DE10213515A1

DE10213515A1 - Vorrichtung zur Erzeugung einer Versorgungsspannung mit einem Shuntregler

Info

Publication number: DE10213515A1
Application number: DE2002113515
Authority: DE
Inventors: Mario Motz
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2002-03-26
Filing date: 2002-03-26
Publication date: 2003-12-18
Anticipated expiration: 2022-03-27
Also published as: DE10213515B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung einer internen Versorgungsspannung (VDDint) mit einem Shuntregler (10, 12, 16). Die Vorrichtung zeichnet sich durch eine zweite hoch verstärkende Stufe (14), die dem Shuntregler (10, 12, 16) nachgeschaltet ist, und durch eine dritte Stufe aus, die einen Transistor (28) umfasst, der die Versorgungsspannung (VDDint) regelt, und von der zweiten Stufe angesteuert wird. Die zweite und dritte Stufe bewirken, dass der Shuntstrom von der Last abgekoppelt und daher relativ unabhängig von dieser geregelt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Versorgungsspannung mit einem Shuntregler gemäß Anspruch 1.
Shuntregler werden beispielsweise in linearen Spannungsreglern zur Erzeugung einer geregelten Versorgungsspannung eingesetzt. Ein Shuntregler dient dazu, einen überschüssigen Strom von einer Stromquelle gegen Masse abzuleiten. Als Regelelemente werden überwiegend Transistoren eingesetzt, die von einem Verstärker angesteuert werden, der die zu regelnde Versorgungsspannung mit einer Referenzspannung vergleicht und davon abhängig die Transistoren steuert. Zur Erzeugung der Referenzspannung wird in der Regel eine Bandgapschaltung eingesetzt, die von der zu regelnden Versorgungsspannung gespeist wird.
Um aus einer hohen externen Versorgungsspannung eine niedrige, geregelte Versorgungsspannung zu erzeugen, werden meistens so genannte zweitstufige Bandgap-Regler eingesetzt. Derartige Regler weisen eine erste Stufe auf, die ein Regelsignal zum Einstellen einer zweiten Stufe erzeugt. Die zweite Stufe ist hierbei mit der externen, ungeregelten Versorgungsspannung verbunden. Die zweite Stufe kann auch durch einen Shuntregler gegen Masse gebildet sein. Es ist auch bekannt, als zweite Stufe einen Emitter- oder Source- Folger einzusetzen.
Fig. 5 zeigt einen derartigen zweistufigen Bandgap- Regler, bei dem als zweite Stufe ein als Emitter-Folger geschalteter npn-Bipolartransistor 40 eingesetzt ist. Der Kollektor des Transistors 40 ist mit einer externen, ungeregelten Versorgungsspannung VDDext verbunden.
Emitterseitig ist der Transistor 40 mit einer Last 24 verbunden. Zur Ansteuerung der Basis des Transistors 40 ist ein Verstärker 12 vorgesehen, der eingangsseitig mit einer Bandgapschaltung 10 beschaltet ist. Während der Verstärker 12 von der externen, ungeregelten Versorgungsspannung VDDext versorgt wird, wird die Bandgapschaltung 10 von einer internen, geregelten Versorgungsspannung VDDint gespeist, die im wesentlichen über den Transistor 40 eingestellt wird. Bandgapschaltung 10 und Verstärker 12 bilden die erste Stufe dieses zweistufigen Bandgap-Reglers. Ein Kondensator C1 (Bezugszeichen 18) liegt am Ausgang des Verstärkers 12 gegen Masse. Er dient der einfachen, robusten und EMG-festen dynamischen Kompensation. Dieser Regler hat jedoch den gravierenden Nachteil, dass in der Ausgangsstufe ein hoher Spannungsabfall von mindestens einer Basis-Emitterspannung stattfindet. Demnach ist die Höhe der internen, geregelten Versorgungsspannung VDDint auf ungefähr VDDext-0.8V begrenzt.
In Fig. 6 ist ein weiterer zweistufiger Bandgap-Regler dargestellt, der im Unterschied zu dem in Fig. 5 gezeigten Regler anstelle des Transistors 40 eine Stromquelle 42 sowie einen als Shuntregler geschalteten pnp-Bipolartransistors 44 aufweist. Der Transistor 44 wird vom Verstärker 12 angesteuert. Seine Laststrecke ist zwischen die interne, geregelte Versorgungsspannung VDDint und Masse geschaltet. Über den Transistor 44 wird überschüssiger Strom von der Stromquelle 42 gegen Masse abgeleitet. Nachteilig an diesem Bandgap-Regler ist ein permanenter hoher Konstantstrom, aufgrund dessen der Eigenstromverbrauch insbesondere bei niedrigen Lastströmen relativ hoch ist. Ferner ist der Laststrom durch den eingestellten Konstantstrom begrenzt; er kann nämlich nur kleiner als dieser sein. Schließlich entspricht die Regelgenauigkeit nur der eines einstufigen Operationsverstärkers, da die Verstärkung der zweiten Stufe, die im wesentlichen durch den Transistor 44 gebildet ist, etwas geringer als 1 ist.
Von Vorteil ist bei den beiden oben erläuterten Reglern allerdings, dass die dynamischen Stabilitätsanforderungen unkompliziert und robust zu erfüllen sind. Dies liegt insbesondere an der durch den Kondensator 18 gebildeten Kapazität am Ausgang der ersten Stufe.
Um Regelabweichungen zu verringern, sind zweistufige Regelverstärker vorgeschlagen worden, in denen die Verstärkung der zweiten Stufe sehr viel höher als 1 ist. Diese Regelverstärker bzw. Regler sind jedoch noch komplizierter dynamisch zu kompensieren, was um so mehr gilt, wenn auch noch eine sehr gute Störsignalunterdrückung gefordert ist. Auch ist bei diesen Reglern in den meisten Fällen die Stromaufnahme der zweiten Stufe noch relativ hoch, da deren Grundstromaufnahme schon sehr hoch ist.
Weiterhin wurden mehrstufige Regler vorgeschlagen, die eine sehr gute Regelgenauigkeit aufweisen. Diese sind aber noch komplizierter als die vorher beschriebenen zweistufigen Regelverstärker mit einer sehr hohen Verstärkung in der zweiten Stufe zu stabilisieren und robust gegen Störsignale auszulegen. Ein Beispiel eines dreistufigen Reglers ist in dem Aufsatz "A Low-Power Differential CMOS Bandgap-Reference" T. L. Brooks, A. L. Westwick, IEEE-ISSCC 1994, Digest of Technical Papers, S. 248-249, angegeben. Dieser Regler regelt letztlich die Stromaufnahme in einem Shuntzweig. Allerdings ist der zu realisierende Kompromiss zwischen Stromaufnahme und Lastregelgeschwindigkeit nachteilig: Je größer das Stromspiegelverhältnis, desto kleiner zwar die Stromaufnahme, desto größer aber eine erforderliche Kompensationskapazität. Diese muss obendrein noch größer als gewöhnlich ausgelegt werden, da die parasitäre Polfrequenz im Ausgangsstromspiegel kleiner wird. Das jedoch führt wiederum zu langsamen Lastregelgeschwindigkeiten.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Versorgungsspannung mit einem Shuntregler vorzuschlagen, mit der einerseits die Versorgungsspannung stabil geregelt werden kann und die andererseits einen geringen Eigenstromverbrauch aufweist, einen großen Laststrombereich abdecken kann und unempfindlich gegenüber Störsignalen ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Versorgungsspannung mit einem Shuntregler mit den Merkmalen nach Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen, Ausgestaltungen und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.

Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, einen Shuntregler mit einer insbesondere hoch verstärkenden zweiten und dritten Stufe derart zu kombinieren, dass die Vorteile eines robusten Shuntreglers und der zweiten und dritten Stufe erhalten bleiben, ohne deren Nachteile zu haben. Dies betrifft insbesondere Stromaufnahme, Robustheit, insbesondere dynamische Stabilität unter allen möglichen Betriebszuständen, Spannungsabfall, Lastbereich, Störunterdrückung und/oder Lastregelgeschwindigkeit. Hierbei soll die Regelgenauigkeit der einer zwei- bis dreistufigen Verstärkeranordnung entsprechen. Eine derartige Vorrichtung kann vorteilhafterweise in Schaltkreisen eingesetzt werden, die mit einer insbesondere ungeregelten Versorgungsspannung gespeist werden und eine intern herabgesetzte und geregelte Versorgungsspannung mit hoher Stabilität und geringem Eigenstromverbrauch benötigen. Derartige Schaltkreise können beispielsweise in einer hoch integrierten Technologie ausgeführt sein, in der sich die erfindungsgemäße Vorrichtung besonders vorteilhaft implementieren lässt. Vorzugsweise soll ein geringer Spannungsabfall zwischen einer externen Betriebsspannung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und einer aus dieser erzeugten Versorgungsspannung vorliegen.

