltung 400 umfasst einen BGP-Spannungsgenerator 401, einen CMOS-Spannungsgenerator 402, einen Puffer 403, einen Taktgenerator 404, einen Zustandsautomat 405, einen Vergleicher 406, eine steuerbare Spannungsquelle 407 und ein Register 408.
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Der BGP-Spannungsgenerator 401 erzeugt eine Referenzspannung, wobei Informationen hinsichtlich dieser Referenzspannung für den CMOS-Spannungsgenerator 402 gespeichert werden. Der CMOS-Spannungsgenerator 401 wird auf eine solche Weise justiert, dass die BGP-Referenzspannung und die Ausgangsspannung des CMOS-Spannungsgenerators eine bestimmte Beziehung aufweisen (z.B. gleich sind oder ein bestimmtes Verhältnis aufweisen, das z.B. wie in 4 veranschaulicht durch einen Spannungsteiler gegeben ist).
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Im Besonderen erzeugt der BGP-Spannungsgenerator 401 dann, wenn der BGP-Spannungsgenerator 401 nicht abgeschaltet (d.h., ausgeschaltet) ist, d.h., ein Abschaltsignal PWDN nicht aktiv ist, eine Spannung, die zu einem ersten Eingang des Vergleichers 406 geliefert wird.
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Das nicht aktive Signal PWDN steuert einen zu schließenden Schalter 409, der den Ausgang des Puffers 403 über einen Spannungsteiler, der einen ersten Widerstand 411 und einen zweiten Widerstand 412 umfasst, mit der Erde verbindet. Der zweite Eingang des Vergleiches 406 ist so mit dem Mittelpunkt 413 des Spannungsteilers verbunden, dass ein bestimmter Teil (durch die Werte der Widerstände 411, 412 definiert) des Ausgangs des CMOS-Spannungsgenerators 402, der durch den Puffer 403 gepuffert wird, zu dem Vergleicher 406 zurückgeführt wird.
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Dadurch vergleicht der Vergleicher 406 den Ausgang des BGP-Spannungsgenerators mit dem Teil des Ausgangs des CMOS-Spannungsgenerators. Wenn diese beiden Spannungen nicht gleich sind, erhöht oder verringert der Zustandsautomat 405 auf Basis des Ausgangs des Vergleichers 406 abhängig davon, ob die Ausgangsspannung des BGP-Spannungsgenerators höher als der Teil der Ausgangsspannung des CMOS-Spannungsgenerators ist, oder umgekehrt, einen digital in dem Register 408 gespeicherten Spannungssteuerwert, der die Spannungsquelle 407 steuert, deren Ausgangsspannung den CMOS-Spannungsgenerator 402 steuert. Dadurch wird die Ausgangsspannung des CMOS-Spannungsgenerators 402, die über einen Spannungsausgang 410 den Spannungsausgang durch die Schaltung 400 bildet, so gesteuert, dass sie einen Wert mit einem bestimmten Verhältnis zu der Ausgangsspannung des BGP-Spannungsgenerators aufweist (wobei das Verhältnis durch die Werte der Widerstände 411, 412 definiert ist).
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Der Zustandsautomat 405 arbeitet auf Basis eines Taktsignals, das von dem Taktgenerator 404 bereitgestellt wird, so dass der Spannungssteuerwert (möglicherweise, abhängig von dem Ausgang des Vergleichers) mit jedem Taktzyklus aktualisiert wird. Der Zustandsautomat 405 und das Register 408 können als digitale Steuerung der Ausgangsspannung der Schaltung 400 angesehen werden.
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Wenn das Abschaltsignal PWDN aktiv ist, d.h., wenn der BGP-Spannungsgenerator 401 ausgeschaltet ist, sind auch der Zustandsautomat 405 und der Vergleicher 406 ausgeschaltet und ist der Schalter 409 geöffnet. Der Spannungssteuerwert in dem Register 408 wird gleich gehalten, so dass die Ausgangsspannung der Schaltung 400 gleich bleibt, wenn der BGP-Spannungsgenerator 401 ausgeschaltet ist.
