DE112020006949T5

DE112020006949T5 - Bias-Schaltung, Sensorvorrichtung und drahtlose Sensorvorrichtung

Info

Publication number: DE112020006949T5
Application number: DE112020006949.4T
Authority: DE
Inventors: Tomokazu Kojima
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2020-03-24
Filing date: 2020-03-24
Publication date: 2023-01-26
Also published as: US20230068062A1; JPWO2021192040A1; US11967949B2; WO2021192040A1; CN115298634B; CN115298634A

Abstract

Eine Stromspiegelschaltung (120) und eine Stromerzeugungsschaltung (110a) sind zwischen einem Stromversorgungsknoten (Nd) und einem Masseknoten (Ng) über einen ersten Knoten (N1) und einen zweiten Knoten (N2) in Reihe geschaltet. Die Gates der Transistoren (MP1, MP2), die die Stromspiegelschaltung (120) bilden, sind mit dem Knoten (Nd), an dem eine Aus-Spannung (AVDD) für die Transistoren anliegt, über einen ersten Schalter (S1) und mit dem zweiten Knoten (N2) über einen zweiten Schalter (S2) verbunden. Der zweite Knoten (N2) ist über einen dritten Schalter (S3) mit dem Knoten (Ng) verbunden, an dem eine Ein-Spannung (AGND) für die Transistoren anliegt. Vor dem Starten der Schaltung sind der erste Schalter (S1) und der dritte Schalter (S3) eingeschaltet, während der zweite Schalter (S2) ausgeschaltet ist. Nach dem Starten der Schaltung werden die Ein- bzw. Auszustände des ersten bis dritten Schalters (S1 bis S3) umgeschaltet.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Bias-Schaltung sowie auf eine Sensorvorrichtung und eine drahtlose Sensorvorrichtung, die die Bias-Schaltung enthalten.
Zugrundeliegender Stand der Technik
Mit der Entwicklung der Technologie des Internets der Dinge (IdD) (Internet of Things (IoT)) und Ähnlichem nahm in den letzten Jahren der Bedarf an Technologien für hochpräzise Sensoren und Sensorschnittstellen zu. Konkret besteht Bedarf an einer Systemtechnologie zum Verbinden einer Person mit einem Objekt unter Verwendung von mit einem Sensor erfassten Informationen, bei der Informationen von einer Sensorvorrichtung mit einem Operationsverstärker (oder einem Komparator) an einer Eingangsstufe zur Durchführung einer analogen oder digitalen Signalverarbeitung fehlerfrei empfangen werden. Eine hochgenaue analoge Signalverarbeitung erfordert gegenwärtig eine hochgenaue Bias-Schaltung.
Zur Realisierung einer hochgenauen Bias-Schaltung ist eine als Eigenbias-Schaltung bezeichnete Schaltung bekannt, die eine nicht unmittelbar von einer Versorgungsspannung abhängige Bias-Spannung erzeugt. Ferner ist als Bestandteil einer Eigenbias-Schaltung eine Bandabstandsreferenzschaltung bekannt, die nicht nur bei Schwankungen der Versorgungsspannung, sondern auch bei Temperatur- und Prozessschwankungen eine konstante Referenzspannung und einen konstanten Referenzstrom erzeugt.
Als Beispiel für eine derartige Eigenbias-Schaltung wird in der japanischen Offenlegungsschrift Nr. 2011-186987 (PTD 1) eine Referenzstromerzeugungsschaltung beschrieben, bei der keine Sperrschichtdiode benötigt wird, und deren Temperaturabhängigkeit im Wesentlichen gleich Null ist.
Bei einer Eigenbias-Schaltung existieren bekanntermaßen zwei stabile Arbeitspunkte. Bei einem der stabilen Arbeitspunkte wird eine gute Bias-Spannung erzeugt, wobei es sich bei dem anderen um einen Null-Bias-Arbeitspunkt handelt, an dem die Schaltung überhaupt nicht funktionsfähig ist.
Um mit einem vom Null-Bias-Arbeitspunkt verschiedenen stabilen Arbeitspunkt zu starten, weist die Referenzstromerzeugungsschaltung des PTD 1 eine Startschaltung mit einer Konstantstromquelle auf.
Liste der Zitate
Patentliteratur
PTD 1: Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2011-186987
Kurzbeschreibung der Erfindung
Technische Problemstellung
Bei der Schaltungsanordnung des PTD 1 kann der Referenzstrom (Bias-Strom), wenn der Strom der Konstantstromquelle der Startschaltung nach dem Start der Schaltung abgeschaltet wird, bei einem Neustart nicht mehr erzeugt werden. Folglich wird in der Startschaltung während des Zeitraums, in dem der Bias-Strom erzeugt wird, fortwährend ein Verluststrom erzeugt, wodurch der Stromverbrauch zunimmt. Außerdem wird der vorliegende Verluststrom zu dem von der Bias-Schaltung erzeugten Bias-Strom addiert, sodass es zu einem fehlerhaften Bias-Strom kommen kann.
Die vorliegende Offenbarung entstand zur Lösung dieser Problemstellung, wobei eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung in der Angabe eines Aufbaus einer Bias-Schaltung besteht, die sowohl ein stabiles Einschaltverhalten und einen geringen Stromverbrauch nach dem Start als auch eine hohegenaue Bias-Spannung erzielt.
Lösung der Problemstellung
Nach einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Bias-Schaltung eine Stromspiegelschaltung mit einem ersten und einem zweiten Transistor eines ersten Leitungstyps, eine Stromerzeugungsschaltung mit einem Transistor eines zweiten Leitungstyps, eine Startsteuerschaltung und eine Startschaltung. Die ersten und zweiten Transistoren des ersten Leitungstyps sind zwischen einem ersten Stromversorgungsknoten, an dem eine erste Spannung anliegt, und einem ersten und zweiten Knoten angeschlossen. Die Stromerzeugungsschaltung ist zwischen einem zweiten Stromversorgungsknoten, an dem eine zweite Spannung anliegt, und dem ersten und zweiten Knoten angeschlossen. Beim Starten der Bias-Schaltung erfasst die Startsteuerschaltung den Übergang von einem ersten Zustand, der von vor dem Start fortbesteht, zu einem zweiten Zustand, der mit dem Starten einhergeht. Die miteinander verbundenen Steuerelektroden des ersten und des zweiten Transistors sind zumindest im zweiten Zustand mit einem Knoten elektrisch verbunden, der dem ersten oder dem zweiten Knoten entspricht. Beim Starten der Bias-Schaltung schaltet die Startschaltung das Verbindungsziel der Steuerelektroden zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten. Die Startschaltung umfasst einen ersten bis dritten Schalter. Der erste Schalter ist zwischen einem ersten Spannungsknoten, an dem eine Aus-Spannung zum Ausschalten des ersten und zweiten Transistors anliegt, und den Steuerelektroden angeschlossen. Der zweite Schalter ist zwischen dem dritten Knoten und den Steuerelektroden angeschlossen. Der dritte Schalter ist zwischen einem zweiten Spannungsknoten, an dem eine Ein-Spannung zum Einschalten des ersten und zweiten Transistors anliegt, und dem dritten Knoten angeschlossen. Im ersten Zustand sind der erste Schalter und der zweite Schalter ausgeschaltet und im zweiten Zustand eingeschaltet. Der dritte Schalter ist im ersten Zustand eingeschaltet und im zweiten Zustand ausgeschaltet.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Sensorvorrichtung die Bias-Schaltung, einen Sensor und eine Verstärkerschaltung. Der Sensor gibt eine Erfassungsspannung aus, die einer physikalischen Größe eines Messobjekts entspricht. Die Bias-Schaltung gibt zumindest einen Bias-Strom aus. Die Verstärkerschaltung erzeugt mithilfe eines Verstärkungsvorgangs unter Verwendung des Bias-Stroms von der Bias-Schaltung eine auf der Erfassungsspannung des Sensors basierende Ausgangsspannung.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst eine drahtlose Sensorvorrichtung die Bias-Schaltung, einen Sensor, eine Verstärkerschaltung und eine drahtlose Kommunikationseinheit. Der Sensor gibt eine Erfassungsspannung aus, die einer physikalischen Größe eines Messobjekts entspricht. Die Bias-Schaltung gibt zumindest einen Bias-Strom aus. Die Verstärkerschaltung erzeugt mithilfe eines Verstärkungsvorgangs unter Verwendung des Bias-Stroms von der Bias-Schaltung eine auf der Erfassungsspannung des Sensors basierende Ausgangsspannung. Die drahtlose Kommunikationseinheit gibt mittels drahtloser Kommunikation ein Übertragungssignal nach Maßgabe eines vorgegebenen Kommunikationsprotokolls aus. Das Übertragungssignal wird auf Grundlage digitaler Daten erzeugt, die durch Analog-Digital-Wandlung der Ausgangsspannung der Verstärkerschaltung erhalten werden.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Bei der vorliegenden Offenbarung wird, wenn die Startschaltung die Steuerelektroden der Transistoren, die die Stromspiegelschaltung bilden, mit der Aus-Spannung bzw. der Ein-Spannung beaufschlagt, der Strom in der Stromspiegelschaltung und der Stromerzeugungsschaltung zum Zeitpunkt des Schaltungsstarts sicher erzeugt, wobei nach dem Start in der Startschaltung kein unnötiger Strom erzeugt wird. Dadurch lassen sich sowohl ein stabiles Einschaltverhalten als auch ein geringer Stromverbrauch nach dem Start sowie eine hochgenaue Bias-Spannung erreichen.
Figurenliste

1 zeigt einen Schaltplan, der den Aufbau einer Bias-Schaltung gemäß einem Vergleichsbeispiel veranschaulicht.
2 zeigt einen Schaltplan, der den Aufbau einer Bias-Schaltung gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht.
3 zeigt einen Schaltplan, der ein erstes Beispiel für einen Aufbau einer Startsteuerungsschaltung von 2 veranschaulicht.
4 zeigt eine Darstellung von Kurvenverläufen, die die Funktionsweise der Startsteuerungsschaltung veranschaulichen.
5 zeigt einen Schaltplan, der ein zweites Beispiel für den Aufbau einer Startsteuerungsschaltung von 2 veranschaulicht.
6 zeigt einen Schaltplan, der den Aufbau einer Bias-Schaltung gemäß einer ersten Modifikation der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
7 zeigt einen Schaltplan, der den Aufbau einer Bias-Schaltung gemäß einer zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
8 zeigt einen Schaltplan, der den Aufbau einer Bias-Schaltung gemäß einer dritten Modifikation der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
9 zeigt einen Schaltplan, der den Aufbau einer Bias-Schaltung gemäß einem ersten Beispiel einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
10 zeigt einen Schaltplan, der den Aufbau einer Bias-Schaltung gemäß einem zweiten Beispiel der zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
11 zeigt einen Schaltplan, der den Aufbau einer Bias-Schaltung gemäß einem dritten Beispiel der zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
12 zeigt einen Schaltplan, der den Aufbau einer Bias-Schaltung gemäß einem vierten Beispiel der zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
13 zeigt einen Schaltplan, der den Aufbau einer Bias-Schaltung gemäß einem fünften Beispiel der zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
14 zeigt einen Schaltplan, der den Aufbau einer Bias-Schaltung gemäß einer dritten Ausführungsform veranschaulicht.
15 zeigt ein Blockschaltbild, das ein Beispiel für den Aufbau einer Sensorvorrichtung gemäß einem ersten Beispiel einer vierten Ausführungsform veranschaulicht.
16 zeigt ein Blockschaltbild, das ein Beispiel für den Aufbau einer drahtlosen Sensorvorrichtung gemäß einem zweiten Beispiel der vierten Ausführungsform veranschaulicht.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ausführlich unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. In den Figuren sind gleiche oder einander entsprechende Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen versehen, wobei deren Beschreibung prinzipiell nicht wiederholt wird.
Erste Ausführungsform
(Beschreibung eines Vergleichsbeispiels)
1 zeigt einen Schaltplan, der den Aufbau einer Bias-Schaltung gemäß einem Vergleichsbeispiel veranschaulicht.
Wie aus 1 ersichtlich umfasst die Bias-Schaltung 100 des Vergleichsbeispiels eine Stromerzeugungsschaltung 110a, eine Stromspiegelschaltung 120 und eine Startschaltung 200.
Zwischen einem Stromversorgungsknoten Nd, an dem eine Stromversorgungsspannung AVDD anliegt, und einem Masseknoten Ng, der auf Massepotenzial AGND liegt sind die Stromerzeugungsschaltung 110a und die Stromspiegelschaltung 120, über die Knoten N1 und N2 in Reihe geschaltet.
Die Stromspiegelschaltung 120 weist p-Kanal-Feldeffekttransistoren (im Folgenden auch einfach als „p-Kanal-Metall-Oxid-Halbleiter (PMOS)-Transistoren" bezeichnet) MP1, MP2 auf. Der PMOS-Transistor MP1 ist zwischen dem Stromversorgungsknoten Nd und dem Knoten N1 angeschlossen, und der PMOS-Transistor MP2 ist zwischen dem Stromversorgungsknoten Nd und dem Knoten N2 angeschlossen. Die als „Steuerelektroden“ dienenden Gates der PMOS-Transistoren MP1 und MP2, sind beide mit dem Knoten N2 verbunden.
Die Stromerzeugungsschaltung 110a weist n-Kanal-Feldeffekttransistoren (im Folgenden auch einfach als „NMOS-Transistor“ bezeichnet) MN1, MN2 sowie ein Widerstandselement R0 auf. Der NMOS-Transistor MN2 ist zwischen dem Knoten N1 und dem Masseknoten Ng angeschlossen. Der NMOS-Transistor MN1 ist zwischen den Knoten N2 und N3 angeschlossen, wobei das Widerstandselement R0 zwischen dem Knoten N3 und dem Masseknoten Ng angeschlossen ist. Das Gate (Steuerelektrode) des NMOS-Transistors MN1 ist mit dem Knoten N1 verbunden, und das Gate (Steuerelektrode) des NMOS-Transistors MN2 ist mit dem Knoten N3 verbunden.
Der die Stromerzeugungsschaltung 110a und die Stromspiegelschaltung 120 umfassende Schaltungsaufbau entspricht dem Schaltungsaufbau, bei dem die Referenzstromerzeugungsschaltung (X2) von 2 in PTD 1 keine Startschaltung enthält.
Die Bias-Schaltung 100 umfasst ferner einen Ausgangstransistor BP1 und einen Ausgangstransistor BN1, die einen Bias-Strom ausgeben. Der Ausgangstransistor BN1 umfasst einen NMOS-Transistor, der zwischen einem Bias-Ausgangsknoten No1 und dem Masseknoten Ng angeschlossen ist. Das Gate des Ausgangstransistors BN1 ist mit dem Knoten N3 verbunden. Zwischen dem Bias-Ausgangsknoten No1 und dem Stromversorgungsknoten Nd ist eine Last (z. B. ein Widerstand oder ein PMOS-Transistor) angeschlossen, sodass vom Ausgangstransistor BN1 über den Bias-Ausgangsknoten No1 ein Referenzstrom IREF1 ausgegeben wird, der proportional zum Strom I2 am Knoten N2 ist.
Der Ausgangstransistor BP1 umfasst einen PMOS-Transistor, der zwischen dem Stromversorgungsknoten Nd und einem Bias-Ausgangsknoten No2 angeschlossen ist. Das Gate des Ausgangstransistors BP1 ist mit dem Knoten N2 verbunden. Zwischen dem Bias-Ausgangsknoten No2 und dem Masseknoten Ng ist eine Last (z. B. ein Widerstand oder ein NMOS-Transistor) angeschlossen, wobei vom Ausgangstransistor BP1 über den Bias-Ausgangsknoten No2 ein Referenzstrom IREF2 ausgegeben wird, der proportional zum Strom I2 des Knotens N2 ist. Auf diese Weise kann die Bias-Schaltung 100 als Bias-Ströme die Referenzströme IREF1, IREF2 erzeugen, die proportional zum Strom I2 sind, der durch die Knoten N2 und N3 fließt.
Zunächst wird die Funktionsweise einer Bias-Schaltung 100 beschrieben, die ohne Startschaltung 200 aufgebaut ist. Bei einem stabilen Betrieb der Bias-Schaltung 100 ist die am Knoten N3 erzeugte Spannung höher als die Schwellenspannung Vt des NMOS-Transistors MN2, sodass der NMOS-Transistor MN2 einen Drainstrom erzeugt. Wenn die Spannung am Knoten N1 über das Massepotenzial AGND ansteigt und wenn die Spannung am Knoten N2 unter die Stromversorgungsspannung AVDD abfällt, werden in ähnlicher Weise auch im NMOS-Transistor MN1 und in den PMOS-Transistoren MP1 und MP2 Drainströme erzeugt.
Bezeichnet man den Wert des elektrischen Widerstands des Widerstandselements R0 ebenfalls mit R0, dann kann der Strom I2 am Knoten N2 dabei durch die folgende Gleichung (1) unter Verwendung der Schwellenspannung Vt ausgedrückt werden.
$I2 = Vt / R0$
Aus der Gleichung (1) lässt sich ersehen, dass der Strom I2 nicht von der Stromversorgungsspannung AVDD abhängt. Zudem wird das Widerstandselement R0 so gewählt, dass die Polarität der Temperaturabhängigkeit des Werts des elektrischen Widerstands R0 der Polarität der Temperaturabhängigkeit der Schwellenspannung Vt entgegengesetzt ist, wodurch die Temperaturabhängigkeit des Stroms I2 verringert werden kann.
Die Referenzströme IREF1, IREF2 sind proportional zum Strom I2, d. h. zu (Vt/R0). Dementsprechend lässt sich die Bias-Schaltung 100 als Eigenbias-Schaltung betreiben, die nicht von der Stromversorgungsspannung AVDD abhängig ist, sondern eine geringe Temperaturabhängigkeit besitzt und den Bias-Strom mit hoher Genauigkeit erzeugt.
Im Null-Bias-Zustand der Bias-Schaltung 100 wird am Knoten N3 jedoch keine Spannung erzeugt (das Massepotenzial AGND bleibt bestehen), und der Drainstrom des NMOS-Transistors MN2 wird, da die Gatespannung 0 (V) beträgt, in etwa Null. Daher steigt auch die Spannung am Knoten N1, der mit dem Gate des NMOS-Transistors MN1 verbunden ist, nicht an, und der Drainstrom des NMOS-Transistors MN1 wird ebenfalls in etwa Null.
Wie oben beschrieben kann sich, wenn in den NMOS-Transistoren MN1, MN2 kein Drainstrom erzeugt wird, die Spannung am Knoten N2, der mit den Gates der PMOS-Transistoren MP1, MP2 verbunden ist, nicht zur Seite des Massepotenzials AGND ändern, sodass bei den PMOS-Transistoren MP1, MP2 keine Drainströme erzeugt werden. Infolgedessen werden bei der Bias-Schaltung 100 die Ströme an den Knoten N1, N2 zu I1 =12 = 0, wobei die Bias-Schaltung 100 von selbst nicht aus diesem Zustand (auch als „Null-Bias-Zustand“ bezeichnet) gelangen kann. Wenn I1 = I2 = 0 ist, ergibt sich IREF1 = IREF2 = 0, sodass die Bias-Schaltung 100 keinen Bias-Strom erzeugen kann.
Um aus dem Null-Bias-Zustand zu gelangen, weist die Bias-Schaltung 100 des Vergleichsbeispiels daher eine Startschaltung 200 auf. Die Startschaltung 200 umfasst einen PMOS-Transistor TPJ1 und NMOS-Transistoren TNJ1, TNJ2.
Der PMOS-Transistor TPJ1 und der NMOS-Transistor TNJ1 sind zwischen dem Stromversorgungsknoten Nd und dem Masseknoten Ng über einen Knoten Ns in Reihe geschaltet. Die Gates des PMOS-Transistors TPJ1 und des NMOS-Transistors TNJ1 sind mit dem Knoten N3 verbunden. Der NMOS-Transistor TNJ2 ist zwischen dem Knoten N2 und dem Masseknoten Ng angeschlossen. Das Gate des NMOS-Transistors TNJ2 ist mit dem Knoten Ns verbunden.
Der PMOS-Transistor TPJ1 und der NMOS-Transistor TNJ1 werden als komplementärer MOS-Inverter (CMOS) betrieben der den Knoten N3 als Eingangsknoten und den Knoten Ns als Ausgangsknoten aufweist. Der NMOS-Transistor TNJ2 wird in Abhängigkeit von der Ausgangsspannung des CMOS-Inverters angesteuert.
Der oben beschriebene Null-Bias-Zustand wird erzeugt, weil die Spannung am Knoten N3 nicht größer wird als das Massepotenzial AGND. Andererseits wird bei der Startschaltung 200, wenn die Spannung am Knoten N3 dem Massepotenzial AGND entspricht, der PMOS-Transistor TPJ1 voll durchgeschaltet, sodass die Spannung am Knoten Ns auf die Stromversorgungsspannung AVDD ansteigt. Dies führt dazu, dass der NMOS-Transistor TNJ2 voll durchgeschaltet wird, wodurch die Spannung am Knoten N2 auf das Massepotenzial AGND absinkt. Dadurch fallen die Gatespannungen der PMOS-Transistoren MP1 und MP2 auf das Massepotenzial AGND ab, im als Diode geschalteten PMOS-Transistor MP2 wird ein Drainstrom erzeugt, und durch die Stromspiegelfunktion wird auch im PMOS-Transistor MP1 ein Drainstrom erzeugt.
Der Drainstrom des PMOS-Transistors MP1 führt zu einer Erhöhung der Spannung am Knoten N1, wodurch die Gatespannung des NMOS-Transistors MN1 ansteigt. Wenn die Gatespannung schließlich hinreichend hoch wird, sodass der NMOS-Transistor MN1 eingeschaltet wird, steigt die Spannung am Knoten N3 an. Die Spannung V (N3) am Knoten N3 steigt auf eine Spannung, die höher ist als die Schwellenspannung Vt des NMOS-Transistors MN2, und nähert sich dann dem Zustand (I2 = Vt/R0) der obigen Gleichung (1), nämlich V(N3) = Vt.
Durch eine derartige Anordnung der Startschaltung 200 kann die Spannung am Knoten N3 vom Massepotenzial AGND weggeführt werden, sodass der Null-Bias-Zustand sicher verlassen werden kann, um die Bias-Schaltung 100 gemäß der Gleichung (1) in einem stabilen Arbeitspunkt zu betreiben.
Bei der Startschaltung 200 ist die Gatespannung des NMOS-Transistors TNJ1 jedoch identisch mit der Gatespannung des NMOS-Transistors MN2 der den Stromfluss I1 bewirkt. Da außerdem die Gatespannung des PMOS-Transistors TPJ1 der Schwellenspannung Vt des NMOS-Transistors MN2 entspricht, wird am PMOS-Transistors TPJ1 ein Drainstrom erzeugt. Infolgedessen wird in der Startschaltung 200, parallel zur Bereitstellung der auf die erzeugten Ströme 11, 12 zurückzuführenden Referenzströme IREF1, IREF2, durch den PMOS-Transistor TPJ1 und den NMOS-Transistor TNJ1 zwischen dem Stromversorgungsknoten Nd und dem Masseknoten Ng ein Strom IS1 auf dem gleichen Niveau wie der Strom I1 erzeugt.
Da es sich bei dem Strom IS1 um einen Verluststrom handelt, der für die Bias-Schaltung 100 zunächst nicht erforderlich ist, steht zu befürchten, dass der Stromverbrauch der Bias-Schaltung 100 zunimmt. Zudem stimmen, wenn der Verluststrom aufgrund der Schleife zu den Strömen I1, I2 addiert wird, die Referenzströme IREF1, IREF2 nicht mit dem auf dem Strom I2 der Gleichung (1) basierenden Vorgabewert überein, wodurch Abstriche bei der Genauigkeit des Bias-Stroms zu befürchten sind. Es steht daher zu befürchten, dass durch die Startschaltung bei der Referenzstromerzeugungsschaltung des PTD 1 und bei dem Vergleichsbeispiel von 1 ein ähnliches Problem verursacht wird.
(Schaltungsanordnung der ersten Ausführungsform)
Bei der ersten Ausführungsform wird der Aufbau einer Bias-Schaltung beschrieben, bei der der Stromverbrauch reduziert und die Bias-Genauigkeit, die eine Charakteristik eines Startschaltungsaufbaus darstellt, erhöht werden kann.
2 zeigt einen Schaltplan, der den Aufbau einer Bias-Schaltung gemäß einer ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie aus 2 ersichtlich umfasst die Bias-Schaltung 101 der ersten Ausführungsform eine Stromerzeugungsschaltung 110a und eine Stromspiegelschaltung 120, die ähnlich sind wie die der Bias-Schaltung 100 des Vergleichsbeispiels, eine Startschaltung 130 und eine Startsteuerschaltung 150.
Die Stromerzeugungsschaltung 110a und die Stromspiegelschaltung 120 sind jeweils ähnlich wie die der Bias-Schaltung 100 des Vergleichsbeispiels aufgebaut und sind zwischen dem Stromversorgungsknoten Nd und dem Masseknoten Ng über die Knoten N1 und N2 in Reihe geschaltet. Die Startsteuerschaltung 150 erzeugt Startsteuersignale POFF und XPOFF auf Basis der Höhe der Stromversorgungsspannung AVDD.
3 zeigt einen Schaltplan, der ein erstes Beispiel für einen Aufbau einer Startsteuerschaltung 150 veranschaulicht. Wie aus 3 ersichtlich enthält eine Startsteuerschaltung 150x des ersten Aufbaubeispiels Widerstandselemente Rd1 bis Rd3, eine Diode D0, einen Komparator 160 und Inverter 162, 164. Nachstehend werden die elektrischen Widerstandswerte der Widerstandselemente Rd1 bis Rd3 ebenfalls als Rd1 bis Rd3 bezeichnet.
Die Widerstandselemente Rd1 und Rd2 sind zwischen dem Stromversorgungsknoten Nd und dem Masseknoten Ng zur Ausbildung einer Spannungsteilerschaltung über einen Knoten Nx direkt miteinander verbunden. Das Widerstandselement Rd3 ist zwischen dem Stromversorgungsknoten und dem Knoten Ny angeschlossen. Die Diode D0 ist zwischen dem Knoten Ny und dem Masseknoten Ng angeschlossen, wobei die Durchlassrichtung der Richtung vom Knoten Ny zum Masseknoten Ng entspricht.
Der Komparator 160 gibt ein Vergleichsergebnis zwischen einer Spannung VNx am Knoten Nx und einer Spannung VNy am Knoten Ny aus. Konkret gibt der Komparator 160 ein High-Pegel-Logiksignal (im Folgenden einfach als „H-Pegel“ bezeichnet) aus, wenn VNx > VNy ist, und, wenn VNy > VNx ist, gibt der Komparator 160 ein Low-Pegel-Logiksignal (im Folgenden einfach als „L-Pegel“ bezeichnet) aus.
Der Inverter 162 invertiert den Logikpegel eines Ausgangssignals vom Komparator 160 und gibt ein Startsteuersignal XPOFF aus. Der Inverter 164 invertiert den Logikpegel des Ausgangssignals (Startsteuersignal XPOFF) vom Inverter 162 und gibt ein Startsteuersignal POFF aus. Dementsprechend ist POFF = L und XPOFF = H, wenn VNx < VNy, und POFF = H und XPOFF = L, wenn VNx > VNy.
Am Knoten Nx wird die durch die nachfolgende Gleichung (2) dargestellte Spannung VNx entsprechend dem durch die Widerstandselemente RDd, Rd2 geschaffenen Spannungsteilungsverhältnis erzeugt.
$VNx = AVDD \cdot Rd2 / (Rd1 + Rd2)$
Andererseits wird, wenn die Diode D0 durch die Stromversorgungsspannung AVDD in Durchlassrichtung betrieben wird, am Knoten Ny eine vom Spannungswert der Stromversorgungsspannung AVDD unabhängige Spannung VNy erzeugt, die der Durchlassspannung Vf an der Diode D0 entspricht, (VNy = Vf).
Die in 4 dargestellten Kurvenverläufe veranschaulichen die Funktionsweise der Startsteuerschaltung 150x. Wie aus 4 ersichtlich steigt die Stromversorgungsspannung AVDD ab dem Einschalten der Bias-Schaltung 101 zum Zeitpunkt t0 an. Ab dem Zeitpunkt t2 befindet sich die Stromversorgungsspannung AVDD in einem stabilen Zustand.
Wie aus Gleichung (2) ersichtlich steigt die Spannung VNx proportional zur Stromversorgungsspannung AVDD an. Andererseits ist, da die Spannung VNy = Vf, die Spannung VNy konstant. Somit wird der Komparator 160 entsprechend so betrieben, dass er ein Ergebnis des Vergleichs zwischen der Spannung VNx und einer Bestimmungsspannung Vr ausgibt, die durch die nachfolgende Gleichung (3) dargestellt wird.
$Vr = Vf \cdot (Rd1 + Rd2) / Rd2$
Da der Komparator 160 vom Zeitpunkt t0 bis zum Zeitpunkt I1 den L-Pegel ausgibt (Ausschaltzustand), wenn die Stromversorgungsspannung AVDD kleiner oder gleich der Bestimmungsspannung Vr ist, wird dementsprechend das Startsteuersignal POFF auf den L-Pegel und das Startsteuersignal XPOFF auf den H-Pegel gesetzt. Die Bestimmungsspannung Vr kann vorab so eingestellt werden, dass ein Spielraum gegenüber der Mindestbetriebsspannung besteht, bei der die Bias-Schaltung 101 betrieben werden kann.
Da der Komparator 160 nach dem Zeitpunkt t1 den H-Pegel ausgibt (Einschaltzustand), wenn die Stromversorgungsspannung AVDD höher ist als die Bestimmungsspannung Vr, wird andererseits das Startsteuersignal POFF auf den H-Pegel und das Startsteuersignal XPOFF auf den L-Pegel gesetzt. Auf diese Weise kann die Startsteuerschaltung 150x die Startsteuersignale POFF und XPOFF erzeugen, um den Ausschaltzustand und den Einschaltzustand anhand der Stromversorgungsspannung AVDD zu unterscheiden.
Der Ausschaltzustand entspricht einem „ersten Zustand“, der von vor dem Starten der Bias-Schaltung 101 fortbesteht, und der Einschaltzustand entspricht einem „zweiten Zustand“, der mit dem Starten aus dem „ersten Zustand“ hervorgeht.
5 zeigt ein zweites Beispiel für einen Aufbau einer Startsteuerschaltung 150 von 2. Wie aus 5 ersichtlich, enthält eine Startsteuerschaltung 150y des zweiten Aufbaubeispiels die Widerstandselemente Ra, Rb, die PMOS-Transistoren MPa, MPb und die Inverter 170, 172, 174. Im Folgenden werden auch die elektrischen Widerstandswerte der Widerstandselemente Ra, Rb als Ra, Rb bezeichnet.
Der PMOS-Transistor MPa ist zwischen dem Stromversorgungsknoten Nd und dem Knoten Na angeschlossen, und der PMOS-Transistor MPb ist zwischen dem Stromversorgungsknoten Nd und dem Knoten Nb angeschlossen. Das Widerstandselement Ra ist zwischen dem Knoten Na und dem Masseknoten Ng angeschlossen, und das Widerstandselement Rb ist zwischen dem Knoten Nb und dem Masseknoten Ng angeschlossen.
Der Inverter 170 gibt das L-Pegel-Signal aus, wenn die Spannung am Knoten Nb niedriger als die Schwellenspannung des Inverters 170 ist, und gibt das H-Pegel-Signal aus, wenn die Spannung am Knoten Nb höher als die Schwellenspannung ist.
Der Inverter 172 invertiert den Logikpegel des Ausgangssignals des Inverters 170 und gibt das Startsteuersignal POFF aus. Der Inverter 174 invertiert den Logikpegel des Ausgangssignals 172 (Startsteuersignal POFF) des Inverters und gibt das Startsteuersignal XPOFF aus.
Das Gate des PMOS-Transistors MPa ist mit dem Knoten Na und auch mit dem Gate des PMOS-Transistors MPb verbunden. Das bedeutet, dass der PMOS-Transistor MPa als Diode geschaltet ist, und wenn die Stromversorgungsspannung AVDD höher wird als der Absolutwert der Schwellenspannung Vtp des PMOS-Transistors MPa (AVDD > |Vtp|), wird im PMOS-Transistor MPa ein Drainstrom Ida erzeugt. Im Sättigungsbereich kann der Drainstrom Ida durch die nachfolgende Gleichung (4) dargestellt werden. In Gleichung (4) ist Δ V eine durch den Drainstrom bedingte Overdrive-Spannung, und im PMOS-Transistor gilt Δ V < 0. Wenn AVDD > |Vtp + ΔV| ist, arbeitet der PMOS-Transistor MPa im Sättigungsbereich. In der Regel beträgt |ΔV| etwa 0,2 bis etwa 0,4 (V).
$Ida = (AVDD - | Vtp | + Δ V) / Ra$
Andererseits fließt, da der PMOS-Transistor MPb mit dem PMOS-Transistor MPa einen Stromspiegel bildet, durch den Knoten Nb und das Widerstandselement Rb ein Gleichung (4) ähnlicher Strom Idb.
Da vor dem Start der Schaltung im Zustand AVDD < |Vtp| (Ausschaltzustand) Ida = Idb = 0, entspricht die Spannung VNb am Knoten Nb dem Massepotenzial AGND. Zu diesem Zeitpunkt entspricht das Ausgangssignal des Inverters 170 dem H-Pegel. Im Ausschaltzustand sind also POFF = L und XPOFF = H erfüllt.
Andererseits steigt, wenn nach dem Start der Schaltung der Zustand AVDD > |Vtp| erreicht ist, die Spannung VNb am Knoten Nb aufgrund der durch den Strom Idb bewirkten Beträge des Spannungsabfalls Idb.Rb. Dadurch geht das Ausgangssignal des Inverters 170 vom H-Pegel in den L-Pegel über, wenn die Stromversorgungsspannung AVDD ansteigt. Nach dem Anstieg der Stromversorgungsspannung AVDD erhält man im Einschaltzustand daher POFF = H und XPOFF = L. Außerdem kann in der Startsteuerschaltung 150y die Bestimmungsspannung Vr von 4 durch die elektrischen Widerstandswerte Ra, Rb eingestellt werden.
Dementsprechend können auch bei der Startsteuerschaltung 150y von 5 ähnlich wie bei der Startsteuerschaltung 150x (3) Startsteuersignale POFF, XPOFF erzeugt werden, um den Ausschaltzustand und den Einschaltzustand in Abhängigkeit von der Erhöhung der Stromversorgungsspannung AVDD zu unterscheiden.
Um den Komparator 160 zu betreiben, muss bei der Startsteuerschaltung 150x von 3 die Stromversorgungsspannung AVDD bis zu einem gewissen Grad erhöht werden (z. B. AVDD ≥ etwa 1,8 (V)). Andererseits kann die Startsteuerschaltung 150y von 5 mit einem als Diode geschalteten Transistor und einem Widerstandselement konfiguriert werden, sodass die Startsteuerungsschaltung auch bei einer relativ niedrigen Stromversorgungsspannung (z. B. AVDD = ca. 1,2 (V)) betrieben werden kann. Da jedoch ein Komparator 160 (Operationsverstärker) verwendet wird, ist die Spannungserfassungsgenauigkeit der Startsteuerschaltung 150x höher als die der Startsteuerschaltung 150y.
Wie aus 2 zudem ersichtlich ist, umfasst die Startschaltung 130 einer Bias-Schaltung 101 der ersten Ausführungsform zumindest die Schalter S1 bis S3, die zum Ein- und Ausschalten durch die Startsteuersignale POFF, XPOFF gesteuert werden. Zunächst wird der Betrieb der Schaltung in einem Zustand beschrieben, bei dem nur die Schalter S1 bis S3 angeordnet sind.
Der Schalter S1 ist zwischen den Gates der PMOS-Transistoren MP1, MP2, die die Stromspiegelschaltung 120 bilden, und dem Knoten angeschlossen, der eine Gatespannung (im Folgenden „Aus-Spannung“) liefert, bei der die PMOS-Transistoren MP1, MP2 ausgeschaltet sind. Da die Aus-Spannung der PMOS-Transistoren MP1, MP2 die Stromversorgungsspannung AVDD sein kann, wird in 2 der Schalter S1 von einem PMOS-Transistor SBP1 gebildet, der zwischen dem Stromversorgungsknoten Nd und den Gates der PMOS-Transistoren MP1, MP2 angeschlossen ist.
Folglich stellt bei der ersten Ausführungsform der Stromversorgungsknoten Nd ein Beispiel für den „ersten Spannungsknoten“, der die Aus-Spannung der Stromspiegelschaltung 120 liefert, und der Masseknoten Ng ein Beispiel für den „zweiten Spannungsknoten“ dar, der die Ein-Spannung der Stromspiegelschaltung 120 liefert.
Der Schalter S1 ist im Ausschaltzustand eingeschaltet und ist im Einschaltzustand ausgeschaltet. Aus diesem Grund wird an das Gate des PMOS-Transistors SBP1 das Startsteuersignal POFF angelegt, das im Ausschaltzustand den L-Pegel und im Einschaltzustand den H-Pegel einnimmt.
Der Schalter S2 ist zwischen den Gates der PMOS-Transistoren MP1, MP2 und dem Knoten N2 angeschlossen. Der Schalter S3 ist zwischen dem Knoten N2 und einem Knoten angeschlossen, an dem die Gatespannung (im Folgenden als „Ein-Spannung“ bezeichnet) bereitgestellt wird, bei der die PMOS-Transistoren MP1, MP2 eingeschaltet werden. Da das Massepotenzial AGND die Ein-Spannungen der PMOS-Transistoren MP1, MP2 bilden kann, ist in 2 der Schalter S3 als NMOS-Transistor SBN3 ausgebildet, der zwischen dem Masseknoten Ng und dem Knoten N2 angeschlossen ist.
Der Schalter S3 ist im Ausschaltzustand eingeschaltet und ist im Einschaltzustand ausgeschaltet. Aus diesem Grund wird an das Gate des NMOS-Transistors SBN3 das Startsteuersignal XPOFF angelegt, das im Ausschaltzustand den H-Pegel und im Einschaltzustand den L-Pegel einnimmt.
Da der Schalter S2 im Ausschaltzustand ausgeschaltet und im Einschaltzustand eingeschaltet ist, werden der Schalter S2 und der Schalter S3 komplementär zueinander ein- und ausgeschaltet. Aus diesem Grund kann der Schalter S2 von einem PMOS-Transistor SBP2 gebildet werden, an dessen Gate das auch für den NMOS-Transistor SBN3 verwendete Startsteuersignal XPOFF angelegt wird.
Im Ausschaltzustand (POFF = L, XPOFF = H) vor dem Einschalten der Stromversorgung ist der Schalter S1 eingeschaltet und der Schalter S2 ausgeschaltet, wodurch die PMOS-Transistoren MP1, MP2 in der Startschaltung 130 mit Sicherheit ausgeschaltet sind. Andererseits liegt am Knoten N2, der durch das Ausschalten des Schalters S2 von den PMOS-Transistoren MP1, MP2 getrennt wird, durch Einschalten des Schalters S3 das Massepotenzial AGND (Ein-Spannung) an, wobei die Ein-Spannung durch eine parasitäre Kapazität gehalten wird.
Im Einschaltzustand (POFF = H, XPOFF = L), bei dem die Stromversorgungsspannung AVDD nach dem Einschalten ansteigt, werden in der Startschaltung 130 die Schalter S1, S3 ausgeschaltet und der Schalter S2 eingeschaltet. Durch das Ausschalten des Schalters S1 werden die Gates der PMOS-Transistoren MP1, MP2 von der Stromversorgungsspannung AVDD (Aus-Spannung) getrennt und durch das Einschalten des Schalters S2 mit dem Knoten N2 verbunden, wodurch die Ein-Spannung (Massepotenzial AGND) an die Gates der PMOS-Transistoren MP1, MP2 angelegt wird. Dadurch kann der Drainstrom in den PMOS-Transistoren MP1, MP2, die die Stromspiegelschaltung 120 bilden, während des Übergangs vom Ausschaltzustand zum Einschaltzustand sicher erzeugt werden.
Im Einschaltzustand ist der Knoten N2 durch Ausschalten des Schalters S3 vom Masseknoten Ng getrennt und durch Einschalten des Schalters S2 mit den Gates der PMOS-Transistoren MP1, MP2 verbunden. Das heißt, dass ähnlich wie bei der Bias-Schaltung 100 von 1 der einzuschaltende Schalter S2 einen Pfad bilden kann, der den Knoten N2 mit den Gates der PMOS-Transistoren MP1, MP2 (Stromspiegelschaltung 120) verbindet.
Infolgedessen entspricht der Aufbau der Schaltung der Stromspiegelschaltung 120 und der Stromerzeugungsschaltung 110a im Einschaltzustand einer Schaltungskonfiguration, bei der die Startschaltung 200 aus der Bias-Schaltung 100 von 1 entfernt wurde. So kann der Bias-Strom, wie unter Bezugnahme auf 1 beschrieben wurde, unter Verwendung der Ströme I1, I2 über die Ausgangstransistoren BP1, BN1 zur Verfügung gestellt werden.
Wie oben beschrieben wurde, werden in der Bias-Schaltung 101 der ersten Ausführungsform während des Übergangs vom Ausschaltzustand in den Einschaltzustand die Gatespannungen der die Stromspiegelschaltung 120 bildenden PMOS-Transistoren MP1, MP2 zwingend so gesteuert, dass der Drainstrom erzeugt wird, sodass die Ströme I1, I2 sicher erzeugt werden können. Außerdem fließt durch die Startschaltung 130 im Einschaltzustand kein nicht in direktem Zusammenhang mit den Strömen I1, I2 stehender unnötiger Strom, wie beispielsweise der Strom IS1 in der Bias-Schaltung des Vergleichsbeispiels in 1. Infolgedessen lassen sich nach dem Start sowohl eine stabile Einschaltcharakteristik als auch ein geringer Stromverbrauch und eine hohe Bias-Spannungsgenauigkeit erreichen.
Die Startschaltung 130 kann außerdem noch einen Schalter S4 aufweisen. Der Schalter S4 ist zwischen dem Gate des NMOS-Transistors MN1 der Stromerzeugungsschaltung 110a und dem Knoten angeschlossen, der die Aus-Spannung des NMOS-Transistors liefert. Demnach umfasst der Schalter S4 den NMOS-Transistor SBN4, der zwischen dem Knoten N1 und dem Masseknoten Ng angeschlossen ist.
Der Schalter S4 ist im Ausschaltzustand eingeschaltet und ist im Einschaltzustand ausgeschaltet. Aus diesem Grund liegt am Gate des NMOS-Transistors SBN4 das Startsteuersignal XPOFF an, das im Ausschaltzustand den H-Pegel und im Einschaltzustand den L-Pegel einnimmt.
Bei vorhandenem Schalter S4 unterbrechen im Ausschaltzustand sowohl der PMOS-Transistor MP2 als auch der NMOS-Transistor MN1 den Strompfad für den Strom I2. Dies führt zu einer effektiveren Vermeidung eines Verluststroms bei der sich im Ausschaltzustand befindenden Bias-Schaltung 101. Dadurch lässt sich eine Standby-Leistungsaufnahme im Ausschaltzustand der Bias-Schaltung 101 vermeiden. Da der NMOS-Transistor MN1 (und der Knoten N1) im Einschaltzustand durch den ausgeschalteten Schalter S4 vom Masseknoten Ng getrennt sind, kann der Schalter S4 den Betrieb der Bias-Schaltung 101 offensichtlich nicht beeinflussen.
Auch wenn in 2 ein Beispiel für einen Aufbau dargestellt ist, bei dem die Schalter S2 und S3 zwischen den Gates der PMOS-Transistoren MP1, MP2 und dem Masseknoten Ng (Ein-Spannung) über den Knoten N2 in Reihe geschaltet sind, können die Schalter S2 und S3 anstatt über den Knoten N2 auch über voneinander unabhängige separate Knoten in Reihe geschaltet sein. In diesem Fall entspricht die Art der Verbindung der Gates der PMOS-Transistoren MP1, MP2 und des Knotens N2 der von 1, wobei im Ausschaltzustand die Ein-Spannung des PMOS-Transistors im unabhängigen Knoten gehalten wird. Dagegen lässt sich bei dem Konfigurationsbeispiel von 2 durch die effektive Nutzung des Knotens N2 als Halteknoten für die Ein-Spannung ein Schaltungsbereich vermeiden.
Bei der ersten Ausführungsform stellt der mit der Stromspiegelschaltung 120 verbundene Stromversorgungsknoten Nd ein Beispiel für den „ersten Stromversorgungsknoten“ dar, wobei die Stromversorgungsspannung AVDD der „ersten Spannung“ entspricht. Andererseits stellt der mit der Stromerzeugungsschaltung 110a verbundene Masseknoten Ng ein Beispiel für den „zweiten Stromversorgungsknoten“ dar, wobei das Massepotenzial AGND der „zweiten Spannung“ entspricht. Der p-Kanal stellt ein Beispiel für den „ersten Leitungstyp“ und der n-Kanal ein Beispiel für den „zweiten Leitungstyp“ dar.
Ferner entsprechen die Schalter S1 bis S4 der Startschaltung 130 den „ersten Schaltern“ bis „vierten Schaltern“, und die PMOS-Transistoren MP1 und MP2, die die Stromspiegelschaltung 120 bilden, stellen Beispiele für die „ersten Transistoren“ bzw. „zweiten Transistoren“ dar. Bei der Stromerzeugungsschaltung 110a stellt der NMOS-Transistor MN1 ein Beispiel für den „dritten Transistor“ dar. Außerdem stellen die Knoten N1 und N2 Beispiele für den „ersten Knoten“ bzw. den „zweiten Knoten“ dar, wobei der mit den Gates der PMOS-Transistoren MP1 und MP2 verbundene Knoten N2 insbesondere dem „einen Knoten“ entspricht. Wie oben beschrieben, wird bei dem in 2 dargestellten Aufbau der „dritte Knoten“, der die Ein-Spannung hält, mit dem Knoten N2 (dem einen Knoten) entspricht.
(Modifikationen der ersten Ausführungsform)
Der Schaltplan von 6 zeigt den Aufbau der Bias-Schaltung 102 gemäß einer ersten Modifikation der ersten Ausführungsform.
Wie aus 6 ersichtlich unterscheidet sich die Bias-Schaltung 102 der ersten Modifikation der ersten Ausführungsform von der Bias-Schaltung 101 der ersten Ausführungsform dadurch, dass sie zusätzlich einen Kondensator 210 enthält. Da der restliche Aufbau der Bias-Schaltung 102 der Bias-Schaltung 101 (2) ähnlich ist, wird dieser nicht erneut im Detail beschrieben.
Der Kondensator 210 befindet sich am Verbindungsknoten zwischen dem Schalter S2 und dem Schalter S3, um die Ein-Spannung (Massepotenzial AGND) der PMOS-Transistoren MP1, MP2 beim Einschalten des Schalters S3 zu halten.
Entsprechend ist in dem Aufbaubeispiel von 6 (2), bei dem der Schalter S2 zwischen den Gates der PMOS-Transistoren MP1, MP2 und dem Knoten N2 angeschlossen ist, und der Schalter S3 zwischen dem Knoten N2 und dem Masseknoten Ng angeschlossen ist, der Kondensator 210 zwischen dem Knoten N2 und dem Masseknoten Ng angeschlossen.
Bei vorhandenem Kondensator 210 werden die Gatespannungen der PMOS-Transistoren MP1, MP2 bei einem Übergang vom Ausschaltzustand in den Einschaltzustand, d. h. zu dem Zeitpunkt, an dem der Schalter S2 von Aus auf Ein geschaltet wird, sicher eingeschaltet, sodass die Drainströme der PMOS-Transistoren MP1, MP2 sicherer erzeugt werden können. Demzufolge lässt sich, da die Bias-Schaltung mit größerer Sicherheit gestartet werden kann, das Einschaltverhalten im Vergleich zur ersten Ausführungsform weiter verbessern.
Der Schaltplan von 7 zeigt den Aufbau der Bias-Schaltung 103 gemäß einer zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform.
Wie aus 7 ersichtlich ist, unterscheidet sich die Bias-Schaltung 103 der zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform von der Bias-Schaltung 101 der ersten Ausführungsform dadurch, dass der NMOS-Transistor MN1 der Stromerzeugungsschaltung 110a durch einen NMOS-Transistor MNL1 ersetzt wird. Aufgrund der Ähnlichkeit des restlichen Aufbaus der Bias-Schaltung 103 mit der Bias-Schaltung 101 (2), wird dieser nicht erneut im Detail beschrieben.
Der NMOS-Transistor MNL1 besitzt eine niedrigere Schwellenspannung als der NMOS-Transistor MN1. Während andere Transistoren beispielsweise als Transistoren vom Anreicherungstyp ausgebildet sind sind, wird der NMOS-Transistor MNL1 von einem sogenannten Transistor mit niedrigem VT-Wert gebildet (z. B. beträgt der Absolutwert der Schwellenspannung etwa 0,2 (V)), bei dem der Absolutwert der Schwellenspannung niedriger als bei einem Transistor vom Anreicherungstyp ist. Bekanntlich wird ein Transistor mit niedriger VT, bei dem der Absolutwert der Schwellenspannung kleiner ist als der eines Transistors vom Anreicherungstyp, so hergestellt, dass im Vergleich mit einem Transistor vom Anreicherungstyp die Störstellendichte einer p-Wanne oder einer n-Wanne verringert oder die Gateoxidschicht dünner ausgeführt wird. Im Folgenden wird ein Transistor, dessen Schwellenspannung (Absolutwert) kleiner als die eines normalen Transistors vom Anreicherungstyp ist, auch einfach als „LVT“ bezeichnet.
Wie in dem Vergleichsbeispiel von 1 beschrieben, wird mit dem Herauskommen aus dem Null-Bias-Zustand bezweckt, dass die Spannung am Knoten N3 erhöht wird. Wenn der NMOS-Transistor, der im Ausschaltzustand aufgrund der Anordnung des Schalters S4 zwingend ausgeschaltet wird, als LVT ausgebildet ist, erzeugt der NMOS-Transistor MNL1 zum Zeitpunkt des Übergangs in den Einschaltzustand entsprechend der Erzeugung der Drainströme der PMOS-Transistoren MP1, MP2 den Drainstrom schnell, sodass die Spannung am Knoten N3 mit größerer Sicherheit erhöht werden kann und der Null-Bias-Zustand schnell aufgehoben werden kann.
Bei vorhandenem NMOS-Transistor MNL1 ändert sich das Ergebnis eines schnellen Herauskommens aus dem Null-Bias-Zustand auch dann nicht, wenn die anderen NMOS-Transistoren MN2, BN1 normale Anreicherungstyp-Transistoren sind. Folglich kann der LVT auch als Transistor definiert werden, dessen Absolutwert der Schwellenspannung kleiner ist als der von NMOS-Transistoren MN2, BN1.
So kann bei der Bias-Schaltung 104 der zweiten Modifikation der ersten Ausführungsform das Einschaltverhalten durch den Einsatz des LVT weiter verbessert werden. Bei der Stromerzeugungsschaltung 110a der Bias-Schaltung 104 stellt der NMOS-Transistor MNL1 ein Beispiel für den „dritten Transistor“ und der NMOS-Transistor MN2 ein Beispiel für den „vierten Transistor“ dar.
Der Schaltplan von 8 zeigt den Aufbau der Bias-Schaltung 104 gemäß einer dritten Modifikation der ersten Ausführungsform.
Wie aus 8 ersichtlich ist, enthält die Bias-Schaltung 104 der dritten Modifikation der ersten Ausführungsform ähnlich wie in 6 einen gegenüber dem Aufbau der Bias-Schaltung 103 von 7 zusätzlichen Kondensator 210. Da der restliche Aufbau der Bias-Schaltung 104 der Bias-Schaltung 103 ähnlich ist, wird dieser nicht erneut im Detail beschrieben.
Bei der Bias-Schaltung 104 der dritten Modifikation der ersten Ausführungsform lässt sich das Einschaltverhalten durch die Kombination einer auf die Verwendung des Kondensators 210 zurückzuführenden sicheren Erzeugung der Drainströme der PMOS-Transistoren MP1, MP2 und eines auf die Verwendung des NMOS-Transistors MNL1 (LVT) zurückzuführenden sicheren Anstiegs der Spannung am Knoten N3 weiter verbessern.
Zweite Ausführungsform
Bei der zweiten Ausführungsform wird eine Modifikation der Schaltungskonfiguration der Bias-Schaltung, konkret eine Modifikation der Stromerzeugungsschaltung, beschrieben. Wie nachstehend beschrieben kann die in der ersten und zweiten Ausführungsform beschriebene Startschaltung 130 generell auch dann eingesetzt werden, wenn der Aufbau der Bias-Schaltung abgesehen von der Startschaltung unterschiedlich ist.
Der Schaltplan von 9 zeigt den Aufbau der Bias-Schaltung 101a gemäß einem ersten Beispiel der zweiten Ausführungsform.
Wie aus 9 ersichtlich unterscheidet sich die Bias-Schaltung 101a des ersten Beispiels der zweiten Ausführungsform von der Bias-Schaltung 101 der ersten Ausführungsform durch das Verbindungsziel des Gates des Ausgangstransistors BP1. Konkret ist das Gate des Ausgangstransistors BP1 direkt mit dem Knoten N2 verbunden. Da der übrige Aufbau der Bias-Schaltung 101a dem der Bias-Schaltung 101 der ersten Ausführungsform ähnelt, wird dieser nicht erneut im Detail beschrieben. Dementsprechend gleichen der Strom I2 und die Referenzströme IREF1, IREF2 denen der ersten Ausführungsform (Bias-Schaltung 101).
In der Bias-Schaltung 101a kann sich ebenfalls eine Startschaltung 130 mit Schaltern S1 bis S3 (oder S1 bis S4) befinden. Mittels der Startschaltung 130 werden im Ausschaltzustand die PMOS-Transistoren MP1, MP2 durch Einschalten des Schalters S1 vollständig ausgeschaltet, wobei die Ein-Spannung der PMOS-Transistoren MP1, MP2 am Verbindungsknoten (Knoten N2) der Schalter S2 und S3 unter Verwendung der parasitären Kapazität gehalten werden kann, indem der Schalter S2 ausgeschaltet und der Schalter S3 eingeschaltet wird. Beim Übergang vom Ausschaltzustand in den Einschaltzustand kann bei den PMOS-Transistoren MP1, MP2 und NMOS-Transistoren MN1, MN2 der Stromerzeugungsschaltung 110a der Drainstrom sicher erzeugt werden, indem die Schalter S1, S3 ausgeschaltet werden und der Schalter S2 eingeschaltet wird.
Folglich lassen sich bei der Bias-Schaltung 101a ähnlich wie bei der Bias-Schaltung 101 der ersten Ausführungsform durch Steuern der Gatespannungen der PMOS-Transistoren MP1, MP2 während des Ausschaltzustands und während des Übergangs zum Einschaltzustand die gleichen Effekte wie bei der ersten Ausführungsform erzielen.
Darüber hinaus kann auch die Bias-Schaltung 101b den Schalter S4 von 2 zwischen den Gates (d. h. dem Knoten N1) der NMOS-Transistoren MN1, MN2 und dem Masseknoten aufweisen.
Der Schaltplan von 10 zeigt den Aufbau der Bias-Schaltung 101b gemäß einem zweiten Beispiel der zweiten Ausführungsform.
Wie aus 10 ersichtlich unterscheidet sich die Bias-Schaltung 101b von der Bias-Schaltung 101a von 9 dadurch, dass sie anstelle der Stromerzeugungsschaltung 110a die Stromerzeugungsschaltung 110b aufweist.
Die Stromerzeugungsschaltung 110b ist ähnlich wie die Stromerzeugungsschaltung 110a zwischen den Knoten N1 und N2 und dem Masseknoten Ng angeschlossen. Die Stromerzeugungsschaltung 110b umfasst die NMOS-Transistoren MN1, MN2 und ein Widerstandselement Rs. Der elektrische Widerstandswert des Widerstandselements Rs wird auch als Rs bezeichnet. Die Bias-Schaltung 101b weist einen Ausgangstransistor (PMOS) BP auf, dessen Gate mit dem Knoten N2 verbunden ist. Der Ausgangstransistor BP, der zwischen dem Stromversorgungsknoten Nd und dem Bias-Ausgangsknoten No angeschlossen ist, kann den Referenzstrom IREF als Bias-Strom ausgeben.
Der NMOS-Transistor MN1 ist mit dem Widerstandselement Rs zwischen dem Knoten N2 und dem Masseknoten Ng in Reihe geschaltet. Der NMOS-Transistor MN2 ist zwischen dem Knoten N1 und dem Masseknoten Ng angeschlossen. Die Gates der NMOS-Transistoren MN1 und MN2 sind beide mit dem Knoten N1 verbunden. Außerdem ist die Transistorgröße (Vermögen des Stroms, anzutreiben (engl. current driving force)) des NMOS-Transistors MN1 auf das k-fache (eine reelle Zahl von k ≥ 1) des Transistors des NMOS-Transistors MN2 ausgelegt.
Bei der Stromerzeugungsschaltung 110b wird, wenn jeder Transistor im Bereich starker Inversion betrieben wird, der Referenzstrom IREF bekanntlich unter Verwendung eines Verstärkungskoeffizienten β, eines elektrischen Widerstandswerts Rs und eines Transistorgrößenverhältnisses k durch die nachfolgende Gleichung (5) dargestellt.
$IREF = (2 / β) \cdot (1 / {Rs}^{2}) \cdot (1 - 1 / \sqrt k)$
Der Verstärkungskoeffizient β ist eine Elementkonstante, die sich aus der durchschnittlichen Oberflächenbeweglichkeit µ, der Kanallänge L, der Kanalbreite W und der Gate-Kapazität Cox pro Flächeneinheit des NMOS-Transistors MN1 wie in der nachfolgenden Gleichung (6) dargestellt ergibt.
$β = (W / L) \cdot μ \cdot Cox$
Zudem ist bei der Stromerzeugungsschaltung 110b, wenn alle Transistoren im Bereich schwacher Inversion betrieben werden, der Referenzstrom IREF bekanntlich unter Verwendung des elektrischen Widerstandswert Rs und des Transistorgrößenverhältnis k durch die nachfolgende Gleichung (7) gegeben.
$IREF = η \cdot VT \cdot ln (k) / Rs$
In der Gleichung (7) bedeuten VT eine Wärmespannung und η eine, aus einem Prozesswert bestimmte Konstante unterhalb der Schwelle. Konkret ist die Wärmespannung bekanntermaßen durch die Wärmespannung VT = k·T/q mit der absoluten Temperatur T gegeben (k: Boltzmann-Konstante, q: Elementarladung).
In der Stromerzeugungsschaltung 110b ist der Knoten N1, der mit den Gates der NMOS-Transistoren MN1, MN2 verbunden ist, über Transistoren mit dem Stromversorgungsknoten Nd und dem Masseknoten Ng verbunden. Daher ist für die Stromerzeugungsschaltung 110b die Startschaltung erforderlich.
Die Startschaltung 130 mit den Schaltern S1 bis S3 kann auch bei der Bias-Schaltung 101b eingesetzt werden, bei der die Stromerzeugungsschaltung 110b und die Stromspiegelschaltung 120 über die Knoten N1 und N2 mit dem Stromversorgungsknoten Nd und dem Masseknoten Ng verbunden sind.
Auch bei der Bias-Schaltung 101b kann die Startschaltung 130 die Gatespannungen der PMOS-Transistoren MP1, MP2 im Ausschaltzustand und beim Übergang in den Ausschaltzustand steuern. Dadurch lassen sich die Drainströme in den PMOS-Transistoren MP1, MP2 und den NMOS-Transistoren MN1, MN2 der Stromerzeugungsschaltung 110b sicher erzeugen.
Folglich lassen sich mit der Bias-Schaltung 101b auch die gleichen Effekte wie mit der Bias-Schaltung 101 der ersten Ausführungsform erzielen. Darüber hinaus kann auch bei der Bias-Schaltung 101b der Schalter S4 von 2 zwischen den Gates (d. h. dem Knoten N1) der NMOS-Transistoren MN1, MN2 und dem Masseknoten angeordnet sein.
Der Schaltplan von 11 zeigt den Aufbau der Bias-Schaltung 101c gemäß einem dritten Beispiel der zweiten Ausführungsform.
Wie aus 11 ersichtlich ist, unterscheidet sich die Bias-Schaltung 101c von der Bias-Schaltung 101b der 10 dadurch, dass sie anstelle der Stromerzeugungsschaltung 110b die Stromerzeugungsschaltung 110c aufweist.
Die Stromerzeugungsschaltung 110c ist ähnlich wie die Stromerzeugungsschaltungen 110a, 110b zwischen den Knoten N1 und N2 sowie dem Masseknoten Ng angeschlossen. Die Stromerzeugungsschaltung 110c umfasst die NMOS-Transistoren MN1, MN2 und das Widerstandselement Rs (elektrischer Widerstandswert Rs).
Der NMOS-Transistor MN1 ist zwischen dem Knoten N2 und dem Masseknoten Ng angeschlossen. Das Widerstandselement Rs ist zwischen dem Knoten N1 und dem Knoten N4 angeschlossen. Der NMOS-Transistor MN2 ist zwischen dem Knoten N4 und dem Masseknoten Ng angeschlossen. Das Gate des NMOS-Transistors MN1 ist mit dem Knoten N4 verbunden, und das Gate des NMOS-Transistors NM2 ist mit dem Knoten N1 verbunden. Ähnlich wie in 10 beträgt die Transistorgröße (Stromtriebskraft) des NMOS-Transistors MN1 das k-fache der Transistorgröße des NMOS-Transistors MN2.
Auch bei der Bias-Schaltung 101c wird der vom Ausgangstransistor (PMOS) BP ausgegebene Referenzstrom IREF ähnlich wie bei der Bias-Schaltung 101b durch die Gleichung (5) oder die Gleichung (7) ausgedrückt. Bei der Bias-Schaltung 101c kann der Bias-Strom auch dann erzeugt werden, wenn jeder Transistor entweder im Bereich starker Inversion oder im Bereich schwacher Inversion betrieben wird. Außerdem kann der Bias-Strom, da bei der Bias-Schaltung 101c kein Substratbiaseffekt erzeugt wird, im Vergleich zur Bias-Schaltung 101b genauer erzeugt werden.
Die Startschaltung 130 mit den Schaltern S1 bis S3 lässt sich auch bei der Bias-Schaltung 101c einsetzen, bei der die Stromerzeugungsschaltung 110c und die Stromspiegelschaltung 120 über die Knoten N1 und N2 mit dem Stromversorgungsknoten Nd und dem Masseknoten Ng verbunden sind.
Da die Startschaltung 130 auch bei der Bias-Schaltung 101c die Gatespannungen der PMOS-Transistoren MP1, MP2 während des Ausschaltzustands und während des Übergangs in den Ausschaltzustand steuert, können die gleichen Effekte wie bei der Bias-Schaltung 101 der ersten Ausführungsform erzielt werden. Darüber hinaus kann auch in der Bias-Schaltung 101c der Schalter S4 in 2 zwischen den Gates (d. h. dem Knoten N1) der NMOS-Transistoren MN1, MN2 und dem Masseknoten angeordnet sein.
Der Schaltplan von 12 zeigt den Aufbau der Bias-Schaltung 101d gemäß einem vierten Beispiel der zweiten Ausführungsform.
Wie aus 12 ersichtlich unterscheidet sich die Bias-Schaltung 101d von der Bias-Schaltung 101b von 10 dadurch, dass sie anstelle der Stromerzeugungsschaltung 110b die Stromerzeugungsschaltung 110d aufweist.
Die Stromerzeugungsschaltung 110d ist ähnlich wie die Stromerzeugungsschaltungen 110a bis 110c zwischen den Knoten N1 und N2 und dem Masseknoten Ng angeschlossen. Die Stromerzeugungsschaltung 110d umfasst die NMOS-Transistoren MN1 bis MN3 und das Widerstandselement Rs (elektrischer Widerstandswert Rs).
Der NMOS-Transistor MN1 ist zwischen dem Knoten N2 und dem Knoten N3 angeschlossen, und das Widerstandselement Rs ist zwischen dem Knoten N3 und dem Masseknoten Ng angeschlossen. Der NMOS-Transistor MN2 ist zwischen den Knoten N1 und N4 angeschlossen, und der NMOS-Transistor MN3 ist zwischen dem Knoten N4 und dem Masseknoten Ng angeschlossen. Die Gates der NMOS-Transistoren MN1 und NM2 sind mit dem Knoten N1 verbunden. Das Gate des NMOS-Transistors MN3 ist mit dem Knoten N4 verbunden.
Die grundlegende Funktionsweise der Stromerzeugungsschaltung 110d ähnelt der der Stromerzeugungsschaltung 110a. Daher lässt sich der Strom I2 unter Verwendung des elektrischen Widerstandswerts Rs des Widerstandselements und der Schwellenspannung Vt des NMOS-Transistors MN3 als I2 = Vt/Rs darstellen. Außerdem sind die Werte der Referenzströme IREF1 und IREF2 ebenfalls proportional zum Strom I2.
Bei der Stromerzeugungsschaltung 110d bildet lediglich der NMOS-Transistor MN1 eine Verstärkerstufe, da die zwischen dem Knoten N1 und dem Masseknoten Ng angeschlossenen NMOS-Transistoren MN2, MN3 als Dioden geschaltet sind. Aus diesem Grund kann die Bias-Schaltung 101d stabiler arbeiten als die Bias-Schaltung 101, 101a, sodass sich eine Phasenkompensation erübrigt.
Die Startschaltung 130 mit den Schaltern S1 bis S3 kann auch bei der Bias-Schaltung 101d eingesetzt werden, bei der die Stromerzeugungsschaltung 110d und die Stromspiegelschaltung 120 über die Knoten N1 und N2 mit dem Stromversorgungsknoten Nd und dem Masseknoten Ng verbunden sind.
Da die Startschaltung 130 auch bei der Bias-Schaltung 101d die Gatespannungen der PMOS-Transistoren MP1, MP2 während des Ausschaltzustands und während des Übergangs in den Ausschaltzustand steuert, können die gleichen Effekte wie bei der Bias-Schaltung 101 der ersten Ausführungsform erzielt werden. Darüber hinaus kann auch in der Bias-Schaltung 101b der Schalter S4 von 2 zwischen den Gates (d. h. dem Knoten N1) der NMOS-Transistoren MN1, MN2 und dem Masseknoten angeordnet sein.
Der Schaltplan von 13 zeigt den Aufbau der Bias-Schaltung 101e gemäß einem fünften Beispiel der zweiten Ausführungsform.
Wie aus 13 ersichtlich unterscheidet sich die Bias-Schaltung 101e von der Bias-Schaltung 101b von 10 dadurch, dass sie anstelle der Stromerzeugungsschaltung 110b die Stromerzeugungsschaltung 110e aufweist.
Die Stromerzeugungsschaltung 110e ist ähnlich wie die Stromerzeugungsschaltungen 110a bis 110d zwischen den Knoten N1 und N2 und dem Masseknoten Ng angeschlossen. Die Stromerzeugungsschaltung 110e umfasst die NMOS-Transistoren MN1, MN2, die bipolaren Transistoren (pnp-Transistoren) QB1, QB2 und das Widerstandselement Rs (elektrischer Widerstandswert Rs).
Der NMOS-Transistor MN1 ist zwischen den Knoten N2 und N3 angeschlossen, und der NMOS-Transistor MN2 ist zwischen den Knoten N1 und N4 angeschlossen. Die Gates der NMOS-Transistoren MN1 und MN2 sind mit dem Knoten N1 verbunden. Ein back gate (body) des NMOS-Transistors MN1 ist mit dem Knoten N3 verbunden, und ein back gate (body) des NMOS-Transistors MN2 ist mit dem Knoten N4 verbunden.
Das Widerstandselement Rs und der pnp-Transistor QB1 sind zwischen dem Knoten N3 und dem Masseknoten Ng in Reihe geschaltet. Der pnp-Transistor QB2 ist zwischen dem Knoten N4 und dem Masseknoten Ng angeschlossen. Die Basis des pnp-Transistors QB1 und die des pnp-Transistors QB2 ist mit dem Masseknoten Ng verbunden. Die Transistorgröße des pnp-Transistors QB1 beträgt das k-fache (eine reelle Zahl von k ≥ 1) des Transistors des pnp-Transistors QB2.
Die grundlegende Funktionsweise der Stromerzeugungsschaltung 110e ähnelt der der Stromerzeugungsschaltung 110a. Konkret lässt sich der Strom I2 unter Verwendung des elektrischen Widerstandswerts Rs des Widerstandselements und des oben beschriebenen Transistorgrößenverhältnisses k in der gleichen Weise wie in der oben beschriebenen Gleichung (7) darstellen (I2 = η·VT·In(k)/Rs). Außerdem sind auch die Werte der Referenzströme IREF1 und IREF2 proportional zum Strom I2. Da in der Stromerzeugungsschaltung 110e keine Verstärkung stattfindet, wird der Schaltungsbetrieb weiter stabilisiert. Aus diesem Grund ist bei der Bias-Schaltung 101e ähnlich wie bei der Bias-Schaltung 101d (12) keine Phasenkompensation erforderlich.
Die Startschaltung 130 mit den Schaltern S1 bis S3 kann auch bei der Bias-Schaltung 101e eingesetzt werden, wobei die Stromerzeugungsschaltung 110e und die Stromspiegelschaltung 120 über die Knoten N1 und N2 mit dem Stromversorgungsknoten Nd und dem Masseknoten Ng verbunden sind.
Da die Startschaltung 130 auch bei der Bias-Schaltung 101e die Gatespannungen der PMOS-Transistoren MP1, MP2 während des Ausschaltzustands und während des Übergangs in den Ausschaltzustand steuert, können die gleichen Effekte wie bei der Bias-Schaltung 101 der ersten Ausführungsform erzielt werden. Außerdem kann auch bei der Bias-Schaltung 101e der Schalter S4 von 2 zwischen den Gates (d. h. dem Knoten N1) der NMOS-Transistoren MN1, MN2 und dem Masseknoten angeordnet sein.
Wie bei der zweiten Ausführungsform beschrieben, kann bei einem Aufbau, bei dem die Stromerzeugungsschaltung 110 und die Stromspiegelschaltung 120 zwischen dem Stromversorgungsknoten Nd und dem Masseknoten Ng über die Knoten N1 und N2 in Reihe geschaltet sind, die bei der ersten Ausführungsform beschriebene Startschaltung 130 in der Regel auch dann zum Sicherstellen eines guten Einschaltverhaltens eingesetzt werden, wenn der Aufbau der Stromerzeugungsschaltung 110 (die Stromerzeugungsschaltungen 110a bis 110e werden gemeinsam als Stromerzeugungsschaltung 110 bezeichnet) geändert wird.
Auch bei jeder der Bias-Schaltungen 101a bis 101e kann, ähnlich wie in 6, ein Kondensator 210 zwischen dem Verbindungsknoten (Knoten N2) der Schalter S2 und S3 und dem Masseknoten Ng angeordnet sein. Alternativ kann, ähnlich wie in 7, der NMOS-Transistor MN1 der Stromerzeugungsschaltung 110b ebenfalls als LVT ausgebildet sein.
Dritte Ausführungsform
Bei der zweiten Ausführungsform wurde eine Bias-Schaltung mit einem Aufbau beschrieben, bei dem die Stromspiegelschaltung 120 einen p-Kanal-Feldeffekttransistor (PMOS-Transistor) und die Stromerzeugungsschaltung 110 einen n-Kanal-Feldeffekttransistor (NMOS-Transistor) enthält. Das heißt, es wurde ein Beispiel für einen Aufbau beschrieben, bei dem der p-Kanal dem „ersten Leitungstyp“ und der n-Kanal dem „zweiten Leitungstyp“ entspricht.
Andererseits kann der Leitungstyp der Transistoren bei einer Bias-Schaltung der dritten Ausführungsform gegenüber dem Aufbau der ersten und zweiten Ausführungsform auch geändert werden. Bei der dritten Ausführungsform wird eine solche Modifikation beschrieben.
Der Schaltplan von 14 zeigt den Aufbau der Bias-Schaltung der dritten Ausführungsform. Wie aus 14 ersichtlich ist, umfasst die Bias-Schaltung 101x der dritten Ausführungsform eine Stromerzeugungsschaltung 110x, eine Stromspiegelschaltung 120, eine Startschaltung 130 und eine Startsteuerschaltung 150.
Auch bei der Bias-Schaltung 101x sind die Stromerzeugungsschaltung 110 und die Stromspiegelschaltung 120 zwischen dem Stromversorgungsknoten Nd und dem Masseknoten Ng über die Knoten N1 und N2 in Reihe geschaltet. Die Startsteuerschaltung 150 ist ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform aufgebaut und erzeugt die Startsteuersignale POFF, XPOFF. Das heißt, dass im Ausschaltzustand ähnlich zur ersten und zweiten Ausführungsform das Startsteuersignal POFF den L-Pegel und das Startsteuersignal XPOFF den H-Pegel einnimmt. Andererseits nimmt im Einschaltzustand das Startsteuersignal POFF den H-Pegel und das Startsteuersignal XPOFF den L-Pegel ein.
Bei der Bias-Schaltung 101x umfasst die Stromspiegelschaltung 120 die NMOS-Transistoren MN1 und MN2 und ist zwischen dem Masseknoten Ng und den Knoten N1, N2 angeschlossen. Die Gates der NMOS-Transistoren MN1 und NM2 sind miteinander verbunden.
Der Aufbau der Stromerzeugungsschaltung 110x kann erhalten werden, indem die NMOS-Transistoren der Stromerzeugungsschaltungen 110a bis 110e der beschriebenen ersten und zweiten Ausführungsform durch PMOS-Transistoren ersetzt werden, und indem weiterhin das Verbindungsziel so modifiziert wird, dass die Knoten N1, N2 mit dem Stromversorgungsknoten Nd verbunden sind, und der Masseknoten Ng mit dem Knoten N1 oder N2 verbunden ist.
Im Gegensatz zur ersten und zweiten Ausführungsform entspricht bei der dritten Ausführungsform die Aus-Spannung der Transistoren (NMOS-Transistor MN1, MN2), die die Stromspiegelschaltung 120 bilden, dem Massepotenzial AGND, und die Ein-Spannung entspricht der Stromversorgungsspannung AVDD. Folglich stellt bei der dritten Ausführungsform der Masseknoten Ng ein Beispiel für einen „ersten Spannungsknoten“, der die Aus-Spannung der Stromspiegelschaltung 120 liefert, und der Stromversorgungsknoten Nd ein Beispiel für einen „zweiten Spannungsknoten“ dar, der die Ein-Spannung der Stromspiegelschaltung 120 liefert.
Die Startschaltung 130 umfasst zumindest die Schalter S1 bis S3. Der Schalter S1 ist zwischen den Gates der NMOS-Transistoren MN1, MN2, die die Stromspiegelschaltung 120 bilden, und dem Masseknoten Ng (d. h. dem Knoten, der die Aus-Spannung liefert) angeschlossen. Der Schalter S1 umfasst einen NMOS-Transistor SBN1 dessen Gate zum Erhalt des Startsteuersignals XPOFF dient. Somit ist der Schalter S1 (NMOS-Transistor SBN1) ähnlich wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform im Ausschaltzustand eingeschaltet und im Einschaltzustand ausgeschaltet.
Der Schalter S2 ist zwischen den Gates der NMOS-Transistoren MN1, MN2 und dem Knoten N2 angeschlossen. Der Schalter S2 umfasst einen NMOS-Transistor SBN2 dessen Gate zum Erhalt des Startsteuersignals POFF dient. Somit ist der Schalter S2 (NMOS-Transistor SBN2) ähnlich wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform im Ausschaltzustand ausgeschaltet und im Einschaltzustand eingeschaltet.
Der Schalter S3 ist zwischen dem Knoten N2 und dem Stromversorgungsknoten Nd (d. h. dem Knoten, der die Ein-Spannung liefert) angeschlossen. Der Schalter S3 enthält einen PMOS-Transistor SBP3 dessen Gate zum Erhalt des Startsteuersignals POFF dient. Somit ist der Schalter S3 (PMOS-Transistor SBP3) ähnlich wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform im Ausschaltzustand eingeschaltet und im Einschaltzustand ausgeschaltet.
Folglich sind die NMOS-Transistoren MN1, MN2 auch bei der Bias-Schaltung 101x im Ausschaltzustand (POFF = L, XPOFF = H) vor dem Starten der Stromversorgung durch Einschalten des Schalters S1 und Ausschalten des Schalters S2 sicher ausgeschaltet. Außerdem wird am Knoten N2, der durch das Ausschalten des Schalters S2 von den NMOS-Transistoren MN1, MN2 getrennt ist, die Stromversorgungsspannung AVDD (Ein-Spannung) durch das Einschalten des Schalters S3 gehalten.
Im Einschaltzustand (POFF = H, XPOFF = L), bei dem die Stromversorgungsspannung AVDD nach dem Einschalten ansteigt, werden die Gates der NOS-Transistoren MN1, MN2 durch das Ausschalten des Schalters S1 von dem Massepotenzial AGND (Aus-Spannung) getrennt und über das Einschalten des Schalters S2 durch die Verbindung mit dem Knoten N2 mit der Ein-Spannung (Massepotenzial AGND) versorgt.
Somit kann auch bei der Bias-Schaltung 101x beim Übergang vom Ausschaltzustand in den Einschaltzustand der Drainstrom in den die Stromspiegelschaltung 120 bildenden NMOS-Transistoren MN1, MN2 sicher erzeugt werden. Das bedeutet, dass die Bias-Schaltung 101x, wenn die Gatespannung der die Stromspiegelschaltung 120 bildenden Transistoren (NMOS-Transistor MN1, MN2) während des Ausschaltzustands und während des Übergangs in den Ausschaltzustand gesteuert werden, ähnlich wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform stabil aktiviert werden kann, und der Stromverbrauch nach dem Einschalten reduziert und die Bias- Genauigkeit verbessert werden kann.
Auch bei der Bias-Schaltung 101x sind die Gates der NMOS-Transistoren MN1, MN2 direkt mit dem Knoten N2 verbunden, und die Schalter S2 und S3 können über einen vom Knoten N2 verschiedenen, separaten, unabhängigen Knoten in Reihe geschaltet sein. Alternativ kann zwischen dem Verbindungsknoten (Knoten N2) der Schalter S2 und S3 und dem Masseknoten Ng ein Kondensator 210 ähnlich zu 6 angeordnet sein.
Bei der den PMOS-Transistor aufweisenden Stromerzeugungsschaltung 110x kann der PMOS-Transistor, der die Stelle des NMOS-Transistors MN1 in den Stromerzeugungsschaltungen 110a bis 110e einnimmt, als LVT ausgebildet sein.
Wie oben beschrieben, wird bei der dritten Ausführungsform davon ausgegangen, dass der n-Kanal ein Beispiel für den „ersten Leitungstyp“ und der p-Kanal ein Beispiel für den „zweiten Leitungstyp“ darstellt. In ähnlicher Weise stellt der mit der Stromspiegelschaltung 120 verbundene Masseknoten Ng ein Beispiel für den „ersten Stromversorgungsknoten“ und der mit der Stromerzeugungsschaltung 110 verbundene Stromversorgungsknoten Nd eines für den „zweiten Stromversorgungsknoten“ dar. Anders als bei ersten und zweiten Ausführungsform entspricht das Massepotenzial AGND daher der „ersten Spannung“ und die Stromversorgungsspannung AVDD der „zweiten Spannung“.
Ferner kann bei der ersten bis dritten Ausführungsform der p-Kanal-Feldeffekttransistor (PMOS-Transistor) durch einen pnp-Bipolartransistor und der n-Kanal-Feldeffekttransistor (NMOS-Transistor) durch einen npn-Bipolartransistor ersetzt werden. Das bedeutet, dass bei der vorliegenden Offenbarung die „ersten und zweiten Transistoren“ sowohl einen Feldeffekttransistor als auch einen Bipolartransistor umfassen, und die „ersten und zweiten Leitungstypen“ nicht nur die Typen p-Kanal und n-Kanal, sondern auch die Typen pnp und einen npn umfassen. Auch in diesem Fall wird die Funktion der Startschaltung 130, die zumindest die Schalter S1 bis S3 umfasst, über die Basis (Steuerelektrode) des Bipolartransistors bewirkt, der die Stromspiegelschaltung 120 bildet, sodass die Bias-Schaltung mit gleicher Wirkung implementiert werden kann.
Vierte Ausführungsform
Bei der vierten Ausführungsform wird ein Beispiel den Aufbau eines Geräts beschrieben, das die in der ersten bis dritten Ausführungsform beschriebene Bias-Schaltung als Komponente enthält.
Das Blockschaltbild von 15 zeigt ein Beispiel für den Aufbau einer Sensorvorrichtung gemäß einem ersten Beispiel der vierten Ausführungsform.
Wie aus 15 ersichtlich umfasst eine Sensorvorrichtung 300 der vierten Ausführungsform eine Bias-Schaltung 101, einen Sensor 310, eine Verstärkerschaltung 320, einen Analog-Digital-Wandler (ADC) 320 und einen integrierten Schaltkreis (IC) 340. Die Bias-Schaltung 101 stellt einen Sammelbegriff für die bei der ersten bis dritten Ausführungsform beschriebenen Bias-Schaltungen 101 bis 104, 101a bis 101e, 101x dar. Wie oben beschrieben gibt die Bias-Schaltung 101 zumindest den hochgenauen Bias-Strom aus.
Der Sensor 310 enthält beispielsweise einen Infrarotsensor zum Erkennen von Menschen. Der Sensor 310 gibt eine analoge Spannung aus, die der physikalischen Größe des Messobjekts entspricht. Die Verstärkerschaltung 320 gibt eine analoge Spannung aus, die durch Verstärken der Ausgangsspannung des Sensors 310 unter Verwendung des Bias-Stroms der Bias-Schaltung 101 erhalten wird.
Der ADC 330 wandelt die analoge Ausgangsspannung der Verstärkerschaltung 320 in digitale Daten mit einer Vielzahl von Bits um. Hierdurch werden digitale Daten erhalten, die die Ausgangsspannung am Sensor 310 angeben. Die vom ADC 330 stammenden digitalen Daten werden in den IC 340 eingegeben. Der IC 340 erzeugt ein Ausgangssignal, das die Ausgangsspannung des Sensors 310 angibt, indem es an den digitalen Daten eine Signalverarbeitung vornimmt. Der IC 340 kann zum Beispiel eine Rauschunterdrückung oder ähnliches unter Einsatz eines Tiefpassfilters vornehmen.
Die Stromversorgungsspannung AVDD und das Massepotenzial AGND werden wie bei der ersten bis dritten Ausführungsform beschrieben über den Stromversorgungsknoten Nd und den Masseknoten Ng jeder Komponente von 15 zugeführt. Wenn von außerhalb der Sensorvorrichtung 300 eine Anweisung zum Beenden der Zufuhr der Stromversorgungsspannung AVDD zum Stromversorgungsknoten Nd bzw. zum Starten der Zufuhr der Stromversorgungsspannung AVDD durch Einschalten der Stromversorgung gegeben wird, geht die Sensorvorrichtung 300 entweder in den Ausschaltzustand oder in den Einschaltzustand über.
Die Bias-Schaltung 101 der ersten bis dritten Ausführungsform verbraucht im Ausschaltzustand keinen Strom und kann beim Übergang in den Einschaltzustand sicher gestartet werden, um den Bias-Strom mit hoher Genauigkeit zu erzeugen. Außerdem wird im Einschaltzustand kein wie im Vergleichsbeispiel und in PTD 1 beschriebener unnötiger Strom fortwährend erzeugt. Infolgedessen kann der Stromverbrauch des gesamten Systems der Sensorvorrichtung 300 reduziert werden, da einem Stromverbrauch der Bias-Schaltung 101 vorgebeugt wird.
Dem von der Sensorvorrichtung 300 erzeugten Wärmeverlust kann durch Verringerung des Stromverbrauchs entgegengewirkt werden, die Entwicklung der Wärmeableitung der Komponente wird einfacher und die Größe eines Kühlkörpers oder dergleichen kann verringert werden, oder dieser kann ganz entfallen. Hierdurch lassen sich eine Verkleinerung der Sensorvorrichtung 300, eine Abschwächung von gestalterischen Einschränkungen oder dergleichen verwirklichen. Außerdem lässt sich die Betriebszeit auch dann verlängern, wenn der Betrieb mit begrenzter elektrischer Energie durch eine Batterie oder ein Solarpanel erfolgt.
Die Bias-Schaltung 101 ist zur weiteren Reduktion des Stromverbrauchs für eine Anwendung geeignet, bei der der Ausschaltzustand und der Einschaltzustand häufig gewechselt werden, um die Sensorvorrichtung 300 intermittierend zu betreiben. Dies ist möglich, da die Startschaltung 130 den Bias-Strom bei einem Übergang vom Ausschaltzustand in den Einschaltzustand sicher erzeugen kann.
Das Blockschaltbild von 16 zeigt ein Beispiel für einen Aufbau einer drahtlosen Sensorvorrichtung gemäß einem zweiten Beispiel der vierten Ausführungsform.
Wie aus 16 ersichtlich umfasst eine drahtlose Sensorvorrichtung 301 der vierten Ausführungsform ähnlich wie in FIG.. 15 eine Bias-Schaltung 101, einen Sensor 310, eine Verstärkerschaltung 320, einen ADC 320, eine Recheneinheit (zentrale Verarbeitungseinheit (CPU)) 350, einen Speicher 360 und eine drahtlose Kommunikationseinheit (IC) 370.
Durch Ausführen des im Speicher 360 gespeicherten Programms kann die Recheneinheit 350 an den vom ADC 330 stammenden digitalen Daten eine beliebige Signalverarbeitung vornehmen. Die drahtlose Kommunikationseinheit 370 ist so ausgebildet, dass sie eine Schnittstelle aufweist, die ein Signal einem vorgegebenen Drahtlos-Kommunikationsprotokoll gemäß sendet oder sendet und empfängt, wobei sie das Signal zu der drahtlosen Sensorvorrichtung 301 senden und von dieser empfangen kann. Somit können durch die Signalverarbeitung in der Recheneinheit 350 erhaltene Daten und Informationen, d. h. ein auf den digitalen Daten basierendes Übertragungssignal einem vorgegebenen Drahtlos-Kommunikationsprotokoll gemäß nach außerhalb der drahtlosen Sensorvorrichtung 301 übertragen werden.
Auch jeder der Komponenten von 16 werden wie bei der ersten bis dritten Ausführungsform beschrieben die Stromversorgungsspannung AVDD und das Massepotenzial AGND über den Stromversorgungsknoten Nd bzw. den Masseknoten Ng zugeführt. Wie oben beschrieben, geht die drahtlose Sensorvorrichtung 301 entweder in den Ausschaltzustand, wenn die Zufuhr der Stromversorgungsspannung AVDD gestoppt, oder in den Einschaltzustand über, wenn die Zufuhr der Stromversorgungsspannung AVDD durch Einschalten der Stromversorgung gestartet wird.
Auch bei der drahtlosen Sensorvorrichtung 301 von 16 können aufgrund des guten Einschaltverhaltens der Bias-Schaltung 101 und der hohen Biasgenauigkeit sowie des geringen Stromverbrauchs nach dem Start die gleichen Effekte wie bei der oben beschriebenen Sensorvorrichtung 300 erreicht werden.
Die drahtlose Kommunikationseinheit 370 der drahtlosen Sensorvorrichtung 301 kann eine Anweisung oder Informationen von außerhalb der drahtlosen Sensorvorrichtung 301 empfangen. Sodann kann die Recheneinheit 350 den Betrieb der drahtlosen Sensorvorrichtung 301 auf Basis der empfangenen Informationen und Anweisungen steuern. Beispielsweise können der Einschaltzustand und der Ausschaltzustand auch durch Steuern des Stoppens und Startens der Versorgung des Stromversorgungsknotens Nd der drahtlosen Sensorvorrichtung 301 mit der Stromversorgungsspannung AVDD auf Basis dieser einzelnen Informationen oder Anweisungen umgeschaltet werden. Auch in diesem Fall kann die Bias-Schaltung 101 bei einem Übergang vom Ausschaltzustand in den Einschaltzustand sicher gestartet werden.
Zusätzlich zu dem oben beschriebenen Beispiel kann die Bias-Schaltung 101 der vierten Ausführungsform auch bei einer analogen Schaltung oder einer gemischt-analog-digitalen, hochintegrierten Schaltung (LSI) eingesetzt werden.
Es ist zu berücksichtigen, dass die offenbarten Ausführungsformen in jeder Beziehung Beispiele und keine Einschränkung darstellen. Der Umfang der vorliegenden Offenbarung wird nicht durch die obige Beschreibung, sondern durch die Ansprüche definiert, wobei alle unter den Wortsinn und den Umfang der Ansprüche und ihrer Äquivalente fallenden Modifikation von der vorliegenden Erfindung umfasst sind.
Bezugszeichenliste

100 bis 104, 101a bis 101e, 101x: Bias-Schaltung,
110a bis 110e, 110x: Stromerzeugungsschaltung,
120: Stromspiegelschaltung,
130, 200: Startschaltung,
150, 150x, 150y: Startsteuerschaltung,
160: Komparator,
162, 164, 170, 172, 174: Inverter,
210: Kondensator,
300: Sensorvorrichtung,
301: Drahtlose Sensorvorrichtung,
310: Sensor,
320: Verstärkerschaltung,
350: Recheneinheit,
360: Speicher,
370: drahtlose Kommunikationseinheit,
AVDD: Stromversorgungsspannung,
AGND: Massepotenzial,
IREF, IREF1, IREF2: Referenzstrom (Bias-Strom),
N0 bis N4, Na, Nb, Ns, Nx, Ny: Knoten,
Nd: Stromversorgungsknoten,
Ng: Masseknoten,
No, No1, No2: Bias-Ausgangsknoten,
POFF, XPOFF: Startsteuersignal,
S1 bis S4: Schalter

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2011186987 [0004, 0007]

Claims

Bias-Schaltung mit einer Stromspiegelschaltung, die einen ersten und einen zweiten Transistor von einem ersten Leitungstyp aufweist, die zwischen einem ersten Stromversorgungsknoten, an dem eine erste Spannung anliegt, und einem ersten und zweiten Knoten angeschlossen sind; einer Stromerzeugungsschaltung, die einen Transistor von einem zweiten Leitungstyp aufweist, der zwischen einem zweiten Stromversorgungsknoten, an dem eine zweite Spannung anliegt, und dem ersten und zweiten Knoten angeschlossen ist; und einer Startsteuerschaltung, um bei einem Starten der Bias-Schaltung einen Übergang von einem ersten Zustand, der von vor dem Start fortbesteht, zu einem zweiten Zustand, der mit dem Starten einhergeht, zu erfassen, wobei die miteinander verbundenen Steuerelektroden des ersten und des zweiten Transistors zumindest im zweiten Zustand mit einem Knoten elektrisch verbunden sind, bei dem es sich entweder um den ersten oder den zweiten Knoten handelt, die Bias-Schaltung ferner eine Startschaltung umfasst, um beim Starten der Bias-Schaltung das Verbindungsziel der Steuerelektroden zwischen dem ersten und dem zweiten Zustand zu schalten, die Startschaltung aufweist: einen ersten Schalter, der zwischen einem ersten Spannungsknoten, an dem eine Aus-Spannung zum Ausschalten des ersten und zweiten Transistors anliegt, und den Steuerelektroden angeschlossen ist, einen zweiten Schalter, der zwischen einem dritten Knoten und den Steuerelektroden angeschlossen ist, und einen dritten Schalter, der zwischen einem zweiten Spannungsknoten, an dem eine Ein-Spannung zum Einschalten des ersten und zweiten Transistors anliegt, und dem dritten Knoten angeschlossen ist, der erste Schalter und der zweite Schalter im ersten Zustand ausgeschaltet und im zweiten Zustand eingeschaltet sind, und der dritte Schalter im ersten Zustand eingeschaltet und im zweiten Zustand ausgeschaltet ist.
Bias-Schaltung nach Anspruch 1, wobei der dritte Knoten identisch mit dem einen Knoten ist, und der zweite Schalter zwischen den Steuerelektroden und dem einen Knoten angeschlossen ist.
Bias-Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Stromerzeugungsschaltung einen dritten Transistor vom zweiten Leitungstyp aufweist, der zwischen dem einen Knoten und dem zweiten Stromversorgungsknoten mit einem Widerstandselement in Reihe geschaltet ist, die Startschaltung ferner einen vierten Schalter aufweist, der zwischen einer Steuerelektrode des dritten Transistors und einem dritten Spannungsknoten angeschlossen ist, an dem eine Spannung zum Abschalten des dritten Transistors anliegt, und der vierte Schalter im ersten Zustand eingeschaltet und im zweiten Zustand ausgeschaltet ist.
Bias-Schaltung nach Anspruch 3, wobei es sich bei dem ersten bis dritten Transistor jeweils um einen Feldeffekttransistor handelt, und der dritte Transistor als Transistor ausgebildet ist, dessen Absolutwert der Schwellenspannung kleiner ist als der Absolutwert einer Schwellenspannung eines Transistors vom Anreicherungstyp.
Bias-Schaltung nach Anspruch 3, wobei die Stromerzeugungsschaltung ferner einen vierten Transistor vom zweiten Leitungstyp aufweist, der zwischen dem anderen Knoten des ersten und zweiten Knotens und dem zweiten Stromversorgungsknoten elektrisch angeschlossen ist, es sich bei dem ersten bis vierten Transistor jeweils um einen Feldeffekttransistor handelt, und der Absolutwert der Schwellenspannung des dritten Transistors kleiner ist als der Absolutwert der Schwellenspannung des vierten Transistors.
Bias-Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die ferner einen Kondensator aufweist, der mit dem dritten Knoten verbunden ist, um im ersten Zustand die Ein-Spannung zu halten.
Bias-Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Startschaltung den Übergang vom ersten Zustand, bei dem die Stromversorgungsspannung niedriger als eine vorgegebene Referenzspannung ist, in den zweiten Zustand, bei dem die Stromversorgungsspannung höher als die Referenzspannung ist, anhand eines Anstiegs der Stromversorgungsspannung erkennt, bei der es sich um eine Spannung handelt, die beim Einschalten der Bias-Schaltung höher als die erste und zweite Spannung ist.
Bias-Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die erste Spannung höher als die zweite Spannung ist, es sich bei dem ersten Leitungstyp um einen p-Kanal-Typ und bei dem zweiten Leitungstyp um einen n-Kanal-Typ handelt, der erste Spannungsknoten dem ersten Stromversorgungsknoten entspricht, und der zweite Spannungsknoten dem zweiten Stromversorgungsknoten entspricht.
Bias-Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die erste Spannung niedriger ist als die zweite Spannung, es sich bei dem ersten Leitungstyp um einen n-Kanal-Typ und bei dem zweiten Leitungstyp um einen p-Kanal-Typ handelt, der erste Spannungsknoten dem zweiten Stromversorgungsknoten und der zweite Spannungsknoten dem ersten Stromversorgungsknoten entspricht.
Sensorvorrichtung mit einem Sensor zur Ausgabe einer Erfassungsspannung, die einer physikalischen Größe eines Messobjekts entspricht; einer Bias-Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Ausgabe von zumindest einem Bias-Strom; und einer Verstärkerschaltung zum Erzeugen einer auf der Erfassungsspannung des Sensors basierenden Ausgangsspannung mithilfe eines Verstärkungsvorgangs unter Verwendung des Bias-Stroms von der Bias-Schaltung.
Drahtlose Sensorvorrichtung, die aufweist: einen Sensor zur Ausgabe einer Erfassungsspannung, die einer physikalischen Größe eines Messobjekts entspricht; eine Bias-Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Ausgabe von zumindest einem Bias-Strom; eine Verstärkerschaltung zum Erzeugen einer auf der Erfassungsspannung des Sensors basierenden Ausgangsspannung mithilfe eines Verstärkungsvorgangs unter Verwendung des Bias-Stroms von der Bias-Schaltung; und eine drahtlose Kommunikationseinheit, um mithilfe drahtloser Kommunikation ein Übertragungssignal auszugeben, das auf Grundlage digitaler Daten erzeugt wird, die durch Analog-Digital-Wandlung der Ausgangsspannung der Verstärkerschaltung erhalten werden, und das einem vorgegebenen Kommunikationsprotokoll entspricht.