DE102017212354A1 - Niederohmiger Lastschalter mit Ausgangsstromstärkesteuerung - Google Patents

Niederohmiger Lastschalter mit Ausgangsstromstärkesteuerung Download PDF

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Abstract

Diese Anmeldung bezieht sich auf eine Schaltung (100, 100A, 100B, 200A, 200B) zum Bereitstellen einer schaltbaren Stromverbindung zwischen einem ersten Anschluss (60) und einem zweiten Anschluss (70). Die Schaltung (100, 100A, 100B, 200A, 200B) umfasst eine Transistorvorrichtung (10), die als eine Schaltvorrichtung dient, eine Ladungspumpenschaltung (20), wobei ein Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) mit einem Steueranschluss der Transistorvorrichtung (10) gekoppelt ist und ein Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) mit einer vorbestimmten Spannung in der Schaltung (100, 100A, 100B, 200A, 200B) gekoppelt ist, und wobei die Ladungspumpenschaltung (20) dazu ausgelegt ist, eine hochgesetzte Spannung zu erzeugen, die dasselbe Vorzeichen wie eine Spannung an dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) hat, jedoch einen größeren Betrag als die Spannung an dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) hat; und eine Ansteuerschaltung (30, 40), die mit der Ladungspumpenschaltung (20) gekoppelt ist. Die Ansteuerschaltung (30, 40) ist dazu ausgelegt, eine Rückkopplungssteuerung zum Steuern einer durch die Transistorvorrichtung (10) fließenden Stromstärke basierend auf einer Größe, die die durch die Transistorvorrichtung (10) fließende Stromstärke oder einen Spannungsabfall über die Transistorvorrichtung (10) angibt, bereitzustellen. Die Ansteuerschaltung (30, 40) ist ferner dazu ausgelegt, einen Betrag der Spannung an dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) gemäß der Rückkopplungssteuerung zu steuern oder einen Betrag einer Spannung an dem Steueranschluss der Transistorvorrichtung (10) gemäß der Rückkopplungssteuerung zu steuern, wenn sie mit dem Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) gekoppelt ist und von einem Ausgang der Ladungspumpenschaltung (20) versorgt wird. Die Anmeldung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zum Betreiben einer derartigen Schaltung.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Diese Anmeldung bezieht sich auf Schaltungen zum Bereitstellen einer schaltbaren Stromverbindung zwischen einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss über eine Transistorvorrichtung und Verfahren zum Betreiben von Schaltungen zum Bereitstellen einer schaltbaren Stromverbindung zwischen einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss über eine Transistorvorrichtung. Unter einer schaltbaren Stromverbindung versteht man eine elektrische Verbindung, die einen Stromfluss ermöglicht, der nach Bedarf aktiviert und deaktiviert werden kann. Die Anmeldung bezieht sich insbesondere auf solche Schaltungen und Verfahren, die einen verringerten Durchlasswiderstand der Transistorvorrichtung und/oder eine verringerte Größe der Transistorvorrichtung ermöglichen. Diese Schaltungen und Verfahren sind insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, anwendbar, um eine Schaltfähigkeit zwischen geregelten Versorgungsspannungen von Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzern und externen Lasten mit minimalem Durchlasswiderstand bereitzustellen.
  • Hintergrund
  • Moderne integrierte Schaltungen zum Leistungsmanagement (PMICs) enthalten verschiedene Lastschalter, um externe Lasten an die geregelte Versorgungsspannung von Gleichstrom/Gleichstrom-Umsetzern anzuschließen. Um hohe Stromstärken liefern zu können, ohne einen deutlichen Abfall auf der Versorgungsleitung zu verursachen, sollten die Lastschalter einen sehr niedrigen Durchlasswiderstand RdsOn aufweisen.
  • Die Lastschalter sollten außerdem mit einer Funktionalität ausgestattet sein, die vor zu hohen Einschaltstromstärken schützt, die den Lastschalter thermisch beschädigen können oder einen großen Spannungsabfall auf der Versorgungsleitung verursachen können.
  • Somit besteht ein Bedarf an einer verbesserten Schaltung zum Bereitstellen einer schaltbaren Stromverbindung zwischen einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss über eine Transistorvorrichtung und an einem verbesserten Verfahren zum Betreiben einer Schaltung zum Bereitstellen einer schaltbaren Stromverbindung zwischen einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss über eine Transistorvorrichtung. Es besteht ferner ein Bedarf an einer Schaltung und einem Verfahren, die den Durchlasswiderstand der Transistorvorrichtung verringern und/oder eine Vorrichtungsgröße der Transistorvorrichtung verringern.
  • Zusammenfassung
  • Im Hinblick auf einige oder alle diese Erfordernisse schlägt die vorliegende Offenbarung eine Schaltung zum Bereitstellen einer schaltbaren Stromverbindung und ein Verfahren zum Betreiben einer Schaltung zum Bereitstellen einer schaltbaren Stromverbindung vor, die die Merkmale der jeweiligen unabhängigen Ansprüche aufweisen.
  • Ein Aspekt der Offenbarung bezieht sich auf eine Schaltung zum Bereitstellen einer schaltbaren Stromverbindung (z. B. einer Schaltfähigkeit) zwischen einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss. Die Schaltung kann eine Transistorvorrichtung umfassen, die als eine Schaltvorrichtung (z. B. als ein Schalter) dient. Die Transistorvorrichtung kann beispielsweise ein MOS-FET wie etwa ein NMOS-Transistor oder ein PMOS-Transistor sein. Die Schaltung kann ferner eine Ladungspumpenschaltung (als Beispiel einer Hochsetzschaltung) enthalten. Die Ladungspumpenschaltung kann beispielsweise eine Ladungspumpe oder einen auf Ladungspumpen basierenden Regler enthalten. Ein Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung kann mit einem Steueranschluss (z. B. Gateanschluss) der Transistorvorrichtung gekoppelt (z. B. verbunden) sein. Ein Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung kann mit einer vorbestimmten Spannung (z. B. Versorgungsspannung oder Niederimpedanz-Referenzspannung) an der Schaltung (z. B. auf dem Chip) gekoppelt (z. B. verbunden) sein. Die Ladungspumpenschaltung kann dazu ausgelegt sein, eine hochgesetzte Spannung zu erzeugen, die dasselbe Vorzeichen wie eine Spannung an dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung hat, jedoch einen größeren Betrag als die Spannung an dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung hat. Die Schaltung kann ferner eine Ansteuerschaltung enthalten, die mit der Ladungspumpenschaltung gekoppelt (z. B. verbunden) ist. Die Ansteuerschaltung kann dazu ausgelegt sein, eine Rückkopplungssteuerung zum Steuern (z. B. Ansteuern) der Stromstärke, der durch die Transistorvorrichtung fließt, basierend auf einer Größe, die die Stromstärke, die durch die Transistorvorrichtung fließt, oder einen Spannungsabfall über die Transistorvorrichtung angibt, bereitzustellen. Zum Beispiel kann die Stromstärke so gesteuert werden, dass die Stromstärke eine vorgegebene Schwelle nicht überschreitet, oder so, dass eine Anstiegsgeschwindigkeit des Spannungsabfalls über die Transistorvorrichtung beispielsweise eine vorgegebene Grenze nicht überschreitet. Zu diesem Zweck kann die Schaltung eine Erfassungsschaltung zum Erfassen der Größe enthalten. Die Ansteuerschaltung kann ferner dazu ausgelegt sein, einen Betrag der Spannung an dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung gemäß der Rückkopplungssteuerung zu steuern. In diesem Fall kann die Ansteuerschaltung mit dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung gekoppelt (z. B. verbunden) sein. Alternativ kann die Ansteuerschaltung mit dem Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung gekoppelt (z. B. verbunden) sein und kann von einem Ausgang der Ladungspumpenschaltung versorgt werden. In diesem Fall kann die Ansteuerschaltung dazu ausgelegt sein, einen Betrag einer Spannung an dem Steueranschluss (z. B. Gateanschluss) der Transistorvorrichtung gemäß der Rückkopplungssteuerung zu steuern.
  • Wie oben konfiguriert kombiniert die vorgeschlagene Schaltung eine Steuerung der Gate-Source-Spannung Vgs der Transistorvorrichtung auf die maximale sichere Spannung mit einer Regelung der Ausgangsstromstärke. Insbesondere kann die vorgeschlagene Schaltung die maximale sichere Gate-Source-Spannung Vgsmax (z. B. die maximale Gate-Source-Spannung Vgs, die von der Vorrichtungstechnologie ermöglicht wird) auch dann anlegen, wenn diese Spannung in der Schaltung nicht physikalisch (z. B. auf dem Chip) vorhanden ist.
  • Gleichzeitig kann die Abhängigkeit der Ansteuerspannung von dem Prozess und der Temperatur reduziert werden und die Gate-Source-Spannung Vgs kann von der Eingangsspannung Vin oder der Ausgangsspannung Vout an der Transistorvorrichtung unabhängig gemacht werden. Somit ermöglicht die vorgeschlagene Schaltung einen weiten Bereich von Betriebsspannungen, einschließlich Ausgangsspannungen, die sehr nahe an der Versorgungsspannung oder sehr nahe an Masse liegen. Gleichzeitig kann eine übermäßige Gate-Source-Spannung Vgs an der Transistorvorrichtung vermieden werden und die vorgeschlagene Schaltung verhindert, dass zu hohe Einschaltstromstärken an der Transistorvorrichtung auftreten. Dadurch können eine thermische Beschädigung der Transistorvorrichtung und Spannungsabfälle der Eingangsspannung Vin (z. B. auf einer Versorgungsleitung oder Leistungsschiene) verhindert werden. Da die Vorrichtungsgröße der Transistorvorrichtung proportional zu dem Durchlasswiderstand ist, kann ein Teil der Verringerung des Durchlasswiderstands gegen eine Größenverringerung der Transistorvorrichtung eingetauscht werden.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Ladungspumpenschaltung auch mit einem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung gekoppelt (z. B. verbunden) sein. Die Ladungspumpenschaltung kann dazu ausgelegt sein, als die hochgesetzte Spannung eine Spannung auszugeben, deren Betrag den Betrag der Spannung an dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung um mindestens den Betrag einer Spannung an dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung übersteigt. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die maximal zulässige Spannung (maximale sichere Spannung) zum Ansteuern der Transistorvorrichtung an der Schaltung zur Verfügung steht.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Ladungspumpenschaltung eine kapazitive Vorrichtung (z. B. einen Kondensator) enthalten. Die Ladungspumpenschaltung kann ferner einen ersten bis vierten Schalter (z. B. ersten bis vierten Transistorschalter) enthalten, die so angeordnet sind, dass sie die kapazitive Vorrichtung abwechselnd zwischen dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung und Masse und zwischen dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung und dem Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung einkoppeln (z. B. anschließen). In dieser Konfiguration kann die kapazitive Vorrichtung verwendet werden, um die Spannung zu erhöhen, die an dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung bereitgestellt wird.
