DE102021128636A1

DE102021128636A1 - Steuerschaltkreis und Verfahren zum Steuern einer Datenein-/ausgabe

Info

Publication number: DE102021128636A1
Application number: DE102021128636.0A
Authority: DE
Inventors: Johannes Pummerer; Markus Unger
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2021-11-03
Filing date: 2021-11-03
Publication date: 2023-05-04
Also published as: US11870435B2; JP2023070134A; US20230134947A1

Abstract

Ein Steuerschaltkreis zum Steuern einer Datenein-/ausgabe wird bereitgestellt. Der Steuerschaltkreis kann eine Mehrzahl von Steuerstufen aufweisen, die zumindest eine erste Steuerstufe und eine letzte Steuerstufe aufweisen, wobei jede der Steuerstufen mindestens ein Steuerelement aufweist, wobei eine Anzahl von Steuerelementen der letzten Steuerstufe größer ist als eine Anzahl von Steuerelementen der ersten Steuerstufe, wobei jedes der Steuerelemente eingerichtet ist, ein erstes Steuersignal und ein zweites Steuersignal zu empfangen und in Abhängigkeit vom ersten Steuersignal und vom zweiten Steuersignal einen Strom für die Datenein-/ausgabe zu steuern, und wobei der Steuerschaltkreis eingerichtet ist, in einer Reihenfolge beginnend bei der ersten Steuerstufe und endend bei der letzten Steuerstufe den jeweiligen Steuerelementen das erste Steuersignal bereitzustellen, und danach zumindest der letzten Steuerstufe in einer umgekehrten Reihenfolge den Steuerstufen das zweite Steuersignal bereitzustellen, wobei eine Stromstärke des Stroms für die Datenein-/ausgabe mittels des Bereitstellens des zweiten Steuersignals erhöht wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen Steuerschaltkreis und ein Verfahren zum Steuern einer Datenein-/ausgabe.
Bei einer Datenein-/ausgabe wird typischerweise ein Signal zwischen (mindestens) zwei Zuständen geschaltet, z.B. zwischen einer niedrigen Spannung (low level potential) und einer hohen Spannung (high level potential), beispielsweise mittels Transistoren. Ein solches Datensignal kann beispielsweise an einem Datenein-/ausgabepad oder einem Kontaktlos-Datenein-/ausgabelement bereitgestellt werden.
In 1A sind zwei Idealverläufe eines solchen Datensignals dargestellt.
Die gestrichelte Linie stellt ein Rechtecksignal 102 dar, welches ohne Verzögerung zwischen einer niedrigen Spannung (low level potential) und einer hohen Spannung (high level potential) umschaltet und nach dem Schalten die Spannung über eine Stromstärkevarianz konstant hält (low level output current and high level output current). Das ermöglicht ein instantanes Wechseln zwischen den beiden Zuständen. Nach dem Umladen des Netzknotens (Leitung Transmitter zu Reciever) fällt der Strom zum Definieren des Logischen Pegels auf die Stromstärke ab, die zur Aufrechterhaltung des Pegels nötig ist (Leckstrom des Transmitter und Reciever und/oder weak pull-up/down Strom zur Definition des Reciever Eingangspannungspegels für den Fall Transmitter im Tristate mode). Die abrupte Stromänderung, die einem Spannungspotentialwechsels des Netzknotens (Leitung Transmitter zu Reciever, Kapazitiver Netzknoten) vorausgeht, führt zu einer starken (unerwünschten) elektromagnetischen Emission (EME), welche eingekoppelt (galvanisch auf der Powerversorgung des Transmitters und Recievers oder Feldgekoppelt über die Leiterschleife auf der Leiterplatte) ein Rauschsignal (Störleistung) erzeugen wird. Eine solche elektromagnetische Emission tritt grundsätzlich bei Transistor-Schaltvorgängen auf und hängt von einer internen Verschaltung (Prozessernergie), einer Treiberstärke (d.h. von einer Stromstärke, welche bereitgestellt wird), einer Schaltfrequenz und der Lastaufnahme (Kapazitiv, Resistiv, Induktiv)ab.
Die durchgezogene Linie 104 stellt einen sinusförmigen Umschaltverlauf des Signals 102 zwischen der niedrigen Spannung und der hohen Spannung dar. Der sanfte kontinuierliche Stromstärkenverlauf (Stromdifferential, Stromänderungsgeschwindigkeit pro Zeit) des Umschaltens des Spannungspegels vermindert die elektromagnetische Emissionen, da ein Sinusverlauf keine Frequenzoberwellen erzeugt (nur die Grundwelle). Allerdings wird hier nach einem Schaltbefehl der Zielzustand (z.B. das Erreichen der maximalen oder minimalen Spannung) erst zeitverzögert erreicht, was typischerweise ebenfalls unerwünscht ist, denn allgemein ist es erwünscht, so kurze Schaltzeiten wie möglich bereitzustellen (schnell den neuen Pegelzustand zu erreichen (hohe Datenraten / Frequenzen).
In 1B ist ein reales Umschaltstromsignal 106 dargestellt, welches bei einem Schalten einer Datenein-/ausgabe von einem niedrigen Spannungspegel zu einem hohen Spannungspegel auftritt.
Wie aus einem Vergleich des realen Signals 106 aus 1B mit den idealen Signalen aus 1A ersichtlich ist, stellt das reale Signal 106 insbesondere im Anstieg ein Mittelding zwischen beiden idealen Signalen dar: Der Anstieg verläuft nicht so abrupt wie beim Rechtecksignal 102, aber auch nicht so sanft wie beim sinusförmigen Signal 104. Damit stellt das reale Signal 106 einen Kompromiss dar zwischen einer (möglichst niedrigen) Schaltgeschwindigkeit und einer (ebenfalls möglichst niedrigen) elektromagnetischen Emission.
Gemäß den neuesten Gestaltungen werden bei der Datenein-/ausgabe allerdings so hohe Schaltfrequenzen mit so hoher Leistungsaufnahme benötigt, dass die elektromagnetische Emission oberhalb akzeptabler Grenzen liegen können, z.B. oberhalb von Kunden spezifizierter Grenzen oder z.B. oberhalb gesetzlich vorgeschriebener Grenzwerte zur elektromagnetischen Verträglichkeit (EMC für „Electromagnetic Compatibility“).
Somit besteht ein Bedarf daran, eine Datenein-/ausgabe mit möglichst kurzen Schaltzeiten unter Einhaltung von Grenzwerten zur elektromagnetischen Emission (z.B. EMC Limits) bereitzustellen.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen werden ein Steuerschaltkreis und ein Verfahren zum Steuern einer Datenein-/ausgabe bereitgestellt, welche es ermöglichen, trotz kurzer Schaltzeiten eine durch den Schaltvorgang verursachte elektromagnetische Emission zu minimieren.
Beim Schalten eines Stroms für die Datenein-/ausgabe (auch als Treiberstrom oder getriebener Strom bezeichnet) von einem Minimalwert zu einem Maximalwert kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen die Stromänderung nahe dem Minimal-(Start der Pegeländerung) bzw. Maximalwert (66% Wert des Pegelendwerts) geringer sein als im Stand der Technik, und nahe einem Mittelwert zwischen dem Minimal- und dem Maximalwert (50% Wert der Pegeländerung, steilster Stromanstieg um den Spannungspegel zu wechseln) stärker sein kann als im Stand der Technik.
