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Die Erfindung betrifft eine integrierte
Schaltung, insbesondere eine DRAM-Speicherschaltung gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
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Integrierte Schaltungen, insbesondere DRAM-Speicherschaltungen,
weisen Spannungsteiler auf, die zum Betreiben der integrierten Schaltung eingesetzt
werden (siehe z.B.
US
5874830 A ). Die Spannungsteiler verbrauchen Strom, auch
wenn die vom Spannungsteiler versorgte integrierte Schaltung nicht
arbeitet.
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Integrierte Schaltungen, die beispielsweise bei
mobilen Geräten
wie z.B. einem Laptop eingesetzt werden, sollen so wenig wie möglich Strom
verbrauchen. Zur Reduzierung des Stromverbrauches ist es bereits
bekannt, Teile der integrierten Schaltung abzuschalten und dadurch
den Ruhestrom zu reduzieren. Dabei werden auch Spannungsteiler abgeschaltet
(siehe etwa
OS 6021082
A ). Spannungsteiler weisen jedoch parallel geschaltete
Kondensatoren auf. Bisher wurde beim Abschalten des Spannungsteilers
auch der Kondensator von der Spannungsversorgung getrennt. Wird
nun der Spannungsteiler wieder aktiviert, d.h. mit einer Potentialsenke
oder Potentialquelle verbunden, dann hat sich gezeigt, dass ein
Betriebszustand, ab dem der Spannungsteiler wieder einsatzfähig ist,
erst nach einer relativ langen Verzögerungszeit erreicht wird.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht
darin, eine integrierte Schaltung mit einem Spannungsteiler bereitzustellen,
die bei einem Aktivieren des Spannungsteilers schneller wieder funktionsfähig ist.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch
die integriere Schaltung gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Versuche haben gezeigt, dass beim
Abschalten des Spannungsteilers, d.h. bei der Deaktivierung des
Spannungsteilers der mit dem Spannungsteiler gekoppelte Kondensator
entladen wird. Für
eine volle Funktionsfähigkeit
des Spannungsteilers ist es beim Aktivieren des Spannungsteilers
deshalb erforderlich, den Kondensator wieder auf den Ladungszustand
des Betriebszustandes aufzuladen. Das Aufladen des Kondensators
dauert jedoch eine gewisse Aufladezeit, die von dem Ladestrom und
der Kapazität
des Kondensators abhängt.
Erfindungsgemäß wird ein
Ladezweig vorgesehen, der den Kondensator auch bei deaktiviertem
Spannungsteiler weiterhin mit einer Potentialquelle oder einer Potentialsenke
verbindet.
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Auf diese Weise wird sichergestellt,
dass der Kondensator trotz abgeschalteten Spannungsteiler auf dem
Ladungszustand bleibt, der dem Betriebszustand des Spannungsteilers
entspricht. Auf diese Weise ist ein Wiederaufladen des Kondensators beim
Aktivieren des Spannungsteilers nicht erforderlich. Somit ist eine
schnelle Aktivierung des Spannungsteilers möglich.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
angegeben.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
ist ein Ausgang des ersten Widerstandes des Spannungsteilers über eine
Aktivierungsschaltung mit einem invertierten Eingang eines Operationsverstärkers verbunden.
Bei Deaktivierung des Spannungsteilers unterbricht die Aktivierungsschaltung
die Verbindung zwischen dem ersten Widerstand und dem invertierten
Eingang des Operationsverstärkers.
