DE112012003708T5

DE112012003708T5 - Vierquadranten-Schaltung mit Bootstrap-Ansteuerung

Info

Publication number: DE112012003708T5
Application number: DE112012003708.1T
Authority: DE
Inventors: Gerard Mora Puchalt; Christian Steffen BIRK
Original assignee: Analog Devices Inc
Current assignee: Analog Devices Inc
Priority date: 2011-09-06
Filing date: 2012-08-22
Publication date: 2014-07-03
Anticipated expiration: 2032-08-23
Also published as: CN103858348B; US20130009623A1; CN103858348A; DE112012003708B4; WO2013036382A1; US8604862B2

Abstract

Eine Bootstrap-Schaltung umfasst einen ersten Schalttransistor, der ein Eingangssignal empfängt, und einen zweiten Schalttransistor, der ein Ausgangsignal ausgibt. Die Sources der Schalttransistoren können verbunden sein. Eine Spannungsquelle kann mit den Sources der Schalttransistoren und mit mindestens einem Gate der Schalttransistoren verbunden sein. Die Spannungsquelle kann, basierend auf einem Vorstrom, eine Regelspannung zur Aktivierung von mindestens einem der Schalttransistoren erzeugen. Ein Treiber für eine Spannungsquelle kann an die Spannungsquelle angeschlossen sein, um den Vorstrom basierend auf einer Vorspannung zu erzeugen. Die Vorspannung kann eine erste Spannung aufweisen, die ungefähr einer Übersteuerungsspannung von mindestens einem der Schalttransistoren entspricht, und eine zweite Spannung, die ungefähr einer Schwellenspannung der Schalttransistoren entspricht.

Description

PRIORITÄTSANSPRUCH
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung mit der Seriennummer 61/531,210, eingereicht am 6. September 2011, und der vorläufigen US-Anmeldung, mit der Seriennummer 61/532,880 eingereicht am 9. September 2011, deren gesamter Inhalt hier durch Bezugnahme mit aufgenommen ist.
Die vorliegende Anmeldung ist eine Teilfortsetzungsanmeldung der US-Anmeldung mit der Seriennummer 13/099,164, eingereicht am 2. Mai 2011, jetzt US-Patentnummer 13/099,164, die eine Fortsetzung der US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 12/619,068, eingereicht am 16. November 2009, jetzt US-Patentnummer 7,952,419, ist, deren gesamter Inhalt hier durch Bezugnahme mit aufgenommen ist.
HINTERGRUND
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Konfiguration und Steuerung von Schalterstromkreisen und speziell auf eine bessere Schaltsteuerung zur Optimierung der Schalterleistung.
Bisheriger Stand der Technik
Schalter können verwendet werden, um einen Stromweg zwischen Anschlüssen herzustellen oder zu begrenzen. Schalter können mithilfe von Transistoren in verschiedenen Anwendungsbereichen, wie beispielsweise der digitalen Elektronik, Logikgatterschaltungen und zur Steuerung von Geräten mit hohem Strombedarf eingesetzt werden. So kann beispielsweise ein einzelner Transistor zur Erzeugung einer niedrigen oder einer hohen Impedanz zwischen der Source und dem Drain eines Transistors als Reaktion auf ein angelegtes Steuersignal verwendet werden. Die am Transistor angelegten Steuersignale können jedoch Kriechströme am Schalter verursachen. Der Anstieg der Transistor-Source auf ein höheres Potential als der Drain, eine in Vorwärtsrichtung ausgelegte Bodydiode, die durch den zwischen dem Back-Gate und dem Drain gebildeten Übergang verursacht wird, ermöglicht ggf. einen Stromfluss von der Source und dem Back-Gate-Anschluss zum Drain-Anschluss und kann somit die Schalterleistung beeinträchtigen.
Dieser von der Bodydiode ausgelöste Stromweg kann durch den Einsatz eines zweiten Transistors unmittelbar nach dem ersten Transistor verhindert werden. In einer solchen Anordnung können die Sources der Transistoren und die Gates der Transistoren miteinander verbunden sein. Die Konfiguration mit unmittelbar aufeinanderfolgenden Transistoren kann den von der Bodydiode bewirkten Stromweg in beide Richtungen sperren. Jedoch ist selbst in dieser Anordnung weiterhin eine destruktive Änderung verschiedener Schalterparameter durch das angelegte Steuersignal möglich. Demnach besteht ein Bedarf an verbesserten Mechanismen für die Schaltersteuerung, die die Schalterleistung nicht beeinträchtigen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die begleitenden Zeichnungen veranschaulichen die vorliegende Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Grundsätze dieser Erfindung zu erläutern und einem Fachmann zu ermöglichen, sich die Erfindung zu Nutze zu machen.
1 zeigt einen Schaltplan mit dem Ausführungsbeispiel einer Bootstrap-Schaltung.
2 zeigt einen Schaltplan für das Ausführungsbeispiel einer Bootstrap-Schaltung, die eine potentialfreie Spannungsquelle und einen Treiber für die potentialfreie Spannungsquelle vorsieht.
3 enthält einen Schaltplan mit Ausführungsbeispielen von Schaltelementen, die in der in dargestellten Bootstrap-Schaltung eingesetzt werden können.
4A, 4B und 4C sind Schaltpläne für Ausführungsbeispiele von Stromquellenschaltungen, die die in 2 dargestellte Bootstrap-Schaltung mit vorgegebenen Strömen versorgen können.
5 zeigt einen Schaltplan für ein zweites Ausführungsbeispiel einer Bootstrap-Schaltung, die einer potentialfreie Spannungsquelle und einen Treiber für eine potentialfreie Spannungsquelle vorsieht.
6 ist ein Schaltplan für ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorspannungsgeneratorschaltung, die zur Erzeugung einer konstanten Übersteuerungsspannung für eine Bootstrap-Schaltung eingesetzt werden kann.
7 zeigt einen Schaltplan für ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorspannungsgeneratorschaltung, die zur Erzeugung eines konstanten On-Widerstandes für Komponenten in einer Bootstrap-Schaltung eingesetzt werden kann.
8 ist ein Schaltplan eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Vorspannungsgeneratorschaltung, die zur Erzeugung eines konstanten On-Widerstandes für Komponenten in einer Bootstrap-Schaltung eingesetzt werden kann.
9 zeigt einen Schaltplan für ein erstes Ausführungsbeispiel einer Bootstrap-Schaltung, die einen Regelkreis vorsieht, der schnelles Schalten ermöglicht.
10 zeigt einen Schaltplan für ein zweites Ausführungsbeispiel einer Bootstrap-Schaltung, die einen Regelkreis vorsieht, der schnelles Schalten ermöglicht.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Aspekte der vorliegenden Erfindung stellen eine bessere Schalterkonfiguration und Schaltersteuerung zur Optimierung der Schalterleistung bereit. Entsprechend der vorliegenden Erfindung kann eine Bootstrap-Schaltung einen ersten Schalttransistor umfassen, der ein Eingangssignal empfängt, und einen zweiten Schalttransistor, der ein Ausgangsignal ausgibt. Der Schalterstromkreis kann als Vierquadrant-Schaltung mit Bootstrap-Ansteuerung konfiguriert sein, bei der die Sources des ersten und zweiten Schalttransistors miteinander verbunden sind. Die Gates des ersten und zweiten Schalttransistors können ebenfalls verbunden sein.
Die Bootstrap-Schaltung kann eine Spannungsquelle miteinbeziehen, die mit mindestens einem der Gates des ersten und zweiten Schalttransistors und mit den Sources des ersten und zweiten Schalttransistors verbunden ist. Die Spannungsquelle kann, basierend auf einem empfangenen Vorstrom, eine Regelspannung zur Aktivierung von mindestens einem des ersten oder zweiten Schalttransistors erzeugen. Die Bootstrap-Schaltung kann ferner einen Treiber für die Spannungsquelle aufweisen, der mit der Spannungsquelle verbunden ist. Der Treiber für die Spannungsquelle kann den Vorstrom basierend auf einer Vorspannung erzeugen. Die Vorspannung kann eine erste Spannung aufweisen, die ungefähr einer Übersteuerungsspannung von mindestens einem des ersten oder zweiten Schalttransistors entspricht, und eine zweite Spannung, die ungefähr einer Schwellenspannung des ersten oder zweiten Schalttransistors entspricht.
Darüber hinaus oder alternativ kann die Vorspannung im Treiber für die Spannungsquelle durch Bestromen eines Schaltelements erzeugt werden, das einen ungefähr konstanten Widerstand hat.
Ferner oder alternativ können der erste und zweite Schalttransistor an eine Spannungsquelle angeschlossen werden, die eine erste Regelspannung zum Einschalten des ersten und zweiten Schalttransistors und eine zweite Regelspannung zum Ausschalten des ersten und zweiten Schalttransistors erzeugt. Die Spannungsquelle kann die erste Regelspannung durch Summieren einer Gate-Source-Spannung eines ersten Transistors und einer Spannung an einem Schaltelement erzeugen, wenn ein erster Vorstrom auf den ersten Transistor und das Schaltelement angelegt wird. Die Spannungsquelle kann die zweite Regelspannung erzeugen, die ungefähr einem negativen Wert der Gate-Source-Spannung eines zweiten Transistors entspricht, die bei Anlegen eines zweiten Vorstroms an den zweiten Transistor erzeugt wird.
1 zeigt einen Schaltplan für ein Ausführungsbeispiel einer Bootstrap-Schaltung 100, die, wie hier dargestellt, einen Transistor 102, einen Transistor 104, eine potentialfreie Spannungsquelle 106 und ein Steuersignal Vcontrol 108 aufweisen kann. Bei den Transistoren 102 und 104 kann es sich um NMOS-Transistoren handeln, ist aber nicht auf diese beschränkt. Wie in 1 gezeigt, können die Back-Gates der Transistoren 102 und 104 direkt mit ihren Sources verbunden sein, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Die Transistoren 102 und 104 sind mit phantomartig dargestellten Dioden veranschaulicht, um die Vorspannung zu zeigen, die einen Stromfluss vom Source/Back-Gate-Anschluss zum Drain-Anschluss der Transistoren 102 und 104 ermöglicht. Insbesondere, wenn die Sources der Transistoren 102 und 104 ein höheres Potential als ihre entsprechenden Drains aufweisen, kann die Bodydiode (ein durch das Back-Gate und den Drain gebildeter PN-Übergang) vorgespannt sein und einen Stromfluss von den Source/Back-Gate-Anschlüssen zu den Drain-Anschlüssen ermöglichen.
