DE112021006258T5

DE112021006258T5 - Stromversorgungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112021006258T5
Application number: DE112021006258.1T
Authority: DE
Inventors: Daigo Fujimura; Seiichi Yamamoto
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2021-02-03
Filing date: 2021-11-19
Publication date: 2023-09-14
Also published as: JPWO2022168403A1; CN116802979A; WO2022168403A1; US20240072656A1

Abstract

Eine Ausgangsspannung wird mit Hilfe einer Ladungspumpenschaltung auf eine vorgegebene Sollspannung stabilisiert. Ein erster Spannungsteiler, der zwischen einer Ausgangsleitung, an der die Ausgangsspannung anliegt, und einer Rückkopplungsleitung angeordnet ist und der eine erste Teilungsspannung erzeugt, die der Ausgangsspannung entspricht, und ein zweiter Spannungsteiler, der zwischen der Rückkopplungsleitung und der Masse angeordnet ist und der eine zweite Teilungsspannung erzeugt, die der Ausgangsspannung entspricht, sind vorgesehen, um an der Rückkopplungsleitung als Rückkopplungsspannung eine Spannung zu erzeugen, die um die erste Teilungsspannung niedriger ist als die Ausgangsspannung. Der zweite Spannungsteiler umfasst einen bestimmten N-Typ-Transistor, dessen Gate eine Referenzspannung empfängt und dessen Drain mit der Rückkopplungsleitung verbunden ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Stromversorgungsvorrichtungen.
STAND DER TECHNIK
Verschiedene integrierte Schaltungen und elektronische Geräte enthalten Stromversorgungsvorrichtungen. Eine Stromversorgungsvorrichtung erzeugt aus einer Eingangsspannung eine stabilisierte Ausgangsspannung mit einem gewünschten Spannungspegel. Mit Hilfe der Ausgangsspannung führt eine Last eine gewünschte Funktion aus.
Ein Halbleiterbauelement, das einen nichtflüchtigen Speicher umfasst, benötigt beispielsweise im Allgemeinen eine Vielzahl von Spannungen mit unterschiedlichen Spannungspegeln. In diesem Fall sind mehrere Stromversorgungsvorrichtungen vorgesehen, um Ausgangsspannungen mit den erforderlichen Spannungspegeln zu erzeugen, so dass mehrere Ausgangsspannungen mit unterschiedlichen Spannungspegeln an Speicherblöcke geliefert werden.
ZITIERLISTE
PATENTLITERATUR

Patentdokument 1: JP 3773718
Patentdokument 2: JP 5940691

ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
TECHNISCHE AUFGABE
Wenn die Ausgangsspannung beim Einschalten eines Netzgeräts in Richtung der Sollspannung ansteigt oder abfällt, kann es zu einem so genannten Über- oder Unterschwingen kommen. Andererseits schwankt die Ausgangsspannung, nachdem sie die Sollspannung erreicht hat, um die Sollspannung, und diese Schwankung wird als Welligkeit bezeichnet. Ein zu großes Über- oder Unterschwingen oder eine zu große Welligkeit wirkt sich nachteilig auf die Last aus, die mit der Ausgangsspannung versorgt wird. Bei einem nichtflüchtigen Speicher, wie oben erwähnt, kann ein zu großes Überschwingen, Unterschwingen oder eine zu große Welligkeit beispielsweise zu einem Datenlesefehler führen.
Die vorliegende Offenbarung zielt darauf ab, eine Stromversorgungsvorrichtung bereitzustellen, die zur Unterdrückung von Überschwingungen, Unterschwingungen oder Welligkeiten beiträgt.
LÖSUNG DER AUSFGABE
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Stromversorgungsvorrichtung: einen Ausgangsspannungsgenerator, der eingerichtet ist, unter Verwendung einer Ladungspumpenschaltung eine Ausgangsspannung zu erzeugen, die höher ist als das Massepotential; einen Rückkopplungsspannungsgenerator, der eingerichtet ist, auf einer Rückkopplungsleitung eine Rückkopplungsspannung zu erzeugen, die der Ausgangsspannung entspricht; und einen Komparator, der eingerichtet ist, die Rückkopplungsspannung mit einer vorbestimmten Referenzspannung zu vergleichen, um ein Vergleichsergebnissignal auszugeben, das die Größenbeziehung zwischen der Rückkopplungsspannung und der Referenzspannung wiedergibt. Die Stromversorgungsvorrichtung stabilisiert die Ausgangsspannung auf einer vorbestimmten Sollspannung, indem sie die Ladungspumpenschaltung anhand des Vergleichsergebnissignals in Betrieb oder außer Betrieb setzt. Der Rückkopplungsspannungsgenerator umfasst: einen ersten Spannungsteiler, der zwischen einer Ausgangsleitung, an die die Ausgangsspannung angelegt wird, und der Rückkopplungsleitung angeordnet ist, wobei der erste Spannungsteiler eingerichtet ist, eine erste Teilungsspannung zu erzeugen, die der Ausgangsspannung entspricht; und einen zweiten Spannungsteiler, der zwischen der Rückkopplungsleitung und der Masse angeordnet ist, wobei der zweite Spannungsteiler eingerichtet ist, eine zweite Teilungsspannung zu erzeugen, die der Ausgangsspannung entspricht. Der Rückkopplungsspannungsgenerator erzeugt an der Rückkopplungsleitung als Rückkopplungsspannung eine Spannung, die um die erste Teilungsspannung niedriger als die Ausgangsspannung ist. Der zweite Spannungsteiler umfasst einen bestimmten N-Kanal-Transistor mit: einem Gate, das die Referenzspannung empfängt, und einem Drain, der mit der Rückkopplungsleitung verbunden ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält eine Stromversorgungsvorrichtung: einen Ausgangsspannungsgenerator, der eingerichtet ist, unter Verwendung einer Ladungspumpenschaltung eine Ausgangsspannung zu erzeugen, die höher als das Massepotential ist; einen Rückkopplungsspannungsgenerator, der eingerichtet ist, auf einer Rückkopplungsleitung eine Rückkopplungsspannung erzeugt, die der Ausgangsspannung entspricht; und einen Komparator, der eingerichtet ist, die Rückkopplungsspannung mit einer vorbestimmten Referenzspannung zu vergleichen, um ein Vergleichsergebnissignal auszugeben, das die Größenbeziehung zwischen der Rückkopplungsspannung und der Referenzspannung wiedergibt. Die Stromversorgungsvorrichtung stabilisiert die Ausgangsspannung auf einer vorbestimmten Sollspannung, indem sie die Ladungspumpenschaltung anhand des Vergleichsergebnissignals in Betrieb oder außer Betrieb setzt. Der Komparator umfasst: eine Differenzeingangsstufe, die eingerichtet ist, die Referenzspannung und die Rückkopplungsspannung zu empfangen, um an einem ersten Knotenpunkt ein Differenzsignal zu erzeugen, das der Differenz zwischen der Referenzspannung und der Rückkopplungsspannung entspricht; und eine Ausgangsstufe, die eingerichtet ist, an einem zweiten Knotenpunkt ein binäres Signal als das Vergleichsergebnissignal zu erzeugen, das das Differenzsignal widerspiegelt. Ein Klemmelement, das eingerichtet ist, die Amplitude des Differenzsignals zu begrenzen, wird zwischen dem ersten und dem zweiten Knoten eingefügt.
Gemäß noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Stromversorgungsvorrichtung: einen Ausgangsspannungsgenerator, der eingerichtet ist, unter Verwendung einer Ladungspumpenschaltung eine Ausgangsspannung zu erzeugen, die niedriger als das Massepotential ist; einen Rückkopplungsspannungsgenerator, der eingerichtet ist, auf einer Rückkopplungsleitung eine Rückkopplungsspannung zu erzeugen, die der Ausgangsspannung entspricht; und einen Komparator, der eingerichtet ist, die Rückkopplungsspannung mit einer vorbestimmten Referenzspannung zu vergleichen, um ein Vergleichsergebnissignal auszugeben, das die Größenbeziehung zwischen der Rückkopplungsspannung und der Referenzspannung wiedergibt. Die Stromversorgungsvorrichtung stabilisiert die Ausgangsspannung auf einer vorbestimmten Sollspannung, indem sie die Ladungspumpenschaltung anhand des Vergleichsergebnissignals in Betrieb oder außer Betrieb setzt. Der Komparator umfasst: eine Differenzeingangsstufe, die eingerichtet ist, die Referenzspannung und die Rückkopplungsspannung zu empfangen, um an einem ersten Knotenpunkt ein Differenzsignal zu erzeugen, das der Differenz zwischen der Referenzspannung und der Rückkopplungsspannung entspricht; und eine Ausgangsstufe, die eingerichtet ist, an einem zweiten Knotenpunkt ein binäres Signal als das Vergleichsergebnissignal zu erzeugen, das das Differenzsignal widerspiegelt. Ein Klemmelement, das eingerichtet ist, die Amplitude des Differenzsignals zu begrenzen, wird zwischen dem ersten und dem zweiten Knoten eingefügt.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält eine Stromversorgungsvorrichtung: einen Ausgangsspannungsgenerator, der eingerichtet ist, unter Verwendung einer Ladungspumpenschaltung eine Ausgangsspannung zu erzeugen, die niedriger als das Massepotential ist; einen Rückkopplungsspannungsgenerator, der eingerichtet ist, auf einer Rückkopplungsleitung eine Rückkopplungsspannung zu erzeugen, die der Ausgangsspannung entspricht; und einen Komparator, der eingerichtet ist, die Rückkopplungsspannung mit einer vorbestimmten Referenzspannung zu vergleichen, um ein Vergleichsergebnissignal auszugeben, das die Größenbeziehung zwischen der Rückkopplungsspannung und der Referenzspannung wiedergibt. Die Stromversorgungsvorrichtung stabilisiert die Ausgangsspannung auf einer vorbestimmten Sollspannung, indem sie die Ladungspumpenschaltung anhand des Vergleichsergebnissignals in Betrieb oder außer Betrieb setzt. Der Rückkopplungsspannungsgenerator umfasst: einen ersten Spannungsteiler, der zwischen einer Ausgangsleitung, an die die Ausgangsspannung angelegt wird, und der Rückkopplungsleitung angeordnet ist, wobei der erste Spannungsteiler eingerichtet ist, eine erste Teilungsspannung zu erzeugen, die der Ausgangsspannung entspricht; und einen zweiten Spannungsteiler, der zwischen der Rückkopplungsleitung und einer Stromleitung angeordnet ist, an die eine vorbestimmte Versorgungsspannung angelegt wird, wobei der zweite Spannungsteiler eingerichtet ist, eine zweite Teilungsspannung zu erzeugen, die der Ausgangsspannung entspricht. Der Rückkopplungsspannungsgenerator erzeugt auf der Rückkopplungsleitung als Rückkopplungsspannung eine Spannung, die um die erste Teilungsspannung höher ist als die Ausgangsspannung. Die Stromversorgungsvorrichtung umfasst ferner einen Rückkopplungsspannungseinsteller, der eingerichtet ist, wenn die Rückkopplungsspannung höher als die Referenzspannung ist, die Rückkopplungsspannung senkt, indem er der Rückkopplungsleitung einen Strom entnimmt, der der Differenz zwischen der Referenzspannung und der Rückkopplungsspannung entspricht.
VORTEILHAFTE WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, eine Stromversorgungsvorrichtung bereitzustellen, die zur Unterdrückung von Überschwingungen, Unterschwingungen oder Welligkeiten beiträgt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGSFIGUREN

1 ist ein schematisches Gesamtblockdiagramm einer Speichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
2 ist ein internes Konfigurationsdiagramm eines Leistungsblocks, der in einem Speichervorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung vorgesehen ist.
3A ist eine Ansicht, die einen Umriss der Ausgangsspannungswellenform einer Stromversorgungsschaltung in einem Leistungsblock gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
3B ist eine Ansicht, die einen Umriss der Ausgangsspannungswellenform einer Stromversorgungsschaltung in einem Leistungsblock gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
3C ist eine Ansicht, die einen Umriss der Ausgangsspannungswellenform einer Stromversorgungsschaltung in einem Leistungsblock gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
4A ist eine Ansicht, die einen Stromversorgungsbetriebszeitraum in einer Stromversorgungsschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
4B ist eine Ansicht, die einen Stromversorgungsbetriebszeitraum in einer Stromversorgungsschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
4C ist eine Ansicht, die einen Stromversorgungsbetriebszeitraum in einer Stromversorgungsschaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
5 ist eine Ansicht, die schematisch die Struktur eines MOSFET gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zeigt.
6 ist ein Schaltplan einer Stromversorgungsschaltung gemäß dem praktischen Beispiel EX_1A, das zu einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gehört.
7 ist ein Schaltplan einer Stromversorgungsschaltung gemäß dem praktischen Beispiel EX_1B, das zu einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gehört.
8A ist ein Kurvendiagramm in Verbindung mit den Stromversorgungsschaltungen in den 6 und 7.
8B ist ein Wellenformdiagramm in Verbindung mit den Stromversorgungsschaltungen in den 6 und 7.
9 ist ein Schaltplan einer Stromversorgungsschaltung gemäß dem praktischen Beispiel EX_2A, das zu einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gehört.
10 ist ein Schaltplan einer Stromversorgungsschaltung gemäß dem praktischen Beispiel EX_2B, das zu einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gehört.
11A ist ein Wellenformdiagramm in Verbindung mit den Stromversorgungsschaltungen in den 9 und 10.
11B ist ein Wellenformdiagramm in Verbindung mit den Stromversorgungsschaltungen in den 9 und 10.
12 ist ein Schaltplan einer Stromversorgungsschaltung gemäß dem praktischen Beispiel EX_3A, das zu einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gehört.
13 ist ein Schaltplan einer Stromversorgungsschaltung gemäß dem praktischen Beispiel EX_3B, das zu einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung gehört.
14A ist ein Kurvendiagramm in Verbindung mit den Stromversorgungsschaltungen in den 12 und 13.
14B ist ein Kurvendiagramm in Verbindung mit den Stromversorgungsschaltungen in den 12 und 13.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Beispiele für die Umsetzung der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren näher beschrieben. In den Zeichnungsfiguren, auf die im Verlauf Bezug genommen wird, sind die gleichen Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet, und im Prinzip wird keine sich überschneidende Beschreibung gleicher Teile wiederholt. In der vorliegenden Beschreibung werden der Einfachheit halber Symbole und Bezugszeichen, die sich auf Informationen, Signale, physikalische Größen, Elemente, Teile und dergleichen beziehen, gelegentlich unter Auslassung oder Abkürzung der Namen der Informationen, Signale, physikalischen Größen, Elemente, Teile und dergleichen, die diesen Symbolen und Bezugszeichen entsprechen, verwendet. So wird z. B. das später beschriebene und mit dem Bezugszeichen „c1“ gekennzeichnete Differenzsignal (siehe 7 und 8B) manchmal als Differenzsignal c1 bezeichnet und ein anderes Mal als Signal c1 abgekürzt, wobei sich beide Bezeichnungen auf dieselbe Entität beziehen.
Zunächst werden einige der Begriffe definiert, die zur Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. „Leitung“ bezeichnet eine Verdrahtung, über die oder an die ein elektrisches Signal weitergeleitet oder angelegt wird. „Masse“ bezeichnet einen Bezugsleiter auf einem Bezugspotential von 0 V (Null Volt) oder auf einem Potential von 0 V selbst. Ein Bezugsleiter besteht aus einem elektrisch leitenden Material wie z. B. Metall. Ein Potential von 0 V wird gelegentlich auch als Massepotential bezeichnet. In Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist jede Spannung, die ohne besonderen Bezug erwähnt wird, ein Potenzial relativ zur Erde.