Der Steuerschaltkreis kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen eingerichtet sein, ein allmähliches Steigern der Stromstärke zu Beginn (nur wenige Teile Der Umschaltstufe aktiv), einen steilen, schnellen Stromanstieg („Boost“) in der Mitte (alle Teile der Umschaltstufe aktiv) und ein allmähliches Abflachen des Stromanstiegs gegen Ende eines Umschaltvorgangs (assumptotische Annäherung des Pegels bei kapazitiven Lasten bedingt sich reduzierende Ladeströme) von einem Niedrigstrom-Datensignal zu einem Hochstrom-Datensignal zu verwirklichen.
Dafür kann gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen ein stufenweises Zuschalten von zum Teil parallel geschalteten Steuerelementen, z.B. Stromsteuerelementen (z.B. aufgeteilte Transistoren, sogenannte Transistorfinger), genutzt werden.
Die Steuerelemente können beispielsweise - anschaulich beschrieben - in einer Tannenbaum-artigen Konfiguration bereitgestellt sein, gemäß welcher, bei der Baumspitze (z.B. ein oder zwei Transistorfinger des Haupttransistors) beginnend, in aufeinanderfolgenden Schaltschritten eine zunehmende Anzahl parallel geschalteter Steuerelemente (Transistorfinger des Haupttransistors) teil-zugeschaltet wird. Dieses Schaltverhalten von einem/zwei Transistorfinger des Haupttransistors über die parasitären Gatewiderstände und Gatekapazitäten zeitlich verzögert auf die nächste Instanz (Verdopplung der Anzahl der Transistorfinger des Haupttransistors) und die weitere Verschaltung (meist immer eine weitere Verdopplung) der Instanzen bis zur Tiefe von 4 Instanzen erzeugt eine kontrollierte, Lawinenartige Zunahme des Schaltstroms. Bei einem Übergang von einem Teil-Schaltzustand zu einem vollständigen Schaltzustand werden die Steuerelemente (Transistorfinger des Haupttransistors) auch von der Gegenseite - anschaulich von der Tannenbaumbasis zur Tannenbaumspitze - zugeschaltet. Dieses Doppelseite Schalten der Transistorfingergates des Haupttransistors erzielt einen stabileren und schnelleren Einschaltzustand als die Einschaltdefinition von der Tannenbaumspitze aus. Der Tannenbaumbasisanschluß hat die direktere Transistorfingergateansteuerung des Haupttransistors (weniger Gatevoltagedrop durch Parallelschaltung der Transistorfingerelemente) .
Dementsprechend erfolgt direkt nach dem Teilschalten der Steuerstufe mit den zahlreichsten parallel geschalteten Steuerelemente (an der Tannenbaumbasis) das vollständige Schalten dieser zahlreichsten Steuerelemente. Das entspricht einem Boost-Mode, in welchem die Stromstärke innerhalb kurzer Zeit stark ansteigt, wohingegen das Teil-Zuschalten weniger Steuerelemente zu Beginn und am Ende des Schaltvorgangs das allmähliche Ansteigen des Stroms verwirklichen können.
Somit kann die kapazitive Last in Annäherung an eine Sinus-/Cosinus-Funktion des Schaltstromes umgeladen werden und damit harmonische Obertonschwingungen verringert werden, die zu elektromagnetischer Emission führen würden, welche abgestrahlt werden und/oder als Rauschen/Störleistung in den Steuerschaltkreis, das Datenein-/Ausgabepad (z.B. einen Hochgeschwindigkeits-Dateninterface-Port) oder Ähnliches eingespeist werden könnte.
Mittels des anhand einer Ansteuercharakteristik der Steuerelemente verwirklichten emissionsarmen Verlaufs der Treiberstromkurve wird ermöglicht, auf zusätzliche Schaltkreiselemente wie beispielsweise RC-Glieder zu verzichten oder ihre Anzahl zu verringern und/oder zu vermeiden, dass die Steuerelemente (z.B. standardisierte Transistorfingerelemente) von starker elektromagnetischer Emission betroffen sind. Auch bei zusätzlichen Schaltkreisen, welche sich beispielsweise gemeinsam mit dem Steuerschaltkreis auf einer Leiterplatte (PCB) befinden können, kann ein Bedarf zum Herausfiltern der möglicherweise empfangenen elektromagnetischen Emission verringert sein, so dass Bauteile und damit Chipfläche und Gewicht eingespart werden können.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen

1A Idealfälle zweier Arten von Datensignalen;
1B ein Beispiel eines realen Datensignals gemäß einem Stand der Technik;
2 eine schematische Darstellung eines Steuerschaltkreises gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
3A und 3B jeweils eine schematische Darstellung eines Steuerschaltkreises gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
4 eine schematische Darstellung von Steuerelementanordnungen gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
5 eine schematische Darstellung eines Steuerschaltkreises gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen;
6 eine Darstellung von Simulationsergebnissen für Ströme für eine Datenein-/ausgabe gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen im Vergleich mit einem Stand der Technik; und
7 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern einer Datenein-/ausgabe gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die Teil dieser bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeübt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie etwa „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „vorderes“, „hinteres“, usw. mit Bezug auf die Orientierung der beschriebenen Figur(en) verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen in einer Anzahl verschiedener Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie zur Veranschaulichung und ist auf keinerlei Weise einschränkend. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen benutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es versteht sich, dass die Merkmale der hierin beschriebenen verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch anders angegeben. Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einschränkendem Sinne aufzufassen, und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung wird durch die angefügten Ansprüche definiert.
Im Rahmen dieser Beschreibung werden die Begriffe „verbunden“, „angeschlossen“ sowie „gekoppelt“ verwendet zum Beschreiben sowohl einer direkten als auch einer indirekten Verbindung, eines direkten oder indirekten Anschlusses sowie einer direkten oder indirekten Kopplung. In den Figuren werden identische oder ähnliche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen, soweit dies zweckmäßig ist.
Wie oben ausgeführt, führt ein Schalten eines Stroms für eine Datenein-/ausgabe typischerweise zu elektromagnetischer Emission, insbesondere während eines Erzeugens einer (ggf. steilen) Stromflanke und ggf. an anderen Punkten der Stromkurve.
In 1 sind solche Punkte in der Stromkurve nummeriert.
Das Anschalten (mit 1 markiert) kann sich möglicherweise am stärksten auf die Emission auswirken. Gerade bei einem schnellen Anschalten kann ein Emissionspotenzial enorm hoch sein (Obertonschwingungen zur Grundfrequenz), weil eine kapazitive Last am Dateneingang sich wie ein Kurzschluss am Treibertransistor verhalten kann (wobei ein Einschaltwiderstand R_DSon zwischen Source und Drain des Transistors beim Einschalten einen Spitzenstrom begrenzen kann).
Ein ideales Anschaltverhalten (hinsichtlich Emissionen) würde zu einem sinus- bzw. cosinusförmigen Signal führen. In dem Fall würde der Einschaltwiderstand des Transistors dementsprechend vom anfänglichen Zustand (1 in 1B; der erwünschte optimale Verlauf ist in 1B, welche einen realen Stromverlauf gemäß einem Stand der Technik zeigt, nicht verwirklicht, der Vergleich mit 1B und den dort verwendeten Markierungen 1 bis 4 dienen lediglich dem besseren Verständnis und der Orientierung entlang der Stromverlaufskurve) zu einem Zustand mit geringem Widerstand (mit 2 markiert in 1B) geändert. In der Nähe des mit 2 markierten Bereichs kann eine Stromänderungsrate ihren Maximalwert erreichen (ähnlich wie das bei einem Sinus-/Cosinussignal der Fall ist).
Am mit 3 markierten Punkt kann der maximale Strom bereitgestellt werden, und der Einschaltwiderstand R_DSon ist minimiert.
Bei einem Übergang vom mit 3 markierten Bereich zum mit 4 markierten Bereich kann eine Stromänderungsrate beschränkt sein durch eine Sättigung der kapazitiven Last.
