DE112013007285T5

DE112013007285T5 - Gegen eine hohe Spannung tolerante Eingangsspannungs-Pufferschaltung

Info

Publication number: DE112013007285T5
Application number: DE112013007285.8T
Authority: DE
Inventors: Ker Yon Lau
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2013-09-24
Filing date: 2013-09-24
Publication date: 2016-05-04
Anticipated expiration: 2033-09-25
Also published as: KR20160025590A; WO2015047230A1; DE112013007285B4; US9608636B2; US20160197613A1; KR101774180B1

Abstract

Beschrieben wird ein Gerät mit einem ersten Knoten zum Empfangen eines Signals; einem zweiten Knoten zum Liefern eines Ausgangssignals; einer Spannungsbegrenzerschaltung, die unter einer ersten Versorgungsspannung arbeitet, wobei der Spannungsbegrenzer mit dem ersten und dem zweiten Knoten gekoppelt ist; und einer Überbrückungsschaltung, die unter der ersten Versorgungsspannung arbeitet, wobei die Überbrückungsschaltung mit der Spannungsbegrenzerschaltung gekoppelt ist und aktiviert werden kann, um den ersten Knoten mit dem zweiten Knoten elektrisch kurzzuschließen.

Description

HINTERGRUND
Ein System auf einem Chip (SoC) integriert einen Mikroprozessorkern mit zahlreichen Schnittstellenschaltungsanordnungen auf demselben Chip. Solche Schnittstellenschaltungsanordnungen mit Empfänger- und Senderpaaren ermöglichen, dass der Mikroprozessorkern mit anderen Vorrichtungen wie z. B. einem Speicher, Audio- und Videovorrichtungen und Ablagevorrichtungen kommuniziert. Einige von diesen Vorrichtungen können mit einer sehr hohen Spannung arbeiten. Eine sichere digitale Karte (SD-Karte), die ein nichtflüchtiger Speicher ist, der üblicherweise in vielen tragbaren Vorrichtungen verwendet wird, arbeitet beispielsweise mit 3,3 V in einem Vorgabemodus und gibt ein Signal aus, das zwischen 3,3 V und Masse schwankt.
SoC-Schnittstellenschaltungsanordnungen weisen typischerweise Spannungsbegrenzerschaltungen auf, die Signale mit hohem Hub von den Vorrichtungen empfangen, den Hub auf einen vorbestimmten Wert verringern und die modifizierten Signale zur Empfängerschaltung senden. Spannungsbegrenzerschaltungen sind erforderlich, da die Empfängerschaltung, die mit einer Niederspannungs-Prozesstechnologie hergestellt wird, die eine Operation mit hoher Geschwindigkeit unterstützt, die jedoch eine geringere Toleranz für eine Spannungsbelastung aufweist, typischerweise den Signalen mit hohem Hub von den Vorrichtungen, die mit hoher Spannung arbeiten, nicht standhalten kann. Um den Kriechstrom in der Empfängerschaltung zu minimieren, entspricht daneben die maximale Ausgangsspannung der Spannungsbegrenzerschaltungen typischerweise der Versorgungsspannung für die Empfängerschaltung oder überschreitet diese.
Andererseits können Vorrichtungen mit den SoC-Schnittstellen auch mit verschiedenen Spannungen für verschiedene Betriebsmodi arbeiten. Während der Signalhub der SD-Karte im Vorgabemodus beispielsweise 3,3 V ist, kann die SD-Karte auch einen Hochgeschwindigkeitsmodus aufweisen, in dem sich die Datenrate verdoppelt und der Signalhub sich von 3,3 V auf 1,8 V verringert. Mit einem verringerten Eingangssignalhub kann sich der Spannungsbegrenzerschaltungs-Ausgangshub auf einen Pegel unter der Versorgungsspannung für die Empfängerschaltung verringern, was zu einem beträchtlichen Kriechstrom in der Empfängerschaltung führen kann. Der verringerte Spannungsbegrenzerschaltungs-Ausgangshub kann auch vom Temperatur- und Prozessversatz abhängen, was auch Unsicherheit zur Leistung des Spannungsbegrenzers und zur Menge an Kriechstrom in der Empfängerschaltung hinzufügt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Ausführungsformen der Offenbarung werden aus der nachstehend gegebenen ausführlichen Beschreibung und aus den begleitenden Zeichnungen der verschiedenen Ausführungsformen der Offenbarung vollständiger verstanden, die jedoch nicht zur Begrenzung der Offenbarung auf die speziellen Ausführungsformen herangezogen werden sollten, sondern nur zur Erläuterung und zum Verständnis dienen.
1A ist ein Puffer des Standes der Technik, wobei die maximale Ausgangsspannung gleich einer Schwellenspannung unter seiner Gatevorspannung ist.
1B stellt Wellenformen dar, um zu zeigen, dass die maximale Ausgangsspannung des Puffers des Standes der Technik von 1A auf eine Schwellenspannung unter seiner Gatevorspannung begrenzt ist.
1C ist ein Puffer des Standes der Technik mit einem Paar von miteinander gekoppelten Transistoren vom n-Typ.
1D stellt Wellenformen dar, um zu zeigen, dass die maximale Ausgangsspannung des Puffers des Standes der Technik von 1C seine Gatevorspannung erreichen kann, wenn die Eingangsspannung eine Schwellenspannung über der Gatevorspannung überschreitet.
1E ist ein Puffer des Standes der Technik von 1C, in dem die maximale Ausgangsspannung mit dem verringerten Eingangshub abnehmen kann und einen Kriechstrom für die Pegeldetektionsschaltung des Puffers verursachen kann.
2A–2B zeigen Spannungspuffer mit einer Überbrückungsschaltung, um den Ausgangshub aufrechtzuerhalten, wenn der Eingangshub abnimmt, gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung.
3A–3D sind Spannungspuffer gemäß einigen Ausführungsformen der Offenbarung.
4A–4C sind Spannungspuffer gemäß einigen Ausführungsformen der Offenbarung.
5 stellt eine Eingangs/Ausgangs-Paar-Schaltung (I/O-Paar-Schaltung) mit dem Spannungspuffer gemäß einer Ausführungsform dar.
6 ist ein Systemebenendiagramm eines intelligenten Systems mit einem Prozessor und mindestens einer Schnittstellenschaltung, die eine Ausführungsform der Offenbarung beinhaltet.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die Ausführungsformen beziehen sich auf eine Eingangsspannungspufferschaltung, die mit Niederspannungstransistoren aufgebaut ist, die in der Lage ist, Hochspannungs-Logikpegel zu empfangen und ihren Ausgangsspannungshub zu begrenzen, ohne ihre Niederspannungs-Transistoren einer elektrischen Hochspannungsüberlastung auszusetzen. Die Ausführungsformen sind auch in der Lage, Niederspannungs-Logikpegel zu empfangen, ohne einen Kriechstrom für die Pegeldetektionsschaltung zu verursachen. In einer Ausführungsform dient der Eingangsspannungspuffer als Spannungsbegrenzer, um seinen Ausgangsspannungshub auf einen vorbestimmten Wert zu begrenzen, wenn der Eingangshub hoch ist, und hält auch seinen Ausgangsspannungshub auf demselben vorbestimmten Wert, wenn der Eingangshub verringert wird.
Ausführungsformen offenbaren einen Mehrspannungspuffer, der in zwei Modi arbeiten kann. In einer Ausführungsform kann in einem bestimmten Hochspannungsmodus (d. h. ersten Modus), wenn die maximale Eingangsspannung den logischen Pegel eins überschreitet (z. B. 1,8 V), der Mehrmoduspuffer seine Ausgangsspannung auf den logischen Pegel eins (z. B. 1,8 V) begrenzen. In einer Ausführungsform kann in einem bestimmten Niederspannungsmodus (d. h. zweiten Modus), wenn die maximale Eingangsspannung sich auf dem logischen Pegel eins befindet, die maximale Ausgangsspannung des Mehrspannungspuffers immer noch auf dem logischen Pegel eins gehalten werden. Selbstverständlich sind diese Spannungspegel nur beispielhaft und die Ausführungsformen können betrieben werden, wenn andere Spannungsbedingungen verwendet werden, und bei anderen Prozessen, die ähnliche Probleme verursachen. In einer Ausführungsform werden Schaltungstechniken geschaffen, um den Ausgangshub des Eingangsspannungspuffers auf 1,8 V oder einem vorbestimmten Wert zu halten, wenn erwartet wird, dass sich der Eingangsspannungshub in bestimmten Betriebsmodi verringert.
In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche Details erörtert, um eine gründlichere Erläuterung von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu schaffen. Für einen Fachmann auf dem Gebiet ist jedoch ersichtlich, dass die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ohne diese speziellen Details ausgeführt werden können. In anderen Fällen sind gut bekannte Strukturen und Vorrichtungen vielmehr in Blockdiagrammform als im Einzelnen gezeigt, um es zu vermeiden, die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unklar zu machen.
Es ist zu beachten, dass in den entsprechenden Zeichnungen der Ausführungsformen Signale mit Linien dargestellt sind. Einige Linien können dicker sein, um konstitutivere Signalpfade anzugeben, und/oder Pfeile an einem oder mehreren Enden aufweisen, um die Hauptinformationsflussrichtung anzugeben. Solche Angaben sollen nicht begrenzend sein. Vielmehr werden die Linien in Verbindung mit einer oder mehreren beispielhaften Ausführungsformen verwendet, um ein leichteres Verständnis einer Schaltung oder einer logischen Einheit zu erleichtern. Irgendein dargestelltes Signal, wie durch Konstruktionsbedürfnisse oder Vorlieben vorgegeben, kann tatsächlich ein oder mehrere Signale umfassen, die in beiden Richtungen laufen können und mit irgendeinem geeigneten Typ von Signalschema implementiert werden können.
In der ganzen Patentbeschreibung und in den Ansprüchen bedeutet der Begriff ”verbunden” eine direkte elektrische Verbindung zwischen den Dingen, die verbunden sind, ohne irgendwelche Zwischenvorrichtungen. Der Begriff ”gekoppelt” bedeutet entweder eine direkte elektrische Verbindung zwischen den Dingen, die verbunden sind, oder eine indirekte Verbindung durch eine oder mehrere passive oder aktive Zwischenvorrichtungen. Der Begriff ”Schaltung” bedeutet eine oder mehrere passive und/oder aktive Komponenten, die angeordnet sind, um miteinander zusammenzuwirken, um eine gewünschte Funktion bereitzustellen. Der Begriff ”Signal” bedeutet mindestens ein Stromsignal, Spannungssignal und/oder Daten-/Taktsignal. Die Bedeutung von ”ein”, ”eine” und ”der” umfasst Pluralreferenzen. Die Bedeutung von ”in” umfasst ”in” und ”an”.
Der Begriff ”Skalierung” bezieht sich im Allgemeinen auf die Umsetzung einer Konstruktion (schematisch und Anordnung) von einer Prozesstechnologie in eine andere Prozesstechnologie. Der Begriff ”Skalierung” bezieht sich im Allgemeinen auch auf die Verkleinerung der Anordnung und von Vorrichtungen innerhalb desselben Technologieknotens. Der Begriff ”Skalierung” kann sich auch auf die Einstellung (z. B. Verlangsamung) einer Signalfrequenz relativ zu einem anderen Parameter, beispielsweise einem Leistungsversorgungspegel, beziehen. Die Begriffe ”im Wesentlichen”, ”nahebei”, ”ungefähr”, ”nahe”, und ”etwa” beziehen sich im Allgemeinen auf innerhalb +/–20% eines Zielwerts.
Wenn nicht anders angegeben, gibt die Verwendung der Ordnungsadjektive ”erster”, ”zweiter” und ”dritter” usw., um ein gemeinsames Objekt zu beschreiben, lediglich an, dass auf verschiedene Fälle von gleichen Objekten Bezug genommen wird, und soll nicht implizieren, dass die so beschriebenen Objekte in einer gegebenen Sequenz, entweder zeitlich, räumlich, in der Rangordnung oder in irgendeiner anderen Weise, vorliegen müssen.