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Es sollte angemerkt werden, dass typischerweise ein kleiner systematischer Fehler (z.B. aufgrund der Schrittbreite der Justierung, d.h., der Grobheit der Verarbeitung des Vergleicherausgangswerts) zurückbleibt. Zur Abschwächung verschiedener negativer Einflüsse wird die Kalibrierung (d.h., die Steuerung der Ausgangsspannung auf Basis der BGP-Ausgangsspannung) zum Beispiel periodisch ausgelöst.
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Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel ausführlicher beschrieben.
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5 zeigt eine Schaltung 500.
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Die Schaltung 500 umfasst einen BGP-Spannungsgenerator 501, einen CMOS-Spannungsgenerator 502 und einen Steuerteil 503.
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Ähnlich wie bei der Schaltung 400 umfasst der Steuerteil 503 einen Vergleicher 504, der eine Ausgangsspannung von dem BGP-Spannungsgenerator 501 und eine Ausgangsspannung von dem CMOS-Spannungsgenerator 502 erhält und sie einer digitalen Steuerung 505 bereitstellt, die, bei diesem Beispiel, ein Steuersignal an den BGP-Spannungsgenerator 501 und ein Steuersignal an den CMOS-Spannungsgenerator 502 bereitstellt, um die Ausgangsspannungen des BGP-Spannungsgenerators 501 und des CMOS-Spannungsgenerators 502 so zu steuern, dass sie gleich sind, und einen Wert, der das Steuersignal darstellt, speichert.
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Die digitale Steuerung 505 erhält ein Abschaltsignal PWDN, das dem Abschaltsignal von 4 ähnlich ist. Ferner kann bei diesem Beispiel durch ein 100-nA-Modussignal ein Stromsparmodus aktiviert werden, in dem der Stromverbrauch auf 100 nA (vergleiche die in 4 angegebenen Stromverbrauchswerte: 100 nA + 10 µA + 1 µA + 1 µA) beschränkt wird.
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Die digitale Steuerung 505 weist ferner einen Kalibrierungseingang (z.B. für die Abstimmung) auf, und der digitale Steuerteil 503 weist ferner eine Referenzklemme 526 (die an den Vergleicher 504 angeschlossen sein kann, der zum Beispiel auch zur Abstimmung z.B. in Bezug auf die Genauigkeit des BGP-Spannungsgenerators, die zum Beispiel etwa 20 mV beträgt, verwendet werden kann) auf.
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Der BGP-Spannungsgenerator 501 bei diesem Beispiel weist eine Topologie nach Banba auf: ein erster p-Kanal-Transistor 506, ein zweiter p-Kanal-Transistor 507 und ein dritter p-Kanal-Transistor 508 sind mit ihren jeweiligen Source-Klemmen an ein hohes Versorgungspotential (VDD) angeschlossen.
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Die Drain-Klemme des ersten p-Kanal-Transistors 506 ist über einen ersten Widerstand 509 an ein niedriges Versorgungspotential (VSS) angeschlossen. Die Drain-Klemme des zweiten p-Kanal-Transistors 507 ist über einen zweiten Widerstand 510 an das niedrige Versorgungspotential angeschlossen. Die Steuerklemmen der p-Kanal-Transistoren 506, 507, 508 sind an den Ausgang eines Vergleichers 512 angeschlossen, dessen erster Eingang an die Drain-Klemme des ersten p-Kanal-Transistors 506 angeschlossen ist, und dessen zweiter Eingang an die Drain-Klemme des zweiten p-Kanal-Transistors 507 angeschlossen ist.
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Der erste Eingang des Vergleichers 512 ist ferner über einen ersten Bipolar-Transistor 513, dessen Basis an seinen Kollektor angeschlossen ist, an das niedrige Versorgungspotential angeschlossen, und der zweite Eingang des Vergleichers 512 ist ferner über einen dritten Widerstand 514 und einen zweiten Bipolartransistor 515, dessen Basis an seinen Kollektor angeschlossen ist, an das niedrige Versorgungspotential angeschlossen.