  • In einigen Ausführungsformen kann der erste Schalter zwischen dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung und einem ersten Anschluss der kapazitiven Vorrichtung eingekoppelt (z. B. angeschlossen) sein. Der zweite Schalter kann zwischen einem zweiten Anschluss der kapazitiven Vorrichtung und Masse eingekoppelt (z. B. angeschlossen) sein. Der dritte Schalter kann zwischen dem ersten Anschluss der kapazitiven Vorrichtung und dem Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung eingekoppelt (z. B. angeschlossen) sein. Der vierte Schalter kann zwischen dem zweiten Anschluss der kapazitiven Vorrichtung und dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung eingekoppelt (z. B. angeschlossen) sein.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Schaltung ferner eine Steuerschaltung zum Steuern der Ladungspumpenschaltung enthalten. Die Steuerschaltung kann dazu ausgelegt sein, den ersten bis vierten Schalter so zu steuern, dass sie die kapazitive Vorrichtung abwechselnd zwischen dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung und Masse und zwischen dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung und dem Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung einkoppeln (z. B. anschließen). Der erste und der zweite Schalter können gemäß einem ersten Schaltersteuersignal gesteuert werden und der dritte und der vierte Schalter können gemäß einem zweiten Schaltersteuersignal gesteuert werden. Das erste und das zweite Schaltersteuersignal können gegenphasig zueinander sein.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Ansteuerschaltung mit dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung gekoppelt (z. B. verbunden) sein. In diesem Fall kann die Ansteuerschaltung dazu ausgelegt sein, den Betrag der Spannung an dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung gemäß der Rückkopplungssteuerung zu steuern. Die Ansteuerschaltung kann den Betrag der Spannung an dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung durch Beziehen eines Stroms aus dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung oder durch Liefern eines Stroms an den Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung steuern. Dementsprechend ist eine Voransteuerungsarchitektur bereitgestellt, bei der die Ladungspumpschaltung unter der Steuerung der Voransteuerung arbeitet und die Transistorvorrichtung direkt durch die Hochsetzspannung, die von der Ladungspumpschaltung erzeugt wird, angesteuert werden kann.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Ansteuerschaltung dazu ausgelegt sein, die Größe, die die durch die Transistorvorrichtung fließende Stromstärke oder den Spannungsabfall über die Transistorvorrichtung angibt, mit einem Referenzwert für die Größe zu vergleichen. Die Ansteuerschaltung kann ferner dazu ausgelegt sein, basierend auf einem Ergebnis des Vergleichs den Strom aus dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung zu beziehen oder basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs den Strom an den Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung zu liefern. Dadurch kann die von der Ladungspumpenschaltung erzeugte Hochsetzspannung, und ebenso die Gate-Source-Spannung Vgs der Transistorvorrichtung, so gesteuert werden, dass eine Einschaltstromstärke in die Transistorvorrichtung oder eine Anstiegsgeschwindigkeit der Ausgangsspannung nicht zu große Werte annehmen.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Schaltung ferner eine Replikvorrichtung der Transistorvorrichtung enthalten. Die Replikvorrichtung kann zu der Transistorvorrichtung parallel geschaltet sein. Ein Steueranschluss (z. B. Gateanschluss) der Replik kann mit dem Steueranschluss (z. B. Gateanschluss) der Transistorvorrichtung gekoppelt (z. B. verbunden) sein. Die Ansteuerschaltung kann einen Stromgenerator enthalten, der zwischen der Replikvorrichtung und Masse eingekoppelt (z. B. angeschlossen) ist. Die Ansteuerschaltung kann ferner einen Differenzverstärker enthalten. Ein Eingangsanschluss des Differenzverstärkers kann mit einem Zwischenknoten zwischen dem Stromgenerator und der Replikvorrichtung gekoppelt (z. B. verbunden) sein. Der andere Eingangsänschluss des Differenzverstärkers kann mit dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung gekoppelt (z. B. verbunden) sein. Die Ansteuerschaltung kann ferner einen ersten Ansteuerschaltungstransistor enthalten, der unter der Steuerung des Differenzverstärkers arbeitet und zwischen dem Zwischenknoten und Masse eingekoppelt (z. B. angeschlossen) ist. Die Ansteuerschaltung kann ferner einen zweiten Ansteuerschaltungstransistor enthalten, der mit dem ersten Ansteuerschaltungstransistor einen Stromspiegel bildet und zwischen dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung und Masse eingekoppelt (z. B. angeschlossen) ist. Diese Schaltung bietet eine einfache und effiziente Implementierung der Vortreiberarchitektur.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Ansteuerschaltung mit dem Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung gekoppelt (z. B. verbunden) sein und kann durch den Ausgang der Ladungspumpenschaltung versorgt werden. Dann kann die Ansteuerschaltung dazu ausgelegt sein, den Betrag der Spannung an dem Steueranschluss der Transistorvorrichtung gemäß der Rückkopplungssteuerung zu steuern, indem ein Strom aus dem Steueranschluss der Transistorvorrichtung bezogen wird oder indem ein Strom an den Steueranschluss der Transistorvorrichtung geliefert wird. Dementsprechend ist eine Nachtreiberarchitektur bereitgestellt, bei der die Ladungspumpenschaltung immer eine Spannung ausgibt, die um die maximale sichere Spannung über der Sourcespannung der Transistorvorrichtung liegt, und der von der Ladungspumpenschaltung versorgte Nachtreiber steuert die Transistorvorrichtung in geeigneter Weise an.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Ansteuerschaltung dazu ausgelegt sein, die Größe, die die durch die Transistorvorrichtung fließende Stromstärke oder den Spannungsabfall über die Transistorvorrichtung angibt, mit einem Referenzwert für die Größe zu vergleichen. Die Ansteuerschaltung kann ferner dazu ausgelegt sein, basierend auf einem Ergebnis des Vergleichs den Strom aus dem Steueranschluss der Transistorvorrichtung zu beziehen oder basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs den Strom an den Steueranschluss der Transistorvorrichtung zu liefern. Dadurch kann die Gate-Source-Spannung Vgs der Transistorvorrichtung so gesteuert werden, dass die Einschaltstromstärke in die Transistorvorrichtung oder die Anstiegsgeschwindigkeit der Ausgangsspannung der Transistorvorrichtung nicht zu große Werte annimmt.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Ansteuerschaltung einen Rückkopplungssteuerblock enthalten, der mit dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung gekoppelt (z. B. verbunden) ist. Der Rückkopplungssteuerblock kann dazu ausgelegt sein, ein Signal auszugeben, das eine Änderungsrate (z. B. Anstiegsgeschwindigkeit) der Spannung an dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung angibt. Die Ansteuerschaltung kann ferner einen Differenzverstärker enthalten. Ein Eingangsanschluss des Differenzverstärkers kann mit einem Ausgang des Rückkopplungssteuerblocks gekoppelt (z. B. verbunden) sein. Der andere Eingangsanschluss des Differenzverstärkers kann mit einem Referenzsignal gekoppelt (z. B. verbunden) sein. Die Ansteuerschaltung kann ferner einen ersten Ansteuerschaltungstransistor enthalten, der unter der Steuerung des Differenzverstärkers arbeitet. Die Ansteuerschaltung kann ferner einen zweiten und einen dritten Ansteuerschaltungstransistor enthalten, die so angeordnet sind, dass sie einen Stromspiegel bilden. Der erste und der zweite Ansteuerschaltungstransistor können zwischen dem Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung und Masse in Reihe geschaltet (z. B. angeschlossen) sein. Die Ansteuerschaltung kann ferner einen Stromgenerator enthalten. Der dritte Ansteuerschaltungstransistor und der Stromgenerator können zwischen den Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung und Masse in Reihe geschaltet (z. B. angeschlossen) sein. Ein Zwischenknoten zwischen dem dritten Ansteuerschaltungstransistor und dem Stromgenerator kann mit dem Steueranschluss der Transistorvorrichtung gekoppelt (z. B. verbunden) sein. Diese Schaltung bietet eine einfache und effiziente Implementierung der Vortreiberarchitektur.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Schaltung ferner eine Regelschaltung umfassen, die zwischen dem Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung und der Ansteuerschaltung eingekoppelt (z. B. angeschlossen) ist. Die Regelschaltung kann dazu ausgelegt sein, eine Gleichstromverschiebung auf den Ausgang der Ladungspumpenschaltung anzuwenden. Alternativ oder zusätzlich kann die Regelschaltung dazu ausgelegt sein, eine Ausgangsimpedanz der Ladungspumpenschaltung zu reduzieren. Die Regelschaltung kann beispielsweise einen Transistor enthalten oder ein solcher sein. Der Transistor kann von dem gleichen Typ sein wie die Transistorvorrichtung, beispielsweise ein NMOS-Transistor oder ein PMOS-Transistor. Dadurch können Schwelleneffekte korrigiert werden und die Ausgangsimpedanz der Ladungspumpenschaltung kann verbessert werden.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Schaltung ferner eine zweite Ladungspumpenschaltung zum Erzeugen der vorbestimmten Spannung enthalten.
  • Ein weiterer Aspekt der Offenbarung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern einer Schaltung zum Bereitstellen einer schaltbaren Stromverbindung zwischen einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss. Die Schaltung kann eine Transistorvorrichtung enthalten, die als Schaltvorrichtung dient. Das Verfahren kann ein Erzeugen einer hochgesetzten Spannung, die dasselbe Vorzeichen wie eine Spannung an einem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung aufweist, aber einen größeren Betrag als die Spannung an dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung aufweist, mittels einer Ladungspumpenschaltung umfassen. Ein Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung kann mit einem Steueranschluss der Transistorvorrichtung gekoppelt (z. B. verbunden) sein und der Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung kann mit einer vorbestimmten Spannung in der Schaltung gekoppelt (z. B. verbunden) sein. Das Verfahren kann ferner ein Bereitstellen einer Rückkopplungssteuerung zum Steuern der Stromstärke, die durch die Transistorvorrichtung fließt, basierend auf einer Größe, die die durch die Transistorvorrichtung fließende Stromstärke oder einen Spannungsabfall über die Transistorvorrichtung angibt, umfassen. Das Verfahren kann ferner ein Steuern eines Betrags der Spannung an dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung gemäß der Rückkopplungssteuerung oder ein Steuern eines Betrags einer Spannung an dem Steueranschluss der Transistorvorrichtung gemäß der Rückkopplungssteuerung umfassen.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Ladungspumpenschaltung auch mit einem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung gekoppelt (z. B. verbunden) sein. Dann kann das Verfahren ein Erzeugen einer Spannung, deren Betrag den Betrag der Spannung an dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung um mindestens den Betrag einer Spannung an dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung übersteigt, als hochgesetzte Spannung umfassen.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Ladungspumpenschaltung eine kapazitive Vorrichtung enthalten. Die Ladungspumpenschaltung kann ferner einen ersten bis vierten Schalter enthalten, die so angeordnet sind, dass sie die kapazitive Vorrichtung abwechselnd zwischen dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung und Masse und dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung und dem Ausgangsknoten des Ladungspumpenschaltung einkoppeln (z. B. anschließen).
  • In einigen Ausführungsformen kann der erste Schalter zwischen dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung und einem ersten Anschluss der kapazitiven Vorrichtung eingekoppelt (z. B. angeschlossen) sein. Der zweite Schalter kann zwischen einem zweiten Anschluss der kapazitiven Vorrichtung und Masse eingekoppelt (z. B. angeschlossen) sein. Der dritte Schalter kann zwischen dem ersten Anschluss der kapazitiven Vorrichtung und dem Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung eingekoppelt (z. B. angeschlossen) sein. Der vierte Schalter kann zwischen dem zweiten Anschluss der kapazitiven Vorrichtung und dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung eingekoppelt (z. B. angeschlossen) sein.
  • In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner ein Steuern des ersten bis vierten Schalters derart, dass sie die kapazitive Vorrichtung abwechselnd zwischen dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung und Masse und zwischen dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung und dem Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung einkoppeln (z. B. anschließen), umfassen.
  • In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner ein Steuern des Betrags der Spannung an dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung gemäß der Rückkopplungssteuerung durch Beziehen eines Stroms aus dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung oder durch Liefern eines Stroms an den Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung umfassen.
  • In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner ein Vergleichen der Größe, die die durch die Transistorvorrichtung fließende Stromstärke oder den Spannungsabfall über die Transistorvorrichtung angibt, mit einem Referenzwert für die Größe umfassen. Das Verfahren kann ferner ein Beziehen des Stroms aus dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung basierend auf einem Ergebnis des Vergleichs oder ein Liefern des Stroms an den Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs umfassen.
  • In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner ein Erfassen einer Stromstärke, der durch eine Replikvorrichtung der Transistorvorrichtung fließt, umfassen. Die Replikvorrichtung kann mit dem Transistorvorrichtung parallel gekoppelt (z. B. geschaltet) sein. Ein Steueranschluss der Replikvorrichtung kann mit dem Steueranschluss der Transistorvorrichtung gekoppelt (z. B. verbunden) sein. Das Verfahren kann ferner ein Beziehen eines vorbestimmten Stroms aus der Replikvorrichtung nach Masse mittels eines Stromgenerators (z. B. einer Stromsenke) umfassen. Das Verfahren kann ferner ein Vergleichen einer Spannung an einem Zwischenknoten zwischen dem Stromgenerator und der Replikvorrichtung und der Spannung an dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung mittels eines Differenzverstärkers umfassen. Das Verfahren kann ferner ein Steuern eines ersten Ansteuerschaltungstransistors in Abhängigkeit von einer Ausgabe des Differenzverstärkers umfassen. Der erste Ansteuerschaltungstransistor kann zwischen dem Zwischenknoten und Masse eingekoppelt (z. B. angeschlossen) sein und kann mit einem zweiten Ansteuerschaltungstransistors, der zwischen dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung und Masse eingekoppelt (z. B. angeschlossen) ist, einen Stromspiegel bilden.
  • In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner ein Steuern der Größe der Spannung an dem Steueranschluss der Transistorvorrichtung gemäß der Rückkopplungssteuerung durch Beziehen eines Stroms aus dem Steueranschluss der Transistorvorrichtung oder durch Liefern eines Stroms an den Steueranschluss der Transistorvorrichtung umfassen.
  • In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner ein Vergleichen der Größe, die die durch die Transistorvorrichtung fließende Stromstärke oder den Spannungsabfall über die Transistorvorrichtung angibt, mit einem Referenzwert für die Größe umfassen. Das Verfahren kann ferner ein Beziehen des Stroms aus dem Steueranschluss der Transistorvorrichtung basierend auf einem Ergebnis des Vergleichs oder ein Liefern des Stroms an den Steueranschluss der Transistorvorrichtung basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs umfassen.
  • In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner ein Erzeugen eines Signals, das eine Änderungsrate (z. B. Anstiegsrate) der Spannung an dem Source-Anschluss der Transistorvorrichtung angibt, umfassen. Das Verfahren kann ferner ein Vergleichen des Signals, das die Änderungsrate (z. B. Anstiegsgeschwindigkeit) der Spannung an dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung angibt, mit einem Referenzsignal mittels eines Differenzverstärkers umfassen. Das Verfahren kann ferner ein Steuern eines ersten Ansteuerschaltungstransistors in Abhängigkeit von einer Ausgabe des Differenzverstärkers umfassen. Der erste Ansteuerschaltungstransistors kann mit einem zweiten Ansteuerschaltungstransistor zwischen dem Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung und Masse in Reihe gekoppelt (z. B. geschaltet) sein. Der zweite Ansteuerschaltungstransistor kann mit einem dritten Ansteuerschaltungstransistor, der mit einem Stromgenerator zwischen dem Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung und Masse in Reihe gekoppelt (z. B. geschaltet) ist, einen Stromspiegel bilden. Das Verfahren kann ferner ein Bereitstellen einer Spannung an einem Zwischenknoten zwischen dem dritten Ansteuerschaltungstransistor und dem Stromgenerator für den Steueranschluss der Transistorvorrichtung umfassen.