Für die Bequemlichkeit der Beschreibung von verschiedenen Ausführungsformen der Offenbarung sind die Transistoren Metalloxid-Halbleiter-Transistoren (MOS-Transistoren), die Drain-, Source, Gate- und Volumenanschlüsse umfassen. Source- und Drainanschlüsse können identische Anschlüsse sein und werden hier austauschbar verwendet. MOS-Transistoren sind auch typischerweise so ausgelegt, dass sie einer begrenzten Spannungsdifferenz zwischen beliebigen zwei Anschlüssen standhalten. Das Überschreiten einer solchen Grenze, das auch als elektrische Überlastung bekannt ist, kann verursachen, dass sich die Oxidschicht des Transistors viel schneller verschlechtert, was folglich seine Lebensdauer verkürzt. Der Fachmann auf dem Gebiet erkennt auch, dass andere Transistoren, beispielsweise Bipolarsperrschichttransistoren (BJT), Feldeffekttransistoren (FET) usw., verwendet werden können, ohne vom Schutzbereich dieser Offenbarung abzuweichen. Hier beziehen sich Transistornamen, denen der Begriff ”MN” vorangestellt ist, auf Transistoren vom n-Typ (z. B. NMOS, NPN, BJT, NFET usw.), wohingegen Transistornamen, denen der Begriff ”MP” vorangestellt ist, sich auf Transistoren vom p-Typ beziehen (z. B. PMOS, PNP, BJT, PFET usw.). Selbstverständlich kann auch jeder Transistor mehrere kleinere Transistoren umfassen, die miteinander parallel gekoppelt sind, wobei die Sourceanschlüsse der kleineren Transistoren miteinander gekoppelt sind, um einen Sourceanschluss des kombinierten Transistors zu bilden, die Drainanschlüsse der kleineren Transistoren miteinander gekoppelt sind, um einen Drainanschluss des kombinierten Transistors zu bilden, und die Gateanschlüsse der kleineren Transistoren miteinander gekoppelt sind, um einen Gateanschluss des kombinierten Transistors zu bilden.
1A ist eine Spannungsbegrenzerschaltung 100 des Standes der Technik, die ihre Ausgangsspannung begrenzt. Der MN1-Transistor vom n-Typ weist eine Schwellenspannung von V_t auf und ist als Verstärker mit gemeinsamem Gate konfiguriert, wobei sein Gateanschluss mit einer ersten festen Vorspannung von V_bias gekoppelt ist, sein Drainanschluss mit dem Eingang gekoppelt ist und sein Sourceanschluss mit dem Ausgang gekoppelt ist. MN1 leitet, wenn seine Drainspannung um mindestens eine Schwellenspannung V_t niedriger ist als seine Gatespannung V_bias. Wie das Wellenformdiagramm 110 von 1B darstellt, kann die Ausgangsspannung der Eingangsspannung folgen, bis sie V_bias – V_t erreicht. Wenn die Eingangsspannung über V_bias – V_t hinaus zunimmt, begrenzt die Spannungsbegrenzerschaltung 100 ihre Ausgangsspannung im Wesentlichen auf V_bias – V_t.
1C zeigt eine Schaltung 120, die aus einer Spannungsbegrenzerschaltung 122 des Standes der Technik besteht, die mit einem Eingangsknoten und einem Ausgangsknoten gekoppelt ist. Die Spannungsbegrenzerschaltung 122 besteht aus zwei Vorrichtungen vom n-Typ MN2 und MN3. MN2 ist als Verstärker mit gemeinsamem Gate konfiguriert, wobei sein Drainanschluss mit dem Eingangsknoten gekoppelt ist, sein Sourceanschluss mit dem Ausgangsknoten gekoppelt ist und sein Gateanschluss mit einer festen Vorspannungsquelle V_bias gekoppelt ist. Der Drainanschluss von MN3 ist auch mit derselben festen Vorspannungsquelle V_bias gekoppelt, wobei sein Gateanschluss mit dem Eingangsknoten gekoppelt ist und sein Sourceanschluss mit dem Ausgangsknoten gekoppelt ist. Wie das Wellenformdiagramm 130 in 1D darstellt, wenn die Eingangsspannung unter V_bias – V_t liegt, leitet MN2 und die Ausgangsspannung folgt der Eingangsspannung. Wenn die Eingangsspannung über V_bias – V_t hinaus zunimmt, aber unterhalb V_bias + V_t bleibt, wird die Sourcespannung von MN2 im Wesentlichen auf V_bias – V_t begrenzt, während die Gatespannung von MN3 nicht hoch genug ist, um MN3 einzuschalten, daher bleibt die Ausgangsspannung im Wesentlichen auf V_bias – V_t. Wenn die Eingangsspannung über V_bias + V_t hinaus zunimmt, schaltet MN3 ein und schließt den Ausgangsknoten mit der festen Versorgungsspannungsquelle elektrisch kurz, wobei daher die Ausgangsspannung auf V_bias begrenzt wird.
Als Beispiel ist eine feste Vorspannung (Vbias) von 1,8 V mit sowohl dem Güteanschluss von MN2 als auch dem Drainanschluss von MN3 verbunden. Damit ein MOS-Transistor leitet, muss seine Gütespannung um V_t (Schwellenspannung) höher sein als entweder seine Sourcespannung oder seine Drainspannung. Für MN2 mit einer Gütespannung von 1,8 V kann er leiten, wenn seine Sourcespannung geringer als oder gleich 1,8 – V_t ist. Für MN3 mit einer Drainspannung von 1,8 V und wenn sein Gate mit dem Eingang verbunden ist, kann er leiten, wenn seine Gütespannung seine Drainspannung um ein V_t überschreitet. Wenn dies passiert, sind seine Source- und Drainanschlüsse elektrisch miteinander kurzgeschlossen, was die Ausgangsspannung auf 1,8 V bringt. Daher begrenzt und hält die Spannungsbegrenzerschaltung 120 die Ausgangsspannung auf 1,8 V, wenn die Eingangsspannung mindestens gleich 1,8 V + V_t ist. Solange die Eingangsspannung 3,6 V nicht überschreitet, können daneben die maximalen Spannungsdifferenzen zwischen beliebigen zwei Anschlüssen von sowohl MN2 als auch MN3 im Wesentlichen auf 1,8 V begrenzt werden, was typischerweise klein genug ist, um keine elektrische Überlastung zu verursachen. Die Wahl der Vorspannung sowie des gezielten Ausgangshubs des Puffers ist entweder für die Konstruktion des Gesamtsystems spezifisch oder wird durch die elektrischen Überlastungsgrenzen einer speziellen Prozesstechnologie gesteuert.
1E zeigt, dass die Spannungsbegrenzerschaltung 122 in 1C Kriechstromprobleme für (eine) stromabseitige Pegeldetektionsschaltung(en) verursachen kann. Hier ist die maximale Eingangsspannung gleich V_bias, während die Spannungsbegrenzerschaltung 122 mit einer Pegeldetektionsschaltung 141 gekoppelt ist. In einer Ausführungsform umfasst die Pegeldetektionsschaltung 141 einen Transistor MP20 vom p-Typ und einen Transistor MN20 vom n-Typ, die miteinander gekoppelt sind, um eine Inverterschaltung zu bilden, wobei der Sourceanschluss von MN20 mit Masse gekoppelt ist, der Sourceanschluss von MP20 mit einer Versorgungsspannung V_supply2 gekoppelt ist, die Gateanschlüsse von MN20 und MP20 miteinander gekoppelt sind, um einem Eingang zu bilden, und die Drainanschlüsse von MN20 und MP20 miteinander gekoppelt sind, um einen Ausgang zu bilden. Der Eingang der Pegeldetektionsschaltung 141 ist mit dem Ausgang der Spannungsbegrenzerschaltung 122 am Knoten n gekoppelt. In einer Ausführungsform ist die Versorgungsspannung V_supply2 gleich V_bias.
Als Beispiel liegen unter der Annahme, dass die feste Vorspannung V_bias auf 1,8 V liegt, wobei die Eingangsspannung für eine logische ”1” auf 1,8 V bleibt, die Gatespannungen von sowohl MN2 als auch MN3 auf 1,8 V. In diesem Beispiel sind die Sourcespannungen beider Transistoren sowie die Spannung am Knoten n im Wesentlichen auf 1,8 V – V₁ begrenzt. Für die Pegeldetektionsschaltung 141 weist ihr Transistor MP20 vom p-Typ eine Gatespannung von 1,8 V – V₁ und eine Sourcespannung von 1,8 V auf und er kann vollständig ausgeschaltet werden. Andererseits wird der Transistor MN20 vom n-Typ der Pegeldetektionsschaltung 141 eingeschaltet, wobei seine Gatespannung auf 1,8 V – V_t liegt. Folglich kann ein Strompfad zwischen der Spannungsversorgung V_supply2 und Masse durch MP20 und MN20 existieren, was einen übermäßigen Kriechstrom verursacht. Um einen solchen Kriechstrom zu vermeiden, sollte der Eingang für die Pegeldetektionsschaltung 141 auf eine Spannung gesteuert werden, die gleich ihrer Versorgungsspannung V_supply2, in diesem Beispiel 1,8 V, für eine logische ”1”, ist oder diese überschreitet.
2A stellt eine Spannungspufferschaltung 200 gemäß einer Ausführungsform dar, um das Kriechstromproblem in 1C anzugehen. Es wird darauf hingewiesen, dass jene Elemente von 2A mit denselben Bezugszeichen (oder Namen) wie die Elemente von irgendeiner anderen Figur in irgendeiner Weise ähnlich zu der beschriebenen arbeiten oder funktionieren können, aber nicht darauf begrenzt sind. In einer Ausführungsform umfasst die Spannungspufferschaltung 200 eine Spannungsbegrenzerschaltung 122, eine Überbrückungsschaltung 201 und eine Steuerschaltung 202. In einer Ausführungsform sind sowohl die Spannungsbegrenzerschaltung 122 als auch die Überbrückungsschaltung 201 mit dem Eingangsknoten und dem Ausgangsknoten der Spannungspufferschaltung 200 gekoppelt.
In einer Ausführungsform kann die maximale Ausgangsspannung der Spannungspufferschaltung 200 auf einem vorbestimmten Wert (z. B. 1,8 V) gehalten werden, solange die maximale Eingangsspannung gleich dem vorbestimmten Wert ist oder diesen überschreitet. In einer Ausführungsform, wenn die Spannungspufferschaltung 200 in einem Niederspannungsmodus arbeitet, in dem die maximale Eingangsspannung z. B. 1,8 V ist, wird die Überbrückungsschaltung 201 aktiviert, um den Eingang mit dem Ausgang zu koppeln. In einer Ausführungsform, wenn die Spannungspufferschaltung 200 in einem Hochspannungsmodus arbeitet, in dem die maximale Eingangsspannung höher ist als z. B. 1,8 V, wird die Überbrückungsschaltung 201 deaktiviert und die Spannungsbegrenzerschaltung 122 begrenzt die maximale Ausgangsspannung der Pufferschaltung 200 auf z. B. 1,8 V. In einer Ausführungsform ist nur die Spannungsbegrenzerschaltung 122 aktiv, wenn die Überbrückungsschaltung 201 deaktiviert ist. Selbstverständlich sind diese Spannungspegel nur beispielhaft und sind entweder für die Konstruktion des Gesamtsystems spezifisch oder werden durch die elektrischen Überlastgrenzen einer speziellen Prozesstechnologie gesteuert. In anderen Ausführungsformen können andere Spannungspegel verwendet werden.
In einer Ausführungsform steuert die Steuerschaltung 202 die Überbrückungsschaltung 201 durch Steuersignale 203. In einer Ausführungsform können sich die Spannungspegel der Steuersignale 203 zwischen dem Hochspannungs- und dem Niederspannungsmodus ändern, um die Überbrückungsschaltung 201 zu aktivieren oder zu deaktivieren. In einer Ausführungsform werden die Steuersignale 203 von einer externen Spannung bias2 abgeleitet, die mit Widerständen, Transistoren oder einer Kombination beider erzeugt werden kann. In einer Ausführungsform arbeitet die Steuerschaltung 202 unter einer Versorgungsspannung V_supply1, die auf einen Wert gleich der maximalen Eingangsspannung (z. B. 3,3 V) festgelegt ist. In einer anderen Ausführungsform arbeitet die Steuerschaltung 202 unter einer Versorgungsspannung V_supply1, die sich zwischen dem Hochspannungs- und Niederspannungsmodus ändern kann, was ermöglicht, dass die Steuerschaltung 202 die Modusänderung detektiert und die Steuersignale 203 dementsprechend aktualisiert. In einer Ausführungsform empfängt die Steuerschaltung 202 ein Steuersignal 205, das zwischen dem Hochspannungs- und Niederspannungsmodus umschaltet. In einer solchen Ausführungsform kann die Steuerschaltung 202 dann die Modusänderung detektieren und die Steuersignale 203 dementsprechend aktualisieren durch Überwachen entweder der Versorgungsspannung V_supply1, des Steuersignals 205 oder einer Kombination von beiden.