Für eine schnelle
Aktivierung des Spannungsteilers ist es vorteilhaft, wenn der Ausgang
des ersten Widerstandes weiterhin mit dem invertierten Eingang verbunden
ist. Erfindungsgemäß ist dazu
ein Leitungszweig mit einem dritten Widerstand vorgesehen, der den
ersten Widerstand auch im deaktivierten Zustand des Spannungsteilers
mit dem inver tierten Eingang des Optionsverstärkers verbindet. Damit bleibt
der Ausgang des ersten Widerstandes auch bei deaktiviertem Spannungsteiler
auf dem Potential des invertierten Eingangs.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
ist der Operationsverstärker
als geregelte Spannungsquelle ausgebildet. Der Einsatz der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
für geregelte
Spannungsquellen ist insbesondere beim Einsatz in Speicherschaltungen
vorteilhaft, da Speicherschaltungen geregelte Spannungsquellen aufweisen,
die zur Reduktion des Ruhestromes abgeschaltet werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
weist die Aktivierungsschaltung einen ersten und einen zweiten Schalter
auf, die gleichzeitig schaltbar sind, wobei der erste Schalter an
den Ausgang des ersten Widerstandes und der zweite Schalter an einen
Ausgang des zweiten Widerstandes geschaltet ist.
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In einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltung
weist die Aktivierungsschaltung einen dritten und vierten Schalter
auf, wobei der dritte Schalter an den Ausgang des ersten Widerstandes und
den Eingang des dritten Widerstandes geschaltet ist, und wobei der
vierte Schalter zwischen den zweiten Widerstand und den Ladezweig
geschaltet ist. Zudem sind der erste und der zweite Schalter immer
invers zum dritten und vierten Schalter geschaltet. Damit sind der
erste und der zweite Schalter leitend geschaltet, wenn der dritte
und vierte Schalter sperrend geschaltet sind bzw. der erste und
der zweite Schalter sind sperrend geschaltet, wenn der dritte und
vierte Schalter leitend geschaltet sind. Auf diese Weise wird eine
einfache Ansteuerung für
die Aktivierung bzw. Deaktivierung des Spannungsteilers bereitgestellt.
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Die Erfindung wird im folgenden an
Hand eines Ausführungsbeispiels
an einer Figur erläutert.
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Die Figur zeigt schematisch eine
integrierte Schaltung in Form eines DRAM-Speicherbausteins. Der
DRAM-Speicherbaustein wird in seinem komplexen Aufbau nicht näher erläutert sondern
es wird nur auf die Schaltungsteile eingegangen, die für das Verständnis der
Erfindung erforderlich sind. Die Erläuterung der Erfindung am Beispiel
des DRAM-Speicherbausteins begrenzt nicht den Einsatz der erfinderischen
Lehre, die in den verschiedensten integrierten Schaltungen einsetzbar
ist, bei denen eine schnelle Aktivierung eines Spannungsteilers
vorteilhaft ist.
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Der DRAM-Speicherbaustein weist neben
einer Vielzahl von Schaltungsteilen eine geregelte Spannungsquelle
mit einem Operationsverstärker auf,
der einen nicht invertierenden Eingang 3, einen invertierenden
Eingang 4 und einen Ausgang 5 aufweist. Der Ausgang 5 ist
mit einer Versorgungsleitung 6 verbunden, die Schaltungsteile
des Speicherbausteins 1 mit einer gewünschten Spannung versorgt. Die
Versorgungsleitung 6 steht mit einem ersten Anschluss eines
ersten Widerstandes 7 und einem ersten Anschluss eines
Kondensators 8 in Verbindung. Ein zweiter Anschluss des
ersten Widerstandes 7 steht mit einem ersten Transfergatter 9 in
Verbindung, das die Funktion eines ersten Schalters aufweist. Ein
Ausgang des ersten Transfergatters 9 ist an einen Anschlusspunkt 12 angeschlossen.
An den Eingang des ersten Transfergatters 9 ist ein Eingang eines
zweiten Transfergatters 10 angeschlossen. Ein Ausgang des
zweiten Transfergatters 10 ist an einen Anschluss eines
dritten Widerstandes 11 angeschlossen. Ein zweiter Anschluss
des dritten Widerstandes 11 steht mit dem Anschlusspunkt 12 in
Verbindung. An den Anschlusspunkt 12 ist ebenfalls ein zweiter
Anschluss des Kondensators 8 angeschlossen. Der zweite
Anschlusspunkt 12 steht mit dem invertierenden Eingang 4 des
Operationsverstärkers 2 in
Verbindung. Weiterhin ist an den Anschlusspunkt 12 ein
Anschluss eines zweiten Widerstandes 13 angeschlossen.