  • In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner ein Anwenden einer Gleichstromverschiebung auf den Ausgang der Ladungspumpenschaltung umfassen. Alternativ oder zusätzlich kann das Verfahren ein Reduzieren einer Ausgangsimpedanz der Ladungspumpenschaltung umfassen.
  • In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner ein Erzeugen der vorbestimmten Spannung unter Verwendung einer zweiten Ladungspumpenschaltung umfassen.
  • Es ist zu beachten, dass das Verfahren auf jede der oben beschriebenen Schaltungen angewendet werden kann, beispielsweise als Verfahren zum Betreiben dieser Schaltungen. Zusätzlich zu den Schritten zum Betreiben dieser Schaltungen kann das Verfahren ferner Schritte zum Bereitstellen oder Anordnen irgendwelcher, einiger, oder aller Elemente dieser Schaltungen und/oder Schritte zum Koppeln oder Verbinden jeweiliger Elemente dieser Schaltungen umfassen.
  • Darüber hinaus versteht es sich, dass Verfahrensschritte und Vorrichtungsmerkmale auf viele weisen austauschbar sein können. Insbesondere können die Einzelheiten des offenbarten Verfahrens als eine Vorrichtung implementiert werden, die dazu ausgelegt ist, einige oder alle oder der Schritte des Verfahrens auszuführen, und umgekehrt, wie Fachleute erkennen werden. Es versteht sich insbesondere, dass sich offenbarungsgemäße Verfahren auf Verfahren zum Betreiben der Schaltungen gemäß den obigen Ausführungsformen und Variationen davon beziehen und dass jeweilige Aussagen hinsichtlich der Schaltungen ebenfalls für die entsprechenden Verfahren gelten.
  • Es versteht sich auch, dass in dem vorliegenden Dokument der Begriff „koppeln“ oder „gekoppelt“ Elemente bezeichnet, die miteinander in elektrischer Kommunikation stehen, d. h. direkt über Drähte oder auf eine andere Weise (z. B. indirekt) verbunden sind.
  • Figurenliste
  • Beispielhafte Ausführungsformen der Offenbarung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Elemente bezeichnen, wobei:
    • 1 schematisch ein Beispiel einer Transistorvorrichtung zeigt, die als Schaltvorrichtung dienen kann und auf die Ausführungsformen dieser Offenbarung angewendet werden können,
    • 2 schematisch ein Beispiel eines übergeordneten Diagramms einer Schaltung gemäß Ausführungsformen der Offenbarung darstellt,
    • 3 schematisch ein Beispiel eines weiteren übergeordneten Diagramms einer Schaltung gemäß Ausführungsformen der Offenbarung darstellt,
    • 4 schematisch ein Beispiel einer Schaltungsimplementierung des Diagramms von 3 gemäß Ausführungsformen der Offenbarung zeigt,
    • 5 schematisch ein Beispiel eines weiteren übergeordneten Diagramms einer Schaltung gemäß Ausführungsformen der Offenbarung darstellt,
    • 6 schematisch ein Beispiel einer Schaltungsimplementierung des Diagramms von 5 gemäß Ausführungsformen Offenbarung darstellt,
    • 7 schematisch ein Beispiel einer Ladungspumpenschaltung, die in Schaltungen gemäß Ausführungsformen der Offenbarung verwendet werden kann, darstellt, und
    • 8 schematisch Beispiele von simulierten Stromstärken und Spannungen als Funktionen der Zeit in Schaltungen gemäß Ausführungsformen der Offenbarung darstellt.
  • Genaue Beschreibung
  • 1 zeigt schematisch ein Beispiel einer Transistorvorrichtung, die als Schaltvorrichtung (oder einfach ein Schalter) zum schaltbaren Verbinden eines ersten Anschlusses und eines zweiten Anschlusses dienen kann und auf die Ausführungsformen dieser Offenbarung angewendet werden können. Es ist zu beachten, dass, obwohl in 1 und den übrigen Figuren ein NMOS-Transistor gezeigt ist, die vorliegende Offenbarung mit offensichtlichen Anpassungen auch auf einen PMOS-Transistor anwendbar ist.
  • Für eine derartige Transistorvorrichtung ist wie für jeden CMOS-Schalter der Schaltwiderstand oder Durchlasswiderstand (RdsOn) ein Schlüsselparameter. Eine Möglichkeit, den Durchlasswiderstand zu verringern, besteht darin, eine sehr große Transistorvorrichtung auszuwählen, um einen Durchlasswiderstand unter einem bestimmten Wert über Prozess- und Temperaturschwankungen hinweg sicherzustellen. Die Auswahl einer sehr großen Transistorvorrichtung führt jedoch zu erhöhten Kosten und einer erhöhten Schaltungsfläche.
  • Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Gate-Source-Spannung Vgs der Transistorvorrichtung zu erhöhen. Wenn der Schalter eingeschaltet ist, ist nämlich sein Durchlasswiderstand proportional zu der Gate-Source-Spannung Vgs. Daher sollte die Gate-Source-Spannung Vgs an dem Schalter auf den maximalen sicheren Spannungswert gesteuert werden, um den Durchlasswiderstand zu minimieren. Das heißt, eine Möglichkeit, einen niedrigeren Durchlasswiderstand der Transistorvorrichtung (z. B. des NMOS in 1) zu erzielen, besteht darin, den Steueranschluss (z. B. ein Gate) der Transistorvorrichtung mit der maximalen Versorgungsspannung zu verbinden, die auf dem Chip verfügbar ist (in der Regel die 5 V aus einer Ladungspumpe).
  • Die maximale Versorgungsspannung, die auf dem Chip verfügbar ist, ist jedoch möglicherweise nicht ausreichend, um einen minimalen Durchlasswiderstand zu erreichen. Beispielsweise wird der Fall einer Versorgungsspannung von 5 V auf dem Chip betrachtet. Wenn die Ausgangsspannung Vout an der Source der Transistorvorrichtung 2 V beträgt, beträgt die maximale Gate-Source-Spannung, die angelegt werden kann, um die Transistorvorrichtung anzusteuern, nur 3 V (d. h. Vg-Vs).
  • Mit anderen Worten ist das Ansteuern der Transistorvorrichtung mit der maximalen sicheren Spannung oft eine Herausforderung, da die maximale sichere Spannung typischerweise in der Schaltung (z. B. auf dem Chip) physikalisch nicht existiert. Das heißt, die maximale sichere Spannung liegt typischerweise über der höchsten verfügbaren Spannung in der Schaltung. Also wird typischerweise das Gate der Transistorvorrichtung mit einer Spannung betrieben, die niedriger als ihr maximaler sicherer Spannungswert ist, und als Folge davon ist der Durchlasswiderstand RdsOn der Transistorvorrichtung nicht minimal.
  • Andererseits sollte der Schalter auch mit einer Funktionalität ausgestattet sein, die den Schalter vor zu hohen Einschaltstromstärken schützt (die den Schalter thermisch beschädigen oder zu einem hohen Spannungsabfall an dem Drain des Schalters führen können). Dieser Schutz kann als Begrenzung der Drain-Source- Stromstärke (Ids) oder als Anstiegsgeschwindigkeitsbegrenzung für die Sourcespannung (Vs) implementiert sein.
  • Das Ziel ist es somit, den minimal möglichen Durchlasswiderstand der Transistorvorrichtung, die als Schalter fungiert, zu erzielen, ohne die maximale sichere Spannung zwischen Gate und Source zu überschreiten. Da die Größe der Transistorvorrichtung proportional zu dem Durchlasswiderstand RdsOn ist, kann eine Verringerung des Durchlasswiderstands gegen eine Größenverringerung der Transistorvorrichtung eingetauscht werden.
  • Die vorliegende Offenbarung schlägt eine Schaltung und ein Verfahren vor, die einen minimalen Durchlasswiderstand des Schalters erzielen, ohne die maximale sichere Spannung zwischen Gate und Source Vgsmax zu überschreiten. Allgemein ausgedrückt stellt die vorliegende Offenbarung ein neues Konzept zum Verwenden einer kleinen lokalen Schaltung zum Aufladen des Gates in einer derartigen Weise dar, dass die Gate-Source-Spannung Vgs der Transistorvorrichtung die maximale Spannung werden kann, die durch die Technologie ermöglicht wird, Vgsmax (z. B. 5 V) werden kann. Dies ermöglicht es, den Durchlasswiderstand RdsOn der Transistorvorrichtung zu reduzieren und/oder eine kleinere Transistorvorrichtung zu wählen.
  • Im Rest dieser Offenbarung kann die maximale sichere Spannung zwischen Gate und Source der Transistorvorrichtung als Vgsmax bezeichnet werden.
  • 2 veranschaulicht schematisch ein Beispiel eines übergeordneten Diagramms einer Schaltung 100 gemäß Ausführungsformen der Offenbarung. Die Schaltung 100 kann als eine Schaltung zum Bereitstellen einer schaltbaren Stromverbindung (z. B. Schaltfähigkeit) zwischen einem ersten Anschluss 60 und einem zweiten Anschluss 70 bezeichnet werden. Die Schaltung 100 umfasst eine Transistorvorrichtung 10 (z. B. eine Durchlassvorrichtung), die als eine Schaltvorrichtung (oder einfach ein Schalter) zum schaltbaren Verbinden des ersten Anschlusses 60 und des zweiten Anschlusses 70 fungiert. Ein Eingangsanschluss (z. B. der Drainanschluss) der Transistorvorrichtung 10 ist mit dem ersten Anschluss 60 der Schaltung 100 verbunden. Der erste Anschluss kann beispielsweise mit einer Leistungsschiene gekoppelt sein. Ein Ausgangsanschluss (z. B. ein Sourceanschluss) der Transistorvorrichtung 10 ist mit dem zweiten Anschluss 70 der Schaltung 100 verbunden. Der zweite Anschluss 70 kann beispielsweise mit einer elektrischen Last 75 gekoppelt sein.
  • Eine vorbestimmte Spannung ist an der Schaltung 100 verfügbar, z. B. als eine Versorgungsspannung oder eine Niederimpedanz-Referenzspannung. Typischerweise entspricht die vorbestimmte Spannung in der Schaltung der maximalen Spannung Vgsmax, die sicher zwischen dem Source- und Gate-Anschluss der Transistorvorrichtung 10 angelegt werden kann. Typischerweise ist die vorbestimmte Spannung in der Schaltung (z. B. auf dem Chip) durch die verwendete Vorrichtungstechnologie für die Schaltung vorgegeben.
  • Wenn jedoch der Sourceanschluss der Transistorvorrichtung 10 auf einem vorgegebenen Spannungspegel ungleich null liegt (d. h. wenn eine Spannung an dem zweiten Anschluss 70 ungleich null ist), ist die vorbestimmte Spannung nicht ausreichend, um die Transistorvorrichtung 10 mit einer Gate-Source-Spannung Vgs anzusteuern, die die maximale Spannung Vgsmax erreicht, die sicher angelegt werden kann.
  • Um dieses Problem zu lösen, enthält die Schaltung 100 ferner eine Ladungspumpenschaltung (z. B. eine Ladungspumpe oder einen ladungspumpenbasierten Regler, im Allgemeinen eine Hochsetzschaltung) 20. Die Ladungspumpenschaltung 20 erzeugt eine Steuerspannung (Ansteuerspannung) zum Steuern der Transistorvorrichtung 10 (entweder direkt oder über eine Ansteuerschaltung). Die Ladungspumpenschaltung 20 ist mit einem Steueranschluss (z. B. Gate-Anschluss) der Transistorvorrichtung 10 gekoppelt. Insbesondere kann ein Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung 20 mit dem Steueranschluss der Transistorvorrichtung 10 gekoppelt (z. B. verbunden) sein. Die Ladungspumpenschaltung 20 ist ferner mit der vorbestimmten Spannung (dem vorbestimmten Spannungspegel) in der Schaltung 100 gekoppelt (z. B. verbunden). Insbesondere kann ein Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung 20 mit der vorbestimmten Spannung gekoppelt (z. B. verbunden) sein. Die vorbestimmte Spannung kann beispielsweise eine Versorgungsspannung in der Schaltung 100 oder eine Niederimpedanz-Referenzspannung in der Schaltung 100 sein. Die vorbestimmte Spannung kann durch eine weitere (zweite) Ladungspumpenschaltung erzeugt werden. Die zweite Ladungspumpenschaltung kann eine globale Ladungspumpenschaltung sein, die eine globale Versorgungsspannung für alle Schaltungselemente in der Schaltung 100 (z. B. auf dem Chip) bereitstellt. Im Gegensatz dazu ist die Ladungspumpenschaltung 20 eine lokale Ladungspumpenschaltung für die Transistorvorrichtung 10 und Schaltungselemente, die zum Steuern (Ansteuern) der Transistorvorrichtung 10 benötigt werden. Die Ladungspumpenschaltung 20 ist ferner mit dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung gekoppelt (z. B. verbunden). Die Ladungspumpenschaltung 20 ist dazu ausgelegt, eine Hochsetzspannung oder hochgesetzte Spannung (z. B. an ihrem Ausgangsknoten) zu erzeugen, die dasselbe Vorzeichen wie eine Spannung an ihrem Eingangsknoten (z. B. die vorbestimmte Spannung in der Schaltung) aufweist, aber einen größeren Betrag als die Spannung an ihrem Eingangsknoten aufweist. Insbesondere kann die Ladungspumpenschaltung 20 dazu ausgelegt sein, als hochgesetzte Spannung eine Spannung auszugeben (z. B. zu erzeugen), die einen Betrag aufweist, der den Betrag der Spannung an dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung um mindestens den Betrag einer Spannung Vs an dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung übersteigt. Wenn die Spannung an dem Eingangsknoten der Ladungspumpschaltung 20 beispielsweise Vgsmax ist, kann die hochgesetzte Spannung Vs + Vgsmax sein.