2B stellt eine Spannungspufferschaltung 230 gemäß einer Ausführungsform dar, um das Kriechstromproblem in 1C anzugehen. Es wird darauf hingewiesen, dass jene Elemente von 2B mit denselben Bezugszeichen (oder Namen) wie die Elemente von irgendeiner anderen Figur in irgendeiner Weise ähnlich zu der beschriebenen arbeiten oder funktionieren können, aber nicht darauf begrenzt sind. In einer Ausführungsform umfasst die Spannungspufferschaltung 230 eine Spannungsbegrenzerschaltung 122, eine Überbrückungsschaltung 221 und eine Steuerschaltung 232. Sowohl die Spannungsbegrenzerschaltung 122 als auch die Überbrückungsschaltung 221 sind mit dem Eingangsknoten und dem Ausgangsknoten der Pufferschaltung 230 gekoppelt.
In einer Ausführungsform steuert die Steuerschaltung 232 die Überbrückungsschaltung 221 durch Steuersignale 233. In einer Ausführungsform können sich die Spannungspegel der Steuersignale 233 ändern, um die Überbrückungsschaltung 221 zu aktivieren oder zu deaktivieren. In einer Ausführungsform werden die Steuersignale 233 von einer externen Spannung bias2 abgeleitet, die mit Widerständen, Transistoren oder einer Kombination beider erzeugt werden kann. In einer Ausführungsform kann die Steuerschaltung 232 unter einer Versorgungsspannung V_supply1 arbeiten, die auf einem Wert gleich der maximalen Eingangsspannung (z. B. 3,3 V) festgelegt ist. In einer anderen Ausführungsform arbeitet die Steuerschaltung 232 unter einer Versorgungsspannung V_supply1, die sich zwischen dem Hochspannungs- und Niederspannungsmodus ändern kann, was ermöglicht, dass die Steuerschaltung 232 die Modusänderung detektiert und die Steuersignale 233 aktualisiert. In einer Ausführungsform empfängt die Steuerschaltung 232 auch das Eingangssignal.
In einer Ausführungsform kann auf der Basis einer momentanen Spannung am Eingang die Steuerschaltung 232 die Spannungspegel der Steuersignale 223 modifizieren, um die Überbrückungsschaltung 221 zu deaktivieren. In einer Ausführungsform empfängt die Steuerschaltung 232 auch ein Steuersignal 235, das zwischen dem Hochspannungs- und dem Niederspannungsmodus umschaltet. Die Steuerschaltung 232 kann dann die Modusänderung detektieren und die Steuersignale 233 dementsprechend aktualisieren durch Überwachen entweder der Eingangsspannung, der Versorgungsspannungssteuerung V_supply1, des Steuersignals 235 oder irgendeiner Kombination.
3A zeigt eine Implementierung der Spannungspufferschaltung 200 in 2A gemäß einer Ausführungsform. Es wird darauf hingewiesen, dass jene Elemente von 3A mit denselben Bezugszeichen (oder Namen) wie die Elemente von irgendeiner anderen Figur in irgendeiner Weise ähnlich zu der beschriebenen arbeiten oder funktionieren können, aber nicht darauf begrenzt sind. In einer Ausführungsform umfasst die Spannungspufferschaltung 300 eine Spannungsbegrenzerschaltung 122, eine Überbrückungsschaltung 302 und eine Steuerschaltung 301. Sowohl die Spannungsbegrenzerschaltung 122 als auch die Überbrückungsschaltung 302 sind mit dem Eingangsknoten und dem Ausgangsknoten der Spannungspufferschaltung 300 gekoppelt.
In einer Ausführungsform umfasst die Überbrückungsschaltung 302 Transistoren MP0, MP1 und MP2 vom p-Typ, die miteinander in Reihe gekoppelt sind, wobei das Volumen von jedem Transistor mit einer Versorgungsspannung V_supply1 gekoppelt ist. In einer Ausführungsform steuert die Steuerschaltung 301, die unter der Versorgungsspannung V_supply1 arbeitet, die Überbrückungsschaltung 302 durch Steuersignale 303 und 304. In einer Ausführungsform wird MP1 der Überbrückungsschaltung 302 durch das Steuersignal 304 gesteuert, während MP0 und MP2 der Überbrückungsschaltung 302 durch das Steuersignal 303 gesteuert werden. In einer Ausführungsform bildet die Überbrückungsschaltung 302 einen Überbrückungspfad vom Eingang zum Ausgang der Spannungspufferschaltung 300 während eines Niederspannungsmodus, in dem die maximale Eingangsspannung gleich V_bias ist. In einer Ausführungsform wird während eines Hochspannungsmodus, in dem die maximale Eingangsspannung V_bias überschreitet, der durch die Überbrückungsschaltung 302 gebildete Überbrückungspfad durch Deaktivieren von zumindest MP1 durchtrennt.
In einer Ausführungsform deaktiviert während des Hochspannungsmodus die Steuerschaltung 301 die Überbrückungsschaltung 302 durch Treiben des Steuersignals 304 auf eine Spannung, die hoch genug ist, um MP1 zu deaktivieren, die mindestens gleich V_input,max – V_tp1 ist, wobei V_input,max die maximale Eingangsspannung ist und V_tp1 die Schwellenspannung von MP1 ist.
In einer Ausführungsform können sowohl MP0 als auch MP2 MP1 vom direkten Koppeln mit dem Eingangsknoten und dem Ausgangsknoten der Pufferschaltung 300 während des Hochspannungsmodus abschirmen. Ohne MP0 oder MP2 können beide Source- oder Drainanschlüsse von MP1 Masse erreichen, wenn die Spannung am Eingang der Pufferschaltung auf Masse liegt, während der Gateanschluss von MP1 auf eine hohe Spannung gleich V_input,max – V_tp1 getrieben wird. Dies kann zu beträchtlichen Gate-Drain- und Gate-Source-Spannungsdifferenzen für MP1 führen, die eine elektrische Überlastung verursachen können.
In einer Ausführungsform wird während des Hochspannungsmodus die Spannung an den Gateanschlüssen von MP0 und MP2 ausgewählt, um die Gate-Drain- und Gate-Source-Spannungsdifferenzen beider Transistoren zu minimieren, wenn die Eingangsspannung auf Maximum oder auf Masse bleibt. In einer Ausführungsform können die Transistoren MN12 und MN13 hinzugefügt werden, um die unteren Spannungsgrenzen der Knoten 306 und 307 festzulegen, die mit den Drain- und Sourceanschlüssen von MP1 gekoppelt sind. In einer Ausführungsform können beide Transistoren MN12 und MN13 die Drain- und Sourceanschlüsse von MP1 aufladen, wenn die Überbrückungsschaltung 302 deaktiviert wird. In einer solchen Ausführungsform wird die elektrische Überlastung für den Transistor MP1 gemildert, wenn er den Niederspannungsmodus verlässt und in den Hochspannungsmodus eintritt.
In einer Ausführungsform aktiviert während des Niederspannungsmodusbetriebs die Steuerschaltung 301 die Überbrückungsschaltung 302 durch Treiben des Steuersignals 304 auf eine Spannung, die niedrig genug ist, um MP1 zu aktivieren, um zumindest eine Spannung gleich V_bias durchzulassen, und durch Treiben des Steuersignals 303 auf eine Spannung, die niedrig genug ist, um MP0 und MP2 zu aktivieren, um zumindest eine Spannung gleich V_bias durchzulassen. In einer Ausführungsform können die Steuersignale 303 und 304 auf einem Spannungspegel liegen, der geringer als oder gleich V_bias – V_tn – V_tp ist, wobei V_tn und V_tp die maximalen Schwellenspannungen aller Transistoren vom n-Typ und vom p-Typ in der Spannungsbegrenzerschaltung 122 und der Überbrückungsschaltung 302 sind. In einer solchen Ausführungsform leitet die Überbrückungsschaltung 302 eine Spannung zwischen V_bias – V_tn und V_bias. In einer Ausführungsform kann die Spannungsbegrenzerschaltung 122 die Eingangsspannung zwischen Masse und V_bias – V_tn abdecken. In einer Ausführungsform ermöglicht die Kombination der Spannungsbegrenzerschaltung 302 und der Überbrückungsschaltung 122, dass die Spannungspufferschaltung 300 eine Spannung zwischen Masse und V_bias leitet.
Ein Beispiel wird bereitgestellt, um die Ausführungsformen zu erläutern. In diesem Beispiel werden alle festen Vorspannungen, einschließlich der Vorspannungen clamp_bias1 und clamp_bias2, der Vorspannung für den Spannungsbegrenzer 122 und der Steuervorspannung für die Steuerschaltung 301, auf 1,8 V gesetzt. Während eines Hochspannungsmodus liegt der maximale Eingangsspannungspegel auf 3,3 V, wohingegen während eines Niederspannungsmodus der maximale Eingangsspannungspegel auf 1,8 V liegt. Die Steuerschaltung 301 arbeitet unter einer Spannungsversorgung V_supply1, die während des Hochspannungsmodus auf 3,3 V liegt, die jedoch während des Niederspannungsmodus auf 1,8 V abgesenkt wird.
Mit Fortsetzung des Beispiels wird während des Hochspannungsmodus das Steuersignal 304 auf 3,3 V erhöht, was MP1 deaktiviert und den Überbrückungspfad zwischen dem Eingangsknoten und dem Ausgangsknoten durchtrennt. Die Steuerschaltung erhöht das Steuersignal 303 auf 1,8 V. Während MP0 den Knoten 306 bis auf 3,3 V aufladen kann, wenn die Eingangsspannung 3,3 V erreicht, kann MN12 den Knoten 306 auf 1,8 V – V_tn begrenzen, wenn die Eingangsspannung unter 1,8 V fällt. MN13 kann auch den Knoten 307 ebenso auf ungefähr 1,8 V – V_tn begrenzen. Wenn die Eingangsspannung zwischen Masse und 3,3 V schwankt, sind die Spannungsdifferenzen zwischen den Anschlüssen aller Transistoren in der Spannungsbegrenzerschaltung 122 und der Überbrückungsschaltung 302 höchstens 1,8 V, was typischerweise niedrig genug ist, um eine elektrische Überlastung zu vermeiden.
Mit Fortsetzung des Beispiels legt während des Niederspannungsmodus die Steuerschaltung 301 die Steuersignale 303 und 304 auf 0 V fest, wodurch die Überbrückungsschaltung 302 aktiviert wird, um zu ermöglichen, dass sich zumindest eine Eingangsspannung von 1,8 V zum Ausgangsknoten ausbreitet. Selbstverständlich sind diese Spannungspegel nur beispielhaft und die Ausführungsformen können mit Spannungspegeln für Steuersignale, Spannungsversorgungen und eine Eingangsspannung angewendet werden, die sich von dem, was in diesem Beispiel offenbart ist, unterscheiden.
3B stellt eine Implementierung 310 der Steuerschaltung 301 von 3A gemäß einer Ausführungsform dar. Es wird darauf hingewiesen, dass jene Elemente von 3B mit denselben Bezugszeichen (oder Namen) wie die Elemente von irgendeiner anderen Figur in irgendeiner Weise ähnlich zu der beschriebenen arbeiten oder funktionieren können, aber nicht darauf begrenzt sind. In einer Ausführungsform umfasst die Steuerschaltung 310 Logikschaltungen 340 und 350, um verschiedene Spannungspegel für bias_outl und bias_out2 zwischen einem Niederspannungsmodus und einem Hochspannungsmodus zu wählen. In einer Ausführungsform liegt der Hochspannungsmodus vor, wenn die maximale Eingangsspannung V_bias überschreitet, während der Niederspannungsmodus vorliegt, wenn die maximale Eingangsspannung gleich V_bias ist. In einer Ausführungsform sind bias_out1 und bias_out2 Steuersignale 304 bzw. 303 in 3A.
In einer Ausführungsform können die Logikschaltungen 340 und 350 ein Steuersignal ”Niederspannungsmodusaktivierung”, eine Vorspannungsquelle ”bias_in,” und eine Spannungsversorgung V_supply1 annehmen, von denen einige oder alle zwischen dem Hochspannungs- und dem Niederspannungsmodus variieren können, um die Auswahl zu treffen. In dieser Ausführungsform wählen die Logikschaltungen 340 und 350 unabhängig bias_out1 und bias_out2.
In einer Ausführungsform können während des Niederspannungsmodus sowohl bias_out1 als auch bias_out2 als Spannung unterhalb V_bias – V_tn – V_tp gewählt werden, wobei V_tn und V_tp jeweils die maximalen Schwellenspannungen aller Transistoren vom n-Typ und vom p-Typ in der Überbrückungsschaltung 302 und der Spannungsbegrenzerschaltung 122 in 3A sind. In einer Ausführungsform kann während des Hochspannungsmodus bias_out1 als Spannung oberhalb V_input,max – V_tp1 gewählt werden, während bias_out2 als Spannung gleich V_{bias2_out_disable} gewählt werden kann, die ein Pegel sein kann, der spezifisch gewählt wird, um eine elektrische Überlastung für MP0 und MP2 in 3A zu vermeiden, und von der Prozesstechnologie und vom maximalen Eingangsspannungspegel abhängen kann. In einer Ausführungsform liefert die Vorspannungsquelle bias_in eine Spannung gleich V_bias. In einer Ausführungsform sind die Logikschaltungen 340 und 350 Multiplexerschaltungen.
3C stellt eine andere Implementierung 320 der Steuerschaltung 301 von 3A gemäß einer Ausführungsform dar. Es wird darauf hingewiesen, dass jene Elemente von 3C mit denselben Bezugszeichen (oder Namen) wie die Elemente von irgendeiner anderen Figur n irgendeiner Weise ähnlich zu der beschriebenen arbeiten oder funktionieren können, aber nicht darauf begrenzt sind. In einer Ausführungsform umfasst die Steuerschaltung 320 Logikschaltungen 360 und 370, um verschiedene Spannungspegel für bias_out1 und bias_out2 zwischen dem Niederspannungsmodus und dem Hochspannungsmodus zu wählen.
In einer Ausführungsform wird die Ausgabe der Logikschaltung 360, die bias_out2 ist, in die Logikschaltung 370 als eine der Wahlen für bias_out1 eingespeist. In einer Ausführungsform können die Logikschaltungen 360 und 370 irgendeine Kombination eines Steuersignals ”Niederspannungsmodusaktivierung”, einer Vorspannungsquelle ”bias_in,” und einer Spannungsversorgung V_supply1, annehmen, von denen einige oder alle zwischen dem Hochspannungs- und dem Niederspannungsmodus variieren können, um die Auswahl zu treffen.
In einer Ausführungsform kann während des Niederspannungsmodus bias_out2 als Spannung unterhalb V_bias – V_tn – V_tp gewählt werden, während die Logikschaltung 370 bias_out2 für bias_out1 wählen kann, wobei daher die zwei Ausgaben gleich gesetzt werden. In einer Ausführungsform kann während des Hochspannungsmodus bias_out1 als Spannung oberhalb V_input,max – V_tp1 gewählt werden, während bias_out2 als Spannung gleich V_{bias2_out_disable} gewählt werden kann, die ein Pegel sein kann, der spezifisch gewählt wird, um eine elektrische Überlastung für MP0 und MP2 in 3A zu vermeiden, und von der Prozesstechnologie und vom maximalen Eingangsspannungspegel abhängen kann. In einer Ausführungsform liefert die Vorspannungsquelle bias_in eine Spannung gleich V_bias. In einer Ausführungsform sind die Logikschaltungen 360 und 370 Multiplexerschaltungen.
3D stellt eine Auswahlschaltung 330, die die Steuerschaltung 320 von 3C implementiert, gemäß einer Ausführungsform dar. Es wird darauf hingewiesen, dass jene Elemente von 3D mit denselben Bezugszeichen (oder Namen) wie die Elemente von irgendeiner anderen Figur in irgendeiner Weise ähnlich zu der beschriebenen arbeiten oder funktionieren können, aber nicht darauf begrenzt sind.
In einer Ausführungsform ist der Sourceanschluss von MP3 mit einer Vorspannungsquelle bias_in gekoppelt. Der Sourceanschluss von MN14 ist mit einer Spannung gekoppelt, die niedriger als oder gleich V_bias – V_tn – V_tp ist, wobei V_tn und V_tp die Schwellenspannungen für die Transistoren vom n-Typ bzw. vom p-Typ in 3A sind. Die Gateanschlüsse von sowohl MP3 als auch MN14 sind mit einem Steuersignal ”Niederspannungsmodusaktivierung” gekoppelt. Die Drainanschlüsse von sowohl MP3 als auch MN14 sind am Knoten bias_out2 miteinander gekoppelt. In einer Ausführungsform ist der MN14-Sourceanschluss mit Masse gekoppelt. In einer solchen Ausführungsform wählt die Kombination von MP3 und MN14 zwischen der Vorspannung und Masse für bias_out2 auf der Basis des Steuersignals ”Niederspannungsmodusaktivierung”.
In einer Ausführungsform ist der Sourceanschluss von MP4 mit der Versorgungsspannung V_supply1 gekoppelt. Der Sourceanschluss von MN15 ist mit bias_out2 gekoppelt. Die Gateanschlüsse von sowohl MP4 als auch MN15 sind mit der Vorspannungsquelle bias_in gekoppelt. Die Drainanschlüsse von sowohl MP4 als auch MN15 sind am Knoten bias_out1 miteinander gekoppelt. In dieser Ausführungsform wählt die Kombination von MP4 und MN15 zwischen bias_out2 und der Versorgungsspannung V_supply1 auf der Basis ihrer Stärken relativ zu V_bias für bias_out1. In einer Ausführungsform kann die Vorspannung innerhalb der Auswahlschaltung 330 erzeugt werden.
In einer Ausführungsform liefert die Spannungsquelle bias_in eine Spannung gleich V_bias. In dieser Ausführungsform wird während eines Hochspannungsmodusbetrieb, in dem die maximale Eingangsspannung V_bias überschreitet, das Steuersignal ”Niederspannungsmodusaktivierung” auf eine Spannung gesetzt, die niedrig genug ist, um MN14 zu deaktivieren und MP3 zu aktivieren. In einer solchen Ausführungsform wählt die Kombination von MP3 und MN14 V_bias für bias_out2 aus. In einer Ausführungsform wird die Versorgungsspannung V_supply1 auf eine Spannung gleich V_input,max – V_tp1 gesetzt, von der angenommen wird, dass sie mindestens eine Schwellenspannung höher ist als V_bias. Daher wird der Gateanschluss von MP4 auf eine Spannung gleich V_bias gesetzt, während seine Sourcespannung auf V_supply1 liegt, die gleich V_input,max – V_tp1 ist, und MP4 kann aktiviert werden, um bias_out1 auf einen Wert gleich V_supply1 zu bringen. In einer solchen Ausführungsform sind sowohl die Gate- als auch Sourcespannungen von MN15 gleich V_bias, während die Drainspannung von MN15 gleich V_supply1 ist, daher wird MN15 deaktiviert. In einer Ausführungsform können die Werte von V_input,max und V_bias derart gewählt werden, dass die maximalen Gate-Drain- und Gate-Source-Spannungsdifferenzen von MP0, MP1 und MP2 von 3A, die entweder V_input,max – V_bias (wenn der Eingang maximal ist) oder V_bias (wenn der Eingang Masse ist) sein können, innerhalb eines Bereichs liegen, der die elektrische Überlastung für die spezifische Prozesstechnologie mildert.
In einer Ausführungsform liefert die Spannungsquelle bias_in eine Spannung gleich V_bias. In dieser Ausführungsform liegt während eines Niederspannungsmodusbetriebs, in dem die maximale Eingangsspannung gleich V_bias ist, das Steuersignal ”Niederspannungsmodusaktivierung” auf einer Spannung, die hoch genug ist, um MP3 zu deaktivieren und MN14 zu aktivieren. In einer solchen Ausführungsform wählt die Kombination von MP3 und MN14 Masse für bias_out2 aus. In einer Ausführungsform wird V_supply1 auf einen Pegel gleich oder niedriger als V_bias gesetzt. In einer solchen Ausführungsform liegt der Gateanschluss von MN15 auf einer Spannung gleich V_bias und der Sourceanschluss liegt auf Masse, daher wird MN15 aktiviert, um bias_out2 für bias_out1 auszuwählen, was bias_out1 auf Masse bringt. In einer solchen Ausführungsform liegen sowohl die Gate- als auch die Sourcespannung von MP4 auf einem Wert gleich V_bias, während die Drainspannung von MP4 auf 0 V liegt, daher wird MP4 deaktiviert.
Ein Beispiel wird bereitgestellt, um die Ausführungsformen zu erläutern. In diesem Beispiel ist während eines Hochspannungsmodus die maximale Eingangsspannung 3,3 V und V_supply1 ist gleich 3,3 V, wohingegen während eines Niederspannungsmodus die maximale Eingangsspannung 1,8 V ist und V_supply1 gleich 1,8 V ist. Daneben ist V_bias auf 1,8 V festgelegt, während das Steuersignal ”Niederspannungsmodusaktivierung” während des Niederspannungsmodus auf 0 V liegt und während des Hochspannungsmodus auf 1,8 V liegt.
Mit Fortsetzung des Beispiels liegt während des Hochspannungsmodus das Steuersignal ”Niederspannungsmodusaktivierung” auf 0 V, was MN14 deaktiviert und MP3 aktiviert, um V_bias für bias_out2 auszuwählen, wobei daher bias_out2 auf 1,8 V gebracht wird. MP4 wird auch aktiviert, um V_supply1 (3,3 V) für bias_out1 auszuwählen, während MN15 deaktiviert wird, wobei sowohl seine Gate- als auch seine Sourcespannung auf 1,8 V liegen. Während des Niederspannungsmodus ist das Steuersignal ”Niederspannungsmodusaktivierung” 1,8 V und V_supply1 wird auf 1,8 V gesenkt. MN14 wird aktiviert, um 0 V für bias_out2 auszuwählen, während MP3 deaktiviert wird, wobei sowohl sein Gate- als auch sein Sourceanschluss auf derselben Spannung von 1,8 V liegen. MN15 wird aktiviert, um bias_out2 für bias_out1 auszuwählen, wodurch bias_out1 ebenso auf 0 V gebracht wird. Selbstverständlich sind diese Spannungspegel nur beispielhaft und die Ausführungsformen können mit Spannungspegeln für Steuersignale, Spannungsversorgungen und die Eingangsspannung angewendet werden, die sich von dem unterscheiden, was in diesem Beispiel offenbart ist
4A zeigt eine Implementierung 400 der Spannungspufferschaltung 230 in 2B gemäß einer Ausführungsform. Es wird darauf hingewiesen, dass jene Elemente von 4A mit denselben Bezugszeichen (oder Namen) wie die Elemente von irgendeiner anderen Figur in irgendeiner Weise ähnlich zu der beschriebenen arbeiten oder funktionieren können, aber nicht darauf begrenzt sind.
In einer Ausführungsform umfasst die Spannungspufferschaltung 400 eine Spannungsbegrenzerschaltung 122, eine Überbrückungsschaltung 405 und eine Steuerschaltung 401. Sowohl die Spannungsbegrenzerschaltung 122 als auch die Überbrückungsschaltung 405 sind mit dem Eingangsknoten und dem Ausgangsknoten der Spannungspufferschaltung 400 gekoppelt. In einer Ausführungsform umfasst die Überbrückungsschaltung 405 einen einzelnen Transistor MP38 vom p-Typ, wobei sein Sourceanschluss mit dem Eingangsknoten gekoppelt ist, sein Drainanschluss mit dem Ausgangsknoten gekoppelt ist und sein Gateanschluss mit einem Steuersignal 402 gekoppelt ist. In einer Ausführungsform kann während einer niedrigen Spannung, wobei die maximale Eingangsspannung gleich V_bias ist, die Überbrückungsschaltung 405 aktiviert werden, um einen Überbrückungspfad zwischen dem Eingangs- und den Ausgangsknoten zu bilden. In einer Ausführungsform kann während eines Hochspannungsmodus, in dem die maximale Eingangsspannung V_bias überschreitet, die Überbrückungsschaltung 405 deaktiviert werden, um den Überbrückungspfad zu durchtrennen. In einer Ausführungsform steuert die Steuerschaltung 401, die unter der Versorgungsspannung V_supply1 arbeitet, die Überbrückungsschaltung 405 durch das Steuersignal 402.
In einer Ausführungsform deaktiviert die Steuerschaltung 401 während des Hochspannungsmodus die Schaltung 405, indem das Steuersignal 402 der Eingangsspannung folgt, bis es unter V_bias fällt, wonach die Steuerschaltung 401 das Steuersignal 402 auf V_bias begrenzen kann. Damit ein Transistor vom p-Typ leitet, muss seine Sourcespannung seine Gatespannung um mindestens eine Schwellenspannung überschreiten. In einer Ausführungsform wird MP38 deaktiviert, wenn seine Sourcespannung entweder dieselbe wie die Gatespannung ist, wenn die Eingangsspannung V_bias überschreitet, oder geringer als die Gatespannung ist, wenn die Eingangsspannung unter V_bias fällt. In einer solchen Ausführungsform werden zusätzlich zum Deaktivieren von MP38 die Gate-Source- und Gate-Drain-Spannungsdifferenzen von MP38 begrenzt. Ohne ein solches Schema und wobei das Gate von MP38 auf eine hohe Spannung (z. B. V_input,max – V_tp, wobei V_tp die Schwellenspannung von MP38 ist) festgelegt ist, um eine hohe Spannungseingabe zu blockieren, können sich übermäßige Gate-Drain- und Gate-Source-Spannungen für den Transistor entwickeln, da der Eingang und der Knoten n auf Masse schwingt, was zu einer elektrischen Überlastung führen kann.
In einer Ausführungsform aktiviert die Steuerschaltung 401 während des Niederspannungsmodus die Überbrückungsschaltung 405 durch Treiben des Steuersignals 402 auf einen Pegel unterhalb V_bias – V_tn – V_tp, wobei V_tn der Schwellenwert der Transistoren vom n-Typ in der Schaltung ist. In einer solchen Ausführungsform kann MP38 eine Spannung zwischen V_bias – V_tn und V_bias leiten, während die Spannungsbegrenzerschaltung 122 die Eingangsspannung unterhalb V_bias – V_tn abdecken kann. In einer Ausführungsform ermöglicht die Kombination der Spannungsbegrenzerschaltung 122 und der Überbrückungsschaltung 405, dass die Spannungspufferschaltung 400 eine Spannung zwischen Masse und V_bias leitet.
4B stellt eine Implementierung der Steuerschaltung 401 in 4A gemäß einer Ausführungsform dar. Es wird darauf hingewiesen, dass jene Elemente von 4B mit denselben Bezugszeichen (oder Namen) wie die Elemente von irgendeiner anderen Figur in irgendeiner Weise ähnlich zu der beschriebenen arbeiten oder funktionieren können, aber nicht darauf begrenzt sind.
In einer Ausführungsform umfasst die Steuerschaltung 410 Logikschaltungen 460 und 480, um verschiedene Spannungspegel für bias_out zwischen einem Niederspannungsmodus und einem Hochspannungsmodus zu wählen. In einer Ausführungsform liegt der Niederspannungsmodus vor, wenn der maximale Eingangsspannungspegel gleich V_bias ist, während der Hochspannungsmodus vorliegt, wenn die maximale Eingangsspannung V_bias überschreitet.
In einer Ausführungsform ist bias_out das Steuersignal 402 in 4A. In einer Ausführungsform können die Logikschaltungen 460 und 480 irgendeine Kombination des Steuersignals ”Niederspannungsmodusaktivierung”, der Eingangsspannung, einer Vorspannung bias_in und einer Spannungsversorgung V_supply1, annehmen, von denen einige oder alle zwischen dem Hochspannungs- und dem Niederspannungsmodus variieren können, um die Auswahl zu treffen. In einer Ausführungsform liefert die Vorspannungsquelle bias_in eine Spannung gleich V_bias. In einer Ausführungsform sind die Logikschaltungen 460 und 480 Multiplexerschaltungen.
In einer Ausführungsform kann die Logikschaltung 480 während des Hochspannungsmodus als ihre Ausgabe, die das Signal 450 ist, eine Spannung oberhalb V_bias – V_tp, die die untere Grenze für bias_out festlegt, wählen. In einer Ausführungsform wird das Signal 450 in die Logikschaltung 460 eingespeist, die für bias_out entweder die Eingangsspannung, wenn sie V_bias überschreitet (d. h. bias_out folgt der Eingangsspannung), oder das Signal 450 (d. h. eine Spannung oberhalb V_bias – V_tp), wenn die Eingangsspannung unterhalb V_bias liegt, wählen kann. In einer solchen Ausführungsform folgt die Gatespannung von MP38 der Eingangsspannung, bis sie unter V_bias geht, wonach die Gatespannung auf eine Spannung oberhalb V_bias – V_tp begrenzt wird. In einer Ausführungsform kann die Logikschaltung 480 während des Niederspannungsmodus als ihre Ausgabe eine Spannung unterhalb V_bias – V_tp – V_tn wählen, um MP38 zu aktivieren. In einer Ausführungsform wird diese Spannung dann durch die Logikschaltung 460 für bias_out gewählt.
4C stellt eine Auswahlschaltung 420, die die Steuerschaltung 410 von 4B implementiert, gemäß einer Ausführungsform dar. Es wird darauf hingewiesen, dass jene Elemente von 4C mit denselben Bezugszeichen (oder Namen) wie die Elemente von irgendeiner anderen Figur in irgendeiner Weise ähnlich zu der beschriebenen arbeiten oder funktionieren können, aber nicht darauf begrenzt sind.
In einer Ausführungsform liefert die Spannungsquelle bias_in eine Spannung gleich V_bias. In dieser Ausführungsform ist der Sourceanschluss von MP5 mit einer Vorspannungsquelle bias_in gekoppelt. Der Sourceanschluss von MN16 ist mit einer Spannung gekoppelt, die niedriger als oder gleich V_bias – V_tp – V_tn ist, wobei V_tn und V_tp die Schwellenspannungen für Transistoren vom n-Typ bzw. vom p-Typ in 4A sind. Die Gateanschlüsse von sowohl MP5 als auch MN16 sind mit einem Steuersignal ”Niederspannungsmodusaktivierung” verbunden. Die Drainanschlüsse von sowohl MP5 als auch MN16 sind am Knoten bias_x miteinander gekoppelt. In einer Ausführungsform ist der Sourceanschluss von MN16 mit Masse gekoppelt. In einer solchen Ausführungsform wählt die Kombination von MP5 und MN16 zwischen der Vorspannung und Masse für das interne Signal bias_x auf der Basis des Steuersignals ”Niederspannungsmodusaktivierung”.
In einer Ausführungsform sind die Drainanschlüsse von MP6, MP7 und MN17 am Knoten bias_out miteinander gekoppelt. Die Sourceanschlüsse von MP6 und MN17 sind mit dem Knoten bias_x gekoppelt, während der Sourceanschluss von MP7 mit einem Knoten pad_in gekoppelt ist, der mit dem Eingangsknoten der Spannungspufferschaltung 400 gekoppelt ist. Daher wählt die Kombination von MN17, MP6 und MP7 zwischen der Eingangsspannung und bias_x für bias_out aus. Der Gateanschluss von MP6 ist mit dem Knoten pad_in gekoppelt, während die Gateanschlüsse von MN17 und MP7 mit der Vorspannungsquelle miteinander gekoppelt sind. In einer Ausführungsform wählt die Auswahlschaltung 420 zwischen bias_x, der Eingangsspannung oder der Vorspannung in Abhängigkeit von einem momentanen Spannungspegel am Eingangsknoten der Spannungspufferschaltung 400 und den Betriebsmodi (z. B. einem Hochspannungsmodus gegenüber einem Niederspannungsmodus) für bias_out. In einer Ausführungsform kann die Vorspannung innerhalb der Auswahlschaltung 420 erzeugt werden.
In einer Ausführungsform liefert die Spannungsquelle bias_in eine Spannung gleich V_bias. In dieser Ausführungsform kann während eines Hochspannungsmodusbetriebs, in dem die maximale Eingangsspannung V_bias überschreitet, das Steuersignal ”Niederspannungsmodusaktivierung” auf einer Spannung liegen, die niedrig genug ist, um MN16 zu deaktivieren und MP5 zu aktivieren, daher wählt die Kombination von MP5 und MN16 V_bias für bias_x aus. In einer Ausführungsform, wenn eine momentane Eingangsspannung unterhalb V_bias – V_tp liegt, wird MP6 aktiviert, da seine Gatespannung (gleich wie die Eingangsspannung) um mindestens eine Schwellenspannung V_tp geringer ist als seine Sourcespannung (d. h. V_bias), während MP7 deaktiviert wird, da seine Gatespannung (auch V_bias) höher ist als seine Sourcespannung (gleich wie die Eingangsspannung). MN17 wird auch deaktiviert, wobei seine Gate-, Source- und Drainanschlüsse auf einer Spannung gleich V_bias liegen. In einer Ausführungsform, in der MP6 aktiviert ist und MP7 und MN17 deaktiviert sind, wählt die Kombination aus MP6, MP7 und MN17 bias_x für bias_out aus. In einer solchen Ausführungsform wird bias_out auf V_bias begrenzt.
In einer Ausführungsform wird während des Hochspannungsmodus, wenn eine momentane Eingangsspannung über V_bias + V_tp liegt, MP6 deaktiviert, da seine Gatespannung (gleich wie die Eingangsspannung) nun höher ist als seine Sourcespannung (d. h. V_bias), während MP7 aktiviert wird, da seine Gatespannung (d. h. V_bias) um mindestens ein V_tp geringer ist als seine Sourcespannung (gleich wie die Eingangsspannung). In einer solchen Ausführungsform wählt die Kombination aus MP6 und MP7 die Eingangsspannung für bias_out aus, während MN17 deaktiviert wird, wobei seine Gate- und Sourceanschlüsse auf einer Spannung gleich V_bias liegen. In einer solchen Ausführungsform folgt bias_out der Eingangsspannung.
In einer Ausführungsform liegt während eines Niederspannungsmodus, in dem die maximale Eingangsspannung gleich oder unterhalb V_bias ist, das Steuersignal ”Niederspannungsmodusaktivierung” auf einer Spannung, die hoch genug ist, um MN16 zu aktivieren und MP5 zu deaktivieren, wodurch Masse für bias_x gewählt wird. In einer Ausführungsform ist, da die maximale Eingangsspannung gleich V_bias während des Niederspannungsmodus ist, die Source-Gate-Spannungsdifferenz für sowohl MP6 als auch MP7 entweder null oder negativ. In einer solchen Ausführungsform werden beide Transistoren MP6 und MP7 deaktiviert. In einer Ausführungsform kann MN17 dann bias_x für bias_out wählen, wodurch bias_out auf Masse gebracht wird.
Ein Beispiel wird bereitgestellt, um die Ausführungsformen zu erläutern. In diesem Beispiel ist während eines Hochspannungsmodus die maximale Eingangsspannung 3,3 V V, wohingegen während eines Niederspannungsmodus die maximale Eingangsspannung 1,8 V ist. Die Spannungspufferschaltung 400 arbeitet unter einer festen Spannung V_supply1 gleich 3,3 V. Daneben ist V_bias auf 1,8 V festgelegt. Während des Hochspannungsmodus liegt das Steuersignal ”Niederspannungsmodusaktivierung” auf 0 V, was MN16 deaktiviert und MP5 aktiviert, wobei daher bias_x auf 1,8 V gesetzt wird. MN17 wird deaktiviert, da sowohl seine Gate- als auch seine Sourcespannung auf 1,8 V liegen. Wenn die Eingangsspannung unterhalb oder gleich 1,8 V – V_tp ist, wobei seine Source mit dem Eingang verbunden ist, wird MP7 auch deaktiviert, da seine Gatespannung (auf 1,8 V festgelegt) seine Sourcespannung übersteigt. Wenn sein Gate mit dem Eingang verbunden ist, wird MP6 aktiviert, da seine Gatespannung um mindestens ein V_tp niedriger ist als seine Sourcespannung (d. h. auf 1,8 V festgelegt). Daher wählt MP6 bias_x für bias_out aus, wodurch bias_out auf 1,8 V begrenzt wird.
Mit Fortsetzung des Beispiels wird, wenn eine momentane Eingangsspannung über 1,8 V – V_tp hinaus zunimmt, MP6 deaktiviert, da seine Gatespannung nun seine Sourcespannung von 1,8 V überschreitet, während MP7 aktiviert wird, da seine Gatespannung von 1,8 V um mindestens ein V_tp niedriger ist als seine Sourcespannung. Daher wählt MP7 die momentane Eingangsspannung für bias_out aus, was ermöglicht, dass bias_out der Eingangsspannung folgt. Während des Niederspannungsmodus liegt das Steuersignal ”Niederspannungsmodusaktivierung” auf 1,8 V, was bias_x auf Masse bringt. MN17, wobei seine Gatespannung auf 1,8 V bleibt, kann bias_out auf 0 V bringen. Wenn ihre Sourceanschlüsse nun auf Masse getrieben werden, können MP6 und MP7 deaktiviert werden, da für beide Transistoren die Gatespannung gleich sowohl der Source- als auch der Drainspannung ist oder diese überschreitet. Wenn sein Gateanschluss (mit bias_out verbunden) auf 0 V festgelegt ist, kann MP38 der Schaltung 405 in 4A dann aktiviert werden, um ein Signal mit 1,8 V zu leiten.
5 stellt ein System 500 mit einer Eingabe/Ausgabe-Schaltung (I/O-Schaltung) 515 dar, die eine Empfängerschaltung 505, eine Senderschaltung 511, eine Ausgangsspannungstreiberschaltung 509, eine Eingangsspannungspufferschaltung 501 und Spannungsreguliererschaltungen 516 und 517 umfasst. Es wird darauf hingewiesen, dass jene Elemente von 5 mit denselben Bezugszeichen (oder Namen) wie die Elemente von irgendeiner anderen Figur in irgendeiner Weise ähnlich zu der beschriebenen arbeiten oder funktionieren können, aber nicht darauf begrenzt sind.
In einer Ausführungsform sind der Eingangsknoten der Eingangsspannungspufferschaltung 501 und der Ausgangsknoten der Ausgangsspannungspufferschaltung 509 mit der Kontaktstelle gekoppelt, durch die die Eingabe/Ausgabe-Schaltung 515 mit anderen Vorrichtungen kommuniziert. In einer Ausführungsform können ESD-Vorrichtungen (Vorrichtungen für elektrostatische Entladung), die in 5 nicht gezeigt sind, mit der Kontaktstelle gekoppelt sein, um es zu vermeiden, die Eingangsspannungspufferschaltung 501 und die Ausgangsspannungspufferschaltung 509 einem riesigen Strom auszusetzen, der sich aus Ereignissen einer elektrostatischen Entladung an der Kontaktstelle ergeben hat, was ansonsten die Transistoren innerhalb der Eingangsspannungspufferschaltung 501 und der Ausgangsspannungspufferschaltung 509 beschädigen kann.
In einer Ausführungsform liefert die Spannungsreguliererschaltung 517 eine Spannung V_supply1, während die Spannungsreguliererschaltung 516 zwei Spannungen V_supply2 und V_supply3 liefert. In einer Ausführungsform arbeiten sowohl die Eingangsspannungspufferschaltung 501 als auch die Ausgangsspannungspufferschaltung 509 unter Versorgungsspannungen V_supply1 und V_supply2. In einer Ausführungsform umfasst die Senderschaltung 511 eine Senderlogikschaltung 506, die unter einer Versorgungsspannung von V_supply3 arbeitet, eine Vortreiberschaltung 508, die unter einer Versorgungsspannung von V_supply2 arbeitet, und eine Pegelumsetzerschaltung 507, die unter zwei Versorgungsspannungen von V_supply2 und V_supply3 arbeitet.
In einer Ausführungsform kann die Senderlogikschaltung 506 Daten von anderen Logikeinheiten empfangen, die in 5 nicht gezeigt sind. In einer Ausführungsform kann die Senderlogikschaltung 506 Signale aussenden, die zwischen Masse und V_supply3 schwanken. In einer Ausführungsform empfängt die Pegelumsetzerschaltung 507 ein Signal von der Senderlogikschaltung 506, wobei das Signal zwischen Masse und V_supply2 schwankt. In einer Ausführungsform setzt der Pegelumsetzer 507 dann das Signal auf einen Hub zwischen Masse und V_supply2 um, bevor das Signal zur Vortreiberschaltung 508 gesendet wird, die dann die Signale zur Ausgangsspannungstreiberschaltung 509 sendet. In einer Ausführungsform treibt die Ausgangsspannungstreiberschaltung 509 die Signale zur Kontaktstelle und kann mit einer speziellen Steigung, einem speziellen Hub oder anderen relevanten Einstellungen konfiguriert sein, um die optimale Signalisierungsqualität an der Kontaktstelle zu erreichen.
In einer Ausführungsform umfasst die Empfängerschaltung 505 eine Empfängerlogikschaltung 506, die unter einer Versorgungsspannung von V_supply3 arbeitet, eine Pegeldetektionsschaltung 502, die unter einer Versorgungsspannung von V_supply2 arbeitet, und eine Pegelumsetzerschaltung 503, die unter zwei Versorgungsspannungen von V_supply2 und V_supply3 arbeitet. In einer Ausführungsform arbeitet die Eingangsspannungspufferschaltung 501 unter Versorgungsspannungen V_supply1 und V_supply2. In einer Ausführungsform empfängt die Eingangsspannungspufferschaltung 501 ein Signal von der Kontaktstelle und kann ein Signal, das zwischen Masse und V_supply2 schwankt, an die Pegeldetektionsschaltung 502 ausgeben. In einer Ausführungsform empfängt die Pegelumsetzerschaltung 503 ein Signal von der Pegeldetektionsschaltung 502, wobei das Signal zwischen Masse und V_supply2 schwankt, und setzt dann das Signal auf einen Hub zwischen Masse und V_supply3 um, bevor es zur Empfängerlogikschaltung 504 gesendet wird. In einer Ausführungsform kann die Empfängerlogikschaltung 504 dann das Signal verarbeiten, um einige Daten zu erzeugen, und dann diese Daten, die auch zwischen Masse und V_supply3 schwanken, an andere Logikeinheiten ausgeben, die in 5 nicht gezeigt sind.
In einer Ausführungsform kann die Spannungsreguliererschaltung 517 V_supply1 während eines Niederspannungsmodus im Wesentlichen gleich V_supply2 setzen, und kann während eines Hochspannungsmodus V_supply1 auf einem höheren Wert als V_supply2 halten. In einer Ausführungsform umfasst die Eingangsspannungspufferschaltung 501 die Überbrückungsschaltung 302, die Spannungsbegrenzerschaltung 122 und die Steuerschaltung 301 von 3A. In einer Ausführungsform arbeitet die Steuerschaltung 301 unter der variablen Spannungsversorgung V_supply1, wohingegen die feste Spannungsversorgung V_supply2 verwendet wird, um die Vorspannungsquelle, die Steuervorspannung, clamp_bias1, clamp_bias2 und das Steuersignal 345 von 3A zu erzeugen.
In einer anderen Ausführungsform kann die Spannungsreguliererschaltung 517 V_supply1 auf einem höheren Wert als V_supply2 halten ohne Änderung zwischen verschiedenen Betriebsmodi. In einer Ausführungsform umfasst die Eingangsspannungspufferschaltung 501 die Spannungsbegrenzerschaltung 122, die Überbrückungsschaltung 405 und die Steuerschaltung 401 von 4A. In einer Ausführungsform arbeitet die Steuerschaltung 401 unter der Spannungsversorgung V_supply1, während die Spannungsversorgung V_supply2 verwendet werden kann, um die Vorspannungsquelle, die Steuervorspannung und das Steuersignal 445 von 4A zu erzeugen.
6 ist eine Systemebenenplattform 600 einer intelligenten Vorrichtung 605 gemäß einer Ausführungsform. Es wird darauf hingewiesen, dass jene Elemente von 6 mit denselben Bezugszeichen (oder Namen) wie die Elemente von irgendeiner anderen Figur in irgendeiner Weise ähnlich zu der beschriebenen arbeiten oder funktionieren können, aber nicht darauf begrenzt sind.
In einer Ausführungsform umfasst die Systemplattform 600 eine intelligente Vorrichtung 605 und eine Speichervorrichtung 623 zusammen mit Vorrichtungen 602, 608 und 609. In einer Ausführungsform umfasst die intelligente Vorrichtung 605 einen Prozessor 650, eine Schnittstellenschaltung 603, die mindestens ein Eingabe/Ausgabe-Paar 601 umfasst, das verwendet wird, um mit der Vorrichtung 602 zusammenzuwirken, eine Schnittstellenschaltung 620, durch die der Prozessor auf den Speicher 623 zugreift, eine Schnittstellenschaltung 606, durch die der Prozessor auf die Vorrichtung 608 zugreift, und eine Schnittstellenschaltung 607, durch die der Prozessor auf die Vorrichtung 609 zugreift. In einer Ausführungsform liefert eine Leistungsmanagementeinheit 604, die eine eigenständige Komponente an der Systemplattform 600 oder ein Teil der intelligenten Vorrichtung 605 sein kann, Versorgungsspannungen zu mindestens der Schnittstellenschaltung 603. In einer Ausführungsform kann die Leistungsmanagementeinheit 604 auch Versorgungsspannungen zu anderen Komponenten der intelligenten Vorrichtung 605 liefern. In einer Ausführungsform kann die Schnittstellenschaltung 603 auch die Leistungsmanagementeinheit 604 anweisen, irgendeine ihrer Spannungsversorgungen einzustellen.
In einer Ausführungsform ist die Vorrichtung 608 ein Audiountersystem, das sowohl Komponenten von Hardware (z. B. Audiohardware und Audioschaltungen) als auch Software (z. B. Treiber, Codecs usw.) darstellen kann, die dem Vorsehen von Audiofunktionen für die intelligente Vorrichtung 605 zugeordnet sind. In einer Ausführungsform können Audiofunktionen eine Lautsprecher- und/oder Kopfhörerausgabe sowie eine Mikrophoneingabe umfassen. In einer Ausführungsform können Vorrichtungen für solche Funktionen in die Vorrichtung 608 integriert oder mit der Vorrichtung 608 verbunden sein. In einer Ausführungsform wirkt ein Benutzer mit der Vorrichtung 608 durch Liefern von Audiobefehlen in zusammen, die durch den Prozessor 650 empfangen und verarbeitet werden.
In einer Ausführungsform ist die Vorrichtung 609 ein Anzeigeuntersystem, das Komponenten von Hardware (z. B. Anzeigevorrichtungen) und Software (z. B. Treiber) darstellen kann, die eine visuelle und/oder taktile Anzeige für einen Benutzer vorsehen, um mit der intelligenten Vorrichtung 605 zusammenzuwirken. In einer Ausführungsform kann die Schnittstellenschaltung 607 eine vom Prozessor 650 getrennte Logik umfassen, um mindestens eine gewisse Verarbeitung in Bezug auf die Anzeige durchzuführen. In einer Ausführungsform kann die Vorrichtung 609 eine Berührungsbildschirmvorrichtung (oder Berührungsfeldvorrichtung) umfassen, die sowohl Ausgabe als auch Eingabe für einen Benutzer bereitstellt.
In einer Ausführungsform kann der Prozessor 650 eine oder mehrere physikalische Vorrichtungen, wie z. B. Mikroprozessoren, Anwendungsprozessoren, Mikrocontroller, programmierbare Logikvorrichtungen, einen Audioprozessor, einen Videoprozessor oder andere Verarbeitungsmittel umfassen. In einer Ausführungsform können die vom Prozessor 650 durchgeführten Verarbeitungsoperationen die Ausführung einer Betriebsplattform oder eines Betriebssystems umfassen, an dem Anwendungen und/oder Vorrichtungsfunktionen ausgeführt werden. In einer Ausführungsform können die Verarbeitungsoperationen Operationen in Bezug auf I/O (Eingabe/Ausgabe) mit einem menschlichen Benutzer oder mit anderen Vorrichtungen, wie z. B. einer Ablage, eine drahtlose Kommunikation oder eine verdrahtete Kommunikation mit anderen intelligenten Vorrichtungen usw. umfassen. In einer Ausführungsform können die Verarbeitungsoperationen auch Operationen in Bezug auf Audio-I/O und/oder Anzeige-I/O umfassen.
In einer Ausführungsform ist die Vorrichtung 602 eine Ablagevorrichtung, die einen Niederspannungsmodusbetrieb, in dem die maximale Ausgangsspannung der Vorrichtung auf einem vorbestimmten Wert (z. B. 1,8 V) liegt, und einen Hochspannungsmodusbetrieb, in dem die maximale Ausgangsspannung der Vorrichtung diesen vorbestimmten Wert überschreitet, unterstützen kann. In einer Ausführungsform ist die Vorrichtung 602 eine sichere digitale Karte (SD-Karte). In einer Ausführungsform kann der Prozessor 650 angewiesen werden, Audio- und Videodaten von der Audiovorrichtung 608 und der Anzeigevorrichtung 609 einzulesen, die Daten im Speicher 623 zu speichern und die Daten wieder aus dem Speicher 623 zu lesen und in die Speichervorrichtung 602 durch das Eingabe/Ausgabe-Paar 601 zu schreiben.