Die oben beschriebene Gestaltung eines Steuerschaltkreises mit gestaffeltem Teilanschalten und nachfolgendem Vollanschalten von gestuft geschalteten Gruppen parallel geschalteter Steuerelemente („Tannenbaum-Konzept“) wurde im Hinblick darauf entwickelt, in der mit 1 markierten Phase ein geschmeidiges Anschaltverhalten (kapazitiver Kurzschluß, deshalb minimale Transistorfingeranzahl des Haupttransistors aktiv) zu erzeugen, und in Phase 3 ausreichend schnell ein ausreichend starkes Signal zu erzeugen (Boost der Basis des Tannenbaums der Transistorfinger des Haupttransistors), um einerseits ein schnelles Schaltverhalten bereitzustellen und andererseits ein gegenüber Rauschen/Störleistung unempfindliches Signal zu erzeugen (so dass der dem Strom-Signalwert zugeordnete logische Wert stabil ist).
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann somit mittels einer speziellen intelligenten Schaltsequenz der Steuerelemente des Steuerschaltkreises für eine Datenein-/Ausgabe eine hohe Schaltfrequenz mit niedriger elektromagnetischer Emission bereitgestellt werden.
Noch einmal anders ausgedrückt werden weder alle Steuerelemente gleichzeitig noch alle Steuerelemente eines nach dem anderen geschaltet, sondern eine Schaltsequenz verwirklicht, bei welcher in einer ersten Steuerstufe zunächst eine kleine Anzahl von Steuerelementen (z.B. ein einzelnes) zumindest teilweise durchlässig für einen getriebenen Strom geschaltet wird, und danach in einer zweiten Steuerstufe gleichzeitig eine größere Anzahl (d.h. größer als in der ersten Steuerstufe) von Steuerelementen (z.B. mindestens zwei) teildurchlässig geschaltet wird. Anders ausgedrückt wird in einer zeitlichen Abfolge eine gleichzeitig geschaltete Anzahl von Steuerelementen erhöht, beispielsweise kaskaden- oder lawinenartig.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen können mehr als zwei Steuerstufen bereitgestellt sein, z.B. mindestens drei Steuerstufen, beispielsweise vier oder fünf Steuerstufen.
In einer umgekehrten Schaltreihenfolge können nachfolgend die Steuerelemente der Steuerstufen so geschaltet werden, dass ihre Stromdurchlässigkeit weiter erhöht wird, beispielsweise auf eine ihnen maximal mögliche Durchlässigkeit.
Anders ausgedrückt kann ein Widerstand der Steuerelemente im „Vorwärts“-Schaltvorgang (mit der ansteigenden Anzahl der Steuerelemente pro Steuerstufe) gesenkt werden, und beim gegenläufigen „Rückwärts“-Schaltvorgang kann der Widerstand (Rdson des Haupttreibertransistors) jeweils noch weiter gesenkt werden.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann ein Bereitstellen eines ersten Steuersignals an die Steuerelemente der letzten Steuerstufe in einer ersten Richtung (der Vorwärts-Richtung) ein Bereitstellen eines zweiten Steuersignals an die Steuerelemente der letzten Steuerstufe (und gegebenenfalls der weiteren Steuerstufen bis zur ersten Steuerstufe) in einer zweiten Richtung (der Rückwärts-Richtung) auslösen.
Die Steuerelemente können in verschiedenen Ausführungsbeispielen gleichartig aufgebaut sein, z.B. als (z.B. standardisierte oder standardisierten ähnliche) Transistorfinger.
2, 3A und 3B zeigen jeweils eine schematische Darstellung eines Steuerschaltkreises 200 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen, 4 zeigt eine schematische Darstellung von Steuerelementanordnungen 224, welche Teil eines Steuerschaltkreises 200 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen sein können, und 5 zeigt eine schematische Darstellung eines Steuerschaltkreises 200 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen. Dabei erleichtert es das Verständnis, wenn manche der Figuren gemeinsam herangezogen werden, weil Teile einer besseren Übersichtlichkeit halber stark schematisiert dargestellt sind.
Der Steuerschaltkreis 200 kann bereitgestellt sein zum Steuern einer Datenein-/ausgabe, beispielsweise mittels eines Datenein-/ausgabepads oder mittels eines Kontaktlos-Datenein-/ausgabelements.
Der Steuerschaltkreis 200 kann eine Mehrzahl m von Steuerstufen aufweisen, die zumindest eine erste Steuerstufe (m=1) und eine letzte Steuerstufe (Index m) aufweisen. Typischerweise können mehr als zwei Steuerstufen bereitgestellt sein, beispielsweise drei, vier oder fünf Steuerstufen.
Jede der Steuerstufen kann mindestens ein Steuerelement 224 aufweisen.
In 2, 3A und 3B sind die Steuerelemente 224 jeweils stark schematisiert (als Rechtecke mit zwei Anschlüssen) dargestellt. In 3A oben rechts und in 3B unten links (dort mit zusätzlichen Bezugszeichen) ist in als Legende zu verstehenden Einfügungen symbolhaft veranschaulicht, wie bei den Ausführungsbeispielen aus 2, 3A und 3B die schematische Darstellung zu verstehen ist: Jedes Rechteck symbolisiert ein Gate (ein Transistorfinger des Haupttreibertransistors) eines Transistors, wobei das Gate über zwei Anschlüsse 224A1, 224A2 verfügt. Mittels des Gates wird ein Kanal gesteuert, welcher einen Sourceanschluss 224S und einen Drainanschluss 224D verbindet. Diese sind in der Legende als hellgrauer Bereich bzw. als zum Gate orthogonale Striche symbolisiert und in der „Tannenbaum“-Darstellung komplett weggelassen worden.
In 4 ist für die einzelnen Steuerelemente 224 eine Schaltkreisdargestellt gewählt. Dort ist jedes der zwölf dargestellten Steuerelemente 224 gleich aufgebaut, so dass der Übersichtlichkeit halber Bezeichnungen der Anschlüsse auf mehrere einzelne Steuerelemente 224 verteilt wurde.
In den Figuren sind die Steuerelemente 224 (wegen einer Übersichtlichkeit nur teilweise, z.B. in 2 und 3A) mit Indizes versehen, welche die Steuerstufe m und Ordnungszahl innerhalb der Steuerstufe n angeben, nach dem Schema 224_mn, beispielsweise für das erste Steuerelement der fünften Steuerstufe 224_51.
Eine Anzahl von Steuerelementen 224 kann beispielsweise von Steuerstufe zu Steuerstufe ansteigen, oder gleich bleiben. Zum Erzielen eines speziellen Stromverlaufsprofils kann möglicherweise auch ein Verringern einer Anzahl n von Steuerelementen 224 von einer Steuerstufe zur nächsten möglich sein, sofern sichergestellt ist, dass eine Anzahl n(m) von Steuerelementen 224 der letzten (m-ten) Steuerstufe 224_m größer ist als eine Anzahl n(1) von Steuerelementen 224_1 der ersten Steuerstufe.
In 4 sind drei beispielhafte Steuerelementanordnungen dargestellt, welche als erste Instanz 224_Inst1 (ganz unten), zweite Instanz 224_Inst2 (Mitte) und dritte Instanz 224_Inst3 (oben) bezeichnet werden.
Die Instanzen 224_Inst1 bis 224_Inst3 können als Haupttreibertransistoren für eine Datenein-/ausgabe genutzt werden. Dementsprechend kann der Steuerschaltkreis 200 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen, welcher die Steuerelementanordnungen der Instanzen 224_Inst1 bis 224_Inst3 nutzt, auch als Dateneingabe/ausgabe-Einheit bezeichnet werden.