  • Die Schaltung umfasst ferner einen Vortreiber 30 und/oder einen Nachtreiber 40. Der Vortreiber 30 und der Nachtreiber 40 sind Beispiele einer Ansteuerschaltung. In typischen Implementierungen enthält die Schaltung 100 nur entweder den Vortreiber 30 oder den Nachtreiber 40. Somit gibt es eine Vortreiberimplementierung der Schaltung 100 (angezeigt durch die gestrichelte Box 30A) und eine Nachtreiberimplementierung der Schaltung 100 (angezeigt durch die gestrichelte Box 40A). Falls vorhanden, ist entweder der Vortreiber 30 oder der Nachtreiber 40 mit der Ladungspumpenschaltung 20 gekoppelt (z. B. verbunden). Insbesondere kann der Vortreiber 30 mit dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung 20 gekoppelt (z. B. verbunden) sein. Der Nachtreiber 40 kann mit dem Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung 20 gekoppelt (z. B. verbunden) sein. Anders ausgedrückt kann der Nachtreiber 40 mit dem Steueranschluss der Transistorvorrichtung 10 gekoppelt (z. B. verbunden) sein und kann durch die (einen Ausgang der) Ladungspumpenschaltung 20 versorgt werden. Im Allgemeinen kann die Ansteuerschaltung als mit der Ladungspumpenschaltung 20 gekoppelt (z. B. verbunden) bezeichnet werden.
  • Die Ansteuerschaltung (z. B. der Vortreiber 30 oder der Nachtreiber 40) ist dazu ausgelegt, eine Rückkopplungssteuerung zum Steuern einer durch die Transistorvorrichtung 10 fließenden Stromstärke bereitzustellen. Diese Rückkopplungssteuerung kann auf einer Größe basieren, die die durch die Transistorvorrichtung 10 fließende Stromstärke oder einen Spannungsabfall über die Transistorvorrichtung 10 angibt. Zu diesem Zweck kann die Schaltung 100 einen Rückkopplungssteuerblock (Rückkopplungsblock) 50 enthalten, der mit der Transistorvorrichtung 10 (z. B. mit dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung 10) gekoppelt ist. Der Rückkopplungssteuerblock 50 kann ein Signal (Rückkopplungssignal, z. B. Rückkopplungsspannung 35 oder Rückkopplungsstromstärke), das die durch die Transistorvorrichtung 10 fließende Stromstärke, den Spannungsabfall über die Transistorvorrichtung 10 und/oder eine Änderungsrate (z. B. Anstiegsgeschwindigkeit) der Stromstärke oder des Spannungsabfalls angibt, ausgeben. Der Rückkopplungssteuerblock 50 kann ferner mit dem Vorwärtstreiber 30, der Ladungspumpenschaltung 20 und/oder dem Nachtreiber 40 gekoppelt sein und kann das Rückkopplungssignal an den Vorwärtstreiber 30, die Ladungspumpenschaltung 20 und/oder den Nachtreiber 40 liefern. In bestimmten Implementierungen kann der Rückkopplungssteuerblock 50 ein Teil der jeweiligen Ansteuerschaltung sein.
  • Der Vortreiber 30 (als Beispiel der Ansteuerschaltung) kann die (einen Betrag der)Spannung an dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung 20 gemäß der Rückkopplungssteuerung (z. B. wie von der Rückkopplungssteuerung erfordert) steuern (ansteuern). Der Nachtreiber 40 (als weiteres Beispiel der Ansteuerschaltung), der mit dem Steueranschluss (z. B. dem Gateanschluss) der Transistorvorrichtung 10 gekoppelt ist und durch einen Ausgang der Ladungspumpenschaltung 20 versorgt wird, kann eine (einen Betrag einer) Spannung an dem Steueranschluss der Transistorvorrichtung 10 gemäß der Rückkopplungssteuerung (z. B. wie von der Rückkopplungssteuerung erfordert) steuern.
  • Es ist zu beachten, dass jede der in 2 dargestellten Pfeile, die die jeweiligen Blöcke verbinden, vorhanden oder nicht vorhanden sein kann, abhängig davon, ob die Schaltung 100 den Vortreiber 30 und/oder den Nachtreiber 40 verwendet, und abhängig davon, welches Rückkopplungssignal von dem Rückkopplungssteuerblock 50 ausgegeben wird. Wenn beispielsweise eine Anstiegsgeschwindigkeitssteuerung verwendet wird, ist es nicht erforderlich, die Gatespannung Vg an der Transistorvorrichtung 10 an den Rückkopplungssteuerblock 50 zu liefern.
  • Im Allgemeinen wird die Transistorvorrichtung 10 aktiviert, wenn eine Stromverbindung zwischen dem ersten Anschluss 60 und dem zweiten Anschluss 70 der Schaltung 100 erwünscht ist. Zu diesem Zweck wird eine Steuerspannung (Ansteuerspannung), wie sie von der Ladungspumpenschaltung 20 oder dem Nachtreiber 40 (unter der Versorgung durch die Ladungspumpenschaltung 20) ausgegeben wird, an den Steueranschluss (z. B. Gateanschluss) der Transistorvorrichtung 10 geliefert. Der Vortreiber 30 und der Nachtreiber 40 können dazu ausgelegt sein, eine Rückkopplungssteuerung während des Startens, d. h. nachdem die Transistorvorrichtung 10 aktiviert wurde, bereitzustellen, um eine hohe Einschaltstromstärke zu vermeiden. Nach dem Starten kann die Gatespannung Vg in einem stabilen Zustand schließlich den Pegel Vdrive = Vs + Vgsmax erreichen).
  • Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die Schaltung 100 eine Ladungspumpe, eine Rückkopplungsschleife und einen Treiber zum Regulieren der Drain-Source-Stromstärke (d. h. der durch den Schalter fließenden Stromstärke) umfasst. Diese Elemente bilden zusammen ein System, das die Gate-Source-Spannung Vgs des Schalters immer auf den Vgsmax-Pegel steuert, und zwar abhängig von der Rückkopplungssteuerung.
  • Als Nächstes werden eine erste beispielhafte Implementierung der Schaltung 100 mit einem Vortreiber 30 und einer Rückkopplungssteuerung der Stromstärke, der durch die Transistorvorrichtung 10 fließt, unter Bezugnahme auf 3 und 4 beschrieben und eine zweite beispielhafte Implementierung der Schaltung 100 mit einem Nachtreiber 40 und einer Rückkopplungssteuerung der Anstiegsgeschwindigkeit des Spannungsabfalls über die Transistorvorrichtung 10 unter Bezugnahme auf 5 und 6 beschrieben.
  • 3 stellt schematisch ein Beispiel eines weiteren übergeordneten Diagramms einer Schaltung 100A gemäß Ausführungsformen der Offenbarung dar. Die Schaltung 100A kann als eine Schaltung zum Bereitstellen einer schaltbaren Stromverbindung (z. B. Schaltfähigkeit) zwischen einem ersten Anschluss 60 und einem zweiten Anschluss 70 bezeichnet werden. Die Schaltung 100A unterscheidet sich von der Schaltung 100 in 2 darin, dass sie nur den Vortreiber 30 enthält. Der Vortreiber 30 (als Beispiel einer Ansteuerschaltung) ist mit dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung 20 gekoppelt (z. B. verbunden).
  • 4 zeigt schematisch ein Beispiel einer Schaltung 200A, die die Schaltung 100A von 3 implementiert. Die Schaltung 200A kann als eine Schaltung zum Bereitstellen einer schaltbaren Stromverbindung (z. B. Schaltfähigkeit) zwischen einem ersten Anschluss 60 und einem zweiten Anschluss 70 bezeichnet werden. Wie bei den obigen Schaltungen der Fall, umfasst die Schaltung 200A eine zwischen dem ersten Anschluss 60 und dem zweiten Anschluss 70 eingekoppelte (z. B. angeschlossene) Transistorvorrichtung 10 (z. B. Durchlassvorrichtung). Die Transistorvorrichtung 10 kann als Schaltvorrichtung (oder einfach als Schalter) zum schaltbaren Verbinden des ersten Anschlusses 60 und des zweiten Anschlusses 70 fungieren.
  • Da die Gate-Source-Spannung Vgs des Schalters ein Schlüsselparameter zum Reduzieren des Durchlasswiderstands RdsOn des Schalters ist, schlägt die vorliegende Offenbarung vor, eine lokale Ladungspumpe zu verwenden, um den maximalen Spannungspegel, den die Vorrichtungstechnologie ermöglicht, an den Gateanschluss des Schalters zu liefern.
  • Dementsprechend enthält die Schaltung 200A eine Ladungspumpenschaltung 20. Die Funktion und die Kopplungen der Ladungspumpenschaltung 20 können diejenigen sein, die oben mit Bezug auf 2 beschrieben sind. Zum Beispiel ist der Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung 20 an die vorbestimmte Spannung an der Schaltung 200A gekoppelt (z. B. angeschlossen) und der Ausgabeknoten der Ladungspumpenschaltung ist mit dem Steueranschluss (z. B. Gateanschluss) der Transistorvorrichtung 10 gekoppelt (z. B. verbunden). Die vorbestimmte Spannung kann die Spannung Vgsmax sein. Die Ladungspumpenschaltung 20 ist ferner mit dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung 10 und auch mit Masse gekoppelt (z. B. verbunden). Die Ladungspumpenschaltung 20 umfasst eine kapazitive Vorrichtung (z. B. einen Kondensator) 25 sowie einen ersten Schalter 21, einen zweiten Schalter 22, einen dritten Schalter 23 und einen vierten Schalter 24. Der erste bis vierte Schalter 21 - 24 können beispielsweise Transistorschalter sein. Der erste bis vierte Schalter 21-24 sind so angeordnet, dass sie die kapazitive Vorrichtung 25 alternativ zwischen dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung 20 und Masse oder zwischen dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung 10 und dem Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung 20 einkoppeln (z. B. anschließen). Zu diesem Zweck kann der erste Schalter 21 zwischen dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung 20 und einem ersten Anschluss der kapazitiven Vorrichtung 25 eingekoppelt (z. B. angeschlossen) sein. Der zweite Schalter 22 zwischen einem zweiten Anschluss der kapazitiven Vorrichtung 25 und Masse eingekoppelt (z. B. angeschlossen) sein. Der dritte Schalter 23 kann zwischen dem ersten Anschluss der kapazitiven Vorrichtung 25 und dem Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung eingekoppelt (z. B. angeschlossen) sein und der vierte Schalter kann zwischen den zweiten Anschluss der kapazitiven Vorrichtung und dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung 10 eingekoppelt (z. B. angeschlossen) sein.
  • Somit verwendet die Ladungspumpenschaltung 20 vier (vorzugsweise kleine) Schalter und ein kapazitives Element (z. B. einen Kondensator) als Energiespeicherelement, um die Energie an den Gateanschluss der Transistorvorrichtung 10 zu übertragen. Bei diesem Konzept kann die Gatespannung Vg dann, wenn die Sourcespannung Vs an der Transistorvorrichtung beispielsweise 2 V beträgt und die vorbestimmte Spannung 5 V beträgt, bis zu 7 V (2 V + 5 V) werden, so dass das Gate-Source-Spannung Vgs im vorliegenden Beispiel bis zu 5 V, d. h. die maximale sichere Spannung in dem vorliegenden Beispiel, wird.
  • Die Schaltung 200A kann ferner eine Steuerschaltung zum Steuern der Ladungspumpenschaltung 20 (in der Figur nicht gezeigt) umfassen. Die Steuerschaltung kann dazu ausgelegt sein, den ersten bis vierten Schalter 21-24 so zu steuern, dass sie die kapazitive Vorrichtung 25 alternativ zwischen dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung 20 und Masse oder das kapazitive Element 25 zwischen dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung 10 und dem Ausgangsknoten der Ladungspumpschaltung 20 einkoppeln (z. B. anschließen). Zu diesem Zweck können der erste und der zweite Schalter 21, 22 unter Steuerung eines ersten Steuersignals Φ1 und der dritte und der vierte Schalter 23, 24 unter Steuerung eines zweiten Steuersignals Φ2 geschaltet werden. Das erste und das zweite Steuersignal sind vielleicht nicht überlappend (z. B. in Gegenphase zueinander), so dass der dritte und der vierte Schalter 23, 24 offen (d. h. in dem nicht leitenden Zustand) sind, während der erste und der zweite Schalter geschlossen (d. h. in dem vollständig leitenden Zustand) sind und umgekehrt.
  • Die Ladungspumpenschaltung 20 in der Schaltung 200A kann als Bootstrap-Lastschalter (BLS) bezeichnet werden.