„Pegel“ bezeichnet den Pegel eines Potenzials, und für jedes Signal oder jede Spannung von Interesse hat „hoher Pegel“ ein höheres Potenzial als „niedriger Pegel“. Für ein beliebiges Signal oder eine beliebige Spannung von Interesse bedeutet ein hoher Pegel, dass sein Pegel gleich einem hohen Pegel ist, und ein niedriger Pegel bedeutet, dass sein Pegel gleich einem niedrigen Pegel ist. Der Pegel eines Signals wird gelegentlich als Signalpegel und der Pegel einer Spannung gelegentlich als Spannungspegel bezeichnet. Für jedes Signal von Interesse gilt: Wenn das Signal einen hohen Pegel hat, hat sein Inversionssignal einen niedrigen Pegel, und wenn das Signal einen niedrigen Pegel hat, hat sein Inversionssignal einen hohen Pegel. Für jedes Signal, das entweder einen hohen oder einen niedrigen Pegel annimmt, wird ein Zeitraum, in dem das Signal einen hohen Pegel annimmt, als Hochpegelzeitraum und ein Zeitraum, in der das Signal einen niedrigen Pegel annimmt, als Niedrigpegelzeitraum bezeichnet. Ähnliche Definitionen gelten für jede Spannung, die entweder einen hohen oder einen niedrigen Pegel hat.
Für jeden Transistor, der als FET (Feldeffekttransistor) eingerichtet ist, der auch ein MOSFET sein kann, bezieht sich „Ein-Zustand“ auf einen Zustand, in dem der Drain-Source-Kanal des Transistors leitend ist, und „Aus-Zustand“ auf einen Zustand, in dem der Drain-Source-Kanal des Transistors nicht leitend (abgeschaltet) ist. Ähnliche Definitionen gelten für alle Transistoren, die nicht als FET klassifiziert sind. Sofern nicht anders angegeben, kann jeder MOSFET als ein Anreicherungs-MOSFET verstanden werden. „MOSFET“ ist eine Abkürzung für „Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor“.
Zu den elektrischen Eigenschaften eines MOSFET gehört die Gate-Schwellenspannung. Für jeden Transistor, bei dem es sich um einen N-Kanal-Anreicherungs-MOSFET handelt, ist der Transistor im eingeschalteten Zustand, wenn das Gate-Potenzial des Transistors höher ist als das Source-Potenzial des Transistors und die Größe der Gate-Source-Spannung (das Gate-Potenzial relativ zum Source-Potenzial) des Transistors gleich oder höher ist als die Gate-Schwellenspannung des Transistors; andernfalls ist der Transistor im ausgeschalteten Zustand. Bei jedem Transistor, der ein P-Kanal-Anreicherungs-MOSFET ist, befindet sich der Transistor im Ein-Zustand, wenn das Gate-Potential des Transistors niedriger ist als das Source-Potential des Transistors und die Größe der Gate-Source-Spannung (das Gate-Potential relativ zum Source-Potential) des Transistors gleich oder höher ist als die Gate-Schwellenspannung des Transistors; andernfalls befindet sich der Transistor im Aus-Zustand. In der folgenden Beschreibung wird für jeden Transistor gelegentlich einfach ausgedrückt, dass er sich im ein- oder ausgeschalteten Zustand befindet. Wenn von einer „Verbindung“ zwischen einer Vielzahl von Teilen, die eine Schaltung bilden, die Rede ist, z. B. zwischen bestimmten Schaltungselementen, Leitern (Leitungen), Knoten und dergleichen, ist der Begriff so zu verstehen, dass er eine „elektrische Verbindung“ bezeichnet.
1 ist ein schematisches Gesamtblockdiagramm einer Speichervorrichtung 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Die Speichervorrichtung 1 umfasst einen Speicherblock 2, einen Leistungsblock 3 und einen Steuerblock 4. Die Speichervorrichtung 1 wird von außen mit zwei Versorgungsspannungen VCC und VDD versorgt. Bei den Versorgungsspannungen VCC und VDD handelt es sich um voneinander verschiedene positive Gleichspannungen.
Der Speicherblock 2 hat eine Vielzahl von Speicherzellen, die in einer Matrix entlang einer ersten und einer zweiten Richtung angeordnet sind. Jede Speicherzelle speichert den Wert „0“ oder „1“ in einer nichtflüchtigen Weise. Die Speichervorrichtung 1 ist ein MTP-Speicher (Multiple-Time Programmable), der eine Art nichtflüchtiger Speicher ist und dementsprechend erlaubt, dass die in jeder Speicherzelle gespeicherten Daten mehrfach überschrieben werden können. Ein Vorgang zum Schreiben der Daten „1“ oder „0“ in eine Speicherzelle, die als Ziel des Datenschreibens gewählt wurde, wird als Schreibvorgang bezeichnet. Der Schreibvorgang kann ein Programmiervorgang oder ein Löschvorgang sein. Der Programmiervorgang bezeichnet einen Vorgang, bei dem Daten mit dem Wert „1“ in eine Speicherzelle geschrieben werden, die als Ziel des Datenschreibens dient. Der Löschvorgang bezeichnet einen Vorgang zum Schreiben der Daten „0“ in eine Speicherzelle, die als Ziel des Datenschreibens genommen wird. Eine Operation zum Lesen der in einer Speicherzelle gespeicherten Daten, die als Ziel des Datenlesens genommen wird, wird übrigens als Leseoperation bezeichnet.
Für die Durchführung des Schreibvorgangs (Programmier- oder Löschvorgang) sind mehrere Schreibspannungen mit unterschiedlichen Spannungspegeln erforderlich. Zu diesen Schreibspannungen gehören die später beschriebenen Spannungen VI, VP und VM (siehe 2), die im Leistungsblock 3 erzeugt werden. Für den Lesevorgang werden übrigens keine der Schreibspannungen benötigt. Wenn der Lesevorgang durchgeführt wird, werden die Versorgungsspannungen VCC und VDD an den Speicherblock 2 angelegt und damit der Lesevorgang durchgeführt.
Dem Steuerblock 4 werden von außen ein Adressensignal, ein Dateneingangssignal und ein Betriebsart-Einstellsignal zugeführt. Das Betriebsart-Einstellsignal ist ein Signal, das angibt, welche der Schreib- und Leseoperationen im Speicherblock 2 durchgeführt werden sollen. Im Speicherblock 2 sind mehrere Adressen definiert, und jeder Speicherzelle ist eine dieser Adressen zugeordnet. Das Adressensignal gibt die Adresse im Speicherblock 2 an, die als Ziel des Datenschreibens oder Datenlesens genommen wird. Das Dateneingangssignal spezifiziert die Daten, die in die Speicherzelle an der Adresse geschrieben werden sollen, die als Ziel des Datenschreibens angegeben ist.
Basierend auf dem Adresssignal, dem Dateneingangssignal und dem Betriebsmodus-Einstellsignal steuert der Steuerblock 4 den Speicherblock 2 und den Leistungsblock 3 so, dass Daten durch den Programmier- oder Löschvorgang in den Speicherblock 2 geschrieben werden oder dass Daten durch den Lesevorgang aus dem Speicherblock 2 gelesen werden. Wenn Daten in den Speicherblock 2 geschrieben werden, steuert der Steuerblock 4 den Leistungsblock 3 so, dass er die oben erwähnte Vielzahl von Schreibspannungen erzeugt. Von außerhalb der Speichervorrichtung 1 werden dem Leistungsblock 3 Steuersignale zugeführt, einschließlich des Betriebsmodus-Einstellsignals, um den Betrieb des Leistungsblocks 3 zu steuern.
2 ist ein internes Konfigurationsdiagramm des Leistungsblocks 3. Der Leistungsblock 3 umfasst Stromversorgungsschaltungen 31 bis 33, eine Bandlückenreferenz 34, eine Oszillationsschaltung 35, eine Referenzspannungserzeugungsschaltung 36, eine Referenzstromquelle 37 und eine Leistungssteuerungsschaltung 38. Jede der Stromversorgungsschaltungen 31 bis 33 kann als Stromversorgungsvorrichtung bezeichnet werden.
Die Bandlückenreferenz 34 erzeugt anhand der Versorgungsspannung VCC oder VDD eine Spannung VBGR (z.B. 1,25 V), die eine vorgegebene positive Gleichspannung ist. Mit Hilfe der Spannung VBGR erzeugt die Oszillationsschaltung 35 ein Taktsignal, bei dem es sich um ein Rechteckwellensignal mit einer vorgegebenen Taktfrequenz handelt. Die Referenzspannungserzeugungsschaltung 36 erzeugt anhand der Spannung VBGR drei Referenzspannungen VREF_I, VREF_P und VREF_M. Diese Referenzspannungen haben jeweils einen positiven Gleichspannungswert. Die Referenzspannungserzeugungsschaltung 36 kann die Referenzspannungen VREF_I, VREF_P und VREF_M durch Teilung der Spannung VBGR erzeugen. Es wird hier davon ausgegangen, dass die Referenzspannungen VREF_I, VREF_P und VREF_M unterschiedliche Werte haben, jedoch können zwei oder mehr von ihnen auch gleiche Werte haben. Die Referenzstromquelle 37 versorgt die Stromversorgungsschaltungen 31 bis 33 mit einem konstanten Strom, der in den Stromversorgungsschaltungen 31 bis 33 verwendet wird. Die Leistungssteuerungsschaltung 38 steuert umfassend den Betrieb der verschiedenen Teile des Leistungsblocks 3.
Die Stromversorgungsschaltung 31 erzeugt unter Verwendung der Versorgungsspannung VCC eine Ausgangsspannung VI. Wenn die Stromversorgungsschaltung 31 in Betrieb ist, hat die Ausgangsspannung VI einen positiven Spannungswert; das heißt, die Stromversorgungsschaltung 31 erzeugt eine Ausgangsspannung VI, die höher ist als das Erdpotential. Die Stromversorgungsschaltung 31 umfasst eine Ladungspumpenschaltung CP_I und erhöht die Ausgangsspannung VI, indem sie mit dem von der Oszillationsschaltung 35 zugeführten Taktsignal in einem geeigneten Zeitrahmen arbeitet. In der Stromversorgungsschaltung 31 wird eine Rückkopplungsspannung erzeugt, die der Ausgangsspannung VI entspricht, und die Rückkopplungsregelung wird so durchgeführt, dass die Rückkopplungsspannung gleich der Referenzspannung VREF_I ist. Durch die Rückkopplungssteuerung wird die Ladungspumpenschaltung CP_I in der Stromversorgungsschaltung 31 abwechselnd betriebsbereit und nicht betriebsbereit gemacht (sie wird zwischen einem betriebsbereiten und einem nicht betriebsbereiten Zustand umgeschaltet). In der Stromversorgungsschaltung 31 steigt die Ausgangsspannung VI an, wenn die Ladungspumpenschaltung CP_I in Betrieb ist; wenn die Ladungspumpenschaltung CP_I nicht in Betrieb ist, fällt die Ausgangsspannung VI allmählich aufgrund eines Leckstroms und dergleichen in den Schaltungselementen, die mit der Ausgangsspannung VI versorgt werden. Während die Ausgangsspannung VI ansteigt und abfällt, steigt und fällt die Rückkopplungsspannung, die der Ausgangsspannung VI entspricht, mit. Auf diese Weise wird die Ausgangsspannung VI auf eine Sollspannung VI_TG stabilisiert, die der Referenzspannung VREF_I entspricht. Die Stabilisierung der Ausgangsspannung VI auf die Sollspannung VI_TG bedeutet, dass der Durchschnitt der Ausgangsspannung VI im Wesentlichen auf oder nahe der Sollspannung VI_TG gehalten wird. Wenn die Ausgangsspannung VI auf einer Sollspannung VI_TG stabilisiert ist, wie in 3A gezeigt, schwankt die Ausgangsspannung VI relativ zur Sollspannung VI_TG (z. B. mit der Sollspannung VI_TG als untere Grenze der Schwankung).
Die Stromversorgungsschaltung 32 erzeugt unter Verwendung der Versorgungsspannung VCC eine Ausgangsspannung VP. Wenn die Stromversorgungsschaltung 32 in Betrieb ist, hat die Ausgangsspannung VP einen positiven Spannungswert; das heißt, die Stromversorgungsschaltung 32 erzeugt eine Ausgangsspannung VP, die höher ist als das Erdpotential. Die Stromversorgungsschaltung 32 umfasst eine Ladungspumpenschaltung CP_P und erhöht die Ausgangsspannung VP, indem sie mit dem von der Oszillationsschaltung 35 zugeführten Taktsignal in einem geeigneten Zeittakt arbeitet. In der Stromversorgungsschaltung 32 wird eine Rückkopplungsspannung erzeugt, die der Ausgangsspannung VP entspricht, und die Rückkopplungssteuerung wird so durchgeführt, dass die Rückkopplungsspannung der Referenzspannung VREF_P entspricht. Durch die Rückkopplungssteuerung wird die Ladungspumpenschaltung CP_P in der Stromversorgungsschaltung 32 abwechselnd betriebsbereit und nicht betriebsbereit (schaltet zwischen einem betriebsbereiten und einem nicht betriebsbereiten Zustand um). In der Stromversorgungsschaltung 32 steigt die Ausgangsspannung VP an, wenn die Ladungspumpenschaltung CP_P in Betrieb ist; wenn die Ladungspumpenschaltung CP_P nicht in Betrieb ist, fällt die Ausgangsspannung VP aufgrund eines Leckstroms und dergleichen in den Schaltungselementen, die mit der Ausgangsspannung VP versorgt werden, allmählich. Während die Ausgangsspannung VP ansteigt und abfällt, steigt und fällt die Rückkopplungsspannung, die der Ausgangsspannung VP entspricht, mit. Auf diese Weise wird die Ausgangsspannung VP auf eine Sollspannung VP_TG stabilisiert, die der Referenzspannung VREF_P entspricht. Die Stabilisierung der Ausgangsspannung VP auf die Sollspannung VP_TG bedeutet, dass der Durchschnitt der Ausgangsspannung VP im Wesentlichen auf oder nahe der Sollspannung VP_TG gehalten wird. Wenn die Ausgangsspannung VP auf der Sollspannung VP_TG stabilisiert ist, schwankt die Ausgangsspannung VP, wie in 3B gezeigt, relativ zur Sollspannung VP_TG (z. B. mit der Sollspannung VP_TG als untere Grenze ihrer Schwankung).
Die Stromversorgungsschaltung 33 erzeugt eine Ausgangsspannung VM unter Verwendung der Versorgungsspannung VDD. Wenn die Stromversorgungsschaltung 33 in Betrieb ist, hat die Ausgangsspannung VM einen negativen Spannungswert, d.h. die Stromversorgungsschaltung 33 erzeugt eine Ausgangsspannung VM, die niedriger als das Erdpotential ist. Die Stromversorgungsschaltung 33 umfasst eine Ladungspumpenschaltung CP_M und senkt die Ausgangsspannung VM, indem sie mit dem von der Oszillationsschaltung 35 zugeführten Taktsignal in einem geeigneten Zeitrahmen arbeitet. In der Stromversorgungsschaltung 33 wird eine Rückkopplungsspannung erzeugt, die der Ausgangsspannung VM entspricht, und die Rückkopplungsregelung wird so durchgeführt, dass die Rückkopplungsspannung gleich der Referenzspannung VREF_M ist. Durch die Rückkopplungssteuerung wird die Ladungspumpenschaltung CP_M in der Stromversorgungsschaltung 33 abwechselnd betriebsbereit und nicht betriebsbereit (schaltet zwischen einem betriebsbereiten und einem nicht betriebsbereiten Zustand um). In der Stromversorgungsschaltung 33 fällt die Ausgangsspannung VM, wenn die Ladungspumpenschaltung CP_M in Betrieb ist; wenn die Ladungspumpenschaltung CP_M nicht in Betrieb ist, steigt die Ausgangsspannung VM allmählich aufgrund eines Leckstroms und dergleichen in den Schaltungselementen, die mit der Ausgangsspannung VM versorgt werden. Während die Ausgangsspannung VM fällt und steigt, fällt und steigt die Rückkopplungsspannung, die der Ausgangsspannung VM entspricht, mit. Auf diese Weise wird die Ausgangsspannung VM auf eine Sollspannung VM_TG stabilisiert, die der Referenzspannung VREF_M entspricht. Die Stabilisierung der Ausgangsspannung VM auf die Sollspannung VM_TG bedeutet, dass der Durchschnitt der Ausgangsspannung VM im Wesentlichen auf oder nahe der Sollspannung VM_TG gehalten wird. Wenn die Ausgangsspannung VM auf der Sollspannung VM_TG stabilisiert ist, wie in 3C gezeigt, schwankt die Ausgangsspannung VM relativ zur Sollspannung VM_TG (z. B. mit der Sollspannung VM_TG als Obergrenze ihrer Schwankung).