Die Steuerelementanordnung der ersten Instanz 224_Inst1 enthält ein Steuerelement 224 in jeder der ersten drei Steuerstufen und 24 Steuerelemente 224 in der vierten und letzten Steuerstufe, und somit insgesamt 27 Doppelfingertransistoren. Damit wird ein starker Treiber (d.h. ein hoher DC Strom (im Ausführungsbeispiel etwa 31 mA) wird ermöglicht) mit einer steilen/schnellen Stromanstiegsflanke für hohe Datenfrequenzen bereitgestellt.
Die Steuerelementanordnung der zweiten Instanz 224_Inst2 enthält ein Steuerelement 224 in jeder der ersten zwei Steuerstufen, zwei Steuerelemente 224 in der dritten Steuerstufe und fünf Steuerelemente 224 in der vierten und letzten Steuerstufe, und somit insgesamt neun Doppelfingertransistoren. Damit wird ein mittelstarker Treiber (d.h. ein mittlerer DC Strom (im Ausführungsbeispiel etwa 6 mA) wird ermöglicht) mit einem mittelschnellen Stromanstieg für niedrige Datenfrequenzen bereitgestellt.
Die Steuerelementanordnung der dritten Instanz 223_Inst3 enthält ein Steuerelement 224 in der ersten Steuerstufe, zwei Steuerelemente 224 in der zweiten Steuerstufe, fünf Steuerelemente 224 in der dritten Steuerstufe und zehn Steuerelemente 224 in der vierten und letzten Steuerstufe, und somit insgesamt 18 Doppelfingertransistoren. Damit wird ein starker Treiber (d.h. ein hoher DC Strom (im Ausführungsbeispiel etwa 17 mA) wird ermöglicht) mit einer mittelsteilen Stromanstiegsflanke für mittlere Datenfrequenzen bereitgestellt.
In 4 sind links die N-und P-Eingänge abgebildet, welche die Spitze des „Tannenbaums“ bilden, rechts sind die Ausgänge und jeweils darunter der Boostereingang dargestellt (welche die Basis des „Tannenbaums“ bilden).
Jedes der Steuerelemente 224 kann eingerichtet sein, ein erstes Steuersignal und ein zweites Steuersignal zu empfangen und in Abhängigkeit vom ersten Steuersignal und vom zweiten Steuersignal einen Strom für die Datenein-/ausgabe zu steuern, welcher zwischen Source 224S und Drain 224D fließt.
In 3A und 3B sind die beispielhaften Transistoren der Steuerelemente 224 jeweils mit einem ersten Gateanschluss 224A1 und einem zweiten Gateanschluss 224A2 ausgestattet. Die ersten Gateanschlüsse 224A1 können jeweils auf einer ersten Seite eines vom Gate geschalteten Kanals angeordnet sein, und die zweiten Gateanschlüsse 224A2 können jeweils auf einer zweiten Seite des Kanals, welche der ersten Seite gegenüberliegt, angeordnet sein.
Dabei kann das erste Steuersignal am ersten Gateanschluss 224A1 eines jeweiligen Gates bereitgestellt werden, und das zweite Steuersignal kann jeweils an einem zweiten Gateanschluss 224A2 desselben Gates bereitgestellt werden.
Der Steuerschaltkreis 200 kann, wie oben anschaulich beschrieben, eingerichtet sein, in einer Reihenfolge beginnend bei der ersten Steuerstufe und endend bei der letzten Steuerstufe den jeweiligen Steuerelementen (d.h. zuerst den Steuerelementen 224_1 und zuletzt den Steuerelementen 224_m) das erste Steuersignal bereitzustellen, und danach zumindest der letzten Steuerstufe in einer umgekehrten Reihenfolge den Steuerstufen das zweite Steuersignal bereitzustellen (d.h. zuerst den Steuerelementen 224_m der letzten Steuerstufe und dann ggf. den Steuerelementen 224 in abnehmender Steuerstufenreihenfolge bis zur ersten Steuerstufe).
Das Bereitstellen kann in verschiedenen Ausführungsbeispielen automatisch bzw. passiv erfolgen, beispielsweise mittels einer kapazitiven Kopplung, d.h. der zweite Gateanschluss 2242 eines vorangehenden Gates kann mit dem ersten Gateanschluss 224A1 eines nachfolgenden Gates elektrisch leitend verbunden sein zum Bereitstellen des ersten Steuersignals. Ferner kann mittels eines Signals am zweiten Gateanschluss 224A2 der Steuerelemente 224_m der letzten Steuerstufe direkt ein (stärkeres) Steuersignal geschaltet werden, welches diesen zweiten Gateanschlüssen 224A2 der Steuerelemente 224_m der letzten Steuerstufe als das zweite Steuersignal zugeführt wird.
Gemäß einem alternativen Ausführungsbeispiel können die Steuerelemente indirekt bzw. aktiv geschaltet werden, beispielsweise indem ein jeweiliges Signal an einem der Gateausgänge einer Steuerung zugeführt wird, welche dem nachfolgenden Gate das erste Steuersignal zuführt, und ebenso umgekehrt für das zweite Steuersignal.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel können eine aktive und eine passive Bereitstellung des Steuersignals kombiniert sein, beispielsweise indem in der Vorwärtsrichtung die Steuerstufen passiv aktiviert werden, dann aktiv für das Umschalten zur Rückwärtsrichtung ein Steuersignal bereitgestellt wird, und schließlich passiv in der Rückwärtsrichtung die Steuerstufen aktiviert, oder beispielsweise indem in der Vorwärtsrichtung die Steuerstufen aktiv aktiviert werden, dann passiv für das Umschalten zur Rückwärtsrichtung ein Steuersignal bereitgestellt wird, und schließlich aktiv in der Rückwärtsrichtung die Steuerstufen aktiviert werden.
Für die Datenein-/ausgabe kann mittels des Bereitstellens des zweiten Steuersignals eine Stromstärke des Stroms erhöht werden.
Anders ausgedrückt können die Steuerelemente 224 möglicherweise, insbesondere in den höheren Steuerstufen, mittels des ersten Steuersignals nicht vollständig durchlässig für den Strom für die Datenein-/ausgabe geschaltet werden, sondern lediglich teildurchlässig. Beispielsweise kann ein Teil des maximal treibbaren Stroms, der nach einem Bereitstellen nur des ersten Steuersignals bereitgestellt wird, zwischen 30% und 80% betragen. Dabei kann der höchste Anteil bei der niedrigsten Steuerstufe erzielbar sein, der niedrigste Anteil bei der höchsten Steuerstufe.
Eine Ursache dafür können parasitische Kapazitäten sein, welche das erste Steuersignal, welches jeweils von Steuerelementen 224 einer Steuerstufe an die Steuerelemente 224 der nachfolgenden Steuerstufe übertragen wird, abschwächen können, so dass das erste Steuersignal beispielsweise bereits nach der ersten Steuerstufe zu schwach sein kann, um die Steuerelemente 224 der nachfolgenden Steuerstufe in einen Zustand minimal erreichbaren Widerstands zu schalten.
Für das Schalten der Steuerelemente 224 (zumindest für das mindestens eine Steuerelement 224_1 der ersten Steuerstufe in der ersten Richtung und die Steuerelemente 224_m der letzten Steuerstufe in Rückwärtsrichtung - die nachfolgenden Steuerelemente 224 können jeweils von den Steuerelementen 224 der vorausgehenden Steuerstufen geschaltet werden) kann als Teil des Steuerschaltkreises 200 mindestens ein Vorschaltkreis 222 bereitgestellt sein. Dieser kann einen A-Teil 222A aufweisen für das Schalten der Steuerelemente 224 in Vorwärtsrichtung, und einen B-Teil 222B für das Schalten der Steuerelemente 224 in Rückwärtsrichtung.