  • Der Ladungspumpenbetrieb durch die Ladungspumpenschaltung 20 kann wie folgt voranschreiten. Während sich die Transistorvorrichtung 10 in dem Aus-Zustand befindet, kann das kapazitive Element 25 zwischen dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung 20 und Masse eingekoppelt sein, um die kapazitive Vorrichtung 25 auf eine Spannung zu laden, die gleich der Spannung an dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung 20 ist, wie z. B. die vorbestimmte Spannung in der Schaltung 200A. Wenn die Transistorvorrichtung 10 eingeschaltet werden sollte, ist das kapazitive Element 25 abwechselnd zwischen den Sourceanschluss der Transistorvorrichtung 10 und den Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung 20 (d. h. an den Gateanschluss der Transistorvorrichtung 10) gekoppelt und zwischen den Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung 20 und Masse gekoppelt, um dadurch eine Spannung an dem Gateanschluss bereitzustellen, die die Sourcespannung Vs um bis zu der vorbestimmten Spannung überschreitet. In diesem Zustand können die Schalter der Ladungspumpschaltung 20 mit einer vorbestimmten Schaltrate (Schaltfrequenz), beispielsweise 32 kHz, schalten.
  • Mit anderen Worten kann der Gateanschluss der Transistorvorrichtung 10 unter Verwendung der Ladungspumpenschaltung 20 als lokale Ladungspumpe für die Transistorvorrichtung 10 immer eine Spannung empfangen, die um die vorbestimmte Spannung über der Ausgangsspannung Vout (d. h. der Spannung an dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung 10) liegt.
  • Die Schaltung 200A kann ferner eine zweite Ladungspumpenschaltung 80 (eine globale Ladungspumpe) umfassen, die die vorbestimmte Spannung für die gesamte Schaltung (z. B. für den gesamten Chip) erzeugt oder ausgibt. Wie oben erwähnt kann die vorbestimmte Spannung die Spannung Vgsmax sein. Die zweite Ladungspumpenschaltung 80 kann zwei Transistoren 82, 84 (z. B. PMOS-Transistoren in dem Beispiel von 4) umfassen, die einen Stromspiegel bilden. Die zweite Ladungspumpenschaltung 80 kann ferner einen Stromgenerator (z. B. eine Stromsenke) zum Aufnehmen eines Vorstroms durch den Transistor 82 umfassen. Es ist zu beachten, dass diese Implementierung der zweiten Ladungspumpenschaltung 80 ein nicht einschränkendes Beispiel ist und alternative Implementierungen der zweiten Ladungspumpenschaltung 80 sowie alternative Mittel zum Erzeugen der vorbestimmten Spannung im Kontext der vorliegenden Offenbarung ausführbar sind.
  • In dem Beispiel von 4 ist die Ansteuerschaltung (der Vortreiber) 30 mit dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung 20 gekoppelt (z. B. verbunden). Die Ansteuerschaltung 30 ist dazu ausgelegt, die (den Betrag der) Spannung an dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung 20 gemäß der Rückkopplungssteuerung zu steuern. Dies kann durch Beziehen eines Stroms aus den Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung 20 oder durch Liefern eines Stroms in den Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung 20 erfolgen.
  • Wie oben angegeben basiert die Rückkopplungssteuerung auf einer Größe, die die durch die Transistorvorrichtung fließende Stromstärke oder den Spannungsabfall über die Transistorvorrichtung angibt. Die Ansteuerschaltung 30 kann dazu ausgelegt sein, die Größe, die die durch die Transistorvorrichtung fließende Stromstärke oder den Spannungsabfall über die Transistorvorrichtung angibt, mit einem Referenzwert für die Größe zu vergleichen. Ferner kann die Ansteuerschaltung 30 dazu ausgelegt sein, basierend auf einem Ergebnis des Vergleichs den Strom aus dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung 20 zu beziehen oder basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs den Strom an den Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung 20 zu liefern.
  • Um dieses Schema zu implementieren, umfasst die Schaltung 200A eine Replikvorrichtung 90 der Transistorvorrichtung 10, die mit der Transistorvorrichtung 10 parallel gekoppelt (z. B. geschaltet) ist. Steueranschlüsse (z. B. Gateanschlüsse) der Replikvorrichtung 90 und der Transistorvorrichtung 10 sind miteinander gekoppelt (z. B. verbunden). Ferner sind Sourceanschlüsse der Replikvorrichtung 90 und der Transistorvorrichtung 10 miteinander gekoppelt (z. B. verbunden). Die Durchlasswiderstände der Replikvorrichtung 90 und der Transistorvorrichtung 10 können in einem vorbestimmten Verhältnis zueinander stehen. Dieses Verhältnis kann als das Erfassungsverhältnis bezeichnet werden. Dann ist die Stromstärke, die durch die Replikvorrichtung fließt, (Erfassungsstromstärke) durch die durch die Transistorvorrichtung 10 fließende Stromstärke geteilt durch das Erfassungsverhältnis gegeben. Die Erfassungsstromstärke ist ein Beispiel der Größe, die die durch die Transistorvorrichtung 10 fließende Stromstärke oder den Spannungsabfall über die Transistorvorrichtung 10 angibt.
  • Um ein größeres Erfassungsverhältnis zu erreichen, kann die Replikvorrichtung 90 durch eine Reihenschaltung mehrerer Vorrichtungen, z. B. der Transistoren 92 und 94 in 4, ausgebildet werden, um den Durchlasswiderstand der Replikvorrichtung 90 zu erhöhen. Insbesondere sollte die Replikvorrichtung 90 nicht darauf beschränkt sein, den doppelten Durchlasswiderstand der Transistorvorrichtung 10 aufzuweisen, und typischerweise werden viel größere Erfassungsverhältnisse gewählt, um den Stromverbrauch durch den Ruhestrom zu begrenzen.
  • Man kann sagen, dass die Replikvorrichtung 90 die Funktion des Rückkopplungssteuerblocks in 2 erfüllt.
  • Ferner umfasst die Ansteuerschaltung 30 einen Differenzverstärker 32, einen Stromgenerator (z. B. eine Stromsenke) 34, einen ersten Ansteuerschaltungstransistor 36 und einen zweiten Ansteuerschaltungstransistor 38. Der Stromgenerator 34 ist zwischen der Replikvorrichtung 90 und Masse eingekoppelt (z. B. angeschlossen) und erzeugt (z. B. bezieht) einen Strom, der als ein Referenzwert für die vorgenannte Größe dient (der z. B. als Referenzstromstärke für die Erfassungsstromstärke dient). Diese Referenzstromstärke kann verwendet werden, um verschiedene Strombegrenzungspegel auszuwählen. Der Differenzverstärker 32 empfängt an seinen Eingangsanschlüssen jeweils die Spannung an dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung 10 (z. B. die Ausgangsspannung Vout) und die Spannung an einem Zwischenknoten zwischen der Replikvorrichtung 90 und dem Stromgenerator 34. Zum Beispiel kann der positive (nichtinvertierende) Eingangsanschluss die Spannung an dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung 10 empfangen und der negative (invertierende) Eingangsanschluss kann die Spannung an dem Zwischenknoten empfangen. Der erste Ansteuerschaltungstransistor 36 ist zwischen dem Zwischenknoten und Masse eingekoppelt (z. B. angeschlossen) und arbeitet unter der Steuerung des Differenzverstärkers 32, wird also z. B. von dem Differenzverstärker 32 angesteuert. Zu diesem Zweck kann der Ausgang des Differenzverstärkers 32 mit dem Steueranschluss (z. B. dem Gateanschluss) des ersten Ansteuerschaltungstransistors 36 gekoppelt (z. B. verbunden) sein. Wenn in dieser Konfiguration die Erfassungsstromstärke beispielsweise die von dem Stromgenerator 34 erzeugte Stromstärke überschreitet, erfasst dies der Differenzverstärker 32 und erzeugt eine positivere Ausgabe. Dies wiederum bewirkt eine stärkere Vorspannung des Steueranschlusses (z. B. Gateanschlusses) des ersten Ansteuerschaltungstransistors 36, wodurch die Stromstärke, die durch den ersten Ansteuerschaltungstransistor 36 zu Masse fließt, erhöht wird.
  • Der zweite Ansteuerschaltungstransistor 38 ist zwischen dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung 20 und Masse eingekoppelt (z. B. angeschlossen). Die durch den ersten Ansteuerschaltungstransistor 36 fließende Stromstärke wird in dem zweiten Ansteuerschaltungstransistor 38 repliziert und um einen gegebenen Skalierungsfaktor erhöht (das heißt, die durch den zweiten Ansteuerschaltungstransistor 38 fließende Stromstärke ist durch die Stromstärke, die durch den ersten Ansteuerschaltungstransistor 36 fließt, multipliziert mit dem Skalierungsfaktor gegeben, d. h. die Stromstärken sind zueinander proportional). Steueranschlüsse (z. B. Gateanschlüsse) des ersten und zweiten Ansteuerschaltungstransistors sind miteinander gekoppelt (z. B. verbunden). In dieser Konfiguration steht die durch den zweiten Ansteuerschaltungstransistor 38 fließende Stromstärke in einem vorbestimmten Verhältnis (Spiegelverhältnis) zu der durch den ersten Ansteuerschaltungstransistor 36 fließenden Stromstärke. Dadurch wird die Stromstärke Ictrl, die von dem Eingangsknoten VCTRL der Ladungspumpenschaltung 20 bezogen wird, von dem Differenzverstärker 32 in Abhängigkeit von der Erfassungsstromstärke Isense gesteuert. Wenn beispielsweise die Stromstärke, die durch den ersten Ansteuerschaltungstransistor 36 fließt, unter der Steuerung des Differenzverstärkers 32 zunimmt, nimmt auch die Stromstärke, die von dem Eingangsknoten VCTRL der Ladungspumpenschaltung 20 durch den zweiten Ansteuerschaltungstransistor 38 zu Masse fließt, zu. Infolgedessen wird die Spannung an dem Eingangsknoten VCTRL der Ladungspumpenschaltung 20 in Abhängigkeit von der Erfassungsstromstärke Isense oder genauer in Abhängigkeit von einem Ergebnis des Vergleichs der Erfassungsstromstärke Isense mit der von dem Stromgenerator 34 erzeugten Stromstärke gesteuert. In diesem Beispiel wird dann, wenn die Erfassungsstromstärke Isense zu groß wird (z. B. wenn die durch die Transistorvorrichtung 10 fließende Stromstärke zu groß wird), die Spannung an dem Eingangsknoten VCTRL der Ladungspumpenschaltung 20 um die Stromstärke Ictrl, die durch den zweiten Ansteuerschaltungstransistor 38 zu Masse fließt, verringert. Dadurch wird auch die Spannung (Hochsetzspannung) an dem Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung 20 verringert und die Gate-Source-Spannung Vgs der Transistorvorrichtung 10 wird verringert.
  • Folglich stellt die Schaltung 200A sicher, dass die Gate-Source-Spannung der Transistorvorrichtung 10 durch Vgs = VOUT + VCTRL gegeben ist, wobei VOUT die Ausgangsspannung (d. h. die Spannung an dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung 10) ist und VCTRL die Spannung an dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung 20 ist, die durch die oben beschriebene Rückkopplungssteuerung modifiziert wird.
  • Typischerweise benötigt die Spannung an dem Eingangsknoten VCTRL der Ladungspumpenschaltung 20 nur während des Startens, z. B. nachdem die Transistorvorrichtung 10 in den EIN-Zustand geschaltet worden ist oder wenn sich eine externe Laststromstärke ändert, eine Steuerung. Unter stabilen Bedingungen ist die Spannung an dem Eingangsknoten der Ladungspumpschaltung 20 gleich der vorbestimmten Spannung in der Schaltung und die Gate-Source-Spannung Vgs der Transistorvorrichtung 10 (die in diesem Beispiel der Hochsetzspannung entspricht) wird zu der maximalen sicheren Spannung. Das heißt, unter stabilen Betriebsbedingungen kann die Stromstärke Ictrl null sein.
  • Im Allgemeinen kann gesagt werden, dass die Schaltung 200A die Ausgangsstromstärke (d. h. die Stromstärke, die durch die Transistorvorrichtung 10 fließt) durch Steuern der Spannung an dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung 20 reguliert. Dies erfolgt durch Steuern der Stromstärke Ictrl, die von dem Eingangsknoten VCTRL der Ladungspumpenschaltung 20 bezogen wird. Es ist zu beachten, dass in alternativen Implementierungen eine Steuerstromstärke an den Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung 20 geliefert werden kann, um die Spannung an dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung 20 zu steuern.
  • Es ist zu beachten, dass, obwohl die Rückkopplungssteuerung in der Schaltung 200A auf der Erfassungsstromstärke basiert, sie in alternativen Implementierungen mit offensichtlichen Anpassungen auf einem Rückkopplungssignal basieren kann, das eine Änderungsrate (z. B. Anstiegsgeschwindigkeit) der Spannung Vs an dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung 10 angibt. Mittel zum Ableiten eines solchen Rückkopplungssignals werden nachstehend unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
  • Wichtige Aspekte der zuvor erwähnten Implementierung sind erstens, darauf zu achten, dass keine Verletzung des sicheren Betriebsbereichs (SOA) für die verwendeten Vorrichtungen (z. B. 5V-Vorrichtungen in deren Fall die vorbestimmte Spannung oder maximale sichere Spannung Vgsmax 5 V betragen würde) stattfindet, und zweitens, die Schalter 21 - 24 der Ladungspumpenschaltung 20, die den lokalen Kondensator (die kapazitive Vorrichtung) 25 laden und entladen, geeignet zu steuern.