Konkret betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Versorgungsspannung mit einem Shuntregler. Die Vorrichtung zeichnet sich durch eine zweite hoch verstärkende Stufe, die dem Shuntregler nachgeschaltet ist, und eine dritte Stufe aus, die einen Transistor, der die Versorgungsspannung regelt, umfasst und die von der zweiten Stufe angesteuert wird. Die zweite und dritte Stufe bewirken, dass der Shuntstrom klein dimensioniert werden kann und von der Last abgekoppelt und daher relativ unabhängig von dieser geregelt werden kann. Durch die Regelung der Versorgungsspannung durch den einzelnen Transistor der dritten Stufe kann die Stromaufnahme der Vorrichtung und der Spannungsabfall zwischen einer externen Spannung, welche die Vorrichtung speist, und der erzeugten Versorgungsspannung verringert werden. Insbesondere ist die Stromaufnahme gegenüber einem Strom der Last in allen Betriebszuständen der Vorrichtung nur um einen Minimalbetrag größer. Hierdurch kann der Lastbereich sehr groß ausgelegt werden, während die Stromaufnahme nicht unnötig in einem oder anderen Betriebsfall erhöht ist. Eine hohe innere Stabilität kann durch eine Gegenkopplung der zweiten und dritten Stufe mit der Impedanz des Shuntreglers eine hohe innere Stabilität erreicht werden. Ebenso kann eine hohe Stabilität der zweiten und dritten Stufe durch ein entsprechend dimensioniertes Stellglied für den Transistor der dritten Stufe erzielt werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Regelgeschwindigkeit der durch die zweite und dritte Stufe gebildeten inneren Schleife hoch gewählt werden kann, da diese Schleife durch den Shuntregler überbrückt wird und so auf eine kleine Verstärkung von ca. 1 eingestellt ist, wodurch diese Schleife keine Eigenschwingungen erzeugen kann.

Der Shuntregler umfasst in einer bevorzugten Ausführungsform eine Bandgapschaltung, die von der Versorgungsspannung gespeist wird, einen ersten Verstärker zum Verstärken von Ausgangssignalen der Bandgapschaltung und einen als Source-Folger geschalteten Transistor, der vom Ausgangssignal des Verstärkers angesteuert wird und dessen Laststrecke zwischen die Versorgungsspannung und ein Bezugspotential geschaltet ist. Die Bandgapschaltung und der erste Verstärker erzeugen eine Spannung am Steueranschluss des Transistors, die durch laufende Messung der internen Versorgungsspannung geregelt wird. Über den Transistor können positive Abweichungen der internen Versorgungsspannung direkt ausgeregelt werden, da über seine Laststrecke "überschüssiger" Strom abgeleitet werden kann.

Zur einfachen, robusten, EMC-festen dynamischen Kompensation kann zwischen den Ausgang des ersten Verstärkers und ein Bezugspotential eine Kapazität geschaltet sein.

Die zweite Stufe umfasst in einer bevorzugten Ausführungsform einen zweiten Verstärker und mindestens einen Stromspiegel. Der zweite Verstärker steuert über mindestens einen Stromspiegel den Transistor der dritten Stufe an. Über den mindestens einen Stromspiegel kann ein Teil des Ausgangsstroms des ersten Verstärkers in mindestens einen Pfad gespiegelt werden und somit den Transistor der dritten Stufe beeinflussen.

In einer schaltungstechnisch sehr einfachen, derzeit bevorzugten Ausführungsform umfasst der zweite Verstärker einen als Source-Folger geschalteten Transistor.

Der zweite Verstärker steuert vorzugsweise einen ersten Stromspiegel an, der den Transistor über einen zweiten und dritten Stromspiegel parallel ansteuert; der zweite Stromspiegel wird ferner von einer Stromquelle angesteuert, die von der Versorgungsspannung gespeist wird. In diesem Fall sind zwei Pfade gebildet, in welche der Teil des Ausgangsstroms des ersten Verstärkers gespiegelt wird. Dies verdoppelt nahezu die Regelgeschwindigkeit der Vorrichtung.