In 5 ist der Vorschaltkreis detaillierter dargestellt. Für jede der drei dort dargestellten Instanzen (die in verschiedenen Ausführungsbeispielen als CMOS aufgebaut sein kann, d.h. eine Steuerelementanordnung 224P basierend auf PMOS-Transistoren und einer zusätzlichen Steuerelementanordnung 224N basierend auf NMOS-Transistoren, siehe dazu auch 3A und 3B) können jeweils zwei Vorschaltkreisteile 222A/B bereitgestellt sein, nämlich ein Vorschaltkreisteil 222A/B für die NMOS-Steuerelementanordnung 224N und ein zusätzlicher Vorschaltkreisteil 222A/B für die PMOS-Steuerelementanordnung 224P, so dass der Vorschaltkreis 222 insgesamt sechs (zwei mal drei) der unten in 5 dargestellten Vorschaltkreisteile 222A/B aufweisen kann.
Bei einer anderen Anzahl von Instanzen oder einem Bereitstellen nur als PMOS- oder nur als NMOS-Schaltkreis kann die Anzahl der Vorschaltkreisteile 222A/B entsprechend geändert sein.
Ein nach der letzten Steuerstufe bereitgestelltes erstes Steuersignal kann trotz der parasitischen Kapazitäten noch ausreichend stark sein, um das zweite Steuersignal bereitstellen zu lassen, beispielsweise es mittels eines zusätzlichen Transistors zu schalten und den Steuerelementen 224_m der letzten Steuerstufe zuführen zu lassen.
Beim sequenziellen Schalten der Steuerelemente 224 in den Steuerstufen kann das zweite Steuersignal ebenfalls infolge parasitischer Kapazitäten abgeschwächt werden. In verschiedenen Ausführungsbeispielen können das erste Schaltsignal und das zweite Schaltsignal allerdings so eingerichtet sein, dass mittels der Kombination von erstem Schaltsignal und zweitem Schaltsignal an einem Steuerelement 224 ein Zustand minimal erreichbaren Widerstands geschaltet werden kann.
Da eine vergleichsweise geringe Anzahl von Steuerelementen 224_1 mit der ersten Steuerstufe geschaltet wird, und eine vergleichsweise hohe Anzahl von Steuerelementen 224_m mit der letzten Steuerstufe, und die hohe Anzahl beim „Rückwärtsdurchgang“ als erstes auf maximale Durchlässigkeit geschaltet wird, und erst danach ggf. die geringe Anzahl mit der ersten Steuerstufe, kann damit das langsame, gleichmäßige Erhöhen des bereitgestellten Stroms zu Anfang und kurz vor Erreichen des Maximalstroms in Verbindung mit einem boostartig, d.h. schnell und stark, ansteigenden Strom ungefähr mittig zwischen den Extremwerten erzielt werden.
Wie in 5 ferner dargestellt ist, kann der Steuerschaltkreis 200 eine Mehrzahl von Steuerelementanordnungen (Instanzen) aufweisen. Die Instanzen können, wie in 4 dargestellt und in 6 anhand einer Simulation veranschaulicht, unterschiedliche Eigenschaften haben, wie der gesteuerte Strom getrieben wird, beispielsweise hinsichtlich einer Geschwindigkeit und hinsichtlich eines erreichten Maximalstroms, was dadurch erzielt werden kann, dass die Anzahl der Steuerelemente 224 sich im Vergleich von einer Instanz mit einer anderen Instanz jeweils in mindestens einer Steuerstufe unterscheidet.
Der Steuerschaltkreis 200 kann eingerichtet sein, jede der Instanzen individuell zu schalten. Das heißt, dass beispielsweise alle Instanzen gemeinsam parallel geschaltet werden können, nur eine der Instanzen oder eine Teilmenge der Instanzen.
Für einen Maximalstrom, also das schnellste Umschalten, können alle Instanzen gemeinsam aktiviert werden. Im Ausführungsbeispiel kann der maximale Strom die Summe der maximalen Ströme der einzelnen Instanzen 1 bis 3 bilden, d.h. beim in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel kann ein Maximalstrom von 31 mA + 17 mA + 6 mA = 54 mA bereitgestellt werden.
Das summierte Signal gemäß einer Simulation des Ausführungsbeispiels aus 4 ist in 6 zusammen mit den Einzelsignalen dargestellt. Zum Vergleich ist dort auch ein Signal gemäß einem Stand der Technik gezeigt, einmal leicht horizontal versetzt. Der zeitliche Versatz ergibt sich für denselben Schaltzeitpunkt (bei etwa 101,5 ns) beim Steuerschaltkreis 200 und dem Steuerschaltkreis gemäß dem Stand der Technik, denn durch das Zusammenschalten der Doppelfingertransistoren der drei Haupttreibertransistoren einer Dateneingabe/ausgabe-Einheit (siehe 4) erzeugt der Steuerschaltkreis 200 eine zeitliche Verzögerung (im vorliegenden Beispiel von etwa 500ps). Zum besseren Vergleich ist das Stand-der-Technik-Signal noch einmal mit demselben Fußpunkt wie das Summensignal gemäß dem im Zusammenhang mit 4 erläuterten Ausführungsbeispiel dargestellt, so dass erkennbar ist, dass das summierte Signal anfangs langsamer ansteigt als das Signal gemäß dem Stand der Technik, beide jedoch ungefähr zeitgleich ihr Maximum erreichen, was bei verschiedenen Ausführungsbeispielen mittels des Boostes ungefähr mittig zwischen dem Minimalstrom und dem Maximalstrom erreicht wird.
Der Vergleich in 6 zwischen der „angepassten“ (auf t=0, hier t=101,5ns) Stromsignalkurve gemäß dem Stand der Technik (gestrichelt) und der Summenkurve der Instanzen 1 bis 3 (durchgezogen) veranschaulicht, dass beim Einschalten eine Verzögerung (von in diesem Fall etwa 300 ps) entsteht, die aber mit dem Einschalten des Boosters komplett wieder aufgeholt wird. Zusätzlich bleibt der Stromhöchstwert der des Schaltkreises 200 gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen etwa 10% unter dem Wert des Stands der Technik.
Durch die gezielte Stromeinstellung beim Umschalten (Sinusanstieg) ergibt sich kein Nachteil bei der Umschaltverzögerung. Die Umschaltzeit wird nicht länger (Verhältnis Umschaltzeit zu High/Low Bit-timezeit), es ergibt sich nur eine Verschiebung um 500ps, welche im Datenprotokoll unkritisch ist, da sich die gesamte Periode verschiebt.
Ferner können in verschiedenen Ausführungsbeispielen, z.B. abhängig von einer Anwendung, für welche die Datenein-/ausgabe genutzt wird, eine oder mehrere der Instanzen geschaltet werden, während andere Instanzen ungenutzt bleiben. Damit kann eine große Flexibilität hinsichtlich des zu erzeugenden Datensignals erreicht werden.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann der Steuerschaltkreis 200 bei geringerer Flexibilität mit nur einer Steuerelementanordnung 224 (oder auch mit zweien) bereitgestellt sein.
Anschaulich beschrieben kann ein Steuern einer Datenein-/Ausgabe mittels eines Steuerschaltkreises 200, wie er beispielhaft in 3A bzw. 3B dargestellt ist (d.h. mit einem einzelnen Steuerelement in der ersten Steuerstufe 224_1, zwei Steuerelementen in der zweiten Steuerstufe 224_2, vier Steuerelementen in der dritten Steuerstufe 224_3, acht Steuerelementen in der vierten Steuerstufe 224_4 und sechzehn Steuerelementen in der fünften Steuerstufe224_5) wie im Folgenden ausgeführt ablaufen.