  • Die Vorteile der vorgeschlagenen Schaltung sind eine signifikante Verringerung des Durchlasswiderstands der Transistorvorrichtung durch Erhöhen der Gate-Source-Spannung Vgs, eine Unabhängigkeit des Ausgangswiderstands der Eingangs- und Ausgangsspannungen und eine Unterstützung der Ausgangsstromstärkenbegrenzung durch Steuern der Energiemenge, die an den Steueranschluss (z. B. Gateanschluss) der Transistorvorrichtung übertragen wird.
  • Allgemein gesprochen wird dies durch Kombinieren einer konstanten gesteuerten Spannung (vorbestimmten Spannung, z. B. 5 V aus einer globalen Ladungspumpe) mit einem Speicherelement (lokalen Kondensator) erreicht. Die steuernden Schalter der Ladungspumpenschaltung ermöglichen die Übertragung dieser konstanten Spannung auf die Gate-Source-Spannung Vgs (z. B. so, dass Vg = Vs + 5 V).
  • Wie Simulationen der Verringerung des Durchlasswiderstands der Transistorvorrichtung 10 in der Schaltung 200A gezeigt haben, kann die Größe der Transistorvorrichtung 10 (z. B. des NMOS-Transistors) bei konstantem Durchlasswiderstand um bis zu 25 % verringert werden, wenn die Gate-Source-Spannung Vgs von 3 V (der maximal erreichbaren Spannung unter der Annahme, dass die Versorgungsspannung in der Schaltung 5 V beträgt und die Sourcespannung Vs der Transistorvorrichtung 2 V beträgt) auf 5 V angehoben wird.
  • 8 zeigt schematisch Beispiele von simulierten Stromstärken und Spannungen als Funktionen der Zeit in der Schaltung 200A von 4. Sie zeigt den Einschaltvorgang der Schaltvorrichtung und das Einsetzen des Stromstärkebegrenzungsregimes, wenn die Ausgangsstromlast über eine programmierbare Schwelle ansteigt (z. B. 390 mA in 8). Eine Kurve 810 zeigt die Eingangsspannung Vin (Drainspannung Vd der Transistorvorrichtung 10) an, eine Kurve 820 zeigt die Ausgangsspannung Vout (Sourcespannung Vs der Transistorvorrichtung 10) an, eine Kurve 830 zeigt die Gate-Source-Spannung Vgs der Transistorvorrichtung 10 an und eine Kurve 840 zeigt die Ausgangsstromstärke lout (die Stromstärke, die durch die Transistorvorrichtung 10 fließt) an. Die Eingangsspannung Vin bleibt während des simulierten Prozesses konstant. Die Transistorvorrichtung 10 wird durch Erhöhen der Gate-Source-Spannung Vgs aktiviert. Zur gleichen Zeit nimmt die Ausgangsspannung Vout zu. Die Ausgangsstromstärke lout erfährt eine Spitze und kehrt dann zu einem stabilen Wert zurück. Bei etwa 10 ms wird simuliert, dass die externe Last eine größere Laststromstärke bezieht, und die Ausgangsspannung lout fällt entsprechend ab. Sobald die programmierbare Schwelle erreicht ist, führt die Ansteuerschaltung ihre Rückkopplungssteuerung durch, die die Gate-Source-Spannung Vgs verringert. Als Folge der Rückkopplungssteuerung nimmt die Ausgangsstromstärke lout einen Wert an, der gleich der programmierbaren Schwelle ist.
  • 5 stellt schematisch ein Beispiel eines weiteren übergeordneten Diagramms einer Schaltung 100A gemäß Ausführungsformen der Offenbarung dar. Die Schaltung 100B kann als eine Schaltung zum Bereitstellen einer schaltbaren Stromverbindung (z. B. Schaltfähigkeit) zwischen einem ersten Anschluss 60 und einem zweiten Anschluss 70 bezeichnet werden. Die Schaltung 100B unterscheidet sich von der Schaltung 100 in 2 darin, dass sie nur den Nachtreiber 40 enthält. Der Nachtreiber 40 (als Beispiel einer Ansteuerschaltung) ist mit dem Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung 20 gekoppelt (z. B. verbunden). Insbesondere ist der Nachverstärker 40 mit dem Steueranschluss (z. B. Gateanschluss) der Transistorvorrichtung 10 gekoppelt (z. B. verbunden) und wird von einem Ausgang der Ladungspumpenschaltung 20 versorgt.
  • 6 zeigt schematisch ein Beispiel einer Schaltung 200B, die die übergeordnete Schaltung 100A von 5 implementiert. Die Schaltung 200B kann als eine Schaltung zum Bereitstellen einer schaltbaren Stromverbindung (z. B. Schaltfähigkeit) zwischen einem ersten Anschluss 60 und einem zweiten Anschluss 70 bezeichnet werden. Die Schaltung 200B ist eine Implementierung, die einen Nachtreiber 40 mit einer Anstiegsgeschwindigkeitssteuerung (z. B. Anstiegsgeschwindigkeitsbegrenzung) verwendet. Wie bei den obigen Schaltungen umfasst die Schaltung 200B eine Transistorvorrichtung 10 (z. B. eine Durchlassvorrichtung), die zwischen dem ersten Anschluss 60 und dem zweiten Anschluss 70 eingekoppelt (z. B. angeschlossen) ist. Die Transistorvorrichtung 10 kann als eine Schaltvorrichtung (oder einfach ein Schalter) fungieren.
  • Die Schaltung 200B umfasst ferner eine Ladungspumpenschaltung 20. Externe Kopplungen der Ladungspumpenschaltung 20 können diejenigen sein, die oben unter Bezugnahme auf 2, 3 und 4 beschrieben sind. Zum Beispiel ist der Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung 20 mit der vorbestimmten Spannung an der Schaltung 200B (z. B. 2,5 V in 6) gekoppelt (z. B. verbunden) und der Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung ist mit dem Steueranschluss gekoppelt (z. B. verbunden). In dem vorliegenden Beispiel ist der Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung 20 über die Ansteuerschaltung 40 mit dem Steueranschluss der Transistorvorrichtung 10 gekoppelt. Die vorbestimmte Spannung kann die Spannung Vgsmax (z. B. 2,5 V im vorliegenden Beispiel) sein. Die Ladungspumpenschaltung 20 ist ferner mit dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung 10 und auch mit Masse gekoppelt (z. B. verbunden). Insbesondere kann die Ladungspumpenschaltung 20 mit dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung 10 über einen versorgungsseitigen Transistor 110 gekoppelt sein. Ein Sourceanschluss des versorgungsseitigen Transistors 110 ist mit dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung 10 gekoppelt (z. B. verbunden) und ist über einen ersten versorgungsseitigen Stromgenerator (z. B. einer Stromsenke) mit Masse gekoppelt. Ein Steueranschluss (z. B. der Gateanschluss) des versorgungsseitigen Transistors 110 ist mit einem Drainanschluss des Transistors 110 gekoppelt (z. B. verbunden). Der Drainanschluss des versorgungsseitigen Transistors 110 ist ferner mit der vorbestimmten Spannung über einen zweiten versorgungsseitigen Stromgenerator (z. B. eine Stromquelle) 120 gekoppelt. Der Betrag der von dem ersten versorgungsseitigen Stromgenerator 125 erzeugten (z. B. bezogenen) Stromstärke kann der doppelte Betrag der von dem zweiten versorgungsseitigen Stromgenerator 120 erzeugten (z. B. gelieferten) Stromstärke sein.
  • Die interne Konfiguration der Ladungspumpenschaltung 20 in diesem Beispiel kann die gleiche sein wie die in 4 gezeigte und beschriebene. 7 zeigt eine mögliche Implementierung der Ladungspumpenschaltung 20. Auch hier umfasst die Ladungspumpenschaltung 20 eine kapazitive Vorrichtung (z. B. einen Kondensator) 25 sowie einen ersten Schalter 21, einen zweiten Schalter 22, einen dritten Schalter 23 und einen vierten Schalter 24. Der erste bis vierte Schalter 21-24 sind durch Transistoren (z. B. NMOS-Transistoren) verwirklicht. Der erste bis vierte Schalter 21 - 24 sind so angeordnet, dass sie die kapazitive Vorrichtung 25 alternativ zwischen dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung 20 und Masse oder zwischen dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung 10 und dem Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung 20 einkoppeln (z. B. anschließen).
  • In 7 ist unter der Annahme, dass Vup2 das Netz mit hoher Impedanz (kapazitiv) bezeichnet, der Reihenwiderstand des Vup2-Stifts durch R = 1/fC gegeben (wobei f die Schaltfrequenz ist und C die Kapazität des kapazitiven Elements 25 ist) und die Ausgangsspannung durch Vup2 (Vup1 - Vdw1) + Vdw2 gegeben.
  • In dem Beispiel von 6 kann die Ladungspumpenschaltung 20 Teil eines auf Ladungspumpen basierenden Reglers sein, da das Beispiel einen Zugang zu dem Hochspannungsbereich (Referenzspannungspegel z. B. 5 V) annimmt und es nicht erforderlich ist, direkt zu dem Gate des Schalters zu pumpen. Stattdessen liefert der auf Ladungspumpen basierende Regler der Ansteuerschaltung eine stabile Versorgung (z. B. Vgsmax + Vs oder Vgsmax + Vs + Vthr, wobei Vthr eine Schwellenspannung eines Transistors bezeichnet). Die Genauigkeit des vorliegenden Reglers hängt stark von dem Abgleich zwischen dem Regeltransistor 115 und dem versorgungsseitigen Transistor 125 (beide unten beschrieben) ab. Zum Beispiel sollten die Gate-Source-Spannungen dieser Transistoren gleich sein.
  • Für weitere Einzelheiten bezüglich der Ladungspumpenschaltung 20 wird auf die obige Beschreibung der Ladungspumpenschaltung 20 der Schaltung 200A in 4 verwiesen.
  • Die Schaltung 200B kann ferner eine Steuerschaltung zum Steuern der Ladungspumpenschaltung 20 (nicht in der Figur gezeigt) enthalten. Der Betrieb der Steuerschaltung kann der gleiche wie derjenige der Steuerschaltung in der Schaltung 200A sein, der oben unter Bezugnahme auf 4 beschrieben ist. Ferner kann der Ladungspumpenbetrieb durch die Ladungspumpenschaltung 20 auf die gleiche Weise wie oben unter Bezugnahme auf 4 beschrieben stattfinden.
  • Die Schaltung 200B kann ferner eine zweite Ladungspumpenschaltung (eine globale Ladungspumpe, die in der Figur nicht gezeigt ist) aufweisen, die die vorbestimmte Spannung für die gesamte Schaltung (z. B. für den gesamten Chip) ausgibt. Wie oben erwähnt, kann die vorbestimmte Spannung die Spannung Vgsmax sein. Alternative Mittel zum Erzeugen der vorbestimmten Spannung sind im Rahmen der vorliegenden Offenbarung ausführbar.
  • Die Ladungspumpenschaltung 20 erzeugt eine Hochsetzspannung auf einem Spannungspegel Vdrive, der gleich der Spannung Vs an der Source der Transistorvorrichtung 10 plus mindestens der vorbestimmten Spannung (z. B. der maximalen sicheren Spannung Vgsmax, so dass Vdrive = Vs + Vgsmax ist) ist. In bestimmten Implementierungen kann Vdrive um die vorbestimmte Spannung plus einer Schwellenspannung eines Transistors (z. B. des versorgungsseitigen Transistors 125) über der Spannung Vs liegen. Der Spannungspegel Vdrive kann beispielsweise unter Verwendung von Ladungspumpverfahren erzeugt werden, wie sie in der vorliegenden Offenbarung erläutert sind. Unter Verwendung der Ladungspumpe kann der Spannungspegel Vdrive den maximalen verfügbaren Spannungspegel in dem Entwurf beispielsweise für einen NMOS-Schalter überschreiten, oder im Falle eines PMOS-Schalters kann Vdrive der niedrigste Spannungspegel in dem Entwurf werden. Der Spannungspegel Vdrive wird dann durch die Ansteuerschaltung 40 an das Gate des Schalters geliefert. Die Ansteuerschaltung 40 sollte verwendet werden, um eine Rückkopplungssteuerung der Einschaltgeschwindigkeit und/oder der Stromstärke des Schalters bereitzustellen.
  • In dem Beispiel von 6 ist die Ansteuerschaltung (der Nachtreiber) 40 mit dem Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung 20 gekoppelt (z. B. verbunden). Die Ansteuerschaltung 40 wird durch den Ausgang der Ladungspumpenschaltung 20 versorgt und ist dazu ausgelegt, um die (den Betrag der) Spannung an dem Steueranschluss (z. B. Gateanschluss) der Transistorvorrichtung 10 gemäß der Rückkopplungssteuerung zu steuern. Dies kann durch Beziehen eines Stroms aus dem Steueranschluss (z. B. Gateanschluss) der Transistorvorrichtung 10 oder durch Liefern eines Stroms an den Steueranschluss (z. B. Gateanschluss) der Transistorvorrichtung 10 erfolgen.