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Die Drain-Klemme des dritten p-Kanal-Transistors 508, die an den Ausgang 516 des BGP-Spannungsgenerators 501, d.h., den Ausgang, an dem der BGP-Spannungsgenerator 501 die erzeugte Spannung ausgibt, angeschlossen ist, ist über einen ersten steuerbaren Widerstand 511, der durch das Steuersignal, das dem BGP-Spannungsgenerator 501 durch die Steuerung 505 bereitgestellt wird, gesteuert wird, an das niedrige Versorgungspotential angeschlossen.
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Der CMOS-Spannungsgenerator 502 umfasst einen vierten p-Kanal-Transistor 517, einen fünften p-Kanal-Transistor 518 und einen sechsten p-Kanal-Transistor 519, deren Source-Klemmen an das hohe Versorgungspotential angeschlossen sind, und deren Gates an die Drain-Klemme des vierten p-Kanal-Transistors 517 angeschlossen sind.
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Die Drain-Klemme des vierten p-Kanal-Transistors 517 ist an den Drain eines ersten n-Kanal-Transistors 520 angeschlossen, dessen Source an das niedrige Versorgungspotential angeschlossen ist, und dessen Gate an den Drain des fünften p-Kanal-Transistors 518 angeschlossen ist.
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Die Source-Klemme des fünften p-Kanal-Transistors 518 ist an den Drain eines zweiten n-Kanal-Transistors 521 angeschlossen, dessen Source über einen vierten Widerstand 522 an das niedrige Versorgungspotential angeschlossen ist, und dessen Gate an seinen Drain angeschlossen ist.
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Die Drain-Klemme des sechsten p-Kanal-Transistors 519 ist an den Drain eines dritten n-Kanal-Transistors 523 angeschlossen, dessen Source über einen zweiten steuerbaren Widerstand 524 an das niedrige Versorgungspotential angeschlossen ist, und dessen Gate an seinen Drain angeschlossen ist. Der zweite steuerbare Widerstand 524 wird durch das Steuersignal, das dem CMOS-Spannungsgenerator 502 durch die Steuerung 505 bereitgesellt wird, gesteuert.
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Die Drain-Klemme des sechsten p-Kanal-Transistors 519 ist ferner an den Ausgang 525 des CMOS-Spannungsgenerators 502, d.h., den Ausgang, an dem der CMOS-Spannungsgenerator 502 die erzeugte Spannung ausgibt, angeschlossen.
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6 zeigt ein Zustandsdiagramm 600 für die Schaltung 500.
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In dem Zustandsdiagramm 600 nimmt die Zeit von links nach rechts zu. Für die gezeigten Signale und Zustände bedeutet der höhere Pegel "aktiv", während der niedrigere Pegel "inaktiv" bedeutet.
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Ein erstes Diagramm 601 zeigt das Abschalt(PDWN)signal, ein zweites Diagramm 602 zeigt den Zustand des BGP (eingeschaltet/angeschaltet: aktiv, und eingeschaltet/abgeschaltet: inaktiv).
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Ein drittes Diagramm 603 zeigt den Zustand der Kalibrierung, d.h., ob die Steuerung der Ausgangsspannungen auf Basis des Vergleichs der Ausgangsspannungen von dem Vergleicher 504 gegenwärtig aktiv ist.
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Ein viertes Diagramm 604 zeigt einen Bereitschaftszustand, d.h., zeigt, wenn es aktiv ist, an, dass die Ausgangsspannung des CMOS-Spannungsgenerators 502 gemäß dem Ergebnis der Kalibrierung auf Basis der Ausgangsspannung des BGP-Spannungsgenerators 501 gesteuert wird.
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Der BGP-Spannungsgenerator 501 selbst kann an einem Prüfgerät kalibriert werden. Der Vergleicher 504 kann auch für die Kalibrierung des BGP-Spannungsgenerators verwendet werden (zusätzlich zu der Kalibrierung des Steuerwerts, d.h., der Bestimmung des Steuerwerts, wofür eine Darstellung für die Spannungssteuerung, wenn der BGP-Spannungsgenerator 501 abgeschaltet ist, gespeichert wird). Hierfür wird der Versatz des Vergleichers 504 ausgeglichen. Zum Beispiel ist, wenn der BGP-Spannungsgenerator 501 die Spannungsreferenz bereitstellt, nach der Kalibrierung der Versatz des Vergleichers enthalten, doch wird dieser ausgeglichen, wenn die Informationen hinsichtlich des Steuerwerts (d.h., die Darstellung des Steuerwerts) gespeichert werden. 7 veranschaulicht einen Versatzausgleich.