Dabei können die Gates, die Teile der Transistoren sind, welche die Steuerelemente 224 bilden, als RC-Elemente genutzt werden (d.h. der Gate-Widerstand und die Gate-Kapazität in Kombination mit Source-Drain) um einen langsamen Start für das Bereitstellen des Stroms für die Datenein-/ausgabe (mittels des einzelnen Transistors 224_11 in der ersten Steuerstufe) und eine nachfolgende lawinenartig erhöhte Geschwindigkeit (mittels der sechzehn parallel geschalteten Transistoren in der fünften Steuerstufe) abzubilden.
Dabei wird R_DSon (bzw. sein Kehrwert) mittels der Anzahl der angeschalteten Transistorfinger pro Zeiteinheit gestaltet.
Beim Anschalten wird der „Tannenbaum“ am schmalen Ende (also das Gate am einzelnen Transistor der ersten Steuerstufe) angeschaltet, während sich das breite Ende des „Tannenbaums“ (also die sechzehn Transistoren der fünften Schaltstufe) in einem Tristate-Zustand (z.B. mit keinem Potenzial verbunden) befinden können.
Nachdem das Gate-Potenzial langsam durch die Treibergates der 32 Transistoren in den fünf Steuerstufen hindurchbewegt und mittels Bereitstellens des Gate-Steuersignals an jeweiligen Gateeingängen der Transistoren die jeweiligen von den Gates gesteuerten Kanäle teildurchlässig geschaltet hat, werden die Gates der Transistoren in der fünften Steuerstufe schließlich auf dasselbe Potenzial geschaltet wie das Gate des Transistors in der ersten Steuerstufe, nämlich indem ein zweites Steuersignal zusätzlich an einem zweiten Gateeingang der jeweiligen Gates bereitgestellt wird.
Anders ausgedrückt wird der „Tannenbaum“ zusätzlich vom breiten Ende her angeschaltet. Das kann am Punkt 3, der in 1B veranschaulicht ist, erfolgen. Dabei kann das zusätzliche Schalten vom breiten Ende her um :

1. eine Zeitkonstante verzögert (in Bezug auf das verwendete Transistormodell) erfolgen (Delaysteuerung)
2. oder mittels eines Ausgabelevel-Spannungs-Rückgabeschaltkreises (welcher einen Ausgabespannungs-Sättigungspunkt des Lastkondensators misst), in diesem Fall wird der Ausgangsspannungswert zwischen 50 und 66% gelesen und an diesem Punkt die zweite Seite des Tannenbaums (breite Basis der Tannenbaumstruktur der Einzelfingertransistoren des Hauptransistors) zusätzlich zum Spitze des Tannenbaums eingeschaltet.

Die teilgeladene Lastkapazität wird nun zügiger umgeladen, um die Umladeverzögerung beim Einschalten nun wieder aufzuholen.
Damit werden die Gesamtumschaltzeiten der Lastkapazität durch diese Boostschaltung ausgeglichen und nicht länger.
7 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern einer Datenein-/ausgabe gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen.
Das Verfahren kann ein Steuern einer Datenein-/ausgabe mittels einer Mehrzahl von Steuerstufen aufweisen, die zumindest eine erste Steuerstufe und eine letzte Steuerstufe aufweisen, wobei jede der Steuerstufen mindestens ein Steuerelement aufweist, wobei eine Anzahl von Steuerelementen der letzten Steuerstufe größer ist als eine Anzahl von Steuerelementen der ersten Steuerstufe, wobei das Verfahren ein Bereitstellen eines ersten Steuersignals in einer Reihenfolge beginnend bei der ersten Steuerstufe und endend bei der letzten Steuerstufe an den jeweiligen Steuerelemente, zum Bereitstellen eines Stroms für die Datenein-/ausgabe (710) und ein anschließendes Bereitstellen eines zweiten Steuersignals in einer umgekehrten Reihenfolge an die Steuerelemente zumindest der letzten Steuerstufe, wobei eine Stromstärke des für die Datenein-/ausgabe bereitgestellten Stroms mittels des Bereitstellens des zusätzlichen Steuersignals erhöht wird (720).
Im Folgenden werden zusammenfassend einige Ausführungsbeispiele angegeben.
Ausführungsbeispiel 1 ist ein Steuerschaltkreis zum Steuern einer Datenein-/ausgabe wird bereitgestellt. Der Steuerschaltkreis kann eine Mehrzahl von Steuerstufen aufweisen, die zumindest eine erste Steuerstufe und eine letzte Steuerstufe aufweisen, wobei jede der Steuerstufen mindestens ein Steuerelement aufweist, wobei eine Anzahl von Steuerelementen der letzten Steuerstufe größer ist als eine Anzahl von Steuerelementen der ersten Steuerstufe, wobei jedes der Steuerelemente eingerichtet ist, ein erstes Steuersignal und ein zweites Steuersignal zu empfangen und in Abhängigkeit vom ersten Steuersignal und vom zweiten Steuersignal einen Strom für die Datenein-/ausgabe zu steuern, und wobei der Steuerschaltkreis eingerichtet ist, in einer Reihenfolge beginnend bei der ersten Steuerstufe und endend bei der letzten Steuerstufe den jeweiligen Steuerelementen das erste Steuersignal bereitzustellen, und danach zumindest der letzten Steuerstufe in einer umgekehrten Reihenfolge den Steuerstufen das zweite Steuersignal bereitzustellen, wobei eine Stromstärke des Stroms für die Datenein-/ausgabe mittels des Bereitstellens des zweiten Steuersignals erhöht wird.
Ausführungsbeispiel 2 ist ein Steuerschaltkreis gemäß Ausführungsbeispiel 1, wobei jedes der Steuerelemente mindestens einen Transistor aufweist.
Ausführungsbeispiel 3 ist ein Steuerschaltkreis gemäß Ausführungsbeispiel 1 oder 2, wobei das erste Steuersignal an einem ersten Gateanschluss eines jeweiligen Gates bereitgestellt wird.
Ausführungsbeispiel 4 ist ein Steuerschaltkreis gemäß Ausführungsbeispiel 3, wobei das zweite Steuersignal jeweils an einem zweiten Gateanschluss desselben Gates bereitgestellt wird.
Ausführungsbeispiel 5 ist ein Steuerschaltkreis gemäß Ausführungsbeispiel 4, wobei die ersten Gateanschlüsse jeweils auf einer ersten Seite eines vom Gate geschalteten Kanals angeordnet sind und die zweiten Gateanschlüsse jeweils auf einer zweiten Seite des Kanals, welche der ersten Seite gegenüberliegt, angeordnet sind.
Ausführungsbeispiel 6 ist ein Steuerschaltkreis gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 5, wobei jedes der Steuerelemente als CMOS-Element gebildet ist.
Ausführungsbeispiel 7 ist ein Steuerschaltkreis gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 6, welcher ferner eingerichtet ist, mittels des ersten Steuererungssignals an den Steuerelementen der letzten Steuerstufe das zweite Steuersignal zu schalten.
Ausführungsbeispiel 8 ist ein Steuerschaltkreis gemäß Ausführungsbeispiel 7, welcher ferner mindestens einen zusätzlichen Transistor aufweist, der eingerichtet ist, das zweite Steuersignal zu schalten.
Ausführungsbeispiel 9 ist ein Steuerschaltkreis gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 8, wobei jedes der Steuerelemente eingerichtet ist, bei einem Bereitstellen nur des ersten Steuersignals nur einen Teil des maximal vom Steuerelement für die Datenein-/ausgabe bereitstellbaren Stroms bereitzustellen.