Zwischen den ersten Stromspiegel und dem Steueranschluss des Transistors kann die Laststrecke eines zweiten Transistors geschaltet sein, der von der Versorgungsspannung angesteuert wird und dessen Emitter bzw. Drain über eine Kapazität mit der Versorgungsspannung gekoppelt ist. Dieser Transistor wirkt als Kaskode und verbessert wesentlich die Lastregelgeschwindigkeit der Vorrichtung.

Um die Wirkung der durch den zweiten Transistor gebildeten Kaskode sicher zu stellen, wird der zweite Transistor vorzugsweise über eine Tiefpassschaltung angesteuert.

Um eine hohe Verstärkungssteilheit zu erreichen, können der erste und/oder zweite Verstärker als Transkonduktanz- Verstärker ausgebildet sein. Transkonduktanz-Verstärker bilden eine Art Steilheitsstufe, die eine Eingangsspannung in einen Ausgangsstrom umsetzt. Hierdurch wird die Lastregelgeschwindigkeit erhöht. Da die erste und zweite Stufe im wesentlichen die innere Regelschleife bilden, kann deren Regelgeschwindigkeit durch den Einsatz von Transkonduktanz-Verstärkern höher gewählt werden, insbesondere da ein Pol aufgrund eines üblicherweise vorhandenen Ausgangsstromspiegels bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung nicht existiert. Transkonduktanz-Verstärker sind Spannungs-Stromverstärker und bieten ein genaues Verstärkungs-Bandbreite-Produkt und im wesentlichen eine rückkopplungsfreie Verstärkung, so dass sie hier besonders vorteilhaft eingesetzt werden können.

Vorzugsweise ist der Transistor der dritten Stufe derart ausgebildet, dass seine Eingangskapazität die durch die zweite und dritte Stufe gebildete inneren Schleife der Vorrichtung kompensiert. Hierdurch können ansonsten erforderliche Kompensationskapazitäten eingespart werden.

Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Automobil- und/oder Sensorschaltkreis eingesetzt, da bei derartigen Schaltkreisen die Vorteile der Erfindung in der Regel typische Anforderungen sind.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren der Zeichnung näher dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung einer Versorgungsspannung;
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung einer Versorgungsspannung;
Fig. 3A ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung einer Versorgungsspannung;
Fig. 3B ein Ausführungsbeispiel einer Bandgapschaltung zum Einsatz in der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 4 ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Erzeugung einer Versorgungsspannung;
Fig. 5 einen Bandgap-Regler mit einem Emitter-Folger nach dem Stand der Technik; und
Fig. 6 einen Bandgap-Regler mit einem Shuntregler nach dem Stand der Technik.
Im folgenden werden gleich und insbesondere funktional gleiche Elemente mit den selben Bezugsziffern bezeichnet. Zur Beschreibung der Fig. 5 und Fig. 6 wird auf die Beschreibungseinleitung verwiesen.
Die in Fig. 1 gezeigte elektronische Schaltung dient zur Erzeugung einer geregelten Versorgungsspannung VDDint aus einer externen, insbesondere ungeregelten Versorgungsspannung VDDext. Zwischen die Versorgungsspannung VDDext und die interne Versorgungsspannung VDDint ist die Laststrecke eines pnp-Bipolartransistors 28 geschaltet. Der Transistor 28 wirkt als dritte Stufe im Sinne der Erfindung mit einer Steilheit gm3. Die Steilheit gm sei durch di/dV definiert, also als das Verhältnis einer Stromänderung zu einer Spannungsänderung. Mit dem Kollektor des Transistors 28 ist eine Last 24 verbunden, die mit einem Ausgangstrom des Transistors 28 gespeist wird.
Zur Ansteuerung des Transistors 28 sind eine erste und zweite Stufe der elektronischen Schaltung vorgesehen. Die erste Stufe wird im wesentlichen durch eine Bandgapschaltung 10, einen ersten Transkonduktanz-Verstärker 12 und einen als Shuntregler geschalteten p-Kanal-MOSFET 16 gebildet. Die Bandgapschaltung 10 und der erste Transkonduktanz-Verstärker 12 werden von der Versorgungsspannung VDDint gespeist. Der Transkonduktanz-Verstärker 12 verstärkt Ausgangsströme der Bandgapschaltung 10 und erzeugt daraus eine Spannung, die am Gate des p-Kanal-MOSFETs 16 anliegt. Die Laststrecke des MOSFETs 16 ist zwischen die Versorgungsspannung VDDint und Masse geschaltet. Der MOSFET 16 wirkt somit für die Versorgungsspannung VDDint als Shuntregler. Durch ihn können positive Abweichungen der geregelten Versorgungsspannung VDDint direkt ausgeregelt werden, da über seine Laststrecke überschüssiger Strom gegen Masse abgeleitet werden kann.
Ein Teil eines Ausgangsstroms des ersten Verstärkers 12 wird über einen zweiten Transkonduktanz-Verstärker 14 über einen Stromspiegel 20 nach Masse abgeleitet. Der zweite Transkonduktanz-Verstärker 14 und der Stromspiegel 20 bilden im wesentlichen die zweite Stufe im Sinne der Erfindung. Der zweite Transkonduktanz-Verstärker 14 vergleicht den ihm zugeführten Teil des Ausgangsstroms des ersten Verstärkers 12 mit einer durch eine Spannungsquelle 26 vorgegebenen Spannung Vth. Dadurch wird eine Stellgröße auf zwei Wegen für eine entgegengesetzte Ansteuerung des Transistors 28 erzeugt. Dies bewirkt eine wirksame Unterdrückung von positiven und negativen Störsignalen sowohl auf Seiten der Last 24 als auch auf Seiten der Versorgungsspannung VDDext. Insgesamt entspricht die Stabilität und Robustheit der eines einfachen Shuntreglers.
Fig. 2 zeigt eine weitere Vorrichtung zur Erzeugung einer geregelten Versorgungsspannung VDDint, bei der ein Teil des Ausgangsstroms des Transkonduktanz-Verstärkers 12 über einen ersten Stromspiegel 32 in zwei weitere Stromspiegel 20 und 30 gespiegelt wird. Der Teil des Ausgangsstroms des Transkonduktanz-Verstärkers 12 wird zuerst über einen p- Kanal-MOSFET 34 in den Stromspiegel 32 gespiegelt. Der Stromspiegel 32 weist zwei Ausgänge Out1 und Out2 auf. Die beiden Ausgänge Out1 und Out2 entsprechen zwei verschiedenen Strompfaden. Der Strompfad des Ausgangs Out2 führt über einen Stromspiegel 20 zu einer Beeinflussung, insbesondere einer Erhöhung des Potentials an der Basis des pnp- Bipolartransistors 28. Dies bewirkt, dass der Strom durch den Transistor 28 sinkt und die Versorgungsspannung VDDint abgeregelt wird. Der Stromspiegel 20 ist eingangsseitig ferner mit einer Stromquelle 22 beschaltet, die den Stromspiegel 20 mit einem Konstantstrom speist. Dies wiederum bewirkt, dass der Stromspiegel 20 einen vorgegebenen Ausgangsstrom an seinem Ausgang Out liefert, der im wesentlichen durch den vom Stromspiegel 32 gelieferten Strom beeinflusst, d. h. geändert wird.
Der weitere Pfad durch den Ausgang Out1 des Stromspiegels 32 führt über den Stromspiegel 30 ebenfalls zu einer Erhöhung des Potentials an der Basis des Transistors 28. Hierdurch wird die Regelgeschwindigkeit nahezu verdoppelt.