Unter Bezugnahme auf 4A ist ein Stromversorgungs-Betriebszeitraum PI in Bezug auf die Ausgangsspannung VI wie folgt definiert. Der Startzeitpunkt des Stromversorgungs-Betriebszeitraums PI entspricht dem Zeitpunkt, zu dem die Ausgangsspannung VI infolge der Inbetriebnahme der Ladungspumpenschaltung CP_I in der Stromversorgungsschaltung 31 von einer Spannung, die ausreichend niedriger als die Sollspannung VI_TG ist, in Richtung der Sollspannung VI_TG anzusteigen beginnt. Nach dem Beginn des Stromversorgungs-Betriebszeitraums PI steigt die Ausgangsspannung VI auf die Sollspannung VI_TG und stabilisiert sich bei der Sollspannung VI_TG . Danach wird die Ladungspumpenschaltung CP_I derart außer Betrieb gehalten, dass die Ausgangsspannung VI monoton von der Sollspannung VI_TG auf eine Spannung fällt, die ausreichend niedriger als die Sollspannung VI_TG ist. Der Zeitpunkt des Übergangs von dem Zustand, in dem die Ausgangsspannung VI auf der Sollspannung VI_TG stabilisiert ist, zu dem Zustand, in dem die Ladungspumpenschaltung CP_I außer Betrieb gehalten wird, entspricht dem Endzeitpunkt des Stromversorgungs-Betriebszeitraums PI.
Unter Bezugnahme auf 4B ist ein Stromversorgungs-Betriebszeitraum PP in Bezug auf die Ausgangsspannung VP wie folgt definiert. Der Startzeitpunkt des Stromversorgungs-Betriebszeitraums PP entspricht dem Zeitpunkt, zu dem die Ausgangsspannung VP infolge der Aufnahme des Betriebs der Ladungspumpenschaltung CP_P in der Stromversorgungsschaltung 32 von einer Spannung, die ausreichend niedriger als die Sollspannung VP_TG ist, in Richtung der Sollspannung VP_TG anzusteigen beginnt. Nach dem Beginn des Stromversorgungs-Betriebszeitraums PP steigt die Ausgangsspannung VP bis zur Sollspannung VP_TG und stabilisiert sich auf der Sollspannung VP_TG . Danach wird die Ladungspumpenschaltung CP_P derart außer Betrieb gehalten, dass die Ausgangsspannung VP monoton von der Sollspannung VP_TG auf eine Spannung fällt, die ausreichend niedriger als die Sollspannung VP_TG ist. Der Zeitpunkt des Übergangs von dem Zustand, in dem die Ausgangsspannung VP auf der Sollspannung VP_TG stabilisiert ist, zu dem Zustand, in dem die Ladungspumpenschaltung CP_P außer Betrieb gehalten wird, entspricht dem Endzeitpunkt des Stromversorgungs-Betriebszeitraums PP.
Unter Bezugnahme auf 4C ist ein Stromversorgungs-Betriebszeitraum PM in Bezug auf die Ausgangsspannung VM wie folgt definiert. Der Startzeitpunkt des Stromversorgungs-Betriebszeitraums PM entspricht dem Zeitpunkt, zu dem die Ausgangsspannung VM infolge der Aufnahme des Betriebs der Ladungspumpenschaltung CP_M in der Stromversorgungsschaltung 33 von einer Spannung, die ausreichend höher als die Sollspannung VM_TG ist, in Richtung der Sollspannung VM_TG abzufallen beginnt. Nach dem Beginn des Stromversorgungs-Betriebszeitraums PM fällt die Ausgangsspannung VM auf die Sollspannung VM_TG und stabilisiert sich auf der Sollspannung VM_TG . Danach wird die Ladungspumpenschaltung CP_M derart außer Betrieb gehalten, dass die Ausgangsspannung VM monoton von der Sollspannung VM_TG auf eine Spannung ansteigt, die ausreichend höher als die Sollspannung VM_TG ist. Der Zeitpunkt des Übergangs von dem Zustand, in dem die Ausgangsspannung VM auf der Sollspannung VM_TG stabilisiert ist, zu dem Zustand, in dem die Ladungspumpenschaltung CP_M außer Betrieb gehalten wird, entspricht dem Endzeitpunkt des Stromversorgungs-Betriebszeitraums PM.
In einem einfachen Beispiel können die Startzeitpunkte der Stromversorgungs-Betriebszeiträume PI, PP und PM miteinander übereinstimmen, und die Endzeitpunkte der Stromversorgungs-Betriebszeiträume PI, PP und PM können übereinstimmen. Stattdessen können zwei oder mehr der Startzeitpunkte der Stromversorgungs-Betriebszeiträume PI, PP und PM leicht gegeneinander verschoben sein; ebenso können zwei oder mehr der Endzeitpunkte der Stromversorgungs-Betriebszeiträume PI, PP und PM leicht gegeneinander verschoben sein. In jedem Fall teilen sich die Stromversorgungs-Betriebszeiträume PI, PP und PM einen Zeitraum, in dem sie sich überschneiden, und innerhalb dieses Überschneidungszeitraums werden während des Zeitraums, in dem die Ausgangsspannungen VI, VP und VM alle auf den Sollspannungen VI_TG , VP_TG bzw. VM_TG stabilisiert sind (dieser Zeitraum wird im Folgenden als spannungsstabilisierter Zeitraum bezeichnet), durch den Programm- oder Löschvorgang Daten in jede Speicherzelle geschrieben.
Die Sollspannung VP_TG der Ausgangsspannung VP ist höher als die Sollspannung VI_TG der Ausgangsspannung VI. In dieser Ausführungsform wird die Sollspannung VP_TG mit 12 V und die Sollspannung VI_TG mit 5 V angenommen. Andererseits wird die Sollspannung VM_TG der Ausgangsspannung VM mit (- 7 V) angenommen. Beispielsweise wird der Programmiervorgang mit den Ausgangsspannungen VI, VP und VM während des spannungsstabilisierten Zeitraums durchgeführt, und der Löschvorgang wird mit den Ausgangsspannungen VP und VM während des spannungsstabilisierten Zeitraums durchgeführt.
Die Stromversorgungsschaltungen 31 bis 33 sind jeweils mit einer Vielzahl von MOSFETs eingerichtet. Obwohl die Gate-Breite und die Gate-Länge eines MOSFETs im allgemeinen technischen Wissen über MOSFETs definiert und anerkannt sind, werden die Definitionen von Gate-Breite und Gate-Länge wiederholt. 5 zeigt schematisch den Aufbau eines MOSFETs. In 5 ist die Gate-Breite mit dem Symbol „W“ und die Gate-Länge mit dem Symbol „L“ gekennzeichnet. Die Schaltungselemente der Speichervorrichtung 1 sind in integrierter Weise auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet, und die Struktur eines jeden Transistors, der als MOSFET auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist, ist durch seine Gate-Breite W und Gate-Länge L gekennzeichnet. Die Gate-Breite W und die Gate-Länge L geben die Größe der Gate-Elektrode GG in Richtungen parallel zur Oberfläche (Ober- und Unterseite) des Halbleitersubstrats an. Von diesen beiden ist die Gate-Länge L der Abstand zwischen Drain und Source des Transistors (d. h. die Abmessung der Gate-Elektrode GG in der Richtung zwischen Drain und Source); die Gate-Breite W ist die Abmessung der Gate-Elektrode GG in der Richtung orthogonal sowohl zu der Richtung, in der die Gate-Länge L definiert ist (d. h. die Richtung zwischen Drain und Source), als auch zu der Richtung senkrecht zum Halbleitersubstrat (d. h. die Richtung orthogonal zu den Ober- und Unterseiten des Halbleitersubstrats). Bei jedem MOSFET steigt bei sonst gleichen Bedingungen mit zunehmender Gate-Breite W der Drain-Strom an, und bei einer ausreichend großen Gate-Länge L ist der Drain-Strom im Allgemeinen proportional zur Gate-Breite W.
Wenn während der Betriebszeit der Stromversorgung PI die Ausgangsspannung VI, die von einer Spannung ansteigt, die ausreichend niedriger als die Sollspannung VI_TG ist, die Sollspannung VI_TG erreicht, kann die Ausgangsspannung VI über die Sollspannung VI_TG hinaus ansteigen, d.h. es kann ein Überschwingen auftreten. Und während der Betriebszeit der Stromversorgung PI schwankt die Ausgangsspannung VI, die die Sollspannung VI_TG erreicht hat, relativ zur Sollspannung VI_TG , und diese Schwankung wird als Welligkeit bezeichnet. Eine zu große Überschwingung oder Welligkeit der Ausgangsspannung VI stört den normalen Betrieb der Speicherzelle (und führt z. B. zu einem Datenlesefehler). Aus diesem Grund müssen Überschwinger und Welligkeiten in der Ausgangsspannung VI so unterdrückt werden, dass sie hinreichend niedrig sind. Das Gleiche gilt für die Ausgangsspannungen VP und VM. Man beachte jedoch, dass die Ausgangsspannung VM anstelle von Überschwingern auch Unterschwingern ausgesetzt ist. Das heißt, wenn während der Betriebszeit PM die Ausgangsspannung VM von einer Spannung, die ausreichend höher als die Sollspannung VM_TG ist, die Sollspannung VM_TG erreicht, kann die Ausgangsspannung VM über die Sollspannung VM_TG hinaus fallen, d. h. es kann ein Unterschwingen auftreten. Und während der Betriebszeit des Netzteils PM schwankt die Ausgangsspannung VM, die die Sollspannung VM_TG erreicht hat, relativ zur Sollspannung VM_TG , und diese Schwankung wird als Welligkeit bezeichnet. Eine zu große Unterschwingung oder Welligkeit der Ausgangsspannung VM stört den normalen Betrieb der Speicherzelle (und führt z. B. zu einem Datenlesefehler). Aus diesem Grund müssen Unterschwingungen und Welligkeit der Ausgangsspannung VM angemessen niedrig gehalten werden.
Im Speicherblock 2 ist jede Speicherzelle mit einer Vielzahl von MOSFETs einschließlich Floating-Gate-MOSFETs eingerichtet. Wenn der Schreibvorgang durchgeführt wird, werden Schreibspannungen (VI, VP und VM) an die entsprechenden Gates in jeder Speicherzelle angelegt. In jeder Speicherzelle sind die Gates von einer Kapazität (parasitäre Kapazität) begleitet, und diese Kapazität wirkt in Bezug auf die Ausgänge der Stromversorgungsschaltungen 31 bis 33 als Lastkapazität. Die Lastkapazität nimmt proportional zur Speicherkapazität des Speicherblocks 2 zu. Die Speicherkapazität des Speicherblocks 2 entspricht der Gesamtzahl der Speicherzellen im Speicherblock 2 und beträgt z. B. mehrere Kilobit oder mehrere zehn Kilobit.
Die Stromversorgungsschaltungen 31 bis 33 sind vorzugsweise so ausgelegt, dass sie für die Lastkapazität geeignet sind. Wird beispielsweise eine Konfiguration der Stromversorgungsschaltung 31, die für einen Speicherblock 2 mit einer ersten Speicherkapazität ausgelegt ist, auf einen Speicherblock 2 mit einer zweiten Speicherkapazität angewandt, die niedriger ist als die erste Speicherkapazität, kann es zu den oben erwähnten übermäßigen Überschwingungen und Welligkeiten kommen. Das Gleiche gilt für die Stromversorgungsschaltungen 32 und 33. Die erste und zweite Speicherkapazität beträgt z.B. 64 Kilobit bzw. 2 Kilobit.
Anhand einer Vielzahl von praktischen Beispielen werden nun einige spezifische Beispiele für die Konfiguration und den Betrieb der Speichervorrichtung 1 zusammen mit den damit verbundenen angewandten und modifizierten Technologien vorgestellt. Soweit nicht anders angegeben oder wenn nicht widersprüchlich, gilt jede Beschreibung, die oben im Zusammenhang mit der Ausführungsform gegeben wurde, für die im Folgenden vorgestellten praktischen Beispiele. Für jede Beschreibung der praktischen Beispiele, die im Widerspruch zu dem steht, was oben beschrieben wurde, kann die Beschreibung, die im Zusammenhang mit den praktischen Beispielen gegeben wurde, maßgebend sein. Sofern nicht widersprüchlich, gilt jede Beschreibung, die im Zusammenhang mit einem der nachstehend dargestellten praktischen Beispiele gegeben wird, auch für jedes andere praktische Beispiel (d. h. zwei oder mehr der praktischen Beispiele können in Kombination durchgeführt werden).
<< Praxisbeispiel EX_1A >>
Es wird das praktische Beispiel EX_1A beschrieben. 6 ist ein Schaltplan einer Stromversorgungsschaltung 100A gemäß dem Praxisbeispiel EX_1A. Die Stromversorgungsschaltung 100A ist wie die Stromversorgungsschaltung 31 unter der Annahme ausgelegt, dass der Speicherblock 2 eine erste Speicherkapazität (z.B. 64 Kilobit) hat. Wenn man in Betracht zieht, die Speicherkapazität des Speicherblocks 2 von der ersten Speicherkapazität (z. B. 64 Kilobit) auf eine zweite Speicherkapazität (z. B. 2 Kilobit) zu reduzieren, lässt die Stromversorgungsschaltung 100A in einigen Aspekten Raum für Verbesserungen. Der Grund dafür sowie der Aufbau und die Eigenschaften der Stromversorgungsschaltung 100A werden nachstehend durch die Beschreibung des Praxisbeispiels EX_1B verdeutlicht.
<< Praxisbeispiel EX_1B >>
Es wird das praktische Beispiel EX_1B beschrieben. 7 ist ein Schaltplan einer Stromversorgungsschaltung 100B gemäß dem Praxisbeispiel EX_1B. Die Stromversorgungsschaltung 100B ist wie die Stromversorgungsschaltung 31 unter der Annahme aufgebaut, dass der Speicherblock 2 eine zweite Speicherkapazität (z.B. 2 Kilobit) hat. Sofern nicht anders angegeben, ist der im Zusammenhang mit diesem Praxisbeispiel beschriebene Betrieb der Stromversorgungsschaltung 100B der Betrieb der Stromversorgungsschaltung 100B während des Stromversorgungs-Betriebszeitraums PI.
Die Stromversorgungsschaltung 100B umfasst einen Ausgangsspannungsgenerator 101, einen Rückkopplungsspannungsgenerator 102, einen Komparator 105 und einen Wechselrichter 108.
Der Ausgangsspannungsgenerator 101 umfasst eine Ladungspumpenschaltung CP_I. Der Ausgangsspannungsgenerator 101 ist mit einer Netzleitung 111 und einer Ausgangsleitung 112 verbunden. Die Netzleitung 111 wird mit der Versorgungsspannung VCC als Eingangsspannung gespeist.