Ausführungsbeispiel 10 ist ein Steuerschaltkreis gemäß Ausführungsbeispiel 9, wobei der Teil zwischen 30% und 80% beträgt.
Ausführungsbeispiel 11 ist ein Steuerschaltkreis gemäß Ausführungsbeispiel 9 oder 10, wobei der Teil in der Reihenfolge der Steuerstufen abnimmt.
Ausführungsbeispiel 12 ist ein Steuerschaltkreis gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 11, wobei jedes der Steuerelemente eingerichtet ist, bei einem Bereitstellen sowohl des ersten Steuersignals als auch des zweiten Steuersignals am Steuerelement den maximal vom Steuerelement bereitstellbaren Stroms für die Datenein-/ausgabe bereitzustellen.
Ausführungsbeispiel 13 ist ein Steuerschaltkreis gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 12, welcher ferner eine zusätzliche Mehrzahl von Steuerstufen aufweist, die wie die Mehrzahl von Steuerstufen gebildet ist, abgesehen davon, dass die Anzahl der Steuerelemente in mindestens einer Steuerstufe der Mehrzahl von Steuerstufen sich von der Anzahl der Steuerelemente in der entsprechenden Steuerstufe der zusätzlichen Mehrzahl von Steuerstufen unterscheidet, wobei die zusätzliche Mehrzahl von Steuerstufen parallel zu der Mehrzahl von Steuerstufen geschaltet ist.
Ausführungsbeispiel 14 ist ein Steuerschaltkreis gemäß Ausführungsbeispiel 13, welcher ferner einen Vortreiberschaltkreis aufweist, welcher eingerichtet ist, die Mehrzahl von Steuerstufen und/oder die zusätzliche Mehrzahl von Steuerstufen in einen schaltbaren Zustand zu schalten.
Ausführungsbeispiel 15 ist ein Steuerschaltkreis gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 14, welcher ferner ein Datenein-/ausgabepad oder ein Kontaktlos-Datenein-/ausgabelement aufweist, an welchem der Strom bereitgestellt wird.
Ausführungsbeispiel 16 ist ein Verfahren zum Steuern einer Datenein-/ausgabe mittels einer Mehrzahl von Steuerstufen, die zumindest eine erste Steuerstufe und eine letzte Steuerstufe aufweist, wobei jede der Steuerstufen mindestens ein Steuerelement aufweist, wobei eine Anzahl von Steuerelementen der letzten Steuerstufe größer ist als eine Anzahl von Steuerelementen der ersten Steuerstufe, wobei das Verfahren ein Bereitstellen eines ersten Steuersignals in einer Reihenfolge beginnend bei der ersten Steuerstufe und endend bei der letzten Steuerstufe an den jeweiligen Steuerelemente, zum Bereitstellen eines Stroms für die Datenein-/ausgabe und ein anschließendes Bereitstellen eines zweiten Steuersignals in einer umgekehrten Reihenfolge an die Steuerelemente zumindest der letzten Steuerstufe aufweist, wobei eine Stromstärke des für die Datenein-/ausgabe bereitgestellten Stroms mittels des Bereitstellens des zusätzlichen Steuersignals erhöht wird.
Ausführungsbeispiel 17 ist ein Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel 16, wobei jedes der Steuerelemente mindestens einen Transistor aufweist.
Ausführungsbeispiel 18 ist ein Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel 16 oder 17, wobei das erste Steuersignal an einem ersten Gateanschluss eines jeweiligen Gates bereitgestellt wird.
Ausführungsbeispiel 19 ist ein Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel 18, wobei das zweite Steuersignal jeweils an einem zweiten Gateanschluss desselben Gates bereitgestellt wird.
Ausführungsbeispiel 20 ist ein Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel 19, wobei die ersten Gateanschlüsse jeweils auf einer ersten Seite eines vom Gate geschalteten Kanals angeordnet sind und die zweiten Gateanschlüsse jeweils auf einer auf einer zweiten Seite des Kanals, welche der ersten Seite gegenüberliegt, angeordnet sind.
Ausführungsbeispiel 21 ist ein Verfahren gemäß einem der Ausführungsbeispiele 16 bis 20, wobei jedes der Steuerelemente als CMOS-Element gebildet ist.
Ausführungsbeispiel 22 ist ein Verfahren gemäß einem der Ausführungsbeispiele 16 bis 21, ferner aufweisend: Schalten des zweiten Steuersignals mittels des an den Steuerelementen der letzten Steuerstufe bereitgestellten ersten Steuersignals.
Ausführungsbeispiel 23 ist ein Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel 22, wobei der Steuerschaltkreis ferner mindestens einen zusätzlichen Transistor aufweist, das Verfahren aufweisend:

Schalten des zweiten Steuersignals mittels des Transistors. Ausführungsbeispiel 24 ist ein Verfahren gemäß einem der Ausführungsbeispiele 16 bis 23, welches ferner ein Bereitstellen nur eines Teils des maximal vom Steuerelement für die Datenein-/ausgabe bereitstellbaren Stroms bei einem Bereitstellen nur des ersten Steuersignals aufweist.

Ausführungsbeispiel 25 ist ein Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel 24, wobei der Teil zwischen 30% und 80% beträgt.
Ausführungsbeispiel 26 ist ein Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel 24 oder 25, wobei der Teil in der Reihenfolge der Steuerstufen abnimmt.
Ausführungsbeispiel 27 ist ein Verfahren gemäß einem der Ausführungsbeispiele 16 bis 26, welches ferner ein Bereitstellen des maximal für die Datenein-/ausgabe vom Steuerelement bereitstellbaren Stroms bei einem Bereitstellen sowohl des ersten Steuersignals als auch des zweiten Steuersignals am Steuerelement aufweist.
Ausführungsbeispiel 28 ist ein Verfahren gemäß einem der Ausführungsbeispiele 16 bis 27, wobei der Steuerschaltkreis ferner eine zusätzliche Mehrzahl von Steuerstufen aufweist, die wie die Mehrzahl von Steuerstufen gebildet ist, abgesehen davon, dass die Anzahl der Steuerelemente in mindestens einer Steuerstufe der Mehrzahl von Steuerstufen sich von der Anzahl der Steuerelemente in der entsprechenden Steuerstufe der zusätzlichen Mehrzahl von Steuerstufen unterscheidet, wobei die zusätzliche Mehrzahl von Steuerstufen parallel zu der Mehrzahl von Steuerstufen geschaltet ist.
Ausführungsbeispiel 29 ist ein Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel 28, welches ferner ein Schalten der Mehrzahl von Steuerstufen und/oder der zusätzlichen Mehrzahl von Steuerstufen in einen schaltbaren Zustand aufweist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung ergeben sich aus der Beschreibung des Verfahrens und umgekehrt.

Claims

Steuerschaltkreis zum Steuern einer Datenein-/ausgabe, aufweisend: • eine Mehrzahl von Steuerstufen, die zumindest eine erste Steuerstufe und eine letzte Steuerstufe aufweisen, wobei jede der Steuerstufen mindestens ein Steuerelement aufweist; • wobei eine Anzahl von Steuerelementen der letzten Steuerstufe größer ist als eine Anzahl von Steuerelementen der ersten Steuerstufe; • wobei jedes der Steuerelemente eingerichtet ist, ein erstes Steuersignal und ein zweites Steuersignal zu empfangen und in Abhängigkeit vom ersten Steuersignal und vom zweiten Steuersignal einen Strom für die Datenein-/ausgabe zu steuern; • wobei der Steuerschaltkreis eingerichtet ist, in einer Reihenfolge beginnend bei der ersten Steuerstufe und endend bei der letzten Steuerstufe den jeweiligen Steuerelementen das erste Steuersignal bereitzustellen, und danach zumindest der letzten Steuerstufe in einer umgekehrten Reihenfolge den Steuerstufen das zweite Steuersignal bereitzustellen, wobei eine Stromstärke des Stroms für die Datenein-/ausgabe mittels des Bereitstellens des zweiten Steuersignals erhöht wird.