  • Wie oben angegeben basiert die Steuerung auf einer Größe, die die durch die Transistorvorrichtung fließende Stromstärke oder den Spannungsabfall an der Transistorvorrichtung angibt. Die Ansteuerschaltung 40 kann dazu ausgelegt sein, die Größe, die die durch die Transistorvorrichtung fließende Stromstärke oder den Spannungsabfall an der Transistorvorrichtung angibt, mit einem Referenzwert für die Größe zu vergleichen. Ferner kann die Ansteuerschaltung 40 dazu ausgelegt sein, basierend auf einem Ergebnis des Vergleichs den Strom aus dem Steueranschluss der Transistorvorrichtung 10 zu beziehen oder basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs den Strom zu dem Steueranschluss der Transistorvorrichtung 10 zu liefern.
  • Um dieses Schema zu implementieren, umfasst die Ansteuerschaltung 40 in der Schaltung 200B einen Rückkopplungssteuerblock 47, der mit dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung 10 gekoppelt (z. B. verbunden) ist und ein Signal (Rückkopplungssignal, z. B. Spannung oder Stromstärke), das eine Änderungsrate (z. B. Anstiegsgeschwindigkeit) der Spannung an dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung 10 (z. B. eine Änderungsrate oder Anstiegsgeschwindigkeit der Ausgangsspannung Vout) angibt, ausgibt. Das von dem Rückkopplungssteuerblock 47 ausgegebene Signal ist ein Beispiel für die Größe, die die durch die Transistorvorrichtung 10 fließende Stromstärke oder den Spannungsabfall an der Transistorvorrichtung 10 angibt. Wie oben erwähnt implementiert die Schaltung 200B einen Nachtreiber 40 (wie beispielsweise eine Ansteuerschaltung) mit einer Anstiegsgeschwindigkeitssteuerung der Ausgangsspannung Vout.
  • Die Schaltung 200B umfasst ferner einen Differenzverstärker 42, einen ersten Ansteuerschaltungstransistor 43, einen zweiten Ansteuerschaltungstransistor 44, einen dritten Ansteuerschaltungstransistor 45 und einen Stromgenerator (z. B. eine Stromsenke) 46. Die Ausgabe des Rückkopplungssteuerblocks 47 wird an einen Eingangsanschluss (z. B. den negativen oder invertierenden Eingangsanschluss) des Differenzverstärkers 42 geliefert und ein Referenzsignal (z. B. Referenzspannung oder Referenzstromstärke) für das Rückkopplungssignal wird an den anderen Eingangsanschluss (z. B. den positiven oder nichtinvertierenden Eingangsanschluss) des Differenzverstärkers 42 geliefert. Der erste Ansteuerschaltungstransistor 43 und der zweite Ansteuerschaltungstransistor 44 sind zwischen dem Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung 20 und Masse in Reihe geschaltet (z. B. angeschlossen). Ferner sind der dritte Ansteuerschaltungstransistor 45 und der Stromgenerator 46 parallel zu dem ersten und zweiten Ansteuerschaltungstransistor 43, 44 zwischen dem Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung 20 und Masse in Reihe geschaltet (z. B. angeschlossen). Der zweite Ansteuerschaltungstransistor 44 und der dritte Ansteuerschaltungstransistor 45 bilden einen Stromspiegel. Ein Zwischenknoten zwischen dem dritten Ansteuerschaltungstransistor 45 und dem Stromgenerator 46 ist mit dem Steueranschluss (z. B. Gateanschluss) der Transistorvorrichtung 10 gekoppelt (z. B. verbunden).
  • Der erste Ansteuerschaltungstransistor 43 arbeitet unter der Steuerung des Differenzverstärkers 42, wird also z. B. von dem Differenzverstärker 42 angesteuert. Zu diesem Zweck kann der Ausgang des Differenzverstärkers 42 mit dem Steueranschluss (z. B. Gateanschluss) des ersten Ansteuerschaltungstransistors 43 gekoppelt (z. B. verbunden) sein. Wenn in dieser Konfiguration das von dem Rückkopplungssteuerblock 47 ausgegebene Signal größer als das Referenzsignal ist, wird der Differenzverstärker 42 dies erfassen und eine negativere Ausgabe erzeugen. Dies wiederum wird den Steueranschluss (z. B. den Gateanschluss) des ersten Ansteuerschaltungstransistors 43 weniger stark vorspannen, wodurch der Widerstand des ersten Ansteuerschaltungstransistors 43 erhöht wird und die Stromstärke, die durch den ersten Ansteuerschaltungstransistor 36 und den zweiten Ansteuerschaltungstransistor 44 zu Masse fließt, verringert wird.
  • Da der dritte Ansteuerschaltungstransistor 45 mit dem zweiten Ansteuerschaltungstransistor 44 einen Stromspiegel bildet, steht die durch den dritten Ansteuerschaltungstransistor 45 fließende Stromstärke in einem vorbestimmten Verhältnis (Spiegelverhältnis) zu der durch den ersten und zweiten Ansteuerschaltungstransistor 43, 44 fließenden Stromstärke. Dadurch wird die Stromstärke, die durch den dritten Ansteuerschaltungstransistor 45 fließt, und dadurch die Spannung an dem Zwischenknoten zwischen dem dritten Ansteuerschaltungstransistor 45 und dem Stromgenerator 46 durch den Differenzverstärker 42 auf der Grundlage des Signals, das durch den Rückkopplungssteuerblock 47 ausgegeben wird, von dem Differenzverstärker 42 gesteuert. Insbesondere dann, wenn das von dem Rückkopplungssteuerblock 47 ausgegebene Signal das Referenzsignal überschreitet, wird die Spannung an dem Steueranschluss der Transistorvorrichtung 10 reduziert.
  • In bestimmten Implementierungen kann die Schaltung 200B ferner eine Regelschaltung umfassen, die zwischen dem Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung 20 und der Ansteuerschaltung 40 eingekoppelt (z. B. angeschlossen) ist. Insbesondere kann die Regelschaltung zwischen dem Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung 20 und der Reihenschaltung des ersten und zweiten Ansteuerschaltungstransistors 43, 44 angeordnet sein. Das heißt, dass der erste und der zweite Ansteuerschaltungstransistor 43, 44 mit dem Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung 20 über die Regelschaltung gekoppelt sein können. Die Regelschaltung kann dazu ausgelegt sein, eine Gleichstromverschiebung auf den Ausgang der Ladungspumpenschaltung 20 anzuwenden und/oder um eine Ausgangsimpedanz der Ladungspumpenschaltung 20 zu reduzieren. In einer Ausführungsform umfasst die Regelschaltung einen Transistor (z. B. Regeltransistor) 115 oder besteht aus diesem. Ein Sourceanschluss des Regeltransistors 115 ist mit der Reihenschaltung des ersten und zweiten Ansteuerschaltungstransistors gekoppelt (z. B. verbunden), beispielsweise mit dem Sourceanschluss des zweiten Ansteuerschaltungstransistors 44 (der in dem Beispiel von 6 ein PMOS-Transistor ist). Ein Steueranschluss (z. B. Gateanschluss) des Regeltransistors 115 ist mit dem Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung 20 gekoppelt (z. B. verbunden). Ein Drainanschluss des Regeltransistors ist mit einem Referenzspannungspegel (z. B. 5 V in dem Beispiel von 6) gekoppelt. Es ist wichtig zu beachten, dass die Spannung an dem Gate des Regeltransistors 115 den Referenzspannungspegel überschreiten kann. Ein Effekt der Bereitstellung des Regeltransistors 115 besteht darin, dass er eine Schwellenspannung von der Hochsetzspannung subtrahiert. Dadurch kann eine Erhöhung der Hochsetzspannung um die Schwellenspannung des versorgungsseitigen Transistors 110 kompensiert werden (vorausgesetzt, dass der versorgungsseitige Transistor 110 und der Regeltransistor 115 identisch oder zumindest in Bezug auf ihre Schwellenspannungen ausreichend ähnlich sind).
  • Es ist zu beachten, dass, obwohl die Rückkopplungssteuerung in der Schaltung 200B auf dem Rückkopplungssignal basiert, das eine Anstiegsgeschwindigkeit der Sourcespannung der Transistorvorrichtung 10 angibt, es in alternativen Implementierungen mit offensichtlichen Anpassungen auf einer Erfassungsstromstärke des Stroms, der durch die Transistorborrichtung 10 fließt, basieren kann.
  • Zusammenfassend wird in der vorliegenden Offenbarung eine Technik (ein Verfahren und eine Vorrichtung) vorgeschlagen, um den Durchlasswiderstand einer Transistorvorrichtung, die als Schaltvorrichtung fungiert, zu reduzieren, was mit herkömmlichen Techniken nicht möglich ist. Mehrere Implementierungen sind als nicht einschränkende Beispiele der Offenbarung beschrieben worden.
  • Es versteht sich, dass alle Transistoren und Transistorvorrichtungen, die in der gesamten Offenbarung erwähnt werden, FETs sein können, wie beispielsweise MOSFETs (z. B. PMOS-Transistoren oder NMOS-Transistoren).
  • Es versteht sich weiterhin, dass, obwohl sich die Zeichnungen und beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung auf eine NMOS-Transistorvorrichtung (Durchlassvorrichtung) beziehen, die als Schaltvorrichtung verwendet wird, die vorliegende Offenbarung mit offensichtlichen Anpassungen auch auf Schaltungen mit einer PMOS-Transistorvorrichtung (Durchlassvorrichtung), die als Schaltvorrichtung fungiert, anwendbar ist,.
  • Sofern nicht anders angegeben, können Elemente einer Reihenschaltung aus zwei oder mehr Elementen in beliebiger Reihenfolge miteinander gekoppelt (z. B. verbunden) sein, nicht nur in der explizit angegebenen Reihenfolge.
  • Es ist zu beachten, dass die oben beschriebenen Vorrichtungsmerkmale jeweiligen Verfahrensmerkmalen entsprechen, die aus Gründen der Knappheit jedoch nicht explizit beschrieben werden können. Die Offenbarung des vorliegenden Dokuments soll sich auch auf solche Verfahrensmerkmale erstrecken. Insbesondere versteht es sich, dass sich die vorliegende Offenbarung auf Verfahren zum Betreiben der oben beschriebenen Schaltungen und/oder zum Bereitstellen oder Anordnen jeweiliger Elemente dieser Schaltungen bezieht.
  • Es sollte ferner beachtet werden, dass die Beschreibung und die Zeichnungen lediglich die Prinzipien der vorgeschlagenen Schaltungen und Verfahren veranschaulichen. Fachleute werden in der Lage sein, verschiedene Anordnungen zu implementieren, die, obwohl sie nicht explizit beschrieben oder gezeigt sind, die Prinzipien der Erfindung verkörpern und in ihrem Gedanken und Umfang enthalten sind. Darüber hinaus sollen alle in dem vorliegenden Dokument skizzierten Beispiele und Ausführungsformen ausdrücklich nur Erklärungszwecken dienen, um dem Leser zu helfen, die Prinzipien des vorgeschlagenen Verfahrens zu verstehen. Darüber hinaus sollen alle Aussagen hierin, die Prinzipien, Aspekte und Ausführungsformen der Erfindung sowie spezifische Beispiele davon enthalten, Äquivalente davon umfassen.

Claims (26)

  1. Schaltung (100, 100A, 100B, 200A, 200B) zum Bereitstellen einer schaltbaren Stromverbindung zwischen einem ersten Anschluss (60) und einem zweiten Anschluss (70), wobei die Schaltung (100, 100A, 100B, 200A und 200B) umfasst: eine Transistorvorrichtung (10), die als Schaltvorrichtung fungiert; eine Ladungspumpenschaltung (20), wobei ein Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) mit einem Steueranschluss der Transistorvorrichtung (10) gekoppelt ist und ein Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) mit einer vorbestimmten Spannung in der Schaltung gekoppelt ist und wobei die Ladungspumpenschaltung (20) dazu ausgelegt ist, eine hochgesetzte Spannung zu erzeugen, die dasselbe Vorzeichen wie eine Spannung an dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) hat, jedoch einen größeren Betrag als die Spannung an dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) hat; und eine Ansteuerschaltung (30, 40), die mit der Ladungspumpenschaltung (20) gekoppelt ist, wobei die Ansteuerschaltung (30, 40) dazu angelegt ist, eine Rückkopplungssteuerung zum Steuern einer durch die Transistorvorrichtung (10) fließenden Stromstärke basierend auf einer Größe, die die durch die Transistorvorrichtung (10) fließende Stromstärke oder einen Spannungsabfall über die Transistorvorrichtung (10) angibt, bereitzustellen; und die Ansteuerschaltung (30, 40) ferner zu Folgendem ausgelegt ist: Steuern eines Betrags der Spannung an dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) gemäß der Rückkopplungssteuerung oder Steuern eines Betrags einer Spannung an dem Steueranschluss der Transistorvorrichtung (10) gemäß der Rückkopplungssteuerung, wenn sie mit dem Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) gekoppelt ist und von einem Ausgang der Ladungspumpenschaltung (20) versorgt wird.
  2. Schaltung (100, 100A, 100B, 200A, 200B) nach Anspruch 1, wobei die Ladungspumpenschaltung (20) auch mit einem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung (10) gekoppelt ist und dazu ausgelegt ist, als die hochgesetzte Spannung eine Spannung auszugeben, deren Betrag den Betrag der Spannung an dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) um mindestens den Betrag einer Spannung an dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung (10) überschreitet.
  3. Schaltung (100, 100A, 100B, 200A, 200B) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Ladungspumpenschaltung (20) umfasst: eine kapazitive Vorrichtung (25); und einen ersten bis vierten Schalter (21-24), die so angeordnet sind, dass sie die kapazitive Vorrichtung (25) abwechselnd zwischen dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) und Masse und zwischen dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung (10) und dem Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) einkoppeln.