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Ein BGP-Spannungsgenerator 701, ein CMOS-Spannungsgenerator 702, ein Puffer 703 und ein Vergleicher 706 entsprechen dem BGP-Spannungsgenerator 401, dem CMOS-Spannungsgenerator 402, dem Puffer 403 bzw. dem Vergleicher 406. Bei diesem Beispiel wird die Rückkopplung der Ausgangsspannung des CMOS-Spannungsgenerators zur Einfachheit ohne Spannungsteiler gezeigt.
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Bei diesem Beispiel besteht ein durch eine erste Spannungsquelle 704 dargestellter Versatz von dem Vergleicher, der von der Kalibrierung des BGP-Generators 701 stammt. Die erste Referenzspannung beträgt daher nach der Kalibrierung 780 mV, wenn der Vergleicher 706 verwendet wird (mit einer externen Kalibrierungsspannung von 800 mV und einem Vergleicherversatz von 20 mV). Daher erhält der Vergleicher von dem BGP-Spannungsgenerator 701 eine Spannung von 780 mV anstelle von 800 mV. Dies wird durch einen entsprechenden Versatz an dem zweiten Eingang des Vergleichers 706, der durch eine zweite Spannungsquelle 705 dargestellt ist, die zwischen dem zweiten Eingang des Vergleichers 706 und dem Ausgang des Puffers 703 gekoppelt ist, berücksichtigt. Die Spannungsquelle 704 stellt eine Spannung von 20 mV bereit, so dass die Ausgangsspannung des Puffers 703 letztendlich so gesteuert wird, dass sie 800 mV beträgt.
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Im Hinblick auf das Temperaturverhalten sollte angemerkt werden, dass CMOS-Spannungsgeneratoren verglichen mit ihrer absoluten Genauigkeit typischerweise ein sehr gutes Temperaturverhalten aufweisen. Der Vergleicherversatz kann wie oben erwähnt beseitigt werden. Das Temperaturverhalten des Vergleichers kann, wenn kein Ausgleich erfolgt, die Größe des Vergleichers beschränken. Ferner kann der BGP temperaturabhängig sein. Entsprechend werden nach einer Ausführungsform Anpassungen für den BGP-Spannungsgenerator (und möglicherweise auch den CMOS-Spannungsgenerator) auf Basis der Temperatur vorgenommen.
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Hinsichtlich des Stromverbrauchs sollte angemerkt werden, dass der Stromverbrauch von Ausführungsformen wie jenen, die unter Bezugnahme auf 4 und 5 beschrieben wurden, dem eines typischen BGP-Spannungsgenerators ähnlich ist, wenn der BGP-Spannungsgenerator eingeschaltet ist. Doch wenn sich der BGP-Spannungsgenerator im abgeschalteten Modus (d.h. im Auszustand) befindet, ist nur der CMOS-Spannungsgenerator eingeschaltet. Daher können Schaltungen zur Erzeugung einer Referenzspannung ausgeführt werden, die mit einem Stromverbrauch unter 1 µA arbeiten (wenn der BGP-Spannungsgenerator abgeschaltet ist).
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Im Hinblick auf den Spannungsbetrieb ist 1 V typischerweise eine untere Versorgungsspannungsgrenze des BGP-Spannungsgenerators wie etwa des BGP-Spannungsgenerators 501, da ein pnp-Bipolartransistor über den gesamten Temperaturbereich hinweg typischerweise 800 mV benötigt. Ein CMOS-Spannungsgenerator kann ebenfalls mit allen Transistoren im Subthreshold-Bereich arbeiten, so dass keine theoretische Grenze besteht. Über den gesamten Temperaturbereich hinweg sind 600 mV möglich und denkbar. Daher kann die Versorgungsspannung im Schlafmodus (d.h., der BGP-Generator ist abgeschaltet) verringert werden, um weiter Energie zu sparen.