Zum einen kann durch die oben erläuterte Schaltung überschüssiger Strom von der Last 24 weggeregelt werden und zum anderen fehlender Strom aufgebracht werden. Hierdurch kann die interne Versorgungsspannung VDDint relativ lastunabhängig geregelt werden. Im eingeschwungenen Zustand der dargestellten Schaltung stellt sich in den beiden p- Kanal-MOSFETs 16 und 34 ein Strom ein, der sich im wesentlichen nach der Konstantstromquelle 22 über die Spiegelverhältnisse richtet. Das gleiche gilt für den Stromspiegel 30. Als Versorgungsstrom wird hierdurch immer nur der Strom über die Last 24 und ein konstanter Shuntstrom benötigt. Die Bandgapschaltung 10 wird damit als konstante Last betrachtet.
Der Kondensator 18 am Ausgang des ersten Transkonduktanz-Verstärkers 12 dient der einfachen, robusten und EMC-Festen dynamischen Kompensation. Diese einfache Kombination ist durch die Shuntregel-Transistoren 16 und 34, die als Source-Folger geschaltet sind, möglich, da ihre Verstärkung auf die interne Versorgungsspannung VDDint etwas geringer als 1 ist. Die zweite und dritte Stufe, die im wesentlichen durch die Stromspiegel 20, 30, 32, den p-Kanal- MOSFET 34 und dem pnp-Bipolartransistor 28 gebildet werden, erhöhen wesentlich die Regelgenauigkeit durch ihre innere hohe Verstärkung. Die Stufen werden durch eine große Eingangskapazität des pnp-Bipolartransistors 28 kompensiert.
Fig. 3A zeigt eine weitere Schaltung zur Erzeugung einer Versorgungsspannung mit einem Shuntregler, bei welcher der interne Aufbau der in Fig. 2 dargestellten Stromspiegel 32, 20 und 30 dargestellt ist. Weiterhin ist zwischen dem Ausgang des Stromspiegels 20 und der Basis des Transistors 28 ein npn-Bipolartransistor 36, genauer gesagt dessen Laststrecke geschaltet. Die Basis des npn-Bipolartransistor 36 ist über einen Widerstand R1 mit der internen, geregelten Versorgungsspannung VDDint verbunden. Ferner ist die Basis des Transistors 36 über einen Kondensator C3 mit Masse verbunden. Ein weiterer Kondensator C2 verbindet die interne, geregelte Versorgungsspannung VDDint mit dem Emitter des Transistors 36. Diese Kapazität dient als zusätzliche Kaskode-Miller-Kompensation, die das Regelverhalten beschleunigt und die Stabilität erhöht. Eine EMC-feste Realisierung dieser Kompensation ist dadurch sicher gestellt, dass beide Anschlüsse des Kondensators C2 unterhalb der geregelten, internen Versorgungsspannung VDDint liegen. Dadurch kann die externe Versorgungsspannung VDDext weniger auf die interne, geregelte Versorgungsspannung VDDint durchgreifen. Die Lastregelgeschwindigkeit ist durch einen nahezu direkten Pfad von der internen, geregelten Versorgungsspannung VDDint durch den Kondensator C2 und den npn-Bipolartransistor 36 auf die Basis des pnp- Bipolartransistors 28 verbessert. Die Wirkung der Kaskode wird durch den Tiefpass sicher gestellt, der durch den Widerstand R1 mit dem Kondensator C3 gebildet ist. Durch die Kaskode wird die Regelgeschwindigkeit der inneren Schleife nicht mehr durch eine ansonsten niedrige Transitfrequenz gm2/(2 π C2) begrenzt.
In den p-Kanal-MOSFET-Zweigen fließen Ströme, die im wesentlichen durch die Konstantstromquelle 22 vorgegeben sind. Im pnp-Bipolartransistor 28 fließen Ströme, die sich nach der Last richten. Die Bipolartransistoren können auch durch MOSFETs ersetzt werden und umgekehrt. P-Kanal-MOSFETs an der externen Versorgungsspannung VDDext bräuchten jedoch so genannte Reverse-Schutz-Widerstände im Bulkzweig, damit nicht die Drain-Bulk-Diode zu einer Begrenzung der Reversespannung führt.
Fig. 3B zeigt eine mögliche Realisierung der in den Fig. 1-3A abgebildeten Bandgapschaltung 10.
Fig. 4 zeigt eine weitere Schaltung zur Erzeugung einer Versorgungsspannung mit einem Shuntregler. Bei dieser Schaltung sind keinerlei Stromspiegel vorgesehen. Dadurch lässt sie sich relativ einfach ohne großen technischen Aufwand realisieren und vor allem mit wenigen Bauelementen ausführen. Die Stromspiegel 20 und 32 der in Fig. 3A dargestellten Schaltung sind hier im wesentlichen durch die Stromquelle 38 ersetzt, die einen Konstantstrom liefert. Ferner ist der Stromspiegel 30 aus Fig. 3A durch einen einfachen Widerstand R2 ersetzt. Auch bei dieser Schaltung fließen in den p-Kanal-MOSFET-Zweigen Ströme, die letztlich durch einen Teilstrom der Konstantstromquelle 38 vorgegeben sind. Ferner fließen im pnp-Bipolartransistor 28 Ströme, die sich nach der Last 24 richten. Im Prinzip kann der Widerstand R2 an der Basis des pnp-Bipolartransistor 28 auch weggelassen oder durch eine Stromquelle ersetzt werden.
Die beschriebenen Schaltungen werden vorzugsweise in Schaltkreisen in hochintegrierten Technologien eingesetzt, die eine intern herabgesetzte Versorgungsspannung mit hoher Stabilität und geringem Eigenstromverbrauch benötigen. Besonders vorteilhaft können die Schaltungen in Automobil- und Sensorschaltkreisen eingesetzt werden, insbesondere wenn diese eine interne geregelte Versorgungsspannung benötigen, die aus einer externen Versorgungsspannung mit einem weiten Spannungsbereich abgeleitet wird. Bezugszeichenliste 10 Bandgap
12 erster Transkonduktanz-Verstärker
14 zweiter Transkonduktanz-Verstärker
16 p-Kanal-MOSFET
18 Kondensator
20 Stromspiegel
22 Stromquelle
24 Last
26 Spannungsquelle
28 pnp-Bipolartransistor
30 zweiter Stromspiegel
32 dritter Stromspiegel
34 zweiter MOSFET
36 npn-Bipolartransistor
38 Stromquelle
40 npn-Bipolartransistor
42 Stromquelle
44 pnp-Bipolartransistor