Ein zweiter Anschluss des zweiten Widerstandes 13 steht
mit einem Eingang eines dritten Transfergatters 14 und
mit einem Eingang eines vierten Transfergatters 15 in Verbindung.
Ein Ausgang des dritten Transfergatters 14 ist an eine
Potentialsenke 16 angeschlossen. Ein Ausgang des vierten Transfergatters 15 ist
an einen ersten Anschluss eines vierten Widerstandes 17 angeschlossen.
Ein zweiter Anschluss des vierten Widerstandes 17 steht mit
der Potentialsenke 16 in Verbindung.
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Erste Steueranschlüsse des
ersten und dritten Transfergatters 9, 14 sind
mit einem invertierten Enablesignal verbunden. Zweite Steueranschlüsse des
ersten und dritten Transfergatters 9, 14 sind
mit einem Enablesignal verbunden. Erste Steueranschlüsse des
zweiten und vierten Transfergatters 10, 15 sind
mit einem Enablesignal und zweite Steueranschlüsse des zweiten und vierten
Transfergatters 10, 15 sind mit einem invertierten
Enablesignal verbunden. Das Enablesignal wird von einer Steuerschaltung 18 bereitgestellt.
Das invertierte Enablesignal wird über den Ausgang der Steuerschaltung
und einem Inverter 19 dem ersten, zweiten, dritten und
vierten Transfergatter zugeführt.
Die Steuerschaltung 18 und der Inverter 19 sind
ebenfalls auf dem Speicherbaustein 1 angeordnet.
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Im folgenden wird die Funktionsweise
der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
erläutert: im
Normalbetrieb wird vom Ausgang 5 des Operationsverstärkers 2 eine
geregelte Spannung zur Verfügung
gestellt, die auf die Referenzspannung geregelt wird, die am nicht
invertierten Eingang 3 anliegt. Dazu wird der invertierende
Eingang 4 des Operationsverstärkers 2 mit einem
Spannungssignal versorgt, das von dem Spannungsteiler bereitgestellt wird,
der im wesentlichen durch die Widerstandswerte des ersten und des
zweiten Widerstandes 7, 13 festgelegt ist. Im
Normalbetriebszustand sind das erste und das dritte Transfergatter 9, 14 leitend
und das zweite und das vierte Transfergatter 10, 15 sperrend
geschaltet. Dazu werden die Transfergatter 9, 10, 14, 15 mit
den entsprechenden Enablesignalen von der Steuerschaltung 18 angesteuert.
Bei diesem Schaltungszustand stellt sich ein Stromfluß ein, der im
we sentlichen von der Versorgungsleitung 6 über den
ersten Widerstand 7, das erste Transfergatter 9, den
zweiten Widerstand 13, das dritte Transfergatter 14 zur
Potentialsenke 16 führt.
Dabei stellt sich am Anschlusspunkt 12 eine Spannung ein,
die durch die regulierte Spannung auf der Versorgungsleitung 6 und
die Widerstandswerte des ersten und des zweiten Widerstandes 7,13 festgelegt
ist. Der Kondensator 8 dient zur Pufferung von Spannungsschwankungen,
die auf der Versorgungsleitung 6 auftreten könnten. Wird
nun von der Steuerschaltung 18 festgelegt, dass der Spannungsteiler
deaktiviert wird, so schaltet die Steuerschaltung 18 ihren
Ausgang um und dadurch das erste und das dritte Transfergatter 9, 14 sperrend
und das zweite und vierte Transfergatter 10, 15 leitend.
Als Folge davon wird die direkte Verbindung zwischen dem zweiten
Widerstand 13 und der Potentialsenke 16 getrennt.