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Hinsichtlich des Umschaltens zwischen der niedrigeren Leistung (BGP-Spannungsgenerator aus) und der hohen Leistung (BGP-Spannungsgenerator ein) sollte angemerkt werden, dass das Umschalten zwischen diesen Betriebsarten aufgrund des Umstands, dass der CMOS-Spannungsgerator so angesehen werden kann, dass er als Puffer arbeitet, keine Stufen in der Referenzspannung erzeugt.
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Es sollte ferner angemerkt werden, dass der Energieverbrauch des Zustandsautomaten 405 sehr gering gehalten werden kann, indem sie bei einer niedrigen Taktfrequenz (z.B. << 1 MHz) betrieben wird. Der Zustandsautomat 405 trifft auf Basis des Vergleicherausgangs eine Entscheidung, ob der Steuerwert, der in dem Register 408 gespeichert ist, erhöht oder verringert werden soll (z.B. um 1). Daher kann im Gleichgewichtszustand das letzte Bit des Steuerwerts wechseln. Dies kann vermieden werden, indem in dem Vergleicher eine Hysterese in der Größenordnung des letzten Bits der Kalibrierung ausgeführt wird. Auf Basis des Steuerwerts kann der CMOS-Spannungsgenerator unter Verwendung eines Widerstandsnetzwerks, das einen Thermometercode verwendet, oder durch ein redundantes binär gewichtetes Netzwerk gesteuert werden.
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8 zeigt ein Signaldiagramm 800, das ein Beispiel einer Steuerung des CMOS-Spannungsgenerators, um eine Ausgangsspannung bereitzustellen, die der Ausgangsspannung des BGP-Spannungsgenerators gleich ist, veranschaulicht.
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In 8 nimmt die Zeit von links nach rechts zu und steigt der Pegel der verschiedenen Signale von unten nach oben an.
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Ein erstes Diagramm 801 zeigt die (konstante) Ausgangsspannung des BGP-Spannungsgenerators, der z.B. dem BGP-Spannungsgenerator 401 entspricht.
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Ein zweites Diagramm 802 zeigt die Ausgangsspannung des CMOS-Spannungsgenerators, der z.B. dem CMOS-Spannungsgenerator 402 entspricht (ohne den Spannungsteiler in der Schaltung 400 oder bei einem Widerstandswert des ersten Widerstands 411 von null, so dass der Ausgang des CMOS-Spannungsgenerators so gesteuert wird, dass er der Ausgangsspannung des BGP-Spannungsgenerators gleich ist). Ein drittes Diagramm 803 veranschaulicht den Takt, der dem Zustandsautomaten 405 z.B. durch den Taktgenerator 404 bereitgestellt wird.
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Ein viertes Diagramm 804 veranschaulicht den Steuerwert im Zeitverlauf.
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Es wird angenommen, dass der Steuerwert anfangs N beträgt, was einem bestimmten anfänglichen Fehler 805 zwischen der Ausgangsspannung des CMOS-Spannungsgenerators und der Ausgangsspannung des BGP-Spannungsgenerators entspricht. Nach drei Taktzyklen hat die Ausgangsspannung des CMOS-Spannungsgenerators die Ausgangsspannung des BGP-Spannungsgenerators erreicht (und überschritten) (was einem Steuerwert von N + 3 entspricht), und beginnt der Steuerwert zwischen N + 3 und N + 2 zu wechseln.
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Es sollte angemerkt werden, dass wie oben beschriebene Referenzspannungsschaltungen typischerweise leicht simuliert werden können. Doch das Temperaturverhalten ist für BGP- und CMOS-Spannungsgeneratoren aufgrund des Umstands, dass das Temperaturverhalten typischerweise nicht in Transistormodellen enthalten ist, typischerweise schwer zu simulieren.
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Obwohl die Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsformen gezeigt und beschrieben wurde, sollten Fachleute verstehen, dass daran verschiedenste Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem wie in den beiliegenden Ansprüchen definierten Geist und Umfang der Erfindung abzuweichen. Der Umfang der Erfindung wird daher durch die beiliegenden Ansprüche angegeben, weshalb alle Änderungen, die in die Bedeutung und den Bereich der Gleichwertigkeit der Ansprüche fallen, umfasst sein sollen.