Claims

1. Vorrichtung zur Erzeugung einer internen Versorgungsspannung (VDDint) mit einem Shuntregler (10, 12, 16), gekennzeichnet durch, eine zweite hoch verstärkende Stufe (14), die dem Shuntregler (10, 12, 16) nachgeschaltet ist und eine dritte Stufe ansteuert, die einen Transistor (28) umfasst, der die Versorgungsspannung (VDDint) regelt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Shuntregler eine Bandgapschaltung (10), die von der Versorgungsspannung (VDDint) gespeist wird, einen ersten Verstärker (12) zum Verstärken von Ausgangssignalen der Bandgapschaltung (10) und einen als Source-Folger geschalteten Transistor (16) umfasst, der vom Ausgangssignal des Verstärkers (12) angesteuert wird und dessen Laststrecke zwischen die interne Versorgungsspannung (VDDint) und ein Bezugspotential geschaltet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Ausgang des ersten Verstärkers (12) und ein Bezugspotential eine Kapazität (18) geschaltet ist.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Stufe einen zweiten Verstärker (14; 34) und mindestens einen Stromspiegel (20, 30, 32) umfasst und der zweite Verstärker (14; 34) über mindestens einen Stromspiegel (20, 30, 32) den Transistor (28) der dritten Stufe ansteuert.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Verstärker einen als Source-Stufe oder Emitter- Stufe geschalteten Transistor (34) umfasst.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Verstärker (34) einen ersten Stromspiegel (32) ansteuert, der den Transistor (28) über einen zweiten und dritten Stromspiegel (20, 30) parallel ansteuert und der zweite Stromspiegel (20) ferner von einer Stromquelle (22) angesteuert wird, die von der internen Versorgungsspannung (VDDint) gespeist wird.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den ersten Stromspiegel (20) und dem Steueranschluss des Transistors die Laststrecke eines zweiten Transistors (36) geschaltet ist, der von der internen Versorgungsspannung (VDDint) angesteuert wird und dessen Emitter bzw. Source über eine Kapazität (C2) mit der internen Versorgungsspannung (VDDint) gekoppelt ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Transistor (36) über eine Tiefpassschaltung (R1, C3) angesteuert wird.

9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und/oder zweite Verstärker (14; 34) Transkonduktanz-Verstärker sind.

10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Transistor (28) der dritten Stufe derart ausgebildet ist, dass seine Eingangskapazität die durch die zweite und dritte Stufe gebildete innere Schleife der Vorrichtung kompensiert.

11. Verwendung der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche in einem Automobil- und/oder Sensorschaltkreis.

12. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die interne Versorgungsspannung VDDint mit einem Ausgang der Vorrichtung verbunden ist, wodurch zusätzliche externe Lasten mitgeregelt werden können.