Zudem wird die direkte Verbindung zwischen dem ersten Widerstand 7 und
dem Anschlusspunkt 12 getrennt. Somit wird ein Stromfluß von der
Versorgungsleitung 6 über
den ersten Widerstand 7 und den zweiten Widerstand 13 direkt
zur Potentialsenke 16 unterbrochen. Damit wird Strom eingespart.
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Im Gegensatz zu bisher bekannten
Schaltungsanordnungen wird jedoch der zweite Anschluss des Kondensators 8 weiterhin über den
zweiten Widerstand 13, das vierte Transfergatter 15 und
den vierten Widerstand 17 mit der Potentialsenke 16 mit Ladung
versorgt. Somit wird der vor dem Abschalten des ersten Strompfades
auf dem Kondensator anliegende Ladungszustand weiterhin beibehalten.
Somit fließt
zwar ein geringer Haltestrom für
den Kondensator 8, der entspricht jedoch im wesentlichen
nur dem Leckstrom des Kondensators 8. Somit ist dieser Stromfluß gering.
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Zu dem wird über das zweite Transfergatter 10 und
den dritten Widerstand 11 erreicht, dass sich am Ausgang
des ersten Widerstandes 7 die gleiche Spannung wie am invertierenden
Eingang 4 des Operationsverstärkers 2 einstellt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
kann auf das zweite und vierte Transfergatter 10, 15 verzichtet
werden. In dieser Ausführungsform
ist der Eingang des dritten Widerstandes 11 direkt mit
dem Ausgang des ersten Widerstandes 7 verbunden. Zudem
ist in dieser Ausführungsform
der Eingang des vierten Widerstandes 17 direkt mit dem
Ausgang des zweiten Widerstandes 13 verbunden. Die Widerstandswerte
für den
dritten und vierten Widerstand 11, 17 sind dabei
um Größenordnungen
größer als die
Widerstandswerte für
den ersten und zweiten Widerstand, so dass bei leitendem ersten
und zweiten Transfergatter 9, 14 nur geringe Ströme über den
dritten oder/und vierten Widerstand 11, 17 fließen.
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Anstelle der Potentialsenke 16 kann
auch eine Potentialquelle vorgesehen sein, die zur Einstellung eines
Spannungsverhältnisses
durch den Spannungsteiler mit den wirksamen ersten und zweiten Widerstand 7, 13 verwendet
wird.
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Vorzugsweise liegen die Widerstandswerte für den dritten
und den vierten Widerstand 11, 17 um Zehnerpotenzen
höher als
die Widerstandswerte für den
ersten und den zweiten Widerstand 7, 13. Eine Veränderung
gegenüber
einem bisher verwendeten Spannungsteiler mit dem ersten und dem
zweiten Widerstand 7, 13 zur Einstellung eines
gewünschten Spannungsverhältnisses
wird dadurch vermieden, dass der dritte und der vierte Widerstand 11, 17 mit Widerstandswerten
ausgewählt
werden, so dass folgende Relation eingehalten wird: r1/r2 = (r1
+ r3)/(r2 + r4), wobei mit r1, r2, r3, r4 die Widerstandswerte des
ersten, des zweiten, des dritten und des vierten Widerstandes bezeichnet
sind.
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- 1
- Speicherbaustein
- 2
- Operationsverstärker
- 3
- Nicht
invertierter Eingang
- 4
- Invertierter
Eingang
- 5
- Ausgang
- 6
- Versorgungsleitung
- 7
- 1.
Widerstand
- 8
- Kondensator
- 9
- 1.
Transfergatter
- 10
- 2.
Transfergatter
- 11
- 3.
Widerstand
- 12
- Anschlußpunkt
- 13
- 2.
Widerstand
- 14
- 3.
Transfergatter
- 15
- 4.
Transfergatter
- 16
- Potentialsenke
- 17
- 4.
Widerstand
- 18
- Steuerschaltung
- 19
- Inverter