Steuerschaltkreis gemäß Anspruch 1, wobei jedes der Steuerelemente mindestens einen Transistor aufweist.
Steuerschaltkreis gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das erste Steuersignal an einem ersten Gateanschluss eines jeweiligen Gates bereitgestellt wird.
Steuerschaltkreis gemäß Anspruch 3, wobei das zweite Steuersignal jeweils an einem zweiten Gateanschluss desselben Gates bereitgestellt wird.
Steuerschaltkreis gemäß Anspruch 4, wobei die ersten Gateanschlüsse jeweils auf einer ersten Seite eines vom Gate geschalteten Kanals angeordnet sind und die zweiten Gateanschlüsse jeweils auf einer zweiten Seite des Kanals, welche der ersten Seite gegenüberliegt, angeordnet sind.
Steuerschaltkreis gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei jedes der Steuerelemente als CMOS-Element gebildet ist.
Steuerschaltkreis gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner eingerichtet, mittels des ersten Steuererungssignals an den Steuerelementen der letzten Steuerstufe das zweite Steuersignal zu schalten.
Steuerschaltkreis gemäß Anspruch 7, ferner aufweisend: mindestens einen zusätzlichen Transistor, der eingerichtet ist, das zweite Steuersignal zu schalten.
Steuerschaltkreis gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei jedes der Steuerelemente eingerichtet ist, bei einem Bereitstellen nur des ersten Steuersignals nur einen Teil des maximal vom Steuerelement für die Datenein-/ausgabe bereitstellbaren Stroms bereitzustellen.
Steuerschaltkreis gemäß Anspruch 9, wobei der Teil zwischen 30% und 80% beträgt.
Steuerschaltkreis gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei der Teil in der Reihenfolge der Steuerstufen abnimmt.
Steuerschaltkreis gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei jedes der Steuerelemente eingerichtet ist, bei einem Bereitstellen sowohl des ersten Steuersignals als auch des zweiten Steuersignals am Steuerelement den maximal vom Steuerelement bereitstellbaren Stroms für die Datenein-/ausgabe bereitzustellen.
Steuerschaltkreis gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12, ferner aufweisend: eine zusätzliche Mehrzahl von Steuerstufen, die wie die Mehrzahl von Steuerstufen gebildet ist, abgesehen davon, dass die Anzahl der Steuerelemente in mindestens einer Steuerstufe der Mehrzahl von Steuerstufen sich von der Anzahl der Steuerelemente in der entsprechenden Steuerstufe der zusätzlichen Mehrzahl von Steuerstufen unterscheidet, wobei die zusätzliche Mehrzahl von Steuerstufen parallel zu der Mehrzahl von Steuerstufen geschaltet ist.
Steuerschaltkreis gemäß Anspruch 13, ferner aufweisend: einen Vortreiberschaltkreis, eingerichtet, die Mehrzahl von Steuerstufen und/oder die zusätzliche Mehrzahl von Steuerstufen in einen schaltbaren Zustand zu schalten.
Steuerschaltkreis gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, ferner aufweisend: ein Datenein-/ausgabepad oder ein Kontaktlos-Datenein-/ausgabelement, an welchem der Strom bereitgestellt wird.
Steuerschaltkreis gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das Bereitstellen des ersten Steuersignals mittels kapazitiver Kopplung erfolgt.
Verfahren zum Steuern einer Datenein-/ausgabe mittels einer Mehrzahl von Steuerstufen, die zumindest eine erste Steuerstufe und eine letzte Steuerstufe aufweist, wobei jede der Steuerstufen mindestens ein Steuerelement aufweist, wobei eine Anzahl von Steuerelementen der letzten Steuerstufe größer ist als eine Anzahl von Steuerelementen der ersten Steuerstufe, das Verfahren aufweisend: • Bereitstellen eines ersten Steuersignals in einer Reihenfolge beginnend bei der ersten Steuerstufe und endend bei der letzten Steuerstufe an den jeweiligen Steuerelemente, zum Bereitstellen eines Stroms für die Datenein-/ausgabe; und • anschließendes Bereitstellen eines zweiten Steuersignals in einer umgekehrten Reihenfolge an die Steuerelemente zumindest der letzten Steuerstufe, wobei eine Stromstärke des für die Datenein-/ausgabe bereitgestellten Stroms mittels des Bereitstellens des zusätzlichen Steuersignals erhöht wird.
Verfahren gemäß Anspruch 17, wobei jedes der Steuerelemente mindestens einen Transistor aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 17 oder 18, wobei das erste Steuersignal an einem ersten Gateanschluss eines jeweiligen Gates bereitgestellt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 19, wobei das zweite Steuersignal jeweils an einem zweiten Gateanschluss desselben Gates bereitgestellt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 20, wobei die ersten Gateanschlüsse jeweils auf einer ersten Seite eines vom Gate geschalteten Kanals angeordnet sind und die zweiten Gateanschlüsse jeweils auf einer auf einer zweiten Seite des Kanals, welche der ersten Seite gegenüberliegt, angeordnet sind.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 21, wobei jedes der Steuerelemente als CMOS-Element gebildet ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 16 bis 21, ferner aufweisend: Schalten des zweiten Steuersignals mittels des an den Steuerelementen der letzten Steuerstufe bereitgestellten ersten Steuersignals.
Verfahren gemäß Anspruch 23, wobei der Steuerschaltkreis ferner mindestens einen zusätzlichen Transistor aufweist, das Verfahren aufweisend: Schalten des zweiten Steuersignals mittels des Transistors.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 24, ferner aufweisend: Bereitstellen nur eines Teils des maximal vom Steuerelement für die Datenein-/ausgabe bereitstellbaren Stroms bei einem Bereitstellen nur des ersten Steuersignals.
Verfahren gemäß Anspruch 25, wobei der Teil zwischen 30% und 80% beträgt.
Verfahren gemäß Anspruch 25 oder 26, wobei der Teil in der Reihenfolge der Steuerstufen abnimmt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 27, ferner aufweisend: Bereitstellen des maximal für die Datenein-/ausgabe vom Steuerelement bereitstellbaren Stroms bei einem Bereitstellen sowohl des ersten Steuersignals als auch des zweiten Steuersignals am Steuerelement.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 17 bis 28, wobei der Steuerschaltkreis ferner eine zusätzliche Mehrzahl von Steuerstufen aufweist, die wie die Mehrzahl von Steuerstufen gebildet ist, abgesehen davon, dass die Anzahl der Steuerelemente in mindestens einer Steuerstufe der Mehrzahl von Steuerstufen sich von der Anzahl der Steuerelemente in der entsprechenden Steuerstufe der zusätzlichen Mehrzahl von Steuerstufen unterscheidet, wobei die zusätzliche Mehrzahl von Steuerstufen parallel zu der Mehrzahl von Steuerstufen geschaltet ist.
Verfahren gemäß Anspruch 29, ferner aufweisend: Schalten der Mehrzahl von Steuerstufen und/oder der zusätzlichen Mehrzahl von Steuerstufen in einen schaltbaren Zustand.
Steuerschaltkreis gemäß einem der Ansprüche 17 bis 30, wobei das Bereitstellen des ersten Steuersignals mittels kapazitiver Kopplung erfolgt.