  4. Schaltung (100, 100A, 100B, 200A, 200B) nach Anspruch 3, wobei der erste Schalter (21) zwischen dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) und einem ersten Anschluss der kapazitiven Vorrichtung (25) eingekoppelt ist, der zweite Schalter (22) zwischen einem zweiten Anschluss der kapazitiven Vorrichtung (25) und Masse eingekoppelt ist, der dritte Schalter (23) zwischen dem ersten Anschluss der kapazitiven Vorrichtung (25) und dem Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) eingekoppelt ist und der vierte Schalter (24) zwischen dem zweiten Anschluss der kapazitiven Vorrichtung (25) und dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung (10) eingekoppelt ist.
  5. Schaltung (100, 100A, 100B, 200A, 200B) nach Anspruch 3 oder 4, die ferner eine Steuerschaltung zum Steuern der Ladungspumpenschaltung (20) umfasst, wobei die Steuerschaltung dazu ausgelegt ist, den ersten bis vierten Schalter (21-24) so zu steuern, dass sie die kapazitive Vorrichtung (25) abwechselnd zwischen dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) und Masse und zwischen dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung (10) und dem Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) einkoppeln.
  6. Schaltung (100, 100A, 200A) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Ansteuerschaltung (30) mit dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) gekoppelt ist und wobei die Ansteuerschaltung (30) dazu ausgelegt ist, den Betrag der Spannung an dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) gemäß der Rückkopplungssteuerung durch Beziehen eines Stroms aus dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) oder durch Liefern eines Stroms an den Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) zu steuern.
  7. Schaltung (100, 100A, 200A) nach Anspruch 6, wobei die Ansteuerschaltung (30) dazu ausgelegt ist, die Größe, die die durch die Transistorvorrichtung (10) fließende Stromstärke oder den Spannungsabfall über die Transistorvorrichtung (10) angibt, mit einem Referenzwert für die Größe zu vergleichen und basierend auf einem Ergebnis des Vergleichs den Strom aus dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) zu beziehen oder basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs den Strom an den Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) zu liefern.
  8. Schaltung (100, 100A, 200A) nach Anspruch 6 oder 7, die ferner eine Replikvorrichtung (90) der Transistorvorrichtung (10) umfasst, wobei die Replikvorrichtung (90) mit der Transistorvorrichtung 10) parallel geschaltet ist und ein Steueranschluss der Replikvorrichtung (90) mit dem Steueranschluss der Transistorvorrichtung (10) gekoppelt ist, wobei die Ansteuerschaltung (30) umfasst: einen Stromgenerator (34), der zwischen der Replikvorrichtung (90) und Masse eingekoppelt ist; einen Differenzverstärker (32), dessen einer Eingangsanschluss mit einem Zwischenknoten zwischen dem Stromgenerator (34) und der Replikvorrichtung (90) gekoppelt ist und dessen anderer Eingangsanschluss mit dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung (10) gekoppelt ist; einen ersten Ansteuerschaltungstransistor (36), der unter der Steuerung des Differenzverstärkers (32) arbeitet und zwischen dem Zwischenknoten und Masse eingekoppelt ist; und einen zweiten Ansteuerschaltungstransistor (38), der mit dem ersten Ansteuerschaltungstransistor (36) einen Stromspiegel bildet und zwischen dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) und Masse eingekoppelt ist.
  9. Schaltung (100, 100B, 200B) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Ansteuerschaltung (40) mit dem Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) gekoppelt ist und durch den Ausgang der Ladungspumpenschaltung (20) versorgt wird und wobei die Ansteuerschaltung (40) dazu ausgelegt ist, den Betrag der Spannung an dem Steueranschluss der Transistorvorrichtung (10) gemäß der Rückkopplungssteuerung durch Beziehen eines Stroms aus dem Steueranschluss der Transistorvorrichtung (10) oder durch Liefern des Stroms an den Steueranschluss der Transistorvorrichtung (10) zu steuern.
  10. Schaltung (100, 100B, 200B) nach Anspruch 9, wobei die Ansteuerschaltung (40) dazu ausgelegt ist, die Größe, die die durch die Transistorvorrichtung (10) fließende Stromstärke oder den Spannungsabfall über die Transistorvorrichtung (10) angibt, mit einem Referenzwert für die Größe zu vergleichen und basierend auf einem Ergebnis des Vergleichs den Strom aus dem Steueranschluss der Transistorvorrichtung (10) zu beziehen oder basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs den Strom an den Steueranschluss der Transistorvorrichtung (10) zu liefern.
  11. Schaltung (100, 100B, 200B) nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Ansteuerschaltung (40) umfasst: einen Rückkopplungssteuerblock (47), der mit dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung gekoppelt ist, wobei der Rückkopplungssteuerblock (47) dazu ausgelegt ist, ein Signal auszugeben, das eine Änderungsrate der Spannung an dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung (10) angibt; einen Differenzverstärker (42), dessen einer Eingangsanschluss mit einem Ausgang des Rückkopplungssteuerblocks (47) gekoppelt ist und dessen anderer Eingangsanschluss mit einem Referenzsignal gekoppelt ist; einen ersten Ansteuerschaltungstransistor (43), der unter der Steuerung des Differenzverstärkers (42) arbeitet, und einen zweiten und einen dritten Ansteuerschaltungstransistor (44, 45), die so angeordnet sind, dass sie einen Stromspiegel bilden, wobei der erste und der zweite Ansteuerschaltungstransistor (43, 44) zwischen dem Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) und Masse in Reihe geschaltet sind; und einen Stromgenerator (46), wobei der dritte Ansteuerschaltungstransistor (45) und der Stromgenerator (46) zwischen dem Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) und Masse in Reihe geschaltet sind, wobei ein Zwischenknoten zwischen dem dritten Ansteuerschaltungstransistor (45) und dem Stromgenerator (46) mit dem Steueranschluss der Transistorvorrichtung (10) gekoppelt ist.
  12. Schaltung (100, 100B, 200B) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, die ferner eine Regelschaltung (115) umfasst, die zwischen dem Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) und der Ansteuerschaltung (40) eingekoppelt ist, wobei die Regelschaltung (115) dazu ausgelegt ist, eine Gleichstromverschiebung auf den Ausgang der Ladungspumpenschaltung (20) anzuwenden und/oder eine Ausgangsimpedanz der Ladungspumpenschaltung (20) zu reduzieren.
  13. Schaltung (100, 100A, 100B, 200A, 200B) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, die ferner eine zweite Ladungspumpenschaltung (80) zum Erzeugen der vorbestimmten Spannung umfasst.
  14. Verfahren zum Steuern einer Schaltung (100, 100A, 100B, 200A, 200B) zum Bereitstellen einer schaltbaren Stromverbindung zwischen einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss, wobei die Schaltung eine Transistorvorrichtung (10) enthält, die als Schaltvorrichtung fungiert, wobei das Verfahren umfasst: Erzeugen einer hochgesetzten Spannung mittels einer Ladungspumpenschaltung (20), die dasselbe Vorzeichen wie eine Spannung an einem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) hat, jedoch einen größeren Betrag als die Spannung an dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) hat, wobei ein Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) mit einem Steueranschluss der Transistorvorrichtung (10) gekoppelt ist und der Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) mit einer vorbestimmten Spannung in der Schaltung gekoppelt ist; Bereitstellen einer Rückkopplungssteuerung zum Steuern einer Stromstärke, die durch die Transistorvorrichtung (10) fließt, basierend auf einer Größe, die die durch die Transistorvorrichtung (10) fließende Stromstärke oder einen Spannungsabfall über die Transistorvorrichtung (10) angibt; und Steuern eines Betrags der Spannung an dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) gemäß der Rückkopplungssteuerung oder Steuern eines Betrags einer Spannung an dem Steueranschluss der Transistorvorrichtung (10) gemäß der Rückkopplungssteuerung.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Ladungspumpenschaltung (20) auch mit einem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung (10) gekoppelt ist und das Verfahren umfasst: Erzeugen einer Spannung, deren Betrag den Betrag der Spannung an dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) um mindestens den Betrag einer Spannung an dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung (10) übersteigt, als die hochgesetzte Spannung.
  16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei die Ladungspumpenschaltung (20) umfasst: eine kapazitive Vorrichtung (25); und einen ersten bis vierten Schalter (21-24), die so angeordnet sind, dass sie die kapazitive Vorrichtung (25) abwechselnd zwischen dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) und Masse und zwischen dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung (10) und dem Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) einkoppeln.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, wobei der erste Schalter (21) zwischen dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) und einem ersten Anschluss der kapazitiven Vorrichtung (25) eingekoppelt ist, der zweite Schalter (22) zwischen einem zweiten Anschluss der kapazitiven Vorrichtung (25) und Masse eingekoppelt ist, der dritte Schalter (23) zwischen dem ersten Anschluss der kapazitiven Vorrichtung (25) und dem Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) eingekoppelt ist und der vierte Schalter (24) zwischen dem zweiten Anschluss der kapazitiven Vorrichtung (25) und dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung (10) eingekoppelt ist.
  18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, das ferner umfasst: Steuern des ersten bis vierten Schalters (21-24) so, dass sie die kapazitive Vorrichtung (25) abwechselnd zwischen dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) und Masse und zwischen dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung (10) und dem Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) einkoppeln.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, das ferner umfasst: Steuern des Betrags der Spannung an dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) gemäß der Rückkopplungssteuerung durch Beziehen eines Stroms aus dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) oder durch Liefern eines Stroms an den Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20).
  20. Verfahren nach Anspruch 19, das ferner umfasst: Vergleichen der Größe, die die durch die Transistorvorrichtung (10) fließende Stromstärke oder den Spannungsabfall über die Transistorvorrichtung (10) angibt, mit einem Referenzwert für die Größe; und Beziehen des Stroms aus dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) basierend auf einem Ergebnis des Vergleichs oder Liefern des Stroms an den Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs.
  21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, das ferner umfasst: Erfassen einer Stromstärke, die durch eine Replikvorrichtung (90) der Transistorvorrichtung (10) fließt, wobei die Replikvorrichtung (90) mit der Transistorvorrichtung (10) parallel geschaltet ist und ein Steueranschluss der Replikvorrichtung (90) mit dem Steueranschluss der Transistorvorrichtung (10) gekoppelt ist; Beziehen eines vorbestimmten Stroms aus der Replikvorrichtung (90) mittels eines Stromgenerators (34) nach Masse; Vergleichen einer Spannung an einem Zwischenknoten zwischen dem Stromgenerator (34) und der Replikvorrichtung (90) und der Spannung an dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung (10) mittels eines Differenzverstärkers (32); und Steuern eines ersten Ansteuerschaltungstransistors (36) in Abhängigkeit von einer Ausgabe des Differenzverstärkers, wobei der erste Ansteuerschaltungstransistor (36) zwischen dem Zwischenknoten und Masse eingekoppelt ist und einen Stromspiegel mit einem zweiten Ansteuerschaltungstransistor (38) bildet, der zwischen dem Eingangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) und Masse eingekoppelt ist.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 18, das ferner umfasst: Steuern des Betrags der Spannung an dem Steueranschluss der Transistorvorrichtung (10) gemäß der Rückkopplungssteuerung durch Beziehen eines Stroms aus dem Steueranschluss der Transistorvorrichtung (10) oder durch Liefern des Stroms an den Steueranschluss der Transistorvorrichtung (10).
  23. Verfahren nach Anspruch 22, das ferner umfasst: Vergleichen der Größe, die die durch die Transistorvorrichtung (10) fließende Stromstärke oder den Spannungsabfall über die Transistorvorrichtung (10) angibt, mit einem Referenzwert für die Größe; und Beziehen des Stroms aus dem Steueranschluss der Transistorvorrichtung (10) basierend auf einem Ergebnis des Vergleichs oder Liefern des Stroms an den Steueranschluss der Transistorvorrichtung (10) basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs.
  24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, das ferner umfasst: Erzeugen eines Signals, das eine Änderungsrate der Spannung an dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung (10) angibt; Vergleichen des Signals, das die Änderungsrate der Spannung an dem Sourceanschluss der Transistorvorrichtung (10) angibt, mit einem Referenzsignal mittels eines Differenzverstärkers (42); Steuern eines ersten Ansteuerschaltungstransistors (43) in Abhängigkeit von einer Ausgabe des Differenzverstärkers (42), wobei der erste Ansteuerschaltungstransistor (43) mit einem zweiten Ansteuerschaltungstransistor (44) zwischen dem Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) und Masse in Reihe geschaltet ist und der zweite Ansteuerschaltungstransistor (44) einen Stromspiegel mit einem dritten Ansteuerschaltungstransistor (45) bildet, der zwischen dem Ausgangsknoten der Ladungspumpenschaltung (20) und Masse mit einem Stromgenerator (46) in Reihe geschaltet ist; und Bereitstellen einer Spannung an einem Zwischenknoten zwischen dem dritten Ansteuerschaltungstransistor (45) und dem Stromgenerator (46) für den Steueranschluss der Transistorvorrichtung (10).
  25. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, das ferner umfasst: Anwenden einer Gleichstromverschiebung auf den Ausgang der Ladungspumpenschaltung (20) und/oder Reduzieren einer Ausgangsimpedanz der Ladungspumpenschaltung (20).
  26. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 25, das ferner umfasst: Erzeugen der vorbestimmten Spannung unter Verwendung einer zweiten Ladungspumpenschaltung (80).
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