Der Ausgangsspannungsgenerator 101 betreibt die Ladungspumpenschaltung CP_I, um an der Ausgangsleitung 112 eine Ausgangsspannung VI zu erzeugen, die höher ist als das Massepotential. Der Ausgangsspannungsgenerator 101 kann unter Verwendung der Versorgungsspannung VCC die Ausgangsspannung VI relativ zur Versorgungsspannung VCC erzeugen. Die Versorgungsspannung VCC kann als Versorgungsspannung für einen Treiber (nicht dargestellt) verwendet werden, der die Ladungspumpenschaltung CP_I mit einem Taktsignal speist (in diesem Fall ist die Amplitude des Taktsignals gleich dem Betrag der Versorgungsspannung VCC). Der Rückkopplungsspannungsgenerator 102 ist mit der Ausgangsleitung 112, einer Referenzleitung 113, einer Rückkopplungsleitung 114 und der Masse verbunden und erzeugt an der Rückkopplungsleitung 114 eine Rückkopplungsspannung b1, die der Ausgangsspannung VI entspricht. Der Komparator 105 vergleicht die Rückkopplungsspannung b1 mit einer vorgegebenen Referenzspannung a1, um ein Vergleichsergebnissignal auszugeben, das deren Größenverhältnis widerspiegelt. Der Ausgangsspannungsgenerator 101 schaltet die Ladungspumpenschaltung CP_I anhand des Vergleichsergebnissignals ein oder aus und stabilisiert dadurch die Ausgangsspannung VI auf die Sollspannung VI_TG .
Der Rückkopplungsspannungsgenerator 102 ist wie folgt aufgebaut. Der Rückkopplungsspannungsgenerator 102 umfasst einen ersten Spannungsteiler 103, der zwischen der Ausgangsleitung 112, der die Ausgangsspannung VI zugeführt wird, und der Rückkopplungsleitung 114 angeordnet ist, um eine erste Teilungsspannung zu erzeugen, die der Ausgangsspannung VI entspricht, und einen zweiten Spannungsteiler 104, der zwischen der Rückkopplungsleitung 114 und der Masse angeordnet ist, um eine zweite Teilungsspannung zu erzeugen, die der Ausgangsspannung VI entspricht. Der Rückkopplungsspannungsgenerator 102 erzeugt somit an der Rückkopplungsleitung 114 als Rückkopplungsspannung b1 eine Spannung, die um die erste Teilungsspannung niedriger ist als die Ausgangsspannung VI. Die erste Teilungsspannung, die der Ausgangsspannung VI entspricht, tritt zwischen der Ausgangsleitung 112 und der Rückkopplungsleitung 114 auf und entspricht dem Potenzial an der Ausgangsleitung 112 im Verhältnis zum Potenzial an der Rückkopplungsleitung 114 (d. h. der Spannungsdifferenz (VI - b1)). Die zweite Teilungsspannung, die der Ausgangsspannung VI entspricht, tritt zwischen der Rückkopplungsleitung 114 und Masse auf und entspricht dem Potenzial auf der Rückkopplungsleitung 114 im Verhältnis zum Massepotenzial (d. h. die Rückkopplungsspannung b1). Die Ausgangsspannung VI entspricht der Summe aus der ersten und der zweiten Teilungsspannung.
Der erste Spannungsteiler 103 umfasst eine Schaltung (DC-Durchlassschaltung) 121, die die Gleichstromkomponente des Stroms zwischen der Ausgangsleitung 112 und der Rückkopplungsleitung 114 durchlässt, und ein kapazitives Rückkopplungselement 122, das parallel zu der Schaltung 121 geschaltet ist. Die Schaltung 121 ist zwischen der Ausgangsleitung 112 und der Rückkopplungsleitung 114 angeordnet.
Im Konfigurationsbeispiel in 7 ist die Schaltung 121 eine Reihenschaltung aus einer Vielzahl von Dioden, und die Durchlassrichtung jeder Diode in der Schaltung 121 zeigt von der Ausgangsleitung 112 zur Rückkopplungsleitung 114. Die Dioden in der Schaltung 121 sind jeweils als diodenverbundene MOSFETs eingerichtet. Das heißt, die Schaltung 121 besteht aus einer Vielzahl von Transistoren 121a, von denen jeder ein N-Kanal-MOSFET ist, wobei bei jedem Transistor 121a Drain und Gate miteinander verbunden sind (so dass jeder Transistor 121a als Diode funktioniert). Bei jedem Transistor 121a ist das Back-Gate mit der Source verbunden. In einem Fall, in dem die Schaltung 121 aus einem ersten bis zu einem n_I-ten Transistor 121a besteht (wobei n_I eine beliebige ganze Zahl von zwei oder mehr ist), ist der Drain des ersten Transistors 121a mit der Ausgangsleitung 112 verbunden, die Source des n_I-ten Transistors 121a ist mit der Rückkopplungsleitung 114 verbunden, und die Source des i-ten Transistors 121a und der Drain des (i+l)-ten Transistors 121a sind miteinander verbunden (wobei i eine beliebige ganze Zahl ist, die 1 ≤ i ≤ (n_I - 1) erfüllt). Während in dem Konfigurationsbeispiel in 7 vier Transistoren 121a in Reihe geschaltet sind (d. h. n_I = 4), kann die Schaltung 121 eine beliebige Anzahl von in Reihe geschalteten Transistoren 121a aufweisen. Bei der Schaltung 121 kann es sich um eine beliebige Schaltung handeln, die die Gleichstromkomponente des Stroms zwischen der Ausgangsleitung 112 und der Rückkopplungsleitung 114 durchlässt und die zwischen der Ausgangsleitung 112 und der Rückkopplungsleitung 114 als Gleichstromkomponente der ersten Teilungsspannung eine Spannung erzeugt, die der Gleichstromkomponente dieses Stroms entspricht.
Das kapazitive Rückkopplungselement 122, das parallel zur Schaltung 121 geschaltet ist, besteht aus einem Transistor in Form eines P-Kanal-MOSFET. Der Transistor, der als kapazitives Rückkopplungselement 122 dient, ist mit Drain, Source und Back-Gate an die Ausgangsleitung 112 und mit dem Gate an die Rückkopplungsleitung 114 angeschlossen, so dass der Transistor als kapazitives Element funktioniert. Das kapazitive Rückkopplungselement 122 kann jedoch jede Art von kapazitivem Element sein, z. B. ein kapazitives Element mit einer MOM-Struktur (Metall-Oxid-Metall) oder einer MIM-Struktur (Metall-Isolator-Metall).
Der zweite Spannungsteiler 104 umfasst die Transistoren 123 bis 125. Die Transistoren 123 bis 125 sind jeweils ein N-Kanal-MOSFET. Der Transistor 123 wird speziell als der bestimmte Transistor 123 bezeichnet. Der Drain des bestimmten Transistors 123 und der Drain des Transistors 125 sind beide mit der Rückkopplungsleitung 114 verbunden. Das Gate des Transistors 123 ist mit der Referenzleitung 113 verbunden. Die Referenzleitung 113 wird mit einer vorgegebenen Referenzspannung a1 gespeist. Die Referenzspannung a1 hat einen positiven Gleichspannungswert (z. B. 0,964 V). Die Stromversorgungsschaltung 100B umfasst einen Puffer 151. Der Eingangsanschluss des Puffers 151 wird mit der Referenzspannung VREF_I gespeist und der Ausgangsanschluss des Puffers 151 ist mit der Referenzleitung 113 verbunden, so dass eine Referenzspannung a1 mit einem Spannungswert, der im Wesentlichen dem der Referenzspannung VREF_I entspricht, an die Referenzleitung 113 angelegt wird. Der Puffer 151 kann als Bestandteil der Schaltung zur Erzeugung der Referenzspannung 37 in 2 verstanden werden. Die Referenzspannung VREF_I und die Referenzspannung a1 sind niedriger als die Versorgungsspannung VCC.
Die Source und das Back-Gate des Transistors 123 sind mit dem Drain des Transistors 124 verbunden. Die Source und das Back-Gate des Transistors 124 sind mit der Masse verbunden. Die Stromversorgungsschaltung 100B umfasst einen Wechselrichter 152. Der Wechselrichter 152 speist das Inversionssignal eines Ein/Aus-Steuersignals CNT_I von der Leistungssteuerungsschaltung 38 (siehe 2) in das Gate des Transistors 124 ein. Die Leistungssteuerungsschaltung 38 steuert das Gate-Potential des Transistors 124 mit Hilfe des Wechselrichters 152 so, dass der Transistor 124 während des Stromversorgungs-Betriebszeitraums PI eingeschaltet ist und außerhalb des Stromversorgungs-Betriebszeitraums PI ausgeschaltet ist. Das Gate, die Source und das Back-Gate des Transistors 125 sind mit Masse verbunden. Somit fungiert der Transistor 125 als ein kapazitives Element, das zwischen der Rückkopplungsleitung 114 und Masse eingefügt ist. Im Rückkopplungsspannungsgenerator 102, der wie oben beschrieben eingerichtet ist, empfängt der bestimmte Transistor 123 seinen Drain-Strom von der Ausgangsleitung 112 über den ersten Spannungsteiler 103.
Der Komparator 105 umfasst die Transistoren 131 bis 136, 141 und 142. Der Wechselrichter 108 umfasst die Transistoren 143 bis 146. Der Komparator 105 hat eine Differenzeingangsstufe 106 und eine Ausgangsstufe 107. Die Transistoren 131 bis 135 bilden die Differenzeingangsstufe 106 und die Transistoren 141 und 142 bilden die Ausgangsstufe 107. Zu den Bauteilen des Komparators 105 gehört auch ein Transistor 137. Zu den Bauteilen der Referenzstromquelle 37 in 2 gehört eine Stromquelle 138. Die Transistoren 133, 134, 136, 141, 143 und 144 sind N-Kanal-MOSFETs und die Transistoren 131, 132, 135, 137, 142, 145 und 146 sind P-Kanal-MOSFETs.
Die Sources und Back-Gates der Transistoren 135, 137, 142, 145 und 146 sind mit der Stromleitung 111 verbunden, um die Versorgungsspannung VCC zu erhalten. Gate und Drain des Transistors 137 und die Gates der Transistoren 135 und 142 sind an einem vorgegebenen Knotenpunkt miteinander verbunden. Die Stromquelle 138 erzeugt einen konstanten Strom I1, der von dem gerade erwähnten vorbestimmten Knoten, an den das Gate des Transistors 137 usw. angeschlossen ist, zur Masse fließt. Der Konstantstrom I1 wirkt als Drainstrom des Transistors 137. Die Transistoren 137, 135 und 142 bilden derart eine Stromspiegelschaltung, dass ein zum Drainstrom des Transistors 137 proportionaler Strom (daher der konstante Strom I1) als Drainstrom des Transistors 135 und ein anderer zum Drainstrom des Transistors 137 proportionaler Strom (daher der konstante Strom I1) als Drainstrom des Transistors 142 fließt.
Die Transistoren 131 und 132 haben eine gemeinsame Struktur und gemeinsame Eigenschaften, und die Transistoren 131 und 132 bilden ein Differenzeingangspaar in der Differenzeingangsstufe 106. Das Gate des Transistors 131 ist mit der Referenzleitung 113 verbunden, um die Referenzspannung a1 zu empfangen, und das Gate des Transistors 132 ist mit der Rückkopplungsleitung 114 verbunden, um die Rückkopplungsspannung b1 zu empfangen. Die Sources der Transistoren 131 und 132 sind mit dem Drain des Transistors 135 verbunden, und die Back-Gates der Transistoren 131 und 132 sind mit der Leistungsleitung 111 verbunden. Der Drain des Transistors 131, der Drain und das Gate des Transistors 133 und das Gate des Transistors 134 sind miteinander verbunden. Die Sources und Back-Gates der Transistoren 133 und 134 sind mit Masse verbunden. Die Drains der Transistoren 132 und 134 sind an einem Knotenpunkt 115 miteinander verbunden.
An den Knoten 115 sind auch das Gate und die erste Elektrode des Transistors 136 sowie das Gate des Transistors 141 angeschlossen. Die zweite Elektrode des Transistors 136 ist mit einem Knotenpunkt 116 verbunden, und das Back-Gate des Transistors 136 ist mit der Masse verbunden. Von der ersten und zweiten Elektrode des Transistors 136 ist eine der Drain und die andere die Source. Von der ersten und zweiten Elektrode des Transistors 136 fungiert diejenige, an die eine höhere Spannung angelegt wird, als Drain und die andere als Source. Zumindest während eines Zeitraums, in dem der Transistor 141 eingeschaltet ist, fungiert die erste Elektrode des Transistors 136 (diejenige, die mit dem Knoten 115 verbunden ist) als Drain. Mit dem Knoten 116 sind auch die Drains der Transistoren 141 und 142 und die Gates der Transistoren 143 und 145 verbunden. Die Source und das Back-Gate des Transistors 141 sind mit Masse verbunden.
Die Drains der Transistoren 145 und 146 und der Drain des Transistors 143 sind an einem Knotenpunkt 117 miteinander verbunden. Die Source des Transistors 143 ist mit dem Drain des Transistors 144 verbunden, und die Source des Transistors 144 ist mit der Masse verbunden. Die Back-Gates der Transistoren 143 und 144 sind mit der Masse verbunden. Das Gate des Transistors 144 wird mit einer vorbestimmten Vorspannung aus einer nicht dargestellten Schaltung gespeist. Das Gate des Transistors 146 wird mit einer anderen vorgegebenen Vorspannung aus einer nicht dargestellten Schaltung gespeist.
Die Stromversorgungsschaltung 100B umfasst ferner die Transistoren 153 und 154. Bei den Transistoren 153 und 154 handelt es sich jeweils um einen N-Kanal-MOSFET. Der Drain des Transistors 153 ist mit der Ausgangsleitung 112 verbunden, und das Gate des Transistors 153 wird mit der Spannung VP gespeist. Ist also die Spannung VP ausreichend höher ist als die Spannung VI an der Ausgangsleitung 112, so ist der Transistor 153 eingeschaltet und die Spannung VI an der Ausgangsleitung 112 liegt an der Source des Transistors 153 an (zumindest während des oben erwähnten spannungsstabilisierten Zeitraums ist der Transistor 153 eingeschaltet). In Wirklichkeit wird die Spannung VI an der Source des Transistors 153 dem Speicherblock 2 zugeführt. Der Speicherblock 2 muss mit Spannungen VP und VI versorgt werden, die VP > VI erfüllen, und um diesen Bedarf zu decken, ist der Transistor 153 vorgesehen. Ist eine Umkehrung des Größenverhältnisses zwischen den Spannungen VP und IV nicht möglich (d. h. VP < VI), so kann der Transistor 153 derart weggelassen werden, dass die Spannung VI auf der Ausgangsleitung 112 direkt dem Speicherblock 2 zugeführt wird. Der Transistor 154 ist mit seinem Drain, Source und Back-Gate an Masse und mit seinem Gate an die Ausgangsleitung 112 angeschlossen. Somit fungiert der Transistor 154 als kapazitives Element, das zwischen der Ausgangsleitung 112 und der Masse eingefügt ist. Der Transistor 154 kann auch weggelassen werden.
Im Folgenden wird der Betrieb der Stromversorgungsschaltung 100B beschrieben. Wie oben beschrieben, wird die Rückkopplungsleitung 114 mit der Rückkopplungsspannung b1 gespeist, die der Ausgangsspannung VI entspricht, und die Rückkopplungsspannung b1 wird mit der Referenzspannung a1 im Komparator 105 verglichen. Als Signale, die das Vergleichsergebnis widerspiegeln, erscheinen ein Differenzsignal c1 am Knoten 115, ein Vergleichsergebnissignal d1 am Knoten 116 und ein invertiertes Vergleichsergebnissignal e1 am Knoten 117. Die Referenzspannung VREF_I und die Schaltungselemente innerhalb der Stromversorgungsschaltung 100B sind so ausgelegt, dass, solange die Rückkopplungsspannung b1 gleich der Referenzspannung a1 ist, die Ausgangsspannung VI im Wesentlichen gleich der Sollspannung VI_TG ist.