In einer Ausführungsform kann der Prozessor 650 auch angewiesen werden, Daten von der Ablagevorrichtung 602 durch das Eingabe/Ausgabe-Paar 601 zu lesen, die Daten in den Speicher 623 zu schreiben, die Daten wieder aus dem Speicher 623 zu lesen und an die Audiovorrichtung 608 und/oder die Videovorrichtung 609 auszugeben. In einer Ausführungsform enthält das Eingabe/Ausgabe-Paar 601 mindestens einen Fall der Eingangsspannungspufferschaltung in 5, wobei die maximale Ausgangsspannung des Puffers auf einem vorbestimmten Wert (z. B. 1,8 V) gehalten werden kann, solange die maximale Eingangsspannung in den Puffer gleich dem vorbestimmten Wert (z. B. 1,8 V) ist oder diesen überschreitet. In einer Ausführungsform, wenn die Vorrichtung 602 während eines Niederspannungsmodus arbeitet, in dem die maximale Ausgangsspannung der Vorrichtung gleich dem vorbestimmten Wert (z. B. 1,8 V) ist, kann die Eingangsspannungspufferschaltung innerhalb des Eingabe/Ausgabe-Paars 601 ihre maximale Ausgangsspannung für die stromabseitige Pegeldetektionsschaltung auf diesem vorbestimmten Wert halten. In einer Ausführungsform, wenn die Vorrichtung 602 während eines Hochspannungsmodus arbeitet, in dem die maximale Ausgangsspannung der Vorrichtung den vorbestimmten Wert (z. B. 1,8 V) überschreitet, kann die Eingangsspannungspufferschaltung innerhalb des Eingabe/Ausgabe-Paars 601 auch ihre maximale Ausgangsspannung für die stromabseitige Pegeldetektionsschaltung auf diesem vorbestimmten Wert halten.
Eine Bezugnahme in der Patentbeschreibung auf ”eine Ausführungsform”, ”eine einzelne Ausführungsform”, ”einige Ausführungsformen” oder ”andere Ausführungsformen” bedeutet, dass ein spezielles Merkmal, eine spezielle Struktur oder eine spezielle Eigenschaft, die in Verbindung mit den Ausführungsformen beschrieben ist, in zumindest einigen Ausführungsformen, aber nicht notwendigerweise allen Ausführungsformen enthalten ist. Die verschiedenen Vorkommnisse ”einer Ausführungsform”, ”einer einzelnen Ausführungsform” oder ”einiger Ausführungsformen” beziehen sich nicht notwendigerweise alle auf dieselben Ausführungsformen. Wenn die Patentbeschreibung angibt, dass eine Komponente, ein Merkmal, eine Struktur oder eine Eigenschaft enthalten sein ”kann”, ”dürfte” oder ”könnte”, muss diese spezielle Komponente, dieses spezielle Merkmal, diese spezielle Struktur oder diese spezielle Eigenschaft nicht enthalten sein. Wenn die Patentbeschreibung oder der Anspruch sich auf ”ein” Element bezieht, bedeutet dies nicht, dass nur eines der Elemente vorhanden ist. Wenn die Patentbeschreibung oder die Ansprüche sich auf ”ein zusätzliches” Element beziehen, schließt dies nicht aus, dass mehr als eines des zusätzlichen Elements vorhanden ist.
Ferner können die speziellen Merkmale, Strukturen, Funktionen oder Eigenschaften in irgendeiner geeigneten Weise in einer oder mehreren Ausführungsformen kombiniert werden. Eine erste Ausführungsform kann beispielsweise irgendwo mit einer zweiten Ausführungsform kombiniert werden, die speziellen Merkmale, Strukturen, Funktionen oder Eigenschaften, die den zwei Ausführungsformen zugeordnet sind, schließen sich nicht gegenseitig aus.
Obwohl die Offenbarung in Verbindung mit speziellen Ausführungsformen davon beschrieben wurde, sind viele Alternativen, Modifikationen und Variationen von solchen Ausführungsformen für den Fachmann auf dem Gebiet angesichts der vorangehenden Beschreibung ersichtlich. Andere Speicherarchitekturen, z. B. ein dynamischer RAM (DRAM), können beispielsweise die erörterten Ausführungsformen verwenden. Die Ausführungsformen der Offenbarung sollen alle solchen Alternativen, Modifikationen und Variationen, die in den breiten Schutzbereich der beigefügten Ansprüche fallen, umfassen.
Außerdem können gut bekannte Leistungs/Masse-Verbindungen mit integrierten Schaltungschips (IC-Chips) und anderen Komponenten innerhalb der dargestellten Figuren gezeigt oder nicht gezeigt sein, für die Einfachheit der Darstellung und Erörterung, und um die Offenbarung nicht unklar zu machen. Ferner können Anordnungen in Blockdiagrammform gezeigt sein, um es zu vermeiden, die Offenbarung unklar zu machen, und auch angesichts der Tatsache, dass Besonderheiten in Bezug auf die Implementierung von solchen Blockdiagrammanordnungen stark von der Plattform abhängen, innerhalb der die vorliegende Offenbarung implementiert werden soll (d. h. solche Besonderheiten sollten durchaus innerhalb des Bereichs eines Fachmanns auf dem Gebiet liegen). Wenn spezifische Details (z. B. Schaltungen) dargelegt sind, um Beispielausführungsformen der Offenbarung zu beschreiben, sollte für einen Fachmann auf dem Gebiet ersichtlich sein, dass die Offenbarung ohne oder mit einer Variation dieser spezifischen Details ausgeführt werden kann. Die Beschreibung soll folglich als erläuternd anstatt begrenzend betrachtet werden.
Die folgenden Beispiele betreffen weitere Ausführungsformen. Besonderheiten in den Beispielen können irgendwo in einer oder mehreren Ausführungsformen verwendet werden. Alle optionalen Merkmale des hier beschriebenen Geräts können auch in Bezug auf ein Verfahren oder einen Prozess implementiert werden.
In einer Ausführungsform umfasst ein Gerät beispielsweise Folgendes: einen ersten Knoten zum Empfangen eines Signals, einen zweiten Knoten zum Liefern eines Ausgangssignals, eine Spannungsbegrenzerschaltung, die mit dem ersten und dem zweiten Knoten gekoppelt ist, und eine Überbrückungsschaltung, die mit der Spannungsbegrenzerschaltung gekoppelt ist, wobei die Überbrückungsschaltung aktiviert werden kann, um den ersten Knoten mit dem zweiten Knoten elektrisch kurzzuschließen. In einer Ausführungsform begrenzt die Spannungsbegrenzerschaltung die Spannung am zweiten Knoten auf einen Wert im Wesentlichen gleich einem vorbestimmten Wert, wenn die Spannung am ersten Knoten den vorbestimmten Wert überschreitet. In einer Ausführungsform umfasst das Gerät ferner eine Steuerschaltung, die die Überbrückungsschaltung aktivieren und deaktivieren kann. In einer Ausführungsform deaktiviert die Steuerschaltung die Überbrückungsschaltung, wenn die maximale Spannung am ersten Knoten den vorbestimmten Wert überschreitet. In einer Ausführungsform aktiviert die Steuerschaltung die Überbrückungsschaltung, wenn die maximale Spannung am ersten Knoten im Wesentlichen gleich oder wesentlich unter dem vorbestimmten Wert ist.
In einer Ausführungsform umfasst das Gerät ferner eine Pegeldetektionsschaltung mit einem Eingangsknoten, der mit dem zweiten Knoten gekoppelt ist, und mit einem Ausgangsknoten, um ein Signal zu einer oder mehreren Logikeinheiten zu liefern. In einer Ausführungsform umfasst das Gerät ferner eine erste Spannungsreguliererschaltung, die einen erste Versorgungsspannung zur Spannungsbegrenzerschaltung, zur Überbrückungsschaltung und zur Steuerschaltung liefert. In einer Ausführungsform umfasst das Gerät ferner eine zweite Spannungsreguliererschaltung, die eine zweite Versorgungsspannung, die im Wesentlichen gleich dem vorbestimmten Wert ist, zur Pegeldetektionsschaltung liefert.
In einer Ausführungsform umfasst die Überbrückungsschaltung einen ersten Transistor, einen zweiten Transistor und einen dritten Transistor, die in Reihe gekoppelt sind. In einer Ausführungsform weist der erste Transistor einen Sourceanschluss, der mit dem ersten Knoten gekoppelt ist, einen Drainanschluss, der mit dem zweiten Transistor gekoppelt ist, und einen Gateanschluss, der durch die Steuerschaltung steuerbar ist, auf. In einer Ausführungsform weist der zweite Transistor einen Sourceanschluss, der mit dem ersten Transistor gekoppelt ist, einen Drainanschluss, der mit dem zweiten Knoten gekoppelt ist, und einen Gateanschluss, der durch die Steuerschaltung steuerbar ist, auf. In einer Ausführungsform weist der dritte Transistor einen Sourceanschluss, der mit dem zweiten Transistor gekoppelt ist, einen Drainanschluss, der mit dem zweiten Knoten gekoppelt ist, und einen Gateanschluss, der durch die Steuerschaltung steuerbar ist, auf.
In einer Ausführungsform deaktiviert die Steuerschaltung die Überbrückungsschaltung durch Setzen der Spannung am Gateanschluss des zweiten Transistors auf einen Wert, der höher ist als eine maximale Spannung am ersten Knoten minus eine Schwellenspannung des zweiten Transistors. In einer Ausführungsform setzt, während die Überbrückungsschaltung deaktiviert ist, die Steuerschaltung auch die Spannungen an den Gateanschlüssen des ersten bzw. des dritten Transistors auf einen Wert, der höher ist als der vorbestimmte Wert minus eine Schwellenspannung des ersten bzw. des dritten Transistors. In einer Ausführungsform aktiviert die Steuerschaltung die Überbrückungsschaltung durch Setzen der Spannungen an den Gateanschlüssen des ersten, des zweiten und des dritten Transistors auf jeweilige Werte, die wesentlich geringer als oder im Wesentlichen gleich dem vorbestimmten Wert minus eine Schwellenspannung des ersten, des zweiten bzw. des dritten Transistors sind.
In einer Ausführungsform ist der erste Spannungsregulierer in der Lage, die erste Versorgungsspannung zu ändern. In einer Ausführungsform ist die Steuerschaltung durch ein erstes Steuersignal steuerbar und ist in der Lage, eine Änderung der ersten Versorgungsspannung zu detektieren. In einer Ausführungsform ändert der erste Spannungsregulierer die erste Versorgungsspannung auf einen Wert, der im Wesentlichen gleich der zweiten Versorgungsspannung ist, wenn die maximale Spannung am ersten Knoten im Wesentlichen gleich oder wesentlich unter dem vorbestimmten Wert ist.
In einer Ausführungsform umfasst die Überbrückungsschaltung einen einzelnen Transistor. In einer Ausführungsform weist der einzelne Transistor in der Überbrückungsschaltung einen Sourceanschluss, der mit dem ersten Knoten gekoppelt ist, einen Drainanschluss, der mit dem zweiten Knoten gekoppelt ist, und einen Gateanschluss, der durch die Steuerschaltung steuerbar ist, auf.
In einer Ausführungsform deaktiviert die Steuerschaltung die Überbrückungsschaltung durch Bewirken, dass eine Spannung am Gateanschluss des einzelnen Transistors einer momentanen Spannung am ersten Knoten folgt, wenn die Spannung über dem vorbestimmten Wert liegt. In einer Ausführungsform deaktiviert die Steuerschaltung auch die Überbrückungsschaltung durch Bewirken, dass die Spannung am Gateanschluss des einzelnen Transistors auf einem Wert über dem vorbestimmten Wert minus eine Schwellenspannung des einzelnen Transistors liegt, wenn die momentane Spannung am ersten Knoten wesentlich geringer als oder im Wesentlichen gleich dem vorbestimmten Wert ist. In einer Ausführungsform aktiviert die Steuerschaltung die Überbrückungsschaltung durch Setzen der Spannung am Gateanschluss des einzelnen Transistors auf einen Wert, der wesentlich geringer als oder im Wesentlichen gleich dem vorbestimmten Wert minus eine Schwellenspannung des einzelnen Transistors ist. In einer Ausführungsform ist die Steuerschaltung durch ein zweites Steuersignal steuerbar und ist in der Lage, die momentane Spannung am ersten Knoten zu detektieren.
In einem anderen Beispiel umfasst in einer Ausführungsform ein Gerät Folgendes: einen Kontaktstellenknoten, durch den das Gerät mit anderen Vorrichtungen kommuniziert, einen Eingangsspannungspuffer mit einem Eingangsknoten und einem Ausgangsknoten, wobei der Eingangsknoten mit dem Kontaktstellenknoten gekoppelt ist und der Ausgangsknoten mit einer Empfängerschaltung gekoppelt ist. In dieser Ausführungsform ist der Eingangsspannungspuffer gemäß dem vorstehend erörterten Gerät.
In einem anderen Beispiel umfasst ein System in einer Ausführungsform Folgendes: einen Prozessorkern, ein Verbindungselement, das mit einer ersten Vorrichtung gekoppelt ist, dessen maximale Ausgangsspannung zwischen einer niedrigen Spannung und einer hohen Spannung variiert, und eine erste Schnittstellenschaltung, die mit dem Prozessorkern und mit dem Verbindungselement gekoppelt ist. In dieser Ausführungsform umfasst die erste Schnittstellenschaltung mindestens einen Eingangsspannungspuffer mit einem Eingangsknoten und einem Ausgangsknoten. In dieser Ausführungsform ist der Eingangsspannungspuffer gemäß dem vorstehend erörterten Gerät.
In einer Ausführungsform umfasst das System ferner eine Speichereinheit. In einer Ausführungsform umfasst das System ferner eine zweite Schnittstellenschaltung, die mit dem Prozessorkern und mit der Speichereinheit gekoppelt ist, wobei der Prozessorkern durch die zweite Schnittstellenschaltung aus der und in die Speichereinheit lesen und schreiben soll. In einer Ausführungsform umfasst das System ferner eine Leistungsmanagementeinheit, die Spannungsversorgungen für mindestens die erste Schnittstellenschaltung erzeugt. In einer Ausführungsform ist die Leistungsmanagementeinheit in der Lage, Versorgungsspannungen für die erste Schnittstellenschaltung beim Empfangen eines Signals von der ersten Schnittstellenschaltung oder vom Prozessorkern einzustellen. In einer Ausführungsform ist mindestens eine der ersten oder der zweiten Schnittstellenschaltung mit dem Prozessorkern als System auf einem Chip (SoC) integriert. In einer Ausführungsform ist zumindest ein Teil der Leistungsmanagementeinheit mit dem Prozessorkern als SoC integriert.
Eine Zusammenfassung ist vorgesehen, die dem Leser ermöglicht, die Art und den Kern der technischen Offenbarung zu beurteilen. Die Zusammenfassung wird mit dem Verständnis vorgelegt, dass sie nicht verwendet wird, um den Schutzbereich oder die Bedeutung der Ansprüche zu begrenzen. Die folgenden Ansprüche werden hiermit in die ausführliche Beschreibung eingegliedert, wobei jeder Anspruch eigenständig als separate Ausführungsform steht.

Claims

Gerät, das Folgendes umfasst: einen ersten Knoten zum Empfangen eines Signals; einen zweiten Knoten zum Liefern eines Ausgangssignals; eine Spannungsbegrenzerschaltung zum Arbeiten unter einer ersten Versorgungsspannung, wobei die Spannungsbegrenzerschaltung mit dem ersten und dem zweiten Knoten gekoppelt ist; und eine Überbrückungsschaltung zum Arbeiten unter der ersten Versorgungsspannung, wobei die Überbrückungsschaltung mit der Spannungsbegrenzerschaltung gekoppelt ist, wobei die Überbrückungsschaltung aktiviert werden kann, um den ersten Knoten mit dem zweiten Knoten elektrisch kurzzuschließen.
Gerät nach Anspruch 1, wobei die Spannungsbegrenzerschaltung die Spannung des zweiten Knotens auf einen Wert im Wesentlichen gleich einem vorbestimmten Wert begrenzen soll, wenn die Eingangsspannung am ersten Knoten den vorbestimmten Wert überschreitet.
Gerät nach Anspruch 2, das ferner eine Steuerschaltung umfasst, die in der Lage ist, die Überbrückungsschaltung zu aktivieren und zu deaktivieren.
Gerät nach Anspruch 3, wobei die Steuerschaltung die Überbrückungsschaltung deaktivieren soll, wenn die maximale Spannung am ersten Knoten den vorbestimmten Wert überschreitet.
Gerät nach Anspruch 3, wobei die Steuerschaltung die Überbrückungsschaltung aktivieren soll, wenn die maximale Spannung am ersten Knoten im Wesentlichen gleich oder wesentlich unter dem vorbestimmten Wert ist.
Gerät nach Anspruch 2, das ferner eine Pegeldetektionsschaltung mit einem Eingang, der mit dem zweiten Knoten gekoppelt ist, und einem Ausgang zum Liefern eines Signals zu einer oder mehreren Logikeinheiten umfasst.
Gerät nach Anspruch 6, das ferner eine erste Spannungsreguliererschaltung zum Liefern einer ersten Versorgungsspannung zur Spannungsbegrenzerschaltung, zur Überbrückungsschaltung und zur Steuerschaltung umfasst.
Gerät nach Anspruch 7, das ferner eine zweite Spannungsreguliererschaltung zum Liefern einer zweiten Versorgungsspannung zur Pegeldetektionsschaltung umfasst.
Gerät nach Anspruch 8, wobei die zweite Versorgungsspannung, die von der zweiten Spannungsreguliererschaltung geliefert wird, im Wesentlichen gleich dem vorbestimmten Wert ist.
Gerät nach Anspruch 3, wobei die Überbrückungsschaltung ferner einen ersten Transistor, einen zweiten Transistor und einen dritten Transistor, die in Reihe gekoppelt sind, umfasst.
Gerät nach Anspruch 10, wobei der erste Transistor einen Sourceanschluss, der mit dem ersten Knoten gekoppelt ist, einen Drainanschluss, der mit dem zweiten Transistor gekoppelt ist, und einen Gateanschluss, der durch die Steuerschaltung steuerbar ist, aufweist.
Gerät nach Anspruch 11, wobei der zweite Transistor einen Sourceanschluss, der mit dem ersten Transistor gekoppelt ist, einen Drainanschluss, der mit dem dritten Transistor gekoppelt ist, und einen Gateanschluss, der durch die Steuerschaltung steuerbar ist, aufweist.
Gerät nach Anspruch 12, wobei der dritte Transistor einen Sourceanschluss, der mit dem zweiten Transistor gekoppelt ist, einen Drainanschluss, der mit dem zweiten Knoten gekoppelt ist, und einen Gateanschluss, der durch die Steuerschaltung steuerbar ist, aufweist.
Gerät nach Anspruch 13, wobei die Steuerschaltung die Überbrückungsschaltung durch Setzen der Spannung am Gateanschluss des zweiten Transistors auf einen Wert, der höher ist als eine maximale Spannung des ersten Knotens minus eine Schwellenspannung des zweiten Transistors, deaktivieren soll.
Gerät nach Anspruch 14, wobei die Steuerschaltung Spannungen an den Gateanschlüssen des ersten bzw. des dritten Transistors auf einen Wert setzen soll, der höher ist als der vorbestimmte Wert minus eine Schwellenspannung des ersten bzw. des dritten Transistors, während die Überbrückungsschaltung deaktiviert ist.
Gerät nach Anspruch 13, wobei die Steuerschaltung die Überbrückungsschaltung durch Setzen von Spannungen an den Gateanschlüssen des ersten, des zweiten und des dritten Transistors auf jeweilige Werte aktivieren soll, die wesentlich geringer als oder im Wesentlichen gleich dem vorbestimmten Wert minus eine Schwellenspannung des ersten, des zweiten bzw. des dritten Transistors sind.
Gerät nach Anspruch 8, wobei der erste Spannungsregulierer in der Lage ist, die erste Versorgungsspannung zu verändern.
Gerät nach Anspruch 17, wobei die Steuerschaltung durch ein erstes Steuersignal steuerbar ist und in der Lage ist, eine Änderung der ersten Versorgungsspannung zu delektieren.
Gerät nach Anspruch 17, wobei der erste Spannungsregulierer die erste Versorgungsspannung auf einen Wert im Wesentlichen gleich der zweiten Versorgungsspannung ändern soll, wenn die maximale Spannung am ersten Knoten im Wesentlichen gleich oder wesentlich unter dem vorbestimmten Wert ist.
Gerät nach Anspruch 3, wobei die Überbrückungsschaltung ferner einen einzelnen Transistor umfasst.
Gerät nach Anspruch 20, wobei der einzelne Transistor einen Sourceanschluss, der mit dem ersten Knoten gekoppelt ist, einen Drainanschluss, der mit dem zweiten Knoten gekoppelt ist, und einen Gateanschluss, der durch die Steuerschaltung steuerbar ist, aufweist.
Gerät nach Anspruch 21, wobei die Steuerschaltung die Überbrückungsschaltung durch Bewirken, dass eine Spannung am Gateanschluss des einzelnen Transistors einer momentanen Spannung am ersten Knoten folgt, wenn die Spannung über dem vorbestimmten Wert liegt, deaktivieren soll.
Gerät nach Anspruch 21, wobei die Steuerschaltung die Überbrückungsschaltung durch Setzen einer Spannung am Gateanschluss des einzelnen Transistors auf einen Wert über dem vorbestimmten Wert minus eine Schwellenspannung des einzelnen Transistors deaktivieren soll, wenn eine momentane Spannung am ersten Knoten wesentlich geringer als oder im Wesentlichen gleich dem vorbestimmten Wert ist.
Gerät nach Anspruch 21, wobei die Steuerschaltung die Überbrückungsschaltung durch Setzen einer Spannung am Gateanschluss des einzelnen Transistors auf einen Wert, der wesentlich geringer als oder im Wesentlichen gleich dem vorbestimmten Wert minus eine Schwellenspannung des einzelnen Transistors ist, aktivieren soll.
Gerät nach Anspruch 22, wobei die Steuerschaltung durch ein zweites Steuersignal steuerbar ist und in der Lage ist, die momentane Spannung am ersten Knoten zu detektieren.
Gerät, das Folgendes umfasst: einen Kontaktstellenknoten, durch den das Gerät mit anderen Vorrichtungen kommuniziert; eine Eingangsspannungspufferschaltung mit einem Eingangs- und einem Ausgangsknoten, wobei der Eingangsknoten mit dem Kontaktstellenknoten gekoppelt ist, wobei die Eingangsspannungspufferschaltung gemäß irgendeinem der Geräteansprüche 1 bis 25 ist; und eine Empfängerschaltung, die mit dem Ausgangsknoten der Eingangsspannungspufferschaltung gekoppelt ist.
System, das Folgendes umfasst: einen Prozessorkern; ein Verbindungselement, das mit einer ersten Vorrichtung gekoppelt ist, dessen maximale Ausgangsspannung zwischen einer niedrigen Spannung und einer hohen Spannung variiert; und eine erste Schnittstellenschaltung, die mit dem Prozessorkern und mit dem Verbindungselement gekoppelt ist, wobei die erste Schnittstellenschaltung mindestens einen Eingangsspannungspuffer gemäß irgend einem der Geräteansprüche 1–25 umfasst.
System nach Anspruch 27, das ferner eine Speichereinheit umfasst.
System nach Anspruch 28, das ferner eine zweite Schnittstellenschaltung umfasst, die mit dem Prozessorkern und mit der Speichereinheit gekoppelt ist, wobei der Prozessorkern durch die zweite Schnittstellenschaltung aus der und in die Speichereinheit lesen und schreiben soll.
System nach Anspruch 29, das ferner eine Leistungsmanagementeinheit umfasst, die Spannungsversorgungen für zumindest die erste Schnittstellenschaltung erzeugt.
System nach Anspruch 30, wobei das Leistungsmanagement Spannungsversorgungen für die erste Schnittstellenschaltung beim Empfangen eines Signals von der ersten Schnittstellenschaltung oder vom Prozessorkern einstellt.
System nach Anspruch 29, wobei mindestens eine der ersten oder der zweiten Schnittstellenschaltung mit dem Prozessorkern als System auf einem Chip (SoC) integriert ist.
System nach Anspruch 32, wobei zumindest ein Teil der Leistungsmanagementeinheit mit dem Prozessorkern als System auf einem Chip (SoC) integriert ist.