Wie in 1 gezeigt, kann der Drain des NMOS-Transistors 102 als Eingangsanschluss und der Drain des NMOS-Transistors 104 als Ausgangsanschluss konfiguriert sein. Der Anschluss des NMOS-Transistors 102 kann ein Eingangssignal Vin empfangen und der Drain des NMOS-Transistors 104 ein Ausgangssignal Vout bereitstellen. Die Gates der NMOS-Transistoren 102 und 104 können miteinander verbunden sein. Gleichermaßen können die Sources der NMOS-Transistoren 102 und 104 miteinander verbunden sein. Die potentialfreie Spannungsquelle 106 kann zwischen die verbundenen Sources und Gates der NMOS-Transistoren 102 und 104 geschaltet werden. Insbesondere kann ein erster Anschluss der potentialfreien Spannungsquelle 106 mit den Gates der NMOS-Transistoren 102 und 104 und ein zweiter Anschluss der potentialfreien Spannungsquelle 106 mit den Sources der NMOS-Transistoren 102 und 104 verbunden sein.
Die potentialfreie Spannungsquelle 106 kann so konfiguriert werden, dass sie eine oder mehrere vorgegebene (ungefähr) konstante Gate-Source-Spannungen Vgs an die NMOS-Transistoren 102 und 104 liefert. Eine vorgegebene konstante Gate-Source-Spannung Vgs kann als Reaktion auf das Steuersignal Vcontrol 108 ausgegeben werden. Zum Einschalten der Bootstrap-Schaltung 100 kann die von der potentialfreien Spannungsquelle vorgegebene konstante Gate-Source-Spannung groß genug sein, um die NMOS-Transistoren 102 und 104 einzuschalten. Insbesondere kann die angelegte Gate-Source-Spannung Vgs einen Stromfluss vom Drain zur Source und von der Source zum Drain der NMOS-Transistoren 102 und 104 ermöglichen. Zum Ausschalten der Bootstrap-Schaltung 100 kann die von der potentialfreien Spannungsquelle 106 bereitgestellte, vorgegebene konstante Gate-Source-Spannung Vgs unter dem zum Einschalten der NMOS-Transistoren 102 und 104 erforderlichen Wert liegen. Diese Gate-Source-Spannung Vgs kann ein beliebiger Wert unter der Schwellenspannung der Transistoren 102 und 104 sein, einschließlich, aber nicht beschränkt auf eine Null- oder negative Spannung.
Das bedeutet, eine erste vorgegebene konstante Spannung Vgs1 kann von der potentialfreien Spannungsquelle 106 geliefert werden, um den Bootstrap-Schalter 100 einzuschalten, und eine zweite vorgegebene konstante Spannung Vgs2 kann von der potentialfreien Spannungsquelle 106 geliefert werden, um den Bootstrap-Schalter 100 auszuschalten. Bei Vgs1 kann es sich beispielsweise um eine positive Spannung handeln und bei Vgs2 um eine Null- oder negative Spannung. Wenn der Bootstrap-Schalter 100 eingeschaltet bzw. aktiviert ist, kann das an den Drain des Transistors 102 angelegte Vin an den Drain des Transistors 104 als Vout abgegeben werden. Bei ausgeschaltetem Bootstrap-Schalter 100 ist kein Signalfluss zwischen den Drains der Transistoren 102 und 104 (d. h. zwischen den Vin- und Vout-Anschlüssen) möglich.
Die potentialfreie Spannungsquelle 106 kann so konfiguriert werden, dass sie eine erste vorgegebene konstante Spannung Vgs1 liefert, die der zum Einschalten der Transistoren 102 und 104 erforderlichen Spannung ungefähr entspricht bzw. diese übersteigt. Die erste vorgegebene konstante Spannung Vgs1 kann zwei Komponenten umfassen: Eine erste Komponente kann eine Schwellenspannung sein, die benötigt wird, um den Bootstrap-Schalter 100 einzuschalten. Eine zweite Komponente kann eine Übersteuerungsspannung sein, die zur Steuerung verschiedener Parameter des Bootstrap-Schalters 100 verwendet werden kann. Die Übersteuerungsspannung kann zur Steuerung von Schalterparametern wie beispielsweise des On-Widerstands der Transistoren dienen. Die beiden Komponenten können von der potentialfreien Spannungsquelle 106 zusammengefasst werden.
Die potentialfreie Spannungsquelle 106 kann so konfiguriert werden, dass sie eine zweite vorgegebene konstante Spannung Vgs2 liefert, die unter der zur Einschaltung der Transistoren 102 und 104 erforderlichen Spannung liegen kann. Die potentialfreie Spannungsquelle 106 kann so konfiguriert werden, dass sie Größe und Zeichen der vorgegebenen konstanten Spannung Vgs ändert. Dementsprechend kann die potentialfreie Spannungsquelle 106 so konfiguriert werden, dass Sie eine zweite vorgegebene konstante Spannung Vgs2 bereitstellt, die Null oder ein negativer Wert sein kann. Die Bereitstellung einer zweiten vorgegebenen konstanten Spannung Vgs2, die negativ ist, kann Vorteile, wie beispielsweise die Minderung von Kriechströmen am Schalter, haben.
Wie hierin bereits angesprochen, kann eine vorgegebene konstante Gate-Source-Spannung Vgs von der potentialfreien Spannungsquelle 106 ungefähr bis zu einem Grad konstant sein, womit normale Schaltvariationen aufgrund von Temperaturänderungen oder Rauschen berücksichtigt werden. Das heißt, die vorgegebenen konstanten Gate-Source-Spannungen Vgs können konstant sein, weil sie DC-Spannungen anstatt AC-Spannungen sind. Ferner können die vorgegebenen konstanten Gate-Source-Spannungen Vgs so betrachtet werden, als hätten sie keine zeitvariante Komponente mit Ausnahme des Wechsels vom ersten Wert Vgs1 zum zweiten Wert Vgs2, beispielsweise als Reaktion auf eine Änderung des logischen Zustands des Steuersignals Vcontrol 108.
2 ist ein Schaltplan für ein Ausführungsbeispiel einer Bootstrap-Schaltung 200, das eine potentialfreie Spannungsquelle 202 und einen Treiber für die potentialfreie Spannungsquelle 204 vorsieht. Die potentialfreie Spannungsquelle 202 kann ein Messelement 206 (z. B. einen Trennverstärker) und ein Schaltelement 208 umfassen. Der Treiber für die potentialfreie Spannungsquelle 204 kann eine erste Stromquelle 210, eine zweite Stromquelle 212, einen ersten Schalter 214 und einen zweiten Schalter 216 mit einbeziehen. Die erste Stromquelle 210 kann an eine erste Versorgungsspannung VDD angeschlossen sein. Die zweite Stromquelle 212 kann an eine zweite Versorgungsspannung VSS gekoppelt sein. Die erste Versorgungsspannung VDD kann positiv sein und die zweite Versorgungsspannung VSS negativ, eine minimal erforderliche negative Versorgungsspannung oder eine Masse sein.
Wie in 2 angezeigt, kann ein erster Anschluss der potentialfreien Spannungsquelle 202 mit dem Knoten verbunden sein, der die Sources der Transistoren 102 und 104 verbindet. Ein zweiter Anschluss der potentialfreien Spannungsquelle 202 kann mit dem Knoten gekoppelt sein, der die Gates der Transistoren 102 und 104 verbindet. Der Ausgang des Treibers für die potentialfreie Spannungsquelle 204 kann an den Knoten angeschlossen sein, der die Gates der Transistoren 102 und 104 verbindet. Der Treiber für die potentialfreie Spannungsquelle 204 kann so figuriert sein, dass er einen Vorstrom (z. B. einen positiven oder negativen Strom) an einen Knoten der potentialfreien Spannungsquelle 202 anlegt. Der Wert der durch die potentialfreie Spannungsquelle 202 abgegebenen Spannung an deren ersten und zweiten Anschluss (d. h. Vgs) kann von dem vom Treiber für die potentialfreie Spannungsquelle 204 gelieferten Strom (z. B. positive oder negative Spannung, je nach Stromflussrichtung) abhängen. Die Höhe der von der potentialfreien Spannungsquelle 202 gelieferten Spannung kann eine Funktion der Höhe des vom Treiber der potentialfreien Spannungsquelle 204 ausgegebenen Vorstroms sein.
Das Messelement 206 kann mit dem Knoten, der die Sources der Transistoren 102 und 104 verbindet, und mit dem Schaltelement 208 gekoppelt sein. Das Schaltelement 208 kann mit dem Messelement 206 und dem Knoten, der die Gates der Transistoren 102 und 104 verbindet, gekoppelt sein und einen Spannungsabfall erzeugen. Bei dem Messelement 206 und dem Schaltelement 208 kann es sich um eine einzelne Vorrichtung oder eine Kombination von Vorrichtungen handeln, die die Funktionen des Messelements 206 und des Schaltelements 208 ausführen.
Das Messelement kann ein Transistor, ein Verstärker, ein Unity-Gain-Verstärker oder ein Impedanzwandler sein. Das Messelement 206 kann beispielsweise mit mindestens einem NMOS- oder PMOS-Transistor oder einer Kombination derer in einer Sourcefolger-Konfiguration umgesetzt werden. Als konkretes Beispiel kann das Messelement 206 mit einem PMOS-Transistor realisiert werden, dessen Gate mit dem Knoten gekoppelt ist, der die Sources der Transistoren 102 und 104 verbindet, dessen Source an das Schaltelement 208 und dessen Drain an eine negative Versorgungsspannung angeschlossen ist, bei der es sich um eine minimal erforderliche negative Versorgungsspannung oder Masse handeln kann. Das Messelement 206 kann die von der potentialfreien Spannungsquelle 202 bereitgestellte Spannung abtasten. Das Messelement 206 kann eine hohe Eingangsimpedanz aufweisen, um eine Überladung des Knotens (Abtastknoten) zu verhindern, der die Sources der Transistoren 102 und 104 verbindet. Das Messelement 206 kann zusätzlich zum Abtasten des Knotens, der die Sources der Transistoren 102 und 104 verbindet, auch einen Spannungsabfall am Messelement 206 erzeugen. Wird beispielsweise ein PMOS-Transistor als Messelement 206 eingesetzt, kann der PMOS-Transistor am Messelement 206 einen Spannungsabfall erzeugen, der ungefähr der Gate-Source-Spannung Vgs des PMOS-Transistors entspricht.
Der von der potentialfreien Spannungsquelle 202 erzeugte Spannungsabfall kann zwei Komponenten umfassen. Eine erste Komponente des Spannungsabfalls kann einen Wert aufweisen, der dem vom Schaltelement 208 erzeugten Spannungsabfall entspricht, und eine zweite Komponente kann einen Wert aufweisen, die einem vom Messelement 206 erzeugten Spannungsabfall entspricht. Bei dem Schaltelement 208 kann es sich um ein bidirektionales Schaltelement handeln. 3 zeigt beispielsweise ein Messelement 302 und Ausführungsbeispiele von Schaltelementen 304, die zur Erzeugung eines Spannungsabfalls in der Bootstrap-Schaltung 200 verwendet werden können. Diese Schaltelemente 304 können als Widerstände, Dioden, als Diode geschaltete NMOS- oder PMOS-Transistoren und Zenerdioden bzw. als eine Kombination aus diesen ausgebildet sein. Andere Elemente können verwendet werden, um das Funktionsverhalten eines Widerstands zur Erzeugung des gewünschten Spannungsabfalls nachzubilden oder ihm anzunähern. In 3 kann das Messelement 302 mittels eines Transistors realisiert werden.
Die Stromquellen 210 und 212 und die Schalter 214 und 216 können so angeordnet sein, dass sie einen „Einschaltstrom” Ion von der Stromquelle 210 und einen „Ausschaltstrom” Ioff von der Stromquelle 212 bereitstellen. Die Schalter 214 und 216 können regeln, welche Stromquelle (entweder Stromquelle 214 oder 216) Strom an die potentialfreie Spannungsquelle 202 liefert. Wie in 2 gezeigt, kann die Stromquelle 210 der potentialfreien Spannungsquelle 202 Ion-Strom zuführen, wenn sich der Schalter 214 in ON-Position (d. h. geschlossen) und der Schalter 216 in OFF-Position (d. h. offen) befindet. In diesem Szenario liefert die Stromquelle 210 Ion-Strom an das Schaltelement 208, um einen ersten Spannungsabfall am Schaltelement 208 zu erzeugen, was eine Aktivierung des Bootstrap-Schalters 200 bewirken kann (d. h. wenn die Transistoren 102 und 104 eingeschaltet sind, ist ein Stromfluss zwischen der Source und dem Drain möglich). Wenn sich der Schalter 214 in der OFF-Position (d. h. offen) und der Schalter 216 in der ON-Position (d. h. geschlossen) befindet, kann die Stromquelle 212 Ioff-Strom der potentialfreien Spannungsquelle 202 zuführen. In diesem Szenario liefert die Stromquelle 212 Ioff-Strom an das Schaltelement 208, um einen zweiten Spannungsabfall am Schaltelement 208 zu erzeugen. Der zweite Spannungsabfall kann einen Wert aufweisen, der eine Abschaltung des Bootstrap-Schalters 200 bewirkt (d. h. wenn die Transistoren 102 und 104 ausgeschaltet sind, ist kein Stromfluss zwischen Source und Drain möglich). Wie in 2 gezeigt, kann die Richtung des von den Stromquellen 210 und 212 gelieferten Stroms an den Knoten, der die Gates der Transistoren 102 und 104 verbindet, variieren. Die Höhe der von den Stromquellen 210 und 212 gelieferten Ströme kann gleich oder gegenteilig sein, ist aber nicht darauf beschränkt.
Der Treiber für die Spannungsquelle 204 kann Strom an das Schaltelement 208 und das Messelement 206 liefern. Wenn die Schalter 214 und 216 so betätigt werden, dass sie Ion-Strom von der Stromquelle 210 zuführen, kann ein positiver Spannungsabfall am Schaltelement 208 und am Messelement 206 erzeugt werden. Demgegenüber kann ein negativer Spannungsabfall am Schaltelement 208 und am Messelement 206 erzeugt werden, wenn die Schalter 214 und 216 betätigt werden, um Ioff-Strom von der Stromquelle 212 zu liefern. Die Bootstrap-Schaltung 200 kann sich einschalten, wenn der Spannungsabfall am Schaltelement 208 und am Messelement 206 eine Gate-Source-Spannung Vgs ungefähr übersteigt, die zur Einschaltung der Transistoren 102 und 104 benötigt wird. Die Bootstrap-Schaltung 200 kann sich ausschalten, wenn der Spannungsabfall am Schaltelement 208 und am Messelement 206 etwas unter den Gate-Source-Spannungen Vgs liegt, die zur Einschaltung der Transistoren 102 und 104 erforderlich sind (z. B. wenn der Spannungsabfall negativ ist).
Obwohl 2 nur eine einzelne potentialfreie Spannungsquelle 202 zeigt, ist der Einsatz von mehreren potentialfreien Spannungsquellen zur Bereitstellung unterschiedlicher Spannungen für die On- und Off-Modi der Bootstrap-Schaltung 200 möglich. Ferner können mehrere Spannungsquellen 202 zur Lieferung unterschiedlicher Spannungen an die Gates der Transistoren 102 und 104 verwendet werden. Eine erste Spannungsquelle 202 kann zur Aktivierung des Transistors 102 und eine zweite Spannungsquelle 202 zur Aktivierung des Transistors 104 eingesetzt werden. In einer solchen Konfiguration müssen die Gates der Transistoren 102 und 104 nicht miteinander verbunden sein. So kann beispielsweise eine erste Spannungsquelle 202 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit dem Gate des Transistors 102 und mit den angeschlossenen Sources der Transistoren 102 und 104 verbunden werden. Eine zweite Spannungsquelle 202 kann gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung mit dem Gate des Transistors 104 und den angeschlossenen Sources der Transistoren 102 und 104 verbunden sein. Eine solche Konfiguration sieht ggf. unterschiedliche Schaltparameter für die Transistoren 102 und 104 vor.
Eine Ausführungsform kann ein oder mehrere Schaltelemente (z. B. Widerstand) zwischen den Gates oder Sources der Transistoren 102 und 104 vorsehen, um unterschiedliche Spannungen an die Transistoren 102 und 104 zu liefern. Die eine oder mehreren Stromquellen 202 kann/können mit einem der Knoten zwischen den Gates oder Sources der Transistoren 102 und 104 verbunden werden. Ein erstes Schaltelement kann beispielsweise zwischen dem Gate des Transistors 102 und einem Anschluss der potentialfreien Spannungsquelle 202 geschaltet sein und ein zweites Schaltelement zwischen dem Gate des Transistors 104 und dem Anschluss der potentialfreien Spannungsquelle 202. Gleichermaßen können ein oder mehrere Schaltelemente zwischen den Sources der Transistoren 102 und 104 und einem zweiten Anschluss der potentialfreien Spannungsquelle 202 vorgesehen sein.
Der Treiber für die potentialfreie Spannungsquelle 204 kann Stromkreise umfassen, die eine einzelne Stromquelle zur Erzeugung von mehreren zur potentialfreien Spannungsquelle 202 fließenden Strömen unterschiedlicher Stärke und/oder Richtung nutzen.
Der Treiber für die potentialfreie Spannungsquelle 204 kann zur Erzeugung von einfachen Ion- und Ioff-Strömen ausgelegt sein, wenn eine kostengünstigere Lösung bevorzugt wird. Der Ion-Strom und der Ioff-Strom kann beispielsweise von einem globalen Vorspannungs- oder Rereferenzblock bereitgestellt werden. Alternativ können sehr präzise Ion- und Ioff-Vorspannungen im Treiber für die potentialfreie Spannungsquelle 204 erzeugt werden, um die Schalterleistung zu optimieren. Bei der Erzeugung der Ion- und Ioff-Vorspannungen kann die Wirkungsweise der Bootstrap-Schaltung und der potentialfreien Spannungsquelle 202 beispielsweise im Treiber der potentialfreien Spannungsquelle 204 nachgebildet werden. Diese Schaltungen können die gewünschte Leistung der Bootstrap-Schaltung beispielsweise in der Weise erzielen, dass der On-Widerstand bzw. die Übersteuerungsspannung bei Prozess- und Temperaturabweichungen konstant bleibt.
4A, 4B und 4C sind Schaltpläne für die Ausführungsbeispiele von Stromquellenschaltungen, die vorgegebene Ströme für die in 2 dargestellte Bootstrap-Schaltung bereitstellen können. Die Stromquellenschaltungen für die Lieferung der vorgegebenen Ströme können an einen beliebigen Knoten der potentialfreien Spannungsquelle 202 oder an die Knoten angeschlossen werden, die die Transistoren 102 und 104 verbinden (nicht in 4A, 4B und 4C dargestellt). Die Stromquellenschaltungen können einen oder mehrere Vorströme als Reaktion auf ein Steuersignal liefern. Ein erster Vorstrom (z. B. Ion) kann zur Erzeugung eines Spannungsabfalls an den Anschlüssen der potentialfreien Spannungsquelle 202 beitragen, der ausreichen kann, um die erforderliche Gate-Source-Spannung Vgs zur Aktivierung der Bootstrap-Schaltung 200 bereitzustellen. Ein zweiter Vorstrom (z. B. Ioff) kann zur Erzeugung eines Spannungsabfalls an der potentialfreien Spannungsquelle 202 beitragen, der die Schwellenspannung der Transistoren in der Bootstrap-Schaltung 200 nicht übersteigt. Der Vorstrom Ioff kann beispielsweise einen negativen Spannungsabfall an der potentialfreien Spannungsquelle 202 erzeugen. Die Ströme Ion und Ioff können Ströme bereitstellen, die gleich und gegenteilig, aber nicht darauf beschränkt sind.
4A zeigt eine Ausführungsform, in der die Stromquellen 400 und 402 Ion- und Ioff-Ströme mittels der Steuersignal-Betriebsschalter 404 und 406 liefern. Die zwei Stromquellen 400 und 402 können in Serie geschaltet und die zwei Schalter 404 und 406 zwischen jede der Stromquellen angeordnet und zwischen einer ersten Versorgungsspannung VDD und einer zweiten Versorgungsspannung VSS geschaltet sein. Die Stromquellen 400 und 402 können die Ion- und Ioff-Ströme an eine potentialfreie Spannungsquelle (nicht in 4A angezeigt) liefern.
4B zeigt eine Ausführungsform, die eine Stromquelle 410, eine Stromquelle 412, einen Transistor 414, einen Transistor 416 und eine Stromspiegelschaltung 418 vorsieht. Für die Transistoren 414 und 416 können NMOS-Transistoren eingesetzt werden, sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Die Stromquellen 410 und 412 können Ion- und Ioff-Ströme mittels der die Transistoren 414 und 416 betreibenden Steuersignale bereitstellen. Somit können die Transistoren 414 und 416 als Stromsteuertransistoren fungieren, die Strom als Reaktion auf Steuersignale liefern. Wenn der Transistor 414 ein Steuersignal erhält, einen Weg für die Stromquelle 410 bereitzustellen, können die PMOS-Transistoren in der Stromspiegelschaltung 418 den Ion-Strom der Stromquelle 410 in den an die potentialfreie Spannungsquelle angeschlossenen Knoten (nicht in 4B dargestellt) spiegeln. Der Stromspiegel 418 kann zur Erzeugung eines nachgebildeten Ion-Stroms bzw. einer skalierten Version davon (z. B. Ion-Strom mit fester Verstärkung skaliert) konfiguriert sein. In diesem Szenario kann der Ion-Strom einen Spannungsabfall in der potentialfreien Spannungsquelle zur Aktivierung des Bootstrap-Schalters erzeugen. Erhält der Transistor 416 ein Steuersignal, einen Weg für die Stromquelle 412 bereitzustellen, kann der Ioff-Strom der Stromquelle 412 an den an die potentialfreie Spannungsquelle angeschlossenen Knoten geleitet werden. In diesem Szenario kann der Ioff-Strom einen Spannungsabfall in der potentialfreien Spannungsquelle zur Deaktivierung des Bootstrap-Schalters erzeugen.
4C zeigt eine Ausführungsform, die eine Stromquelle 420, eine Stromquelle 422, einen Transistor 424, und eine Stromspiegelschaltung 426 vorsieht. Für die Transistoren 420 und 422 können NMOS-Transistoren eingesetzt werden, sind jedoch nicht auf diese beschränkt. Der Stromspiegel 426 kann zur Erzeugung einer Kopie des Ion-Stroms bzw. einer skalierten Version davon (z. B. Ion-Strom mit fester Verstärkung skaliert) konfiguriert werden. In dieser Ausführungsform kann eine einzelne Stromquelle 420 Ion- und Ioff-Ströme mittels der die Transistoren 422 und 424 betreibenden Steuersignale bereitstellen. Somit können die Transistoren 422 und 424 als Stromsteuertransistoren fungieren, die Strom als Reaktion auf Steuersignale liefern. Insbesondere kann die Stromquelle 420 zwei Ströme liefern, die beide ungefähr die gleiche Stärke wie der an die potentialfreie Spannungsquelle angeschlossene Knoten (nicht in 4C dargestellt) aber mit unterschiedlichen Richtungen aufweisen. Die Stromquelle 420 kann unterschiedliche Stromstärken liefern, wenn sie entsprechend konfiguriert ist.
In den in 4B und 4C gezeigten Ausführungsformen können die zwei an die Transistoren 414 und 416 und die Transistoren 422 und 424 gesendeten Steuersignale durch ein einzelnes Steuersignal ersetzt werden, wenn beispielsweise ein einzelnes Steuersignal zur Regelung der Funktionsweise des ersten Transistors und ein Wechselrichter zur Regelung der Funktionsweise des zweiten Transistors verwendet wird.
5 zeigt einen Schaltplan für ein zweites Ausführungsbeispiel einer Bootstrap-Schaltung 500, das eine potentialfreie Spannungsquelle 502 und einen Treiber für die potentialfreie Spannungsquelle 504 aufweist. Die Bootstrap-Schaltung 500 kann einen Transistor 102 und 104 umfassen, die beispielsweise NMOS-Transistoren sein können, aber nicht darauf beschränkt sind. Die Gates und die Sources der Transistoren 102 und 104 können jeweils miteinander verbunden sein, ähnlich wie in 1. Die potentialfreie Spannungsquelle 502 kann einen Transistor 506 und einen Widerstand 508 vorsehen, ist aber nicht darauf beschränkt. Der Transistor 506 kann ein PMOS-Transistor sein, ist aber nicht darauf beschränkt. Der Widerstand 508 kann mit der Source des Transistors 506 und mit den Gates der Transistoren 102 und 104 verbunden sein. Das Gate des Transistors 506 kann an die Sources der Transistoren 102 und 104 angeschlossen sein. Der Widerstand 508 kann als bidirektionales Element ausgebildet sein, das einen Spannungsabfall erzeugt. Ferner kann es sich bei dem Widerstand 508 beispielsweise um einen Widerstand, Dioden, als Diode geschaltete NMOS- oder PMOS-Transistoren oder Zenerdioden oder eine Kombination aus diesen handeln.
Der Treiber für die potentialfreie Spannungsquelle 504 kann eine Stromquelle 510 aufweisen, die Ion-Strom liefert, und eine Stromquelle 512, die Ioff-Strom liefert. Der Treiber für die potentialfreie Spannungsquelle 504 kann die drei Schalter 514, 516 und 518 aufweisen. Die Schalter 514, 516 und 518 können die Lieferung der Ion- und Ioff-Ströme zur potentialfreien Spannungsquelle 502 steuern.
Der Treiber für die potentialfreie Spannungsquelle 504 kann Ströme an verschiedene Knoten der potentialfreien Spannungsquelle 502 liefern. Wie beispielsweise in 5 gezeigt, kann der Treiber für die potentialfreie Spannungsquelle 504 einen Strom an den Knoten leiten, der die Gates der NMOS-Transistoren 102 und 104 und den Widerstand 508 verbindet, oder an den Knoten, der den Widerstand 508 und die Source des Transistors 506 verbindet.
Zur Einschaltung des Bootstrap-Schalters 500 kann der Schalter 516 eingeschaltet (d. h. geschlossen) und die Schalter 514 und 518 ausgeschaltet (d. h. offen) werden. In diesem Szenario wird Ion-Strom von der Stromquelle 510 dem Knoten zugeführt, der die Gates der Transistoren 102 und 104 und den Widerstand 508 verbindet. Entsprechend kann der in den Widerstand 508 fließende Ion-Strom von der Stromquelle 510 einen Spannungsabfall am Widerstand 508 erzeugen und zwischen der Source und dem Gate des Transistors 506 kann eine Spannung erzeugt werden. Demzufolge kann die zwischen dem Gate und der Source der Transistoren 102 und 104 erzeugte Spannung ungefähr der folgenden Gleichung entsprechen: V_{GS_102/104} = V_R + V_{SG_506} (1) wobei V_R einem Spannungsabfall am Widerstand 508 und V_{SG_506} der Spannung zwischen der Source und dem Gate des Transistors 506 entspricht. Die Bootstrap-Schaltung 500 kann eingeschaltet werden, wenn die Spannung zwischen dem Gate und der Source der Transistoren 102 und 104 größer als eine Schwellenspannung der Transistoren 102 und 104 ist. Die Stromquelle 510 kann Ion-Strom in der Weise liefern, dass ein Spannungsabfall am Widerstand 508 und am Transistor 506 erzeugt wird, um die Gate-Source-Spannung der Transistoren 102 und 104 zu erzeugen, die ungefähr gleich oder größer als die Schwellenspannung der Transistoren 102 und 104 ist.
Zur Ausschaltung der Bootstrap-Schaltung 500 kann der Schalter 516 ausgeschaltet (d. h. offen) und die Schalter 514 und 518 eingeschaltet (d. h. geschlossen) werden. In diesem Szenario kann der Ion-Strom der Stromquelle 510 an den Knoten geleitet werden, der die Source des Transistors 506 und den Widerstand 508 verbindet. Hierbei kann ein Weg für den Ioff-Strom von dem Knoten bereitgestellt werden, der die Gates der Transistoren 102 und 104 mit der Stromquelle 512 verbindet. Dementsprechend kann Strom von der Stromquelle 510 zu dem Knoten, der den Widerstand 508 und die Source des Transistors 506, über den Widerstand 508 zu dem Knoten, der die Gates der Transistoren 102 und 104 verbindet, und zur Stromquelle 512 fließen. Insbesondere kann von dem Knoten, der den Widerstand 508 und den Transistor 506 verbindet, Ion-Strom abzüglich Ioff über den Transistor 506 und Ioff-Strom über den Widerstand 508 an den Knoten fließen, der die Gates der Transistoren 102 und 104 verbindet. Die Spannung an den verbundenen Gates der Transistoren 102 und 104 kann der folgenden Gleichung ungefähr entsprechen: V_{GS_102/104} = –V_R + V_{SG_506} (2)
Die Bootstrap-Schaltung 500 kann ausgeschaltet werden, wenn die Spannung zwischen dem Gate und der Source der Transistoren 102 und 104 kleiner als eine Schwellenspannung der Transistoren 102 und 104 ist. Die Stromquellen 510 und 512 können Ion- und Ioff-Strom in der Weise liefern, dass ein Spannungsabfall am Widerstand 508 und dem Transistor 506 bewirkt wird, um die Spannung zwischen dem Gate und der Source der Transistoren 102 und 104 zu erzeugen, die kleiner als die Schwellenspannung der Transistoren 102 und 104 ist.
Im Gegensatz zu der in 2 gezeigten Ausführungsform, bei der die Ion- und Ioff-Ströme zum gleichen Knoten fließen, kann der Treiber der potentialfreien Spannungsquelle 504 im Ausführungsbeispiel gemäß 5 Strom zu verschiedenen Knoten der potentialfreien Spannungsquelle 502 liefern. Ferner kann die Bootstrap-Schaltung 500 in 5 beide Stromquellen zur Erzeugung eines gewünschten Spannungsabfalls am Widerstand 508 nutzen, um die Bootstrap-Schaltung 200 auszuschalten.
6 ist ein Schaltplan zur Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Vorspann ungsgeneratorschaltung 600, die zur Erzeugung einer konstanten Übersteuerungsspannung für eine Bootstrap-Schaltung eingesetzt werden kann. Die Vorspannungsgeneratorschaltung 600 kann beispielsweise mit dem in 1, 2 oder 5 dargestellten Bootstrap-Schalter verbunden sein. Die konstante Übersteuerungsspannung kann ein Teil einer Spannung sein, die zusätzlich zur Schwellenspannung, die einen Transistor einschaltet, bereitgestellt wird. Die Übersteuerungsspannung kann zur Steuerung bestimmter Parameter des Transistors genutzt werden. So können mit der Übersteuerungsspannung beispielsweise bestimmte Parameter der Transistoren 102 and 104 in der Bootstrap-Schaltung gesteuert werden.
Wie in 6 gezeigt, kann die Vorspannungsgeneratorschaltung 600 einen Eingang 602 für den Empfang einer Referenzspannung Vref, einen Verstärker 604, einen Transistor 606, einen Transistor 608, einen Transistor 610, eine Stromquelle 612, einen Transistor 614, eine nachgebildete Schaltung einer potentialfreien Spannungsquelle 616 und einen Transistor 618 vorsehen. Die nachgebildete Schaltung einer potentialfreien Spannungsquelle 616 kann ein oder mehrere Schaltelemente umfassen, die weitegehen mit den entsprechenden Schaltelementen der potentialfreien Spannungsquelle (z. B. der in 2 dargestellten potentialfreien Spannungsquelle) identisch sind. Die nachgebildete Schaltung einer potentialfreien Spannungsquelle 616 kann die an die Transistoren in der Bootstrap-Schaltung gelieferte Gate-Source-Spannung kopieren (z. B. die in 2 gezeigte Schaltung 200). Die nachgebildete Schaltung der potentialfreien Spannungsquelle 616 kann einen PMOS-Transistor 620 und einen Widerstand 622 vorweisen. Der Transistor 606 kann als NDMOS-Transistor, die Transistoren 608 und 610 als NMOS-Transistoren, und die Transistoren 614 und 618 als PMOS-Transistoren ausgebildet sein, sind aber nicht auf diese beschränkt.
Der Eingang 602 kann eine Spannung Vref von einer Spannungsquelle empfangen und eine Spannung Vref an einen ersten Anschluss (z. B. einen negativen Eingangsanschluss) des Verstärkers 604 liefern. Ein zweiter Anschluss (z. B. ein positiver Anschluss) des Verstärkers 604 kann mit der Source des NDMOS-Transistors 606 über den Knoten Na verbunden sein. Die Source des NDMOS-Transistors 606 kann auch mit dem Drain des NMOS-Transistors 608 über den Knoten Na verbunden sein. Der NMOS-Transistor 608 kann über die Gates der Transistoren 608 und 610 an den NMOS-Transistor 610 angeschlossen sein, um den von der Stromquelle 612 erzeugten und an den Drain und das Gate des NMOS-Transistors 610 gelieferten Ib-Strom nachzubilden. Das Gate des NDMOS-Transistors 606 kann an den Drain des NDMOS-Transistors 606 und an den Drain des PMOS-Transistors 614 über den Knoten Nb gekoppelt sein. Das Gate des PMOS-Transistors 614 kann mit dem Ausgang des Verstärkers 604 verbunden sein. Die nachgebildete Schaltung der potentialfreien Spannungsquelle 616 kann an den Knoten Nb angeschlossen sein, der die Sources des NDMOS-Transistors 606 und des PMOS-Transistors 614 verbindet. Die Source des PMOS-Transistors 618 kann ebenfalls an den Knoten Nb angeschlossen sein, der die Sources des NDMOS-Transistors 606 und des PMOS-Transistors 614 verbindet. Der Widerstand 622 in der nachgebildeten Schaltung der potentialfreien Spannungsquelle 616 kann an den Drain und das Gate des PMOS-Transistors 620 gekoppelt sein und die Gates des PMOS-Transistors 620 und des PMOS-Transistors 618 können ebenfalls miteinander verbunden sein.
Die Vorspannungsgeneratorschaltung 600 kann auf die Bereitstellung des Ion-Stroms in der Weise konfiguriert sein, dass die von der Bootstrap-Schaltung (nicht dargestellt) gelieferte Übersteuerungsspannung Vod bei Prozess- oder Temperaturabweichungen ungefähr konstant bleibt. Die Übersteuerungsspannung Vod kann der Gate-Source-Spannung Vgs abzüglich der Schwellenspannung Vth des Transistors in der Bootstrap-Schaltung ungefähr entsprechen. Die an den Eingang 602 und den Verstärker 604 gelieferte Spannung Vref kann so gewählt werden, dass sie bei Prozess- und Temperaturabweichungen ungefähr konstant bleibt. Die Referenzspannung Vref kann der Übersteuerungsspannung Vod der Schaltvorrichtung ungefähr entsprechen. Der Ausgang des Verstärkers 604 kann den PMOS-Transistor 614 in der Weise ansteuern, dass eine Spannung Vref am Knoten Na anliegt, die mit der Source des NDMOS-Transistors 256 verbunden ist. Die Stromquelle 612 kann einen Vorstrom Ib liefern, der über den NDMOS-Transistor 606 forciert werden kann. Der Vorstrom Ib kann gering genug gewählt werden, dass er eine niedrige Gate-Source Spannung Vgs im NDMOS-Transistor 606 erzeugt. Die niedrige Vgs des NDMOS-Transistors 606 kann der Schwellenspannung Vth des Transistors in der Bootstrap-Schaltung entsprechen.
Die Spannung am Knoten Nb kann der Spannung am Knoten Na zuzüglich des Spannungsabfalls der Gate-Source-Spannung Vgs am NDMOS-Transistor 606 entsprechen. Weil die Spannung am Knoten Na Vref sein kann, kann die Spannung am Knoten Nb ungefähr der folgenden Gleichung entsprechen: V_NB = V_REF + _{VGS_606} (3) wobei V_REF der zum Eingang 602 gelieferten Spannung und V_{GS_606} der Gate-Source-Spannung des NDMOS-Transistors 606 entspricht. Die Gate-Source-Spannung Vgs des NDMOS-Transistors 606 kann ungefähr der Schwellenspannung Vth des NDMOS-Transistors 606 entsprechen. Daher kann die Spannung am Knoten Nb ungefähr der folgenden Gleichung entsprechen: V_NB ≈ V_REF + V_{TH_606} (4) wobei V_{TH_606} die Schwellenspannung des NDMOS-Transistors 606 ist. Die Spannung Vnb am Knoten Nb kann in einen Ion-Vorstrom umgewandelt werden, der einer potentialfreien Spannungsquelle zugeführt wird, die eine Bootstrap-Schaltung steuern kann. So kann die Spannung Vnb in einen Ion-Vorstrom und als solcher anschließend in eine Spannung in der potentialfreien Spannungsquelle umgewandelt werden.
Zur Umwandlung einer Spannung Vnb am Knoten Nb in einen Ion-Strom kann die Spannung Vnb über eine nachgebildete potentialfreie Spannungsquelle forciert werden, um einen Ion-Strom zu erzeugen. Der Ion-Strom lässt sich folgendermaßen annähern:
wobei V_{TH_606} der Schwellenspannung des NDMOS-Transistors 606 und R_{FLOATING_SOURCE} dem Widerstand der potentialfreien Spannungsquelle entspricht. R_{FLOATING_SOURCE} kann zur Veranschaulichung (d. h. zum Zweck der Beschreibung eines Aspekts der vorliegenden Erfindung mittels der obigen Gleichung) als Widerstand der potentialfreien Spannungsquelle betrachtet werden. Dieser Widerstand kann der an die potentialfreie Spannungsquelle angelegten Spannung geteilt durch den Strom der potentialfreien Spannungsquelle entsprechen. Der Ion-Strom lässt sich auch folgendermaßen darstellen:
Der vom Treiber der potentialfreien Spannungsquelle erzeugte Ion-Strom kann an die potentialfreie Spannungsquelle (nicht angezeigt) geliefert und die erzeugte Spannung in der potentialfreien Spannungsquelle folgendermaßen berechnet werden: V_{FLOATING_SOURCE} = I_ON·R_{FLOATING_SOURCE} = V_NB ≈ V_{TH_606} + V_REF (7)
Im Gegenzug lässt sich die Gate-Source-Spannung Vgs der Transistoren in der Bootstrap-Schaltung (nicht angezeigt) durch folgende Gleichung berechnen: V_{GS_SW} = V_{TH_SW} + V_OD = V_{FLOATING_SOURCE} ≈ V_{TH_606} + V_REF (8) wobei V_{TH_SW} der Schwellenspannung der Transistoren 102 und 104 im Bootstrap-Schalter und V_OD der Übersteuerungsspannung entspricht.
Aus der Gleichung 8 wird ersichtlich, dass die Schwellenspannung von V_{TH_SW} der Transistoren 102 und 104 im Bootstrap-Schalter die Schwellenspannung Vth_606 des NDMOS-Transistors 606 im Gerät der potentialfreien Spannungsquelle bei Prozess- und Temperaturschwankungen nachverfolgen kann. Insbesondere kann die Gate-Source-Spannung Vgs der Transistoren in der Bootstrap-Schaltung der Schwellenspannung Vth_606 des NDMOS-Transistors 606 zuzüglich der Spannung Vref entsprechen, die an den Treiber der potentialfreien Spannungsquelle am Knoten 602 angelegt wird und ungefähr konstant bleiben kann. Das bedeutet, dass die Übersteuerungsspannung Vod der Schaltervorrichtung der an den Treiber der potentialfreien Spannungsquelle am Knoten 602 angelegten Referenzspannung Vref gleichen kann. Die von der Vorspannungsgeneratorschaltung 600 bereitgestellte Übersteuerungsspannung Vod kann Prozess- und temperaturinvariant sein. Und gleichzeitig kann so die Stabilität der Schaltereigenschaften während des Betriebs sichergestellt werden.
7 ist ein Schaltplan zur Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Vorspannungsgeneratorschaltung 700, die eingesetzt werden kann, um sicherzustellen, dass die Komponenten in der Bootstrap-Schaltung einen konstanten On-Widerstand aufweisen. Die Vorspannungsgeneratorschaltung 700 kann zur Bereitstellung eines Ion-Vorstrom in der Weise konfiguriert sein, dass ein konstanter On-Widerstand über Prozess- und Temperaturabweichungen von den Transistorkomponenten der Bootstrap-Schaltung (z. B. Schaltung 200 in 2) aufrechterhalten bleibt. Die Vorspannungsgeneratorschaltung 700 kann eine Stromquelle 702, einen Verstärker 704, eine Stromquelle 706, einen Präzisionswiderstand 708, einen Transistor 710, eine nachgebildete Schaltung einer potentialfreien Spannungsquelle 712 und einen Transistor 714 vorsehen. Die Transistoren 710 und 714 können jeweils als NDMOS-Transistor und PMOS-Transistor ausgebildet sein, sind aber nicht darauf beschränkt.
Die nachgebildete Schaltung der potentialfreien Spannungsquelle 712 kann ein oder mehrere Schaltelemente aufweisen, die mit den entsprechenden Schaltelementen der potentialfreien Spannungsquelle (z. B. die in 2 gezeigte potentialfreie Spannungsquelle) weitgehend identisch sind. Die kopierte Schaltung der potentialfreien Spannungsquelle 712 kann die an die Transistoren in der Bootstrap-Schaltung gelieferte Gate-Source-Spannung kopieren (z. B. die in 2 gezeigte Schaltung 200). Die nachgebildete Schaltung der potentialfreien Spannungsquelle 712 kann einen PMOS-Transistor 716 und einen Widerstand 718 aufweisen.
Die Stromquelle 702 kann einen Vorstrom Ib an den Knoten leiten, der einen ersten Anschluss (z. B. einen negativen Anschluss) des Verstärkers 704 und den Drain des NDMOS-Transistors 710 verbindet. Die Stromquelle 706 kann den Vorstrom Ib an den Knoten leiten, der einen zweiten Anschluss (z. B. einen positiven Anschluss) des Verstärkers 704 und den Widerstand 708 verbindet. Der Widerstand 708 kann ein Präzisionswiderstand oder eine Kombination aus Schaltelementen sein, die einen Präzisionswiderstand ergeben. Ein Präzisionswiderstand ist ein Widerstand, der über längere Zeit ungefähr konstant bleibt und nahezu Prozess- und temperaturinvariant ist. Das Gate des NDMOS-Transistors 710 kann mit dem Ausgang des Verstärkers 704 verbunden sein. Das Gate des NDMOS-Transistors 710 kann an den Knoten Na angeschlossen sein, der die nachgebildete Schaltung der potentialfreien Spannungsquelle 712 und die Source des PMOS-Transistors 714 verbindet. Die Source des PMOS-Transistors 716 in der nachgebildeten Schaltung der potentialfreien Spannungsquelle 712 kann ebenfalls an den Knoten Na angeschlossen sein und der Drain des PMOS-Transistors 716 an den Wiederstand 718. Das Gate des PMOS-Transistors 716 kann mit dem Gate des PMOS-Transistors 714 und dem Drain des PMOS-Transistors 716 verbunden sein.
Der NDMOS-Transistor 710 kann so gewählt werden, dass er eine ungefähre Nachbildung der Transistoren 102 und 104 in der Bootstrap-Schaltung (nicht angezeigt) dargestellt. Der Verstärker 704 kann das Gate des NDMOS-Transistors 710 in der Weise ansteuern, dass für den gleichen Vorstrom Ib der Spannungsabfall am Widerstand 708 über die Drain-Source-Spannung des NDMOS-Transistors 710 forciert wird. Dementsprechend kann der Widerstand des NDMOS-Transistors 710 dem des Widerstands 708 über Temperatur- und Prozessabweichungen entsprechen. Die Gate-Source-Spannung (Vgs) des NDMOS-Transistors 710 kann der Gate-Source-Spannung (Vgs_sw) der Transistoren in der Bootstrap-Schaltung ungefähr gleichen und somit die gleiche Widerstandswirkung wie die des Widerstands 708 ermöglichen.
Die Gate-Source-Spannung (Vgs) des NDMOS-Transistors 710 kann über die nachgebildete Schaltung der potentialfreien Spannungsquelle 712 forciert werden, die der potentialfreien Spannungsquelle gleichen kann, die zur Spannungszufuhr an die Bootstrap-Schaltung verwendet werden kann. Der an die potentialfreie Spannungsquelle gelieferte Strom von der Vorstromgeneratorschaltung 700 kann folgender Gleichung entsprechen:
wobei V_{TH_710} der Gate-Sourcespannung des NDMOS-Transistors 710 und R_{FLOATING_SOURCE} dem Widerstand der potentialfreien Spannungsquelle entspricht. Der Ion-Strom kann von der potentialfreien Spannungsquelle zur Bereitstellung einer potentialfreien Spannung an die Transistoren der Bootstrap-Schaltung genutzt werden, die sich mit folgender Gleichung berechnen lässt: V_{FLOATING_SOURCE} = I_ON·R_{FLOATING_SOURCE} = V_{GS_710} (10)
Weil die potentialfreie Spannungsquelle potentialfreie Spannung zwischen den Gates und den Sources der Transistoren im Bootstrap-Schalter anlegt, lässt sich die Gate-Source-Spannung der Transistoren anhand folgender Gleichung annähern: V_{GS_SW} = V_{FLOATING_SOURCE} = V_{GS_710} (11)
Dementsprechend lässt sich die Gate-Source-Spannung (Vgs_sw) der Transistoren im Bootstrap-Schalter mittels der Gate-Source-Spannung (Vgs) des NDMOS-Transistors 710 berechnen. In einer solchen Konfiguration können die Transistoren im Bootstrap-Schalter einen On-Widerstand aufweisen, der dem des Präzisionswiderstands 708 gleicht und bei Prozess- und Temperaturabweichungen nahezu konstant bleibt. Die Aufrechterhaltung eines On-Widerstands, der bei Prozess- und Temperaturabweichungen nahezu konstant bleibt, ermöglicht ggf. nahezu konstant bleibende Eigenschaften der Transistoren 102 und 104.
8 ist ein Schaltplan zur Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Vorspannungsgeneratorschaltung 800, die zur Erzeugung eines konstanten On-Widerstands für eine Bootstrap-Schaltung eingesetzt werden kann. Die Vorspannungsgeneratorschaltung 800 gleicht der in 7 dargestellten Vorspannungsgeneratorschaltung 700. Zusätzlich zu den in 7 aufgeführten Elementen kann die Vorspannungsgeneratorschaltung 800 einen Transistor 802 und ein Messelement 804 vorsehen. Das Messelement 804 kann als Impedanzwandler ausgeführt sein, ist aber nicht darauf beschränkt. Der Transistor 802 kann als NDMOS-Transistor ausgebildet sein, ist aber nicht darauf beschränkt.
In der Vorspannungsgeneratorschaltung 800 kann die an die Transistoren in der Bootstrap-Schaltung (z. B. in 2 dargestellte Schaltung 200) gelieferte Gate-Source-Spannung mithilfe der Transistoren 710 und 802 nachgebildet werden, während ein konstanter On-Widerstand am Transistor bei Prozess- und Temperaturabweichungen aufrechterhalten wird. Die Transistoren 710 und 802 können eine bessere Anpassung an die Transistoren in der Bootstrap-Schaltung ermöglichen. In dem Ausführungsbeispiel können das Gate des NDMOS-Transistors 710 und das Gate des NDMOS Transistors 802 miteinander verbunden sein. Gleichermaßen können die Source des NDMOS-Transistors 710 und die Source des NDMOS-Transistors 802 miteinander verbunden sein. Die Gate-Source-Spannung (Vgs) der NDMOS-Transistoren 710 und 802 kann über die nachgebildete Schaltung der potentialfreien Spannungsquelle 712 forciert werden. Die nachgebildete Schaltung der potentialfreien Spannungsquelle 712 kann einen Ion-Strom erzeugen, der einer potentialfreien Spannungsquelle zugeführt werden kann. Mithilfe des Ion-Stroms kann die potentialfreie Spannungsquelle die potentialfreie Spannung in der Weise zwischen den Gates und Sources der Transistoren 102 und 104 in der Bootstrap-Schaltung anlegen, dass ein nahezu konstanter On-Widerstand bei Prozess- und Temperaturabweichungen an den Transistoren 102 und 104 bereitgestellt wird. Dadurch kann die Schalterleistung während des Betriebs verbessert bzw. aufrechterhalten werden.
9 zeigt einen Schaltplan für ein erstes Ausführungsbeispiel einer Bootstrap-Schaltung 900 mit einem Regelkreis, der schnelles Schalten ermöglicht. Die Bootstrap-Schaltung 900 kann einen Transistor 102, einen Transistor 104, eine Stromquelle 906, ein Schaltelement 908, einen Transistor 910, eine Stromquelle 912 und einen Transistor 914 vorsehen. Die Gates der Transistoren 102 und 104 können miteinander verbunden sein. Gleichermaßen können die Sources der Transistoren 102 und 104 miteinander verbunden sein. Die Transistoren 102, 104 und 914 können als NMOS-Transistoren und der Transistor 910 als PMOS-Transistor ausgebildet sein, sie sind aber nicht darauf beschränkt.
Die Stromquelle 906 kann zwischen dem die Gates der Transistoren 102 und 104 verbindenden Knoten und einer ersten Versorgungsspannung VDD geschaltet sein. Das Schaltelement 908 kann an den die Gates der Transistoren 102 und 104 und die Source des Transistoren 910 verbindenden Knoten angeschlossen sein. Der Drain des Transistors 910 kann an eine zweite Versorgungsspannung VSS gekoppelt sein. Die Gates der Transistoren 910 und 914 können an den die Sources der Transistoren 102 und 104 verbindenden Knoten gekoppelt sein. Der Drain des Transistors 914 kann an die erste Versorgungsspannung VDD und die Source des Transistors 914 an den die Sources der Transistoren 102 und 104 verbindenden Knoten angeschlossen sein. Die Stromquelle 912 kann zwischen den die Sources der Transistoren 102 und 104 verbindenden Knoten und die zweite Versorgungsspannung VSS geschaltet sein.
Mithilfe der Stromquelle 906, dem Schaltelement 908, den Transistoren 910 und 914 und der Stromquelle 912 kann eine Spannung an den verbundenen Gates und Sources der Transistoren 102 und 104 erzeugt werden, die die Ein- und Ausschaltung der Transistoren 102 und 104 in der Bootstrap-Schaltung steuert. Um die Transistoren 102 und 104 einzuschalten, kann die Stromquelle 906 einen Ion-Strom zur Erzeugung der Spannung (Vr) am Schaltelement 908 liefern und eine Source-Gate-Spannung (Vgs) des PMOS-Transistors 910. Die Spannung am Schaltelement 908 und am PMOS-Transistor 910 kann eine Gate-Source-Spannung (Vgs) in den NMOS-Transistoren 102 und 104 erzeugen, die der folgenden Gleichung ungefähr entspricht: V_GS = V_R + V_{GS_910} (12) wobei V_R die Spannung am Widerstand und V_{GS_910} die Gate-Source-Spannung des PMOS-Transistors 910 ist. Wenn die Stromquelle 906 den Ion-Strom liefert, sieht der NMOS-Transistor 914 ggf. eine negative Spannung (Vgs) am Knoten, der mit dem Gate des NMOS-Transistors 914 verbunden und deswegen ausgeschaltet ist.
Um die NMOS-Transistoren 102 und 104 in der Bootstrap-Schaltung auszuschalten, kann die Stromquelle 912 einen Ioff-Strom liefern, der durch den NMOS-Transistor 914 fließt. Die Gate-Source-Spannung (Vgs) der NMOS-Transistoren 102 und 104 kann der negativen Gate-Source-Spannung (Vgs_914) des NMOS-Transistors 914 ungefähr gleichen. Daher entspricht die Gate-Source-Spannung Vgs der NMOS-Transistoren 102 und 104 ungefähr der folgenden Gleichung: V_GS = –V_{GS_914} (13) wobei V_{GS_914} die Gate-Source-Spannung des NMOS-Transistors 914 ist.
Das Schaltelement 908 in der Bootstrap-Schaltung 900 kann als Widerstand, Diode, als Diode geschaltete NMOS- oder PMOS-Transistoren oder Zenerdiode oder als Kombination aus diesen ausgebildet sein. Das Schaltelement 908 in der Bootstrap-Schaltung 900 muss nicht bidirektional sein und kann beispielsweise als direktionaler Widerstand oder Diode ausgebildet sein. Das Schaltelement 908 kann eine oder mehrere Dioden oder eine als Diode geschaltete Vorrichtung sein, die schnellen Ein- und Ausschalten ermöglicht.
Die in 9 gezeigte Bootstrap-Schaltung 900 ermöglicht schnelles Ein- und Ausschalten, da der PMOS-Transistor 910 und der NMOS-Transistor 914 eine relativ hohe Stromaufnahmekapazität haben, ohne einen hohen Spannungsabfall am PMOS-Transistor 910 und der NMOS-Transistor 914 zu verursachen. So können höhere Ströme für schnelleres Ein- und Ausschalten der Transistoren 102 und 104 in der Bootstrap-Schaltung bereitgestellt werden. Nach dem Ein-/Ausschalten kann der Strom für Energiesparzwecke reduziert werden.
10 zeigt einen Schaltplan für ein zweites Ausführungsbeispiel einer Bootstrap-Schaltung 1000 mit einem Regelkreis, der schnelles Schalten ermöglicht. Die Bootstrap-Schaltung 1000 kann die Transistoren 102 und 104, eine Stromquelle 1002, NMOS-Transistoren 1004 und 1006, eine aus den PMOS-Transistoren 1008 und 1010 gebildete Stromspiegelschaltung, eine oder mehrere Dioden 1012, einen Transistor 1014 und einen Transistor 1016 vorsehen. Die Gates der Transistoren 102 und 104 können miteinander verbunden sein. Und gleichermaßen können die Sources der Transistoren 102 und 104 miteinander verbunden sein. Die Transistoren 102, 104 und 1016 können als NMOS-Transistoren und der Transistor 1014 als PMOS-Transistor ausgebildet sein, sind aber nicht darauf beschränkt.
Um die Bootstrap-Schaltung 1000 ein- und auszuschalten, können Steuersignale an den Gates der NMOS-Transistoren 1004 und 1006 angelegt werden. Um die Transistoren 102 und 104 in der Bootstrap-Schaltung 1000 einzuschalten, kann ein relativ hohes Signal an das Gate des NMOS-Transistors 1004 und ein relativ niedriges Signal an das Gate des NMOS-Transistors 1006 geleitet werden. Wenn der NMOS-Transistor 1004 eingeschaltet ist, kann Strom Ib durch den NMOS-Transistor 1004 und den PMOS-Transistor 1008 fließen. Der von den PMOS-Transistoren 1008 und 1010 gebildete Stromspiegel kann so konfiguriert werden, dass er Strom Ib in den Knoten einspeist, der die Dioden 1012 und die Source des NMOS-Transistors 1016 verbindet. Der Strom Ib kann dann durch die Dioden 1012 und den vom PMOS-Transistor 1014 gebildeten Folger fließen. Ein Spannungsabfall kann an den Dioden 1012 und der Source und dem Gate des PMOS-Transistors 1014 auftreten. Die Summe dieser Spannungsabfälle kann an die Transistoren 102 und 104 angelegt werden. Insbesondere lässt sich die von den Dioden 1012 und dem PMOS-Transistor erzeugte Gate-Source-Spannung der Transistoren 102 und 104 der Bootstrap-Schaltung 1000 mit der folgenden Gleichung annähernd berechnen: V_GS = V_{GS_1014} + V_D1 + V_D2 + V_D3 (14) wobei V_D1, V_D2 und V_D3 den Spannungen an den Dioden 1012 und V_{GS_1014} der Gate-Source-Spannung des PMOS-Transistors 1014 entspricht. Wenn die Gate-Source-Spannung Vgs der Transistoren 102 und 104 die Schwellenspannung der Transistoren 102 und 104 übersteigt, können die Transistoren 102 und 104 eingeschaltet sein und die Bootstrap-Schaltung 1000 kann die an den Eingang der Bootstrap-Schaltung 1000 angelegten Signale leiten. Wird der Vorstrom Ib zur Einschaltung der Bootstrap-Schaltung 1000 geliefert, kann der NMOS-Transistor 1016 ausgeschaltet sein, da er eine negative Spannung Vgs erkennt.
Um die Transistoren 102 und 104 in der Bootstrap-Schaltung 1000 auszuschalten, kann ein relativ geringes Signal an das Gate des NMOS-Transistors 1004 und ein relativ hohes Signal an das Gate des NMOS-Transistors 1006 angelegt werden. Wenn der NMOS-Transistor 1006 eingeschaltet ist, kann der Strom Ib durch den NMOS-Transistor 1006 und den PMOS-Transistor 1016 fließen. Wird der Vorstrom Ib an den PMOS-Transistor 1016 angelegt, kann die Gate-Source-Spannung Vgs der NMOS-Transistoren 102 und 104 der entgegengesetzten Gate-Source-Spannung des PMOS-Transistors 1016 entsprechen. Das heißt, eine negative Spannung kann an der Gate-Source-Spannung der Transistoren 102 und 104 angelegt werden, um die Bootstrap-Schaltung 1000 auszuschalten. Wenn der NMOS-Transistor 1016 eine Vorspannung Ib leitet, können die Dioden 1012 sperrgepolt vorgespannt sein.
Ähnlich wie bei dem in 9 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel, kann die Bootstrap-Schaltung 1000 schnelles Ein- und Ausschalten ermöglichen, weil die aus dem PMOS-Transistor 1014, dem NMOS-Transistor 1016 und den Dioden 1012 gebildete und als Folger angeschlossene Vorrichtung eine hohe Stromaufnahmekapazität aufweist, ohne an diesen Vorrichtungen hohe Spannungsabfälle zu bewirken. Das bedeutet, dass dieser hohe Strom für schnelleres Ein- und/oder Ausschalten bereitgestellt werden kann. Nach dem Ein-/Ausschalten kann der Strom für Energiesparzwecke reduziert werden.
Die zur Bildung eines Spannungsabfalls verwendeten Dioden 1012 können mit anderen Elementen ersetzt werden, die zur Bereitstellung des gewünschten Spannungsabfalls entsprechend konfiguriert werden können. Anstatt der Dioden 1012 könnte beispielsweise ein Widerstand bzw. eine Kombination von Widerständen und Dioden eingesetzt werden.
Der mithilfe des Regelkreises und der Spiegelstromschaltung gelieferte Vorstrom kann mit anderen Schaltungen bereitgestellt werden, wobei der Regelkreis aus den Transistoren 1004 und 1006 und die Spiegelstromschaltung aus den Transistoren 1008 und 1010 gebildet ist. Beispiele dieser Schaltungen sind in 4A, 4B und 4C dargestellt.
Ein Fachmann wird verstehen, dass die hier beschriebenen Schalterkonfigurationen nicht auf die speziell hier dargestellten Transistoren beschränkt sind und mit verschiedenen Transistoren, einschließlich NMOS-, PMOS-, NDMOS- und PDMOS-Transistoren, realisiert werden können. Ferner kann eine Diode in den obigen Ausführungsformen als Widerstand, Diode, als Diode geschalteter Transistor (z. B. als Diode geschaltete bipolare Vorrichtung wie beispielsweise ein NPN- oder PNP-Transistor) oder als Zenerdiode bzw. aus einer Kombination derselben ausgebildet sein.
Obwohl sich die beschriebenen Ausführungsformen auf eine Bootstrap-Schaltung beziehen, versteht sich, dass die Ausführungsbeispiele auf andere Schalterarten mit einem oder mehreren Transistoren übertragbar sind.
Es wird darauf hingewiesen, dass die oben beschriebenen verschiedenen Aspekte der Erfindung lediglich als Beispiele aufgeführt sind und nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt sind. Einem Fachmann wird augenscheinlich, dass viele Änderungen in Form und Detail möglich sind, ohne vom Konzept und dem Anwendungsbereich der Erfindung abzuweichen. Aus diesem Grund ist die vorliegende Erfindung nur auf der Grundlage der folgenden Ansprüche und deren Entsprechungen zu definieren.

Claims

Eine Bootstrap-Schaltung bestehend aus: einem ersten Schalttransistor, der ein Eingangssignal empfängt; einem zweiten Schalttransistor, der ein Ausgangsignal ausgibt, wobei eine Source des zweiten Schalttransistors mit einer Source des ersten Schalttransistors verbunden ist; einer Spannungsquelle, die mit mindestens einem Gate des ersten Schalttransistors und einem Gate des zweiten Schalttransistors und mit den Sources des ersten und zweiten Schalttransistors verbunden ist, wobei die Spannungsquelle eine Regelspannung zur Aktivierung von mindestens einem des ersten oder zweiten Schalttransistors basierend auf einem empfangenen Vorstrom erzeugt; und einem mit der Spannungsquelle verbundenen Treiber derselben, wobei besagter Treiber den Vorstrom basierend auf einer Vorspannung erzeugt und die Vorspannung eine erste Spannung vorsieht, die einer Übersteuerungsspannung von mindestens einem des ersten und zweiten Schalttransistors ungefähr entspricht, und eine zweite Spannung, die einer Schwellenspannung von mindestens des ersten oder zweiten Schalttransistors ungefähr entspricht.
Bootstrap-Schaltung nach Anspruch 1, wobei das Gate des ersten Schalttransistors mit dem Gate des zweiten Schalttransistors verbunden ist.
Bootstrap-Schaltung nach Anspruch 1, wobei die erste Spannung eine externe Referenzspannung ist.
Bootstrap-Schaltung nach Anspruch 1, wobei die erste Spannung und die zweite Spannung zur Bereitstellung eines On-Widerstands des ersten oder zweiten Transistors konzeptioniert sind, der bei Prozess- und Temperaturabweichungen nahezu konstant bleibt.
Bootstrap-Schaltung nach Anspruch 1, wobei der Treiber der Spannungsquelle einen Spannungsquellentransistor umfasst und die Gate-Source-Spannung des Spannungsquellentransistors ungefähr der zweiten Spannung entspricht.
Bootstrap-Schaltung nach Anspruch 5, wobei der Spannungsquellentransistor in seiner Ausführung dem ersten und zweiten Schalttransistor entspricht.
Bootstrap-Schaltung nach Anspruch 1, wobei die erste Spannungsquelle Folgendes umfasst: ein mit den Sources des ersten und zweiten Schalttransistors verbundenes Messelement und ein mit dem Messelement und mindestens einem Gate des ersten und zweiten Schalttransistors verbundenes Schaltelement, wobei ein am Schaltelement und Messelement basierend auf der Vorspannung erzeugter Spannungsabfall weitgehend der Regelspannung entspricht.
Bootstrap-Schaltung nach Anspruch 7, wobei: das Messelement ein Transistor ist, das Schaltelement einen Widerstand aufweist, der mit einer Source des Transistors verbunden ist, und ein Gate des Transistors an die verbundenen Sources des ersten und zweiten Schalttransistors gekoppelt ist.
Bootstrap-Schaltung nach Anspruch 1, wobei: die Regelspannung ungefähr der Vorspannung entspricht, die Regelspannung eine erste Komponente miteinbezieht, die einer zur Einschaltung von mindestens einem des ersten oder zweiten Schalttransistors benötigten Schwellenspannung entspricht, und eine zweite Komponente, die einer an mindestens einen des ersten oder zweiten Schalttransistors angelegten Übersteuerungsspannung entspricht, und die Übersteuerungsspannung bei Prozess- und Temperaturabweichungen ungefähr konstant bleibt.
Bootstrap-Schaltung nach Anspruch 1, wobei: der Treiber für die Spannungsquelle eine nachgebildete Spannungsquellenschaltung miteinbezieht, die ein oder mehrere Schaltelemente umfasst, die mit den entsprechenden Schaltelementen der Spannungsquelle weitgehend identisch sind, und die nachgebildete Spannungsquellenspannung die Vorspannung in den Vorstrom umwandelt.
Bootstrap-Schaltung nach Anspruch 1, wobei der Treiber der Spannungsquelle folgendes umfasst: einen Spannungsquellentransistor, wobei eine Gate-Source-Spannung des Spannungsquellentransistors der zweiten Spannung ungefähr entspricht, einen Verstärker, der die erste Spannung empfängt und an einen Knoten liefert, der mit einer Source des Spannungsquellentransistors verbunden ist, und eine nachgebildete Schaltung einer potentialfreien Spannungsquelle, die mit einem Knoten gekoppelt ist, einen Drain und ein Gate des Spannungsquellentransistors für den Erhalt einer Summe der ersten und zweiten Spannung und zur Umwandlung der Vorspannung in einen Vorstrom verbindet.
Eine Bootstrap-Schaltung bestehend aus: einem ersten Schalttransistor für den Empfang eines Eingangssignals; einem zweiten Schalttransistor zur Bereitstellung eines Ausgangsignals, wobei eine Source des zweiten Schalttransistors mit einer Source des ersten Schalttransistors verbunden ist; einer Spannungsquelle, die mit mindestens einem Gate des ersten Schalttransistors und einem Gate des zweiten Schalttransistors und mit den Sources des ersten und zweiten Schalttransistors verbunden ist, wobei die Spannungsquelle eine Regelspannung zur Aktivierung von mindestens einem der beiden Schalttransistoren (erster oder zweiter) basierend auf einem empfangenen Vorstrom erzeugt; und einem mit der Spannungsquelle verbundenen Treiber für die Spannungsquelle, wobei dieser den Vorstrom basieren auf einer Vorspannung erzeugt, die Vorspannung durch Anlegen eines Stroms an ein Schaltelement mit einem nahezu konstanten Widerstand erzeugt wird und ungefähr der zur Aktivierung von mindestens einem der zwei Schalttransistoren benötigten Regelspannung entspricht.
Bootstrap-Schaltung nach Anspruch 12, wobei das Gate des ersten Schalttransistors mit dem Gate des zweiten Schalttransistors verbunden ist.
Bootstrap-Schaltung nach Anspruch 12, wobei das Schaltelement einen Widerstand aufweist.
Bootstrap-Schaltung nach Anspruch 12, wobei das Schaltelement einen Widerstand aufweist, der bei Prozess- und Temperaturabweichungen nahezu konstant bleibt.
Bootstrap-Schaltung nach Anspruch 12, wobei der Treiber der Spannungsquelle einen Spannungsquellentransistor umfasst und die Gate-Source-Spannung des Spannungsquellentransistors ungefähr der Vorspannung entspricht.
Bootstrap-Schaltung nach Anspruch 16, wobei der Spannungsquellentransistor in seiner Ausführung dem ersten und zweiten Schalttransistor entspricht.
Bootstrap-Schaltung nach Anspruch 12, wobei der Treiber der Spannungsquelle einen ersten und zweiten Spannungsquellentransistor umfasst, deren Gates und Sources verbunden sind, und die Gate-Source-Spannungen des ersten und zweiten Spannungsquellentransistors ungefähr der Vorspannung entspricht.
Bootstrap-Schaltung nach Anspruch 18, wobei der erste und zweite Spannungsquellentransistor in seiner Ausführung dem ersten und zweiten Schalttransistor entspricht.
Bootstrap-Schaltung nach Anspruch 12, wobei: der Treiber für die Spannungsquelle eine nachgebildete Spannungsquellenschaltung miteinbezieht, die ein oder mehrere Schaltelemente umfasst, die mit entsprechenden Schaltelementen der Spannungsquelle weitgehend identisch sind, und die nachgebildete Spannungsquellenspannung die Vorspannung in den Vorstrom umwandelt.
Bootstrap-Schaltung nach Anspruch 12, wobei der Treiber der Spannungsquelle Folgendes umfasst: einen Spannungsquellentransistor, wobei eine Gate-Source-Spannung des Spannungsquellentransistors ungefähr der Vorspannung entspricht, der Treiber für die Spannungsquelle eine nachgebildete Spannungsquellenschaltung vorsieht, die ein oder mehrere Schaltelemente aufweist, die mit den entsprechenden Schaltelementen der Spannungsquelle weitgehend identisch sind, die nachgebildete Spannungsquellenschaltung mit einem Gate des Spannungsquellentransistors verbunden ist und die nachgebildete Spannungsquellenschaltung die Vorspannung in den Vorstrom umwandelt, und einen Verstärker, der das Gate des Spannungsquellentransistors in der Weise ansteuert, dass ein Spannungsabfall am Schaltelement über den Drain und eine Source des Spannungsquellentransistors forciert wird.
Eine Bootstrap-Schaltung bestehend aus: einem ersten Schalttransistor, der ein Eingangssignal empfängt; einem zweiten Schalttransistor zur Bereitstellung eines Ausgangsignals, wobei eine Source des zweiten Schalttransistors mit einer Source des ersten Schalttransistors verbunden ist; einer Spannungsquelle, die mit mindestens einem der Gates des ersten und zweiten Schalttransistors verbunden ist und mit den Sources des ersten und zweiten Schalttransistors verbunden ist, wobei die Spannungsquelle eine erste Regelspannung zur Einschaltung von mindestens einem des ersten oder zweiten Schalttransistors durch Zusammenfassung einer Gate-Source-Spannung eines ersten Transistors und einer Spannung an einem Schaltelement erzeugt, wenn ein erster Vorstrom an den ersten Transistor und das Schaltelement angelegt wird, und wobei die Spannungsquelle eine zweite Regelspannung zum Ausschalten von mindestens einem des ersten oder zweiten Schalttransistors erzeugt, die ungefähr einem negativen Wert der Gate-Source-Spannung eines zweiten Transistors entspricht und bei Anlegen eines zweiten Vorstroms am zweiten Transistor erzeugt wird.
Bootstrap-Schaltung nach Anspruch 22, wobei das Gate des ersten Schalttransistors mit dem Gate des zweiten Schalttransistors verbunden ist.
Bootstrap-Schaltung nach Anspruch 22, wobei das erste Schaltelement einen direktionalen Widerstand aufweist.
Bootstrap-Schaltung nach Anspruch 22, wobei das Schaltelement eine Diode oder eine als Diode geschaltete Vorrichtung vorsieht.
Bootstrap-Schaltung nach Anspruch 22, wobei die Gates des ersten und zweiten Transistors mit den Sources des ersten und zweiten Schalttransistors verbunden sind, ein erster Anschluss des Schaltelements mit einer Source des ersten Transistors und ein zweiter Anschluss des Schaltelements mit mindestens einem der Gates des ersten und zweiten Schalttransistors verbunden ist und der zweite Anschluss des Schaltelements den ersten Vorstrom und die Source des zweiten Transistors den zweiten Vorstrom aufnimmt.
Bootstrap-Schaltung nach Anspruch 22, wobei der erste und zweite Vorstrom von einer stromerzeugenden Schaltung erzeugt werden, die Folgendes umfasst: eine Spiegelstromschaltung; einen zwischen die Spiegelstromschaltung und eine erste Vorstromquelle, die den ersten Vorstrom liefert, geschalteten ersten Stromsteuertransistor; und einen zwischen die Spiegelstromschaltung und eine zweite Vorstromquelle, die den zweiten Vorstrom liefert, geschalteten zweiten Stromsteuertransistor.
Bootstrap-Schaltung nach Anspruch 22, wobei der erste und zweite Vorstrom von einer stromerzeugenden Schaltung erzeugt werden, die Folgendes umfasst: einen ersten und zweiten Stromsteuertransistor, deren Sources miteinander verbunden sind, der erste Stromsteuertransistor auf den Empfang eines Stellsignals zum Ein- oder Ausschalten des ersten und zweiten Schalttransistors und der zweite Stromsteuertransistor auf den Empfang einer Umkehrung des Stellsignals konfiguriert ist; eine Stromquelle, die mit den Sources des ersten und zweiten Stromsteuertransistors verbunden ist; und eine Spiegelstromschaltung, deren erster Anschluss zwischen die Drains des ersten und zweiten Stromsteuertransistors geschaltet ist.
Schaltung, bestehend aus: einem ersten Schalttransistor, der ein Eingangssignal empfängt bzw. ein Ausgangssignal ausgibt; einem zweiten Schalttransistor, der das Eingangssignal empfängt bzw. ein Ausgangssignal ausgibt, wobei eine Source des zweiten Schalttransistors mit einer Source des ersten Schalttransistors über ein Schaltelement verbunden ist; einer Spannungsquelle, die mit einem Gate und der Source des ersten Schalttransistors verbunden ist, wobei die Spannungsquelle eine Regelspannung zur Aktivierung des ersten Schalttransistors basierend auf einem empfangenen Vorstrom erzeugt; und einem Treiber für eine Spannungsquelle, der mit der Spannungsquelle verbunden ist, wobei der Treiber für die Spannungsquelle den Vorstrom basierend auf einer Vorspannung erzeugt.
Schaltung nach Anspruch 29, wobei das Gate des ersten Schalttransistors mit einem Gate des zweiten Schalttransistors verbunden ist.
Schaltung nach Anspruch 29, wobei die Vorspannung eine erste Spannung umfasst, die ungefähr einer Übersteuerungsspannung des ersten Schalttransistors entspricht, und eine zweite Spannung, die ungefähr einer Schwellenspannung des ersten Schalttransistors entspricht.