Die Differenzeingangsstufe 106 empfängt am Differenzeingangspaar (131 und 132) die Referenzspannung a1 und die Rückkopplungsspannung b1 und erzeugt am Knoten 115 das Differenzsignal c1, das der Differenz zwischen der Referenzspannung a1 und der Rückkopplungsspannung b1 entspricht. Ist die Rückkopplungsspannung b1 niedriger als die Bezugsspannung a1, so steigt der Pegel (das Potential) des Differenzsignals c1, wenn der Absolutwert der Differenz zwischen den Spannungen a1 und b1 zunimmt; ist die Rückkopplungsspannung b1 höher als die Bezugsspannung a1, so fällt der Pegel (das Potential) des Differenzsignals c1, wenn der Absolutwert der Differenz zwischen den Spannungen a1 und b1 zunimmt. Man beachte jedoch, dass der obere und der untere Grenzwert des Variationsbereichs des Differenzsignals c1 jeweils ein vorbestimmter positiver Pegel ist, der niedriger als die Versorgungsspannung VCC und der Massepegel ist.
Die Ausgangsstufe 107 schaltet den Transistor 141 entsprechend dem Pegel des Differenzsignals c1 ein oder aus, um dadurch das Differenzsignal c1 zu binarisieren, und erzeugt am Knoten 116 als Vergleichsergebnissignal d1 ein aus der Binarisierung resultierendes Signal (ein das Differenzsignal c1 widerspiegelndes Binärsignal). Das Vergleichsergebnissignal d1 ist ein Binärsignal, das grundsätzlich entweder einen hohen oder einen niedrigen Pegel annimmt, außer wenn die Rückkopplungsspannung b1 und die Referenzspannung a1 gerade gleich sind. Wenn der Pegel des Differenzsignals c1 ansteigt, bis der Pegel des Differenzsignals c1 höher wird als die Gate-Schwellenspannung des Transistors 141, schaltet sich der Transistor 141 ein und das Vergleichsergebnissignal d1 geht auf einen niedrigen Pegel über. Wenn der Pegel des Differenzsignals c1 fällt, bis der Pegel des Differenzsignals c1 niedriger als die Gate-Schwellenspannung des Transistors 141 wird, schaltet sich der Transistor 141 aus, und das Vergleichsergebnissignal d1 geht auf einen hohen Pegel über. Somit zeigt ein Vergleichsergebnissignal d1 mit niedrigem Pegel an, dass die Rückkopplungsspannung b1 niedriger ist als die Referenzspannung a1, und ein Vergleichsergebnissignal d1 mit hohem Pegel zeigt an, dass die Rückkopplungsspannung b1 höher ist als die Referenzspannung a1. Der Transistor 136 fungiert als Klemmelement, das die Amplitude des Differenzsignals c1 begrenzt. Die Funktion des Transistors 136 wird später im Detail beschrieben.
Der Wechselrichter 108 erzeugt an dem Knoten 117 das invertierte Vergleichsergebnissignal e1, das das Invertierungssignal des Vergleichsergebnissignals d1 ist. Wenn das Vergleichsergebnissignal d1 einen hohen Pegel hat, hat das invertierte Vergleichsergebnissignal e1 einen niedrigen Pegel; wenn das Vergleichsergebnissignal d1 einen niedrigen Pegel hat, hat das invertierte Vergleichsergebnissignal e1 einen hohen Pegel. Der Hochpegel (hohe Pegel) der Signale d1 und e1 entspricht im Wesentlichen dem Pegel der Versorgungsspannung VCC, und der Niedrigpegel (niedrige Pegel) der Signale d1 und e1 entspricht im Wesentlichen dem Massepegel. Während hier das Signal d1 als dem Ausgangssignal des Komparators 105 entsprechend aufgefasst wird, kann stattdessen das Signal e1 als dem Ausgangssignal des Komparators 105 entsprechend aufgefasst werden (in diesem Fall wird davon ausgegangen, dass der Wechselrichter 108 zu den Komponenten des Komparators 105 gehört).
Das invertierte Vergleichsergebnissignal e1 wird dem Ausgangsspannungsgenerator 101 zugeführt. Basierend auf dem invertierten Vergleichsergebnissignal e1 macht der Ausgangsspannungsgenerator 101 die Ladungspumpenschaltung CP_I betriebsbereit oder nicht betriebsbereit. Insbesondere hält der Ausgangsspannungsgenerator 101 während des Hochpegelzeitraums des invertierten Vergleichsergebnissignals e1 die Ladungspumpenschaltung CP_I in Betrieb und während des Niedrigpegelzeitraums des invertierten Vergleichsergebnissignals e1 hält der Ausgangsspannungsgenerator 101 die Ladungspumpenschaltung CP_I außer Betrieb. Stattdessen kann das Vergleichsergebnissignal d1 dem Ausgangsspannungsgenerator 101 zugeführt werden. In diesem Fall kann der Wechselrichter 108 weggelassen werden; die Ladungspumpenschaltung CP_I kann während des Niedrigpegelzeitraums des Vergleichsergebnissignals d1 in Betrieb und während des Hochpegelzeitraums des Vergleichsergebnissignals d1 außer Betrieb gehalten werden.
Der Zeitraum, in dem die Ladungspumpenschaltung CP_I in Betrieb ist, wird als Betriebszeitraum der Ladungspumpenschaltung CP_I bezeichnet, und der Zeitraum, in dem die Ladungspumpenschaltung CP_I nicht in Betrieb ist, wird als Nichtbetriebszeitraum der Ladungspumpenschaltung CP_I bezeichnet. Die Ladungspumpenschaltung CP_I kann als Dioden-Ladungspumpenschaltung eingerichtet werden, die aus einer Vielzahl von Dioden und einem oder mehreren Kondensatoren besteht, und diese Dioden-Ladungspumpenschaltung kann zwischen der Stromleitung 111 und der Ausgangsleitung 112 eingefügt werden. Dabei zeigt die Durchlassrichtung jeder Diode in der Ladungspumpenschaltung CP_I von der Stromleitung 111 zur Ausgangsleitung 112. Jede Diode in der Ladungspumpenschaltung CP_I kann mit einem diodengeschalteten MOSFET eingerichtet werden. Da der Aufbau einer Ladungspumpenschaltung allgemein bekannt ist, wird auf eine spezielle Abbildung oder Beschreibung ihres internen Aufbaus verzichtet.
Während des Betriebszeitraums der Ladungspumpenschaltung CP_I, die dem Niedrigpegelzeitraum des Vergleichsergebnissignals d1 entspricht, wird das Taktsignal von der Oszillationsschaltung 35 (siehe 2) der Ladungspumpenschaltung CP_I zugeführt; somit wird synchron mit dem Taktsignal eine positive Ladung von der Stromleitung 111 derart über jede Diode in der Ladungspumpenschaltung CP_I der Ausgangsleitung 112 zugeführt, dass die Ausgangsspannung VI steigt. Während des Nichtbetriebszeitrums der Ladungspumpenschaltung CP_I wird die Zufuhr der positiven Ladung zur Ausgangsleitung 112 unterbrochen, und die Ausgangsspannung VI fällt allmählich aufgrund eines Leckstroms und dergleichen in den Schaltungselementen, die mit der Ausgangsspannung VI versorgt werden (einschließlich eines Stroms durch den Rückkopplungsspannungsgenerator 102).
Nun werden die Unterschiede zwischen der Stromversorgungsschaltung 100A in 6 und der Stromversorgungsschaltung 100B in 7 beschrieben. Die Hauptunterschiede zwischen den Stromversorgungsschaltungen 100A und 100B umfassen einen ersten bis achten Unterschied DIF_I, die im Folgenden beschrieben wird. Man beachte, dass die beiden Spannungen und die drei Signale in der Stromversorgungsschaltung 100A in 6, die den Spannungen a1 und b1 und den Signalen c1, d1 und e1 in der Stromversorgungsschaltung 100B in 7 entsprechen, durch die Symbole a1', b1', c1', d1' bzw. e1' gekennzeichnet werden.
Der erste Unterschied DIF _I: Von den Stromversorgungsschaltungen 100A und 100B enthält nur die Stromversorgungsschaltung 100B das kapazitive Rückkopplungselement 122. Aufgrund des ersten Unterschieds DIF_I wird in der Stromversorgungsschaltung 100B im Vergleich zur Stromversorgungsschaltung 100A eine Änderung der Ausgangsspannung VI schneller an die Rückkopplungsleitung 114 weitergeleitet. Somit können im Vergleich zur Stromversorgungsschaltung 100A in der Stromversorgungsschaltung 100B Überschwinger und Welligkeiten in der Ausgangsspannung VI effektiver reduziert werden.
Der zweite Unterschied DIF _I: das Gate des bestimmten Transistors 123 ist in der Stromversorgungsschaltung 100A in 6 mit der Rückkopplungsleitung 114 und in der Stromversorgungsschaltung 100B in 7 mit der Referenzleitung 113 verbunden. In der Konfiguration der Stromversorgungsschaltung 100A in 6 teilen die Serienschaltung der mehreren Transistoren 121a und die Serienschaltung der Transistoren 123 und 124 nicht nur die Gleichstromkomponente der Ausgangsspannung VI, sondern auch deren Wechselstromkomponente. Im Gegensatz dazu wird in der Konfiguration der Stromversorgungsschaltung 100B in 7 durch die Änderung des Ziels, mit dem das Gate des bestimmten Transistors 123 verbunden ist, die Wechselstromkomponente der Ausgangsspannung VI direkt an die Rückkopplungsleitung 114 übertragen. Infolgedessen können in der Stromversorgungsschaltung 100B, verglichen mit der Stromversorgungsschaltung 100A, Überschwinger und Welligkeiten in der Ausgangsspannung VI reduziert werden.
Der dritte Unterschied DIF _I: von den Stromversorgungsschaltungen 100A und 100B enthält nur die Stromversorgungsschaltung 100B den Transistor 136. In der Stromversorgungsschaltung 100B ist aufgrund des Transistors 136 der obere Grenzpegel des Variationsbereichs des Differenzsignals c1 auf einen Pegel begrenzt, der eine sehr kleine Spannung höher als die Gate-Schwellenspannung des Transistors 136 ist. Beträgt die Gate-Schwellenspannung des Transistors 136 beispielsweise 1,0 V, so steigt der Pegel des Differenzsignals c1 auf nicht mehr als etwa 1,1 V an. Der untere Grenzwert des Variationsbereichs des Differenzsignals c1 hängt von den Eigenschaften der Differenzeingangsstufe 106 ab und hat einen ausreichend niedrigen positiven Spannungswert in der Nähe von 0 V. Somit fungiert der Transistor 136 als Klemmelement, das die Amplitude des Differenzsignals c1 begrenzt. Dieses Klemmelement ist ein Gleichrichterelement, dessen Durchlassrichtung vom Knoten 115 zum Knoten 116 zeigt und in 7 mit einem als Diode geschalteten Transistor 136 eingerichtet ist. Das Klemmelement kann jedoch mit einer beliebigen Diode eingerichtet werden. Um den Spiegeleffekt zu minimieren, kann der Transistor 136 mit möglichst kleinen Abmessungen (Gate-Breite und Gate-Länge) versehen werden.
Auch der vierte bis achte Unterschied DIF_I, obwohl aus den 6 und 7 nicht klar ersichtlich, wird nun beschrieben. Der vierte Unterschied DIF_I: Im Vergleich zur Stromversorgungsschaltung 100A wird in der Stromversorgungsschaltung 100B der Transistor 125 mit einer reduzierten Gate-Breite und einer reduzierten Gate-Länge versehen. Ziel ist es, die Verzögerung bei der Übertragung der Änderung der Ausgangsspannung VI an die Rückkopplungsleitung 114 zu verringern.
Der fünfte Unterschied DIF_I: Im Vergleich zur Stromversorgungsschaltung 100A wird in der Stromversorgungsschaltung 100B die Eingangskapazität des differentiellen Eingangspaares (131 und 132) dadurch verringert, dass die Transistoren 131 und 132 geringere Gate-Breiten erhalten.
Der sechste Unterschied DIF_I: Im Vergleich zur Stromversorgungsschaltung 100A werden in der Stromversorgungsschaltung 100B, um die Änderung der Größe des Differenzeingangspaares (131 und 132) zu berücksichtigen, die Transistoren 133 und 134 mit verringerten Gate-Breiten und erhöhten Gate-Längen versehen. Entsprechend der Änderung der Größe des Differenzeingangspaars (131 und 132) hat die Differenzeingangsstufe 106 einen höheren Ausgangswiderstand, was zu einer höheren Verstärkung in der Differenzeingangsstufe 106 führt.
Der siebte Unterschied DIF _I: Im Vergleich zur Stromversorgungsschaltung 100A wird in der Stromversorgungsschaltung 100B der Konstantstrom I1 und damit der Drainstrom im Transistor 137 reduziert; außerdem erhalten die Transistoren 137, 135 und 142 reduzierte Gate-Breiten. Dementsprechend sind in der Stromversorgungsschaltung 100B im Vergleich zur Stromversorgungsschaltung 100A auch die Drain-Ströme durch die Transistoren 135 und 142 reduziert.
Achter Unterschied DIF_I: Im Vergleich zur Stromversorgungsschaltung 100A wird in der Stromversorgungsschaltung 100B die Steilheit der Endstufe 107 dadurch erhöht, dass der Transistor 141 eine reduzierte Gatebreite und eine reduzierte Gatelänge erhält.
8A zeigt die Signalverläufe an relevanten Punkten in der Stromversorgungsschaltung 100A, und 8B zeigt die Signalverläufe an relevanten Punkten in der Stromversorgungsschaltung 100B. In 8A sind die Wellenformen 171, 172, 173, 174 und 175 jeweils die Wellenformen der Ausgangsspannung VI, der Rückkopplungsspannung b1', des Differenzsignals c1', des Vergleichsergebnissignals d1' und des invertierten Vergleichsergebnissignals e1' in der Stromversorgungsschaltung 100A. In 8B sind die Wellenformen 181, 182, 183, 184 und 185 jeweils die Wellenformen der Ausgangsspannung VI, der Rückkopplungsspannung b1, des Differenzsignals c1, des Vergleichsergebnissignals d1 und des invertierten Vergleichsergebnissignals e1 in der Stromversorgungsschaltung 100B. Die Wellenformen 171 bis 175 und 181 bis 185 wurden in einer Simulation unter der Bedingung beobachtet, dass der Speicherblock 2 die zweite Speicherkapazität (z.B. 2 Kilobit) hatte. Bei der Simulation wurde die Versorgungsspannung VCC mit 5 V angenommen.
Wie in 8A gezeigt, steigt in der Stromversorgungsschaltung 100A nach dem Beginn des Stromversorgungsbetriebszeitraums PI die Ausgangsspannung VI von einer ausreichend niedrigen Spannung in Richtung der Sollspannung VI_TG (z.B. 5 V) an und erreicht die Sollspannung VI_TG erst zum Zeitpunkt t_I1 . Während die Ausgangsspannung VI ansteigt, steigt auch die Rückkopplungsspannung b1' in Richtung der Referenzspannung a1' an. In der Stromversorgungsschaltung 100A ist jedoch aufgrund einer großen Verzögerung bei der Übertragung der Änderung der Ausgangsspannung VI an die Rückkopplungsleitung 114 zum Zeitpunkt t_I1 die Rückkopplungsspannung b1' deutlich niedriger als die Referenzspannung a1' und erreicht die Referenzspannung a1' erst einige Zeit später, zum Zeitpunkt t_I2 . In der Stromversorgungsschaltung 100A beginnt das Differenzsignal c1' etwa zum Zeitpunkt t_I2 vom oberen Grenzwert c1'_UL seines Änderungsbereichs zu fallen. Nach dem Zeitpunkt t_I3 , zu dem der Pegel des Differenzsignals c1' auf oder unter die Gate-Schwellenspannung Vth des Transistors 141 gefallen ist, kehren sich die Pegel der Signale d1' und e1' um, und die Ladungspumpenschaltung CP_I stellt ihren Betrieb ein (d. h., die Ladungspumpenschaltung CP_I wird vom Betriebszustand in den Ruhezustand umgeschaltet). Vom Zeitpunkt t_I1 über die Zeitpunkte t_I2 und t_I3 bis zur Beendigung des Betriebs der Ladungspumpenschaltung CP_I steigt die Ausgangsspannung VI weiter an, was eine große Überschwingung verursacht.
Im Gegensatz dazu wird in der Stromversorgungsschaltung 100B die Wechselstromkomponente der Ausgangsspannung VI schneller und vollständiger als in der Stromversorgungsschaltung 100A auf die Rückkopplungsleitung 114 übertragen, so dass die Rückkopplungsspannung b1 die Referenzspannung a1 erreicht, während die Ausgangsspannung VI noch von einer ausreichend niedrigen Spannung in Richtung der Sollspannung VI_TG ansteigt. Danach wird durch die Wiederholung der Umkehrung der Pegel der Signale c1, d1 und e1 infolge der Verschiebung von „al > b1“ zu „al < b1“ und der Einstellung des Betriebs der Ladungspumpenschaltung CP_I und infolge der Verschiebung von „al < b1“ zu „a1 > b1“, die Signale c1, d1 und e1 ihre Pegel umkehren und die Ladungspumpenschaltung CP_I ihren Betrieb wieder aufnimmt, erreicht die Ausgangsspannung VI die Sollspannung VI_TG . Dieser Vorgang hält die Überschwinger klein.
Außerdem bleibt in der Stromversorgungsschaltung 100B aufgrund des Transistors 136 (Klemmelement) der obere Grenzpegel c1_UL des Variationsbereichs des Differenzsignals c1 auf einem Pegel, der nur geringfügig höher ist als die Gate-Schwellenspannung Vth des Transistors 141. Zumindest der obere Grenzpegel c1_UL (z.B. 1,1 V) ist niedriger als der obere Grenzpegel c1'_UL (z.B. 2,5 V) in der Stromversorgungsschaltung 100A. Dementsprechend ist die Zeit, die nach dem Wechsel von „al > b1“ zu „al < b1“ vergeht, bis der Pegel des Differenzsignals c1 unter die Gate-Schwellenspannung Vth fällt, wesentlich kürzer als in der Stromversorgungsschaltung 100A. Folglich ist die Verzögerungszeit nach dem Wechsel von „al > b1“ zu „a1 < b1“ bis zur Einstellung des Betriebs der Ladungspumpenschaltung CP_I kürzer. Dies trägt zur Verringerung von Überschwingern in der Ausgangsspannung VI bei.
In der Stromversorgungsschaltung 100B werden, selbst nachdem die Ausgangsspannung VI die Sollspannung VI_TG erreicht hat, aufgrund der Tatsache, dass die Wechselstromkomponente der Ausgangsspannung VI schneller und vollständiger als in der Stromversorgungsschaltung 100A auf die Rückkopplungsleitung 114 übertragen wird, und aufgrund des Transistors 136 (Klemmelement) die Welligkeit der Ausgangsspannung VI gering gehalten.
<< Praxisbeispiel EX_2A >>
Es wird das Praxisbeispiel EX_2A beschrieben. 9 ist ein Schaltplan einer Stromversorgungsschaltung 200A gemäß dem Praxisbeispiel EX_2A. Die Stromversorgungsschaltung 200A ist wie die Stromversorgungsschaltung 32 unter der Annahme ausgelegt, dass der Speicherblock 2 eine erste Speicherkapazität (z.B. 64 Kilobit) hat. Wenn man in Betracht zieht, die Speicherkapazität des Speicherblocks 2 von der ersten Speicherkapazität (z. B. 64 Kilobit) auf eine zweite Speicherkapazität (z. B. 2 Kilobit) zu reduzieren, lässt die Stromversorgungsschaltung 200A in einigen Aspekten Raum für Verbesserungen. Der Grund dafür sowie der Aufbau und die Eigenschaften der Stromversorgungsschaltung 200A werden nachstehend durch die Beschreibung des Praxisbeispiels EX_2B verdeutlicht.
<< Praxisbeispiel EX_2B >>
Es wird das Praxisbeispiel EX_2B beschrieben. 10 ist ein Schaltplan einer Stromversorgungsschaltung 200B gemäß dem Praxisbeispiel EX_2B. Die Stromversorgungsschaltung 200B ist wie die Stromversorgungsschaltung 32 unter der Annahme aufgebaut, dass der Speicherblock 2 eine zweite Speicherkapazität (z.B. 2 Kilobit) hat. Wendet man auf die Stromversorgungsschaltung 200A in 9 ähnliche Modifikationen wie auf die Stromversorgungsschaltung 100A in 6 an, um die Stromversorgungsschaltung 100B in 7 zu erhalten, erhält man die Stromversorgungsschaltung 200B in 10. Sofern nicht anders angegeben, ist der im Zusammenhang mit diesem praktischen Beispiel beschriebene Betrieb der Stromversorgungsschaltung 200B der Betrieb der Stromversorgungsschaltung 200B während des Stromversorgungs-Betriebszeitraums PP.
Die Stromversorgungsschaltung 200B umfasst einen Ausgangsspannungsgenerator 201, einen Rückkopplungsspannungsgenerator 202, einen Komparator 205 und einen Wechselrichter 208.
Der Ausgangsspannungsgenerator 201 umfasst eine Ladungspumpenschaltung CP_P. Der Ausgangsspannungsgenerator 201 ist mit einer Netzleitung 211 und einer Ausgangsleitung 212 verbunden. Die Netzleitung 211 wird mit der Versorgungsspannung VCC als Eingangsspannung gespeist.
Der Ausgangsspannungsgenerator 201 betreibt die Ladungspumpenschaltung CP_P, um an der Ausgangsleitung 212 eine Ausgangsspannung VP zu erzeugen, die höher ist als das Massepotential. Der Ausgangsspannungsgenerator 201 kann unter Verwendung der Versorgungsspannung VCC die Ausgangsspannung VP relativ zur Versorgungsspannung VCC erzeugen. Die Versorgungsspannung VCC kann als Versorgungsspannung für einen Treiber (nicht dargestellt) verwendet werden, der die Ladungspumpenschaltung CP_P mit einem Taktsignal speist (in diesem Fall ist die Amplitude des Taktsignals gleich dem Betrag der Versorgungsspannung VCC). Der Rückkopplungsspannungsgenerator 202 ist mit der Ausgangsleitung 212, einer Referenzleitung 213, einer Rückkopplungsleitung 214 und der Masse verbunden und erzeugt an der Rückkopplungsleitung 214 eine Rückkopplungsspannung b2, die der Ausgangsspannung VP entspricht. Der Komparator 205 vergleicht die Rückkopplungsspannung b2 mit einer vorgegebenen Referenzspannung a2, um ein Vergleichsergebnissignal auszugeben, das deren Größenverhältnis widerspiegelt. Der Ausgangsspannungsgenerator 201 schaltet die Ladungspumpenschaltung CP_P anhand des Vergleichsergebnissignals ein oder aus und stabilisiert dadurch die Ausgangsspannung VP auf die Sollspannung VP_TG .
Der Rückkopplungsspannungsgenerator 202 ist wie folgt aufgebaut. Der Rückkopplungsspannungsgenerator 202 umfasst einen ersten Spannungsteiler 203, der zwischen der Ausgangsleitung 212, in die die Ausgangsspannung VP eingespeist wird, und der Rückkopplungsleitung 214 angeordnet ist, um eine erste Teilungsspannung zu erzeugen, die der Ausgangsspannung VP entspricht, und einen zweiten Spannungsteiler 204, der zwischen der Rückkopplungsleitung 214 und Masse angeordnet ist, um eine zweite Teilungsspannung zu erzeugen, die der Ausgangsspannung VP entspricht. Der Rückkopplungsspannungsgenerator 202 erzeugt somit an der Rückkopplungsleitung 214 als Rückkopplungsspannung b2 eine Spannung, die um die erste Teilungsspannung niedriger ist als die Ausgangsspannung VP. Die der Ausgangsspannung VP entsprechende erste Teilungsspannung tritt zwischen der Ausgangsleitung 212 und der Rückkopplungsleitung 214 auf und entspricht dem Potenzial an der Ausgangsleitung 212 im Verhältnis zum Potenzial an der Rückkopplungsleitung 214 (d. h. der Spannungsdifferenz (VP - b2)). Die zweite Teilungsspannung, die der Ausgangsspannung VP entspricht, tritt zwischen der Rückkopplungsleitung 214 und der Masse auf und entspricht dem Potenzial auf der Rückkopplungsleitung 214 im Verhältnis zum Massepotenzial (d. h. der Rückkopplungsspannung b2). Die Ausgangsspannung VP entspricht der Summe aus der ersten und der zweiten Teilungsspannung.
Der erste Spannungsteiler 203 umfasst eine Schaltung (DC-Durchlassschaltung) 221, die die Gleichstromkomponente des Stroms zwischen der Ausgangsleitung 212 und der Rückkopplungsleitung 214 durchlässt, und ein kapazitives Rückkopplungselement 222, das parallel zur Schaltung 221 geschaltet ist. Die Schaltung 221 ist zwischen der Ausgangsleitung 212 und der Rückkopplungsleitung 214 angeordnet.
Im Konfigurationsbeispiel in 10 ist die Schaltung 221 eine Reihenschaltung aus einer Vielzahl von Dioden, und die Durchlassrichtung jeder Diode in der Schaltung 221 zeigt von der Ausgangsleitung 212 zur Rückkopplungsleitung 214. Die Dioden in der Schaltung 221 sind jeweils als diodenverbundene MOSFETs eingerichtet. Das heißt, die Schaltung 221 besteht aus einer Vielzahl von Transistoren 221a, von denen jeder ein N-Kanal-MOSFET ist, wobei bei jedem Transistor 221a Drain und Gate miteinander verbunden sind (so dass jeder Transistor 221a als Diode funktioniert). Bei jedem Transistor 221a ist das Back-Gate mit der Source verbunden. In einem Fall, in dem die Schaltung 221 aus einem ersten bis zu einem np-ten Transistor 221a besteht (wobei n_P eine beliebige ganze Zahl von zwei oder mehr ist), ist der Drain des ersten Transistors 221a mit der Ausgangsleitung 212 verbunden, die Source des n_P-ten Transistors 221a ist mit der Rückkopplungsleitung 214 verbunden, und die Source des i-ten Transistors 221a und der Drain des (i+1)-ten Transistors 221a sind miteinander verbunden (wobei i eine beliebige ganze Zahl ist, die 1 ≤ i ≤ (n_P - 1) -erfüllt). Die Schaltung 221 kann eine beliebige Anzahl von in Reihe geschalteten Transistoren 221a enthalten. Bei der Schaltung 221 kann es sich um eine beliebige Schaltung handeln, die die Gleichstromkomponente des Stroms zwischen der Ausgangsleitung 212 und der Rückkopplungsleitung 214 durchlässt und zwischen der Ausgangsleitung 212 und der Rückkopplungsleitung 214 als Gleichstromkomponente der ersten Teilungsspannung eine Spannung erzeugt, die der Gleichstromkomponente des Stroms entspricht.
Das kapazitive Rückkopplungselement 222, das parallel zur Schaltung 221 geschaltet ist, ist ein kapazitives Element mit einer MOM-Struktur (Metall-Oxid-Metall). Das kapazitive Rückkopplungselement 222 kann jedoch jede Art von kapazitivem Element sein, z. B. ein kapazitives Element mit einer MIM-Struktur (Metall-Isolator-Metall). Wenn keine Probleme hinsichtlich der Spannungsfestigkeit zu erwarten sind, kann das kapazitive Rückkopplungselement 222 mit einem MOSFET eingerichtet werden. In diesem Fall kann beispielsweise ein N-Kanal- oder P-Kanal-MOSFET als kapazitives Rückkopplungselement 222 verwendet werden, dessen Drain, Source und Back-Gate alle mit der Ausgangsleitung 212 und dessen Gate mit der Rückkopplungsleitung 214 verbunden sind.
Der zweite Spannungsteiler 204 umfasst Transistoren 223 bis 225. Bei den Transistoren 223 bis 225 handelt es sich jeweils um einen N-Kanal-MOSFET. Der Transistor 223 wird im Folgenden als der bestimmte Transistor 223 bezeichnet. Der Drain des bestimmten Transistors 223 und der Drain des Transistors 225 sind beide mit der Rückkopplungsleitung 214 verbunden. Das Gate des Transistors 223 ist mit der Referenzleitung 213 verbunden. Die Referenzleitung 213 wird mit einer vorgegebenen Referenzspannung a2 gespeist. Die Referenzspannung a2 hat einen positiven Gleichspannungswert (z. B. 1,100 V). Die Stromversorgungsschaltung 200B umfasst einen Puffer 251. Der Eingangsanschluss des Puffers 251 wird mit der Referenzspannung VREF_P gespeist und der Ausgangsanschluss des Puffers 251 ist derart mit der Referenzleitung 213 verbunden, dass eine Referenzspannung a2 mit einem Spannungswert, der im Wesentlichen dem der Referenzspannung VREF_P entspricht, an die Referenzleitung 213 angelegt wird. Der Puffer 251 kann als eine der Komponenten der Schaltung zur Erzeugung der Referenzspannung 37 in 2 verstanden werden. Die Referenzspannung VREF_P und die Referenzspannung a2 sind niedriger als die Versorgungsspannung VCC.
Die Source und das Back-Gate des Transistors 223 sind mit dem Drain des Transistors 224 verbunden. Die Source und das Back-Gate des Transistors 224 sind mit der Masse verbunden. Die Stromversorgungsschaltung 200B umfasst einen Wechselrichter 252. Der Wechselrichter 252 speist das Inversionssignal eines Ein/Aus-Steuersignals CNT_P von der Leistungssteuerungsschaltung 38 (siehe 2) in das Gate des Transistors 224 ein. Die Leistungssteuerungsschaltung 38 steuert mit Hilfe des Wechselrichters 252 das Gate-Potential des Transistors 224 derart, dass der Transistor 224 während des Stromversorgungs-Betriebszeitraums PP eingeschaltet ist und außerhalb der des Stromversorgungs-Betriebszeitraums ausgeschaltet ist. Das Gate, die Source und das Back-Gate des Transistors 225 sind mit Masse verbunden. Somit fungiert der Transistor 225 als ein kapazitives Element, das zwischen die Rückkopplungsleitung 214 und Masse geschaltet ist. In dem Rückkopplungsspannungsgenerator 202, der wie oben beschrieben eingerichtet ist, erhält der bestimmte Transistor 223 seinen Drain-Strom von der Ausgangsleitung 212 über den ersten Spannungsteiler 203.
Der Komparator 205 umfasst die Transistoren 231 bis 236, 241 und 242. Der Wechselrichter 208 umfasst die Transistoren 243 bis 246. Der Komparator 205 hat eine Differenzeingangsstufe 206 und eine Ausgangsstufe 207. Die Transistoren 231 bis 235 bilden die Differenzeingangsstufe 206, und die Transistoren 241 und 242 bilden die Ausgangsstufe 207. Zu den Komponenten des Komparators 205 gehört auch ein Transistor 237. Zu den Bauteilen der Referenzstromquelle 37 in 2 gehört eine Stromquelle 238. Die Transistoren 233, 234, 236, 241, 243 und 244 sind N-Kanal-MOSFETs und die Transistoren 231, 232, 235, 237, 242, 245 und 246 sind P-Kanal-MOSFETs.
Die Sources und Back-Gates der Transistoren 235, 237, 242, 245 und 246 sind mit der Versorgungsleitung 211 verbunden, um die Versorgungsspannung VCC zu erhalten. Gate und Drain des Transistors 237 und die Gates der Transistoren 235 und 242 sind an einem vorgegebenen Knotenpunkt miteinander verbunden. Die Stromquelle 238 erzeugt einen konstanten Strom 12, der von dem vorgenannten vorbestimmten Knoten, mit dem das Gate des Transistors 237 usw. verbunden ist, zur Masse fließt. Der Konstantstrom 12 wirkt als Drainstrom des Transistors 237. Die Transistoren 237, 235 und 242 bilden eine Stromspiegelschaltung, so dass ein zum Drainstrom des Transistors 237 proportionaler Strom (daher der konstante Strom 12) als Drainstrom des Transistors 235 und ein anderer zum Drainstrom des Transistors 237 proportionaler Strom (daher der konstante Strom 12) als Drainstrom des Transistors 242 fließt.
Die Transistoren 231 und 232 haben eine gemeinsame Struktur und gemeinsame Eigenschaften, und die Transistoren 231 und 232 bilden ein Differenzeingangspaar in der Differenzeingangsstufe 206. Das Gate des Transistors 231 ist mit der Referenzleitung 213 verbunden, um die Referenzspannung a2 zu empfangen, und das Gate des Transistors 232 ist mit der Rückkopplungsleitung 214 verbunden, um die Rückkopplungsspannung b2 zu empfangen. Die Sources der Transistoren 231 und 232 sind mit dem Drain des Transistors 235 verbunden, und die Back-Gates der Transistoren 231 und 232 sind mit der Stromleitung 211 verbunden. Der Drain des Transistors 231, der Drain und das Gate des Transistors 233 und das Gate des Transistors 234 sind miteinander verbunden. Die Sources und Back-Gates der Transistoren 233 und 234 sind mit der Masse verbunden. Die Drains der Transistoren 232 und 234 sind an einem Knotenpunkt 215 miteinander verbunden.
An den Knoten 215 sind auch das Gate und die erste Elektrode des Transistors 236 sowie das Gate des Transistors 241 angeschlossen. Die zweite Elektrode des Transistors 236 ist mit einem Knotenpunkt 216 verbunden, und das Back-Gate des Transistors 236 ist mit der Masse verbunden. Von der ersten und zweiten Elektrode des Transistors 236 ist eine die Drain und die andere die Source. Von der ersten und zweiten Elektrode des Transistors 236 fungiert diejenige, an die eine höhere Spannung angelegt wird, als Drain und die andere als Source. Zumindest während eines Zeitraums, in dem der Transistor 241 eingeschaltet ist, fungiert die erste Elektrode des Transistors 236 (diejenige, die mit dem Knoten 215 verbunden ist) als Drain. Mit dem Knoten 216 sind auch die Drains der Transistoren 241 und 242 und die Gates der Transistoren 243 und 245 verbunden. Die Source und das Back-Gate des Transistors 241 sind mit der Masse verbunden.
Die Drains der Transistoren 245 und 246 und der Drain des Transistors 243 sind an einem Knoten 217 miteinander verbunden. Die Source des Transistors 243 ist mit dem Drain des Transistors 244 verbunden, und die Source des Transistors 244 ist mit der Masse verbunden. Die Back-Gates der Transistoren 243 und 244 sind mit der Masse verbunden. Das Gate des Transistors 244 wird mit einer vorgegebenen Vorspannung aus einer nicht dargestellten Schaltung gespeist. Das Gate des Transistors 246 wird mit einer anderen vorgegebenen Vorspannung aus einer nicht dargestellten Schaltung gespeist.
In der Stromversorgungsschaltung 200B kann ein Transistor, der dem Transistor 154 in der Stromversorgungsschaltung 100B in 7 ähnelt und als kapazitives Element fungiert, zwischen der Ausgangsleitung 212 und der Masse eingefügt werden.
Im Folgenden wird der Betrieb der Stromversorgungsschaltung 200B beschrieben. Wie oben beschrieben, wird die Rückkopplungsleitung 214 mit der Rückkopplungsspannung b2 gespeist, die der Ausgangsspannung VP entspricht, und die Rückkopplungsspannung b2 wird im Komparator 205 mit der Referenzspannung a2 verglichen. Als Signale, die das Vergleichsergebnis widerspiegeln, erscheinen am Knoten 215 ein Differenzsignal c2, am Knoten 216 ein Vergleichsergebnissignal d2 und am Knoten 217 ein invertiertes Vergleichsergebnissignal e2. Die Referenzspannung VREF_P und die Schaltungselemente innerhalb der Stromversorgungsschaltung 200B sind so ausgelegt, dass, solange die Rückkopplungsspannung b2 gleich der Referenzspannung a2 ist, die Ausgangsspannung VP im Wesentlichen gleich der Sollspannung VP_TG ist.
Die Differenzeingangsstufe 206 empfängt am Differenzeingangspaar (231 und 232) die Referenzspannung a2 und die Rückkopplungsspannung b2 und erzeugt am Knoten 215 das Differenzsignal c2, das der Differenz zwischen der Referenzspannung a2 und der Rückkopplungsspannung b2 entspricht. Ist die Rückkopplungsspannung b2 niedriger als die Referenzspannung a2, so steigt der Pegel (das Potential) des Differenzsignals c2, wenn der Absolutwert der Differenz zwischen den Spannungen a2 und b2 zunimmt; ist die Rückkopplungsspannung b2 höher als die Referenzspannung a2, so fällt der Pegel (das Potential) des Differenzsignals c2, wenn der Absolutwert der Differenz zwischen den Spannungen a2 und b2 zunimmt. Man beachte jedoch, dass der obere und der untere Grenzpegel des Variationsbereichs des Differenzsignals c2 jeweils ein vorbestimmter positiver Pegel ist, der niedriger als die Versorgungsspannung VCC und der Massepegel ist.
Die Ausgangsstufe 207 schaltet den Transistor 241 entsprechend dem Pegel des Differenzsignals c2 ein oder aus, um dadurch das Differenzsignal c2 zu binarisieren, und erzeugt an dem Knoten 216 als Vergleichsergebnissignal d2 ein aus der Binarisierung resultierendes Signal (ein das Differenzsignal c2 widerspiegelndes Binärsignal). Das Vergleichsergebnissignal d2 ist ein Binärsignal, das grundsätzlich entweder einen hohen oder einen niedrigen Pegel annimmt, außer wenn die Rückkopplungsspannung b2 und die Referenzspannung a2 gerade gleich sind. Wenn der Pegel des Differenzsignals c2 ansteigt, bis der Pegel des Differenzsignals c2 höher als die Gate-Schwellenspannung des Transistors 241 ist, schaltet sich der Transistor 241 ein und das Vergleichsergebnissignal d2 geht auf einen niedrigen Pegel über. Wenn der Pegel des Differenzsignals c2 fällt, bis der Pegel des Differenzsignals c2 niedriger als die Gate-Schwellenspannung des Transistors 241 wird, schaltet sich der Transistor 241 aus, und das Vergleichsergebnissignal d2 geht auf einen hohen Pegel über. Somit zeigt ein Vergleichsergebnissignal d2 mit niedrigem Pegel an, dass die Rückkopplungsspannung b2 niedriger als die Referenzspannung a2 ist, und ein Vergleichsergebnissignal d2 mit hohem Pegel zeigt an, dass die Rückkopplungsspannung b2 höher als die Referenzspannung a2 ist. Der Transistor 236 fungiert als Klemmelement, das die Amplitude des Differenzsignals c2 begrenzt. Die Funktion des Transistors 236 wird später im Detail beschrieben.
Der Wechselrichter 208 erzeugt am Knoten 217 das invertierte Vergleichsergebnissignal e2, das das Invertierungssignal des Vergleichsergebnissignals d2 ist. Wenn das Vergleichsergebnissignal d2 einen hohen Pegel hat, hat das invertierte Vergleichsergebnissignal e2 einen niedrigen Pegel; wenn das Vergleichsergebnissignal d2 einen niedrigen Pegel hat, hat das invertierte Vergleichsergebnissignal e2 einen hohen Pegel. Der Hochpegel der Signale d2 und e2 entspricht im Wesentlichen dem Pegel der Versorgungsspannung VCC, und der Niedrigpegel der Signale d2 und e2 entspricht im Wesentlichen dem Massepegel. Während hier das Signal d2 als dem Ausgangssignal des Komparators 205 entsprechend aufgefasst wird, kann stattdessen das Signal e2 als dem Ausgangssignal des Komparators 205 entsprechend aufgefasst werden (in diesem Fall wird davon ausgegangen, dass der Wechselrichter 208 zu den Komponenten des Komparators 205 gehört).
Das invertierte Vergleichsergebnissignal e2 wird dem Ausgangsspannungsgenerator 201 zugeführt. Basierend auf dem invertierten Vergleichsergebnissignal e2 macht der Ausgangsspannungsgenerator 201 die Ladungspumpenschaltung CP_P betriebsbereit oder nicht betriebsbereit. Insbesondere hält der Ausgangsspannungsgenerator 201 während des Hochpegelzeitraums des invertierten Vergleichsergebnissignals e2 die Ladungspumpenschaltung CP_P in Betrieb und während des Niedrigpegelzeitraums des invertierten Vergleichsergebnissignals e2 hält der Ausgangsspannungsgenerator 201 die Ladungspumpenschaltung CP_P außer Betrieb. Stattdessen kann dem Ausgangsspannungsgenerator 201 das Vergleichsergebnissignal d2 zugeführt werden. In diesem Fall kann der Wechselrichter 208 weggelassen werden; die Ladungspumpenschaltung CP_P kann während des Niedrigpegelzeitraums des Vergleichsergebnissignals d2 in Betrieb und während des Hochpegelzeitraums des Vergleichsergebnissignals d2 außer Betrieb gehalten werden.
Der Zeitraum, in dem die Ladungspumpenschaltung CP_P in Betrieb ist, wird als Betriebszeitraum der Ladungspumpenschaltung CP_P bezeichnet, und der Zeitraum, in dem die Ladungspumpenschaltung CP_P nicht in Betrieb ist, wird als Nichtbetriebszeitraum der Ladungspumpenschaltung CP_P bezeichnet. Die Ladungspumpenschaltung CP_P kann als Dioden-Ladungspumpenschaltung eingerichtet werden, die aus einer Vielzahl von Dioden und einem oder mehreren Kondensatoren besteht, und diese Dioden-Ladungspumpenschaltung kann zwischen der Stromleitung 211 und der Ausgangsleitung 212 eingefügt werden. Dabei zeigt die Durchlassrichtung jeder Diode in der Ladungspumpenschaltung CP_P von der Stromleitung 211 zur Ausgangsleitung 212. Jede Diode in der Ladungspumpenschaltung CP_P kann mit einem als Diode geschalteten MOSFET eingerichtet werden. Da der Aufbau einer Ladungspumpenschaltung allgemein bekannt ist, wird auf eine spezielle Abbildung oder Beschreibung ihres internen Aufbaus verzichtet.
Während des Betriebszeitraums der Ladungspumpenschaltung CP_P, die dem Niedrigpegelzeitraum des Vergleichsergebnissignals d2 entspricht, wird das Taktsignal von der Oszillationsschaltung 35 (siehe 2) in die Ladungspumpenschaltung CP_P eingespeist; somit wird synchron mit dem Taktsignal von der Stromleitung 211 über jede Diode in der Ladungspumpenschaltung CP_P derart eine positive Ladung an die Ausgangsleitung 212 geliefert, dass die Ausgangsspannung VP steigt. Während des Nichtbetriebszeitraums der Ladungspumpenschaltung CP_P wird die Zufuhr der positiven Ladung zur Ausgangsleitung 212 unterbrochen, und die Ausgangsspannung VP fällt aufgrund eines Leckstroms und dergleichen in den Schaltungselementen, die mit der Ausgangsspannung VP versorgt werden (einschließlich eines Stroms durch den Rückkopplungsspannungsgenerator 202) allmählich.
Nun werden die Unterschiede zwischen der Stromversorgungsschaltung 200A in 9 und der Stromversorgungsschaltung 200B in 10 beschrieben. Zu den Hauptunterschieden (Hauptdifferenzen) zwischen den Stromversorgungsschaltungen 200A und 200B gehört ein erster bis achter Unterschied DIF_P, der im Folgenden beschrieben wird. Man beachte, dass die beiden Spannungen und die drei Signale in der Stromversorgungsschaltung 200A in 9, die den Spannungen a2 und b2 und den Signalen c2, d2 und e2 in der Stromversorgungsschaltung 200B in 10 entsprechen, durch die Symbole a2', b2', c2', d2' bzw. e2' gekennzeichnet werden.
Der erste Unterschied DIF _P: Von den Stromversorgungsschaltungen 200A und 200B enthält nur die Stromversorgungsschaltung 200B das kapazitive Rückkopplungselement 222. Aufgrund des ersten Unterschieds DIF_P wird in der Stromversorgungsschaltung 200B im Vergleich zur Stromversorgungsschaltung 200A eine Änderung der Ausgangsspannung VP schneller an die Rückkopplungsleitung 214 weitergeleitet. Somit können im Vergleich zur Stromversorgungsschaltung 200A in der Stromversorgungsschaltung 200B Überschwinger und Welligkeiten in der Ausgangsspannung VP effektiver reduziert werden.
Der zweite Unterschied DIF_P: das Gate des bestimmten Transistors 223 ist in der Stromversorgungsschaltung 200A in 9 mit der Rückkopplungsleitung 214 und in der Stromversorgungsschaltung 200B in 10 mit der Referenzleitung 213 verbunden. In der Konfiguration der Stromversorgungsschaltung 200A in 9 teilen die Serienschaltung der mehreren Transistoren 221a und die Serienschaltung der Transistoren 223 und 224 nicht nur die Gleichstromkomponente der Ausgangsspannung VP, sondern auch deren Wechselstromkomponente. Im Gegensatz dazu wird bei der Konfiguration der Stromversorgungsschaltung 200B in 10 durch die Änderung des Ziels, an das das Gate des bestimmten Transistors 223 angeschlossen ist, die Wechselstromkomponente der Ausgangsspannung VP direkt an die Rückkopplungsleitung 214 übertragen. Infolgedessen können in der Stromversorgungsschaltung 200B, verglichen mit der Stromversorgungsschaltung 200A, Überschwinger und Welligkeiten in der Ausgangsspannung VP reduziert werden.
Der dritte Unterschied DIF_P: Von den Stromversorgungsschaltungen 200A und 200B enthält nur die Stromversorgungsschaltung 200B den Transistor 236. In der Stromversorgungsschaltung 200B ist aufgrund des Transistors 236 der obere Grenzpegel des Variationsbereichs des Differenzsignals c2 auf einen Pegel begrenzt, der eine sehr kleine Spannung höher als die Gate-Schwellenspannung des Transistors 236 ist. Beträgt die Gate-Schwellenspannung des Transistors 236 beispielsweise 1,0 V, so steigt der Pegel des Differenzsignals c2 auf nicht mehr als etwa 1,1 V an. Der untere Grenzwert des Variationsbereichs des Differenzsignals c2 hängt von den Eigenschaften der Differenzeingangsstufe 206 ab und hat einen ausreichend niedrigen positiven Spannungswert in der Nähe von 0 V. Der Transistor 236 fungiert also als Klemmelement, das die Amplitude des Differenzsignals c2 begrenzt. Dieses Klemmelement ist ein Gleichrichterelement, dessen Durchlassrichtung vom Knoten 215 zum Knoten 216 zeigt und in 10 mit einem als Diode geschalteten Transistor 236 eingerichtet ist. Das Klemmelement kann jedoch mit einer beliebigen Diode eingerichtet werden. Um den Spiegeleffekt zu minimieren, kann der Transistor 236 mit möglichst kleinen Abmessungen (Gate-Breite und Gate-Länge) versehen werden.
Die vierten bis achten Unterschiede DIF_P, die aus den 9 und 10 nicht ersichtlich sind, werden nun ebenfalls beschrieben. Der vierte Unterschied DIF_P: Im Vergleich zur Stromversorgungsschaltung 200A erhält der Transistor 225 in der Stromversorgungsschaltung 200B eine reduzierte Gate-Breite und eine reduzierte Gate-Länge. Ziel ist es, die Verzögerung bei der Übertragung der Änderung der Ausgangsspannung VP an die Rückkopplungsleitung 214 zu verringern.
Der fünfte Unterschied DIF_P: Im Vergleich zur Stromversorgungsschaltung 200A wird in der Stromversorgungsschaltung 200B die Eingangskapazität des differentiellen Eingangspaares (231 und 232) dadurch verringert, dass die Transistoren 231 und 232 geringere Gate-Breiten erhalten.
Der sechste Unterschied DIF_P: Im Vergleich zur Stromversorgungsschaltung 200A werden in der Stromversorgungsschaltung 200B, um der Änderung der Größe des Differenzeingangspaares (231 und 232) Rechnung zu tragen, die Transistoren 233 und 234 mit reduzierten Gate-Breiten und erhöhten Gate-Längen versehen. Entsprechend der Änderung der Größe des Differenzeingangspaars (231 und 232) hat die Differenzeingangsstufe 206 einen höheren Ausgangswiderstand, was zu einer höheren Verstärkung in der Differenzeingangsstufe 206 führt.
Der siebte Unterschied DIF_P: Im Vergleich zur Stromversorgungsschaltung 200A wird in der Stromversorgungsschaltung 200B der Konstantstrom 12 reduziert und damit der Drainstrom im Transistor 237 verringert; außerdem erhalten die Transistoren 237, 235 und 242 reduzierte Gate-Breiten. Dementsprechend sind in der Stromversorgungsschaltung 200B im Vergleich zur Stromversorgungsschaltung 200A die Drain-Ströme durch die Transistoren 235 und 242 reduziert.
Achter Unterschied DIF_P: Im Vergleich zur Stromversorgungsschaltung 200A wird in der Stromversorgungsschaltung 200B die Steilheit der Endstufe 207 dadurch erhöht, dass der Transistor 241 eine reduzierte Gate-Breite und eine reduzierte Gate-Länge erhält.
11A zeigt die Signalverläufe an relevanten Punkten in der Stromversorgungsschaltung 200A, und 11B zeigt die Signalverläufe an relevanten Punkten in der Stromversorgungsschaltung 200B. In 11A sind die Wellenformen 271, 272, 273, 274 und 275 jeweils die Wellenformen der Ausgangsspannung VP, der Rückkopplungsspannung b2', des Differenzsignals c2', des Vergleichsergebnissignals d2' und des invertierten Vergleichsergebnissignals e2' in der Stromversorgungsschaltung 200A. In 11B sind die Wellenformen 281, 282, 283, 284 und 285 jeweils die Wellenformen der Ausgangsspannung VP, der Rückkopplungsspannung b2, des Differenzsignals c2, des Vergleichsergebnissignals d2 und des invertierten Vergleichsergebnissignals e2 in der Stromversorgungsschaltung 200B. Die Wellenformen 271 bis 275 und 281 bis 285 wurden in einer Simulation unter der Bedingung beobachtet, dass der Speicherblock 2 die zweite Speicherkapazität (z.B. 2 Kilobit) hatte. Bei der Simulation wurde die Versorgungsspannung VCC mit 6 V angenommen.
Wie in 11A gezeigt, steigt in der Stromversorgungsschaltung 200A nach dem Beginn des Stromversorgungs-Betriebszeitraums PP die Ausgangsspannung VP von einer ausreichend niedrigen Spannung in Richtung der Sollspannung VP_TG (z.B. 12 V) an und erreicht die Sollspannung VP_TG erst zum Zeitpunkt t_P1 . Während die Ausgangsspannung VP ansteigt, steigt auch die Rückkopplungsspannung b2' in Richtung der Referenzspannung a2' an. In der Stromversorgungsschaltung 200A ist jedoch aufgrund einer großen Verzögerung bei der Übertragung der Änderung der Ausgangsspannung VP an die Rückkopplungsleitung 214 zum Zeitpunkt t_P1 die Rückkopplungsspannung b2' deutlich niedriger als die Referenzspannung a2' und erreicht die Referenzspannung a2' erst einige Zeit später, zum Zeitpunkt t_P2 . In der Stromversorgungsschaltung 200A beginnt das Differenzsignal c2' etwa zum Zeitpunkt t_P2 vom oberen Grenzpegel c2'_UL seines Änderungsbereichs zu fallen. Nach dem Zeitpunkt t_P3 , zu dem der Pegel des Differenzsignals c2' auf oder unter die Gate-Schwellenspannung Vth des Transistors 241 gefallen ist, kehren sich die Pegel der Signale d2' und e2' um, und die Ladungspumpenschaltung CP_P stellt ihren Betrieb ein (d. h., die Ladungspumpenschaltung CP_P wird vom Betriebszustand in den Ruhezustand umgeschaltet). Vom Zeitpunkt t_P1 über die Zeitpunkte t_P2 und t_P3 bis zur Beendigung des Betriebs der Ladungspumpenschaltung CP_P steigt die Ausgangsspannung VP weiter an, was zu einem großen Überschwingen führt.
Im Gegensatz dazu wird in der Stromversorgungsschaltung 200B die Wechselstromkomponente der Ausgangsspannung VP schneller und vollständiger als in der Stromversorgungsschaltung 200A auf die Rückkopplungsleitung 214 übertragen und somit erreicht die Rückkopplungsspannung b2 die Referenzspannung a2, während die Ausgangsspannung VP noch von einer ausreichend niedrigen Spannung in Richtung der Sollspannung VP_TG ansteigt. Danach kehren die Signale c2, d2 und e2 als Folge der Verschiebung von „a2 > b2“ zu „a2 < b2“ ihre Pegel um, und die Ladungspumpenschaltung CP_P stellt ihren Betrieb ein und als Folge der Verschiebung von „a2 < b2“ zu „a2 > b2“, die Signale c2, d2 und e2 ihre Pegel umkehren und die Ladungspumpenschaltung CP_P ihren Betrieb wieder aufnimmt, erreicht die Ausgangsspannung VP die Sollspannung VP_TC . Dieser Vorgang hält die Überschwinger klein.
Außerdem bleibt in der Stromversorgungsschaltung 200B aufgrund des Transistors 236 (Klemmelement) der obere Grenzpegel c2_UL des Variationsbereichs des Differenzsignals c2 auf einem Pegel, der nur geringfügig höher ist als die Gate-Schwellenspannung Vth des Transistors 241. Zumindest der obere Grenzpegel c2_UL (z.B. 1,3 V) ist niedriger als der obere Grenzpegel c2'_UL (z.B. 3,0 V) in der Stromversorgungsschaltung 200A. Dementsprechend ist die Zeit, die nach dem Wechsel von „a2 > b2“ zu „a2 < b2“ vergeht, bis der Pegel des Differenzsignals c2 unter die Gate-Schwellenspannung Vth fällt, wesentlich kürzer als in der Stromversorgungsschaltung 200A. Infolgedessen ist die Verzögerungszeit nach dem Übergang von „a2 > b2“ zu „a2 < b2“, bis die Ladungspumpenschaltung CP_P ihren Betrieb einstellt, kürzer. Dies trägt zur Verringerung von Überschwingern in der Ausgangsspannung VP bei.
In der Stromversorgungsschaltung 200B werden, auch nachdem die Ausgangsspannung VP die Sollspannung VP_TG erreicht hat, aufgrund der Tatsache, dass die Wechselstromkomponente der Ausgangsspannung VP schneller und vollständiger als in der Stromversorgungsschaltung 200A auf die Rückkopplungsleitung 214 übertragen wird, und aufgrund des Transistors 236 (Klemmelement) die Welligkeit der Ausgangsspannung VP gering gehalten.
<< Praxisbeispiel EX_3A >>
Es wird das Praxisbeispiel EX_3A beschrieben. 12 ist ein Schaltplan einer Stromversorgungsschaltung 300A gemäß dem Praxisbeispiel EX_3A. Die Stromversorgungsschaltung 300A ist wie die Stromversorgungsschaltung 33 unter der Annahme ausgelegt, dass der Speicherblock 2 eine erste Speicherkapazität (z.B. 64 Kilobit) hat. Wenn man in Betracht zieht, die Speicherkapazität des Speicherblocks 2 von der ersten Speicherkapazität (z. B. 64 Kilobit) auf eine zweite Speicherkapazität (z. B. 2 Kilobit) zu reduzieren, lässt die Stromversorgungsschaltung 300A in einigen Aspekten Raum für Verbesserungen. Der Grund dafür sowie der Aufbau und die Eigenschaften der Stromversorgungsschaltung 300A werden nachstehend durch die Beschreibung des Praxisbeispiels EX_3B verdeutlicht.
<< Praxisbeispiel EX_3B >>
Es wird das Praxisbeispiel EX_3B beschrieben. 13 ist ein Schaltplan einer Stromversorgungsschaltung 300B gemäß dem Praxisbeispiel EX_3B. Die Stromversorgungsschaltung 300B ist wie die Stromversorgungsschaltung 33 unter der Annahme ausgelegt, dass der Speicherblock 2 eine zweite Speicherkapazität (z.B. 2 Kilobit) hat. Sofern nicht anders angegeben, ist der im Zusammenhang mit diesem Praxisbeispiel beschriebene Betrieb der Stromversorgungsschaltung 300B der Betrieb der Stromversorgungsschaltung 300B während des Stromversorgungs-Betriebszeitraums PM.
Die Stromversorgungsschaltung 300B umfasst einen Ausgangsspannungsgenerator 301, einen Rückkopplungsspannungsgenerator 302, einen Komparator 305 und einen Wechselrichter 308.
Der Ausgangsspannungsgenerator 301 umfasst eine Ladungspumpenschaltung CP_M. Der Ausgangsspannungsgenerator 301 ist mit einer Referenzleitung 310 und mit einer Ausgangsleitung 312 verbunden. Die Referenzleitung 310 wird mit einer Spannung VSS als Eingangsspannung gespeist. Bei der Spannung VSS kann es sich um eine beliebige Gleichspannung handeln, deren Potenzial höher ist als die Sollspannung VM_TG (hier als -7 V angenommen) der Ausgangsspannung VM, und sie kann die Masse sein.
Der Ausgangsspannungsgenerator 301 betreibt die Ladungspumpenschaltung CP_M, um an der Ausgangsleitung 312 eine Ausgangsspannung VM zu erzeugen, die niedriger ist als das Massepotential. Der Ausgangsspannungsgenerator 301 kann unter Verwendung der Versorgungsspannung VDD die Ausgangsspannung VM relativ zu der Spannung VSS erzeugen. Die Versorgungsspannung VDD kann als Versorgungsspannung für einen Treiber (nicht dargestellt) verwendet werden, der die Ladungspumpenschaltung CP_M mit einem Taktsignal speist (in diesem Fall ist die Amplitude des Taktsignals gleich dem Betrag der Versorgungsspannung VDD). Die Versorgungsspannung VDD wird an eine Stromleitung 311 angelegt. Der Rückkopplungsspannungsgenerator 302 ist mit der Ausgangsleitung 312, einer Referenzleitung 313, einer Rückkopplungsleitung 314 und der Stromleitung 311 verbunden und erzeugt auf der Rückkopplungsleitung 314 eine Rückkopplungsspannung b3, die der Ausgangsspannung VM entspricht. Der Komparator 305 vergleicht die Rückkopplungsspannung b3 mit einer vorgegebenen Referenzspannung a3, um ein Vergleichsergebnissignal auszugeben, das deren Größenverhältnis widerspiegelt. Der Ausgangsspannungsgenerator 301 schaltet die Ladungspumpenschaltung CP_M anhand des Vergleichsergebnissignals ein oder aus und stabilisiert dadurch die Ausgangsspannung VM auf die Sollspannung VM_TG .
Der Rückkopplungsspannungsgenerator 302 ist wie folgt aufgebaut. Der Rückkopplungsspannungsgenerator 302 enthält einen ersten Spannungsteiler 303, der zwischen der Ausgangsleitung 312, in die die Ausgangsspannung VM eingespeist wird, und der Rückkopplungsleitung 314 angeordnet ist, um eine erste Teilungsspannung zu erzeugen, die der Ausgangsspannung VM entspricht, und einen zweiten Spannungsteiler 304, der zwischen der Rückkopplungsleitung 314 und der Stromleitung 311 angeordnet ist, um eine zweite Teilungsspannung zu erzeugen, die der Ausgangsspannung VM entspricht. Der Rückkopplungsspannungsgenerator 302 erzeugt somit auf der Rückkopplungsleitung 314 als Rückkopplungsspannung b3 eine um die erste Teilungsspannung höhere Spannung als die Ausgangsspannung VM. Die erste Teilungsspannung, die der Ausgangsspannung VM entspricht, tritt zwischen der Ausgangsleitung 312 und der Rückkopplungsleitung 314 auf und entspricht dem Potenzial auf der Rückkopplungsleitung 314 relativ zum Potenzial auf der Ausgangsleitung 312 (d. h. der Spannungsdifferenz (b3 - VM)). Die zweite Teilungsspannung, die der Ausgangsspannung VM entspricht, erscheint zwischen der Rückkopplungsleitung 314 und der Stromleitung 311 und entspricht dem Potenzial auf der Stromleitung 311 im Verhältnis zum Potenzial auf der Rückkopplungsleitung 314 (d. h. der Spannungsdifferenz (VDD - b3)).
Der erste Spannungsteiler 303 enthält eine Schaltung (DC-Durchlassschaltung) 321, die die Gleichstromkomponente des Stroms zwischen der Ausgangsleitung 312 und der Rückkopplungsleitung 314 durchlässt, und ein kapazitives Rückkopplungselement 322, das parallel zur Schaltung 321 geschaltet ist. Die Schaltung 321 ist zwischen der Ausgangsleitung 312 und der Rückkopplungsleitung 314 angeordnet.
Im Konfigurationsbeispiel in 13 ist die Schaltung 321 eine Reihenschaltung aus einer Vielzahl von Dioden, und die Durchlassrichtung jeder Diode in der Schaltung 321 zeigt von der Rückkopplungsleitung 314 zur Ausgangsleitung 312. Die Dioden in der Schaltung 321 sind jeweils als diodenverbundene MOSFETs eingerichtet. Das heißt, die Schaltung 321 besteht aus einer Vielzahl von Transistoren 321a, von denen jeder ein N-Kanal-MOSFET ist, wobei bei jedem Transistor 321a Drain und Gate miteinander verbunden sind (so dass jeder Transistor 321a als Diode funktioniert). Bei jedem Transistor 321a ist das Back-Gate mit der Source verbunden. In einem Fall, in dem die Schaltung 321 aus einem ersten bis zu einem n_M-ten Transistor besteht (wobei n_M eine beliebige ganze Zahl von zwei oder mehr ist), ist die Source des ersten Transistors 321a mit der Ausgangsleitung 312 verbunden, der Drain des n_M-ten Transistors 321a ist mit der Rückkopplungsleitung 314 verbunden, und der Drain des i-ten Transistors 321a und der Source des (i+1)-ten Transistors 321a sind miteinander verbunden (wobei i eine beliebige ganze Zahl ist, die 1 ≤ i ≤ (n_M - 1) erfüllt). Die Schaltung 321 kann eine beliebige Anzahl von in Reihe geschalteten Transistoren 321a enthalten. Bei der Schaltung 321 kann es sich um eine beliebige Schaltung handeln, die die Gleichstromkomponente des Stroms zwischen der Ausgangsleitung 312 und der Rückkopplungsleitung 314 durchlässt und zwischen der Ausgangsleitung 312 und der Rückkopplungsleitung 314 als Gleichstromkomponente der ersten Teilungsspannung eine Spannung erzeugt, die der Gleichstromkomponente des Stroms entspricht.
Das kapazitive Rückkopplungselement 322, das parallel zur Schaltung 321 geschaltet ist, ist ein kapazitives Element mit einer MOM-Struktur (Metall-Oxid-Metall). Das kapazitive Rückkopplungselement 322 kann jedoch jede Art von kapazitivem Element sein, z. B. ein kapazitives Element mit einer MIM-Struktur (Metall-Isolator-Metall). Wenn keine Probleme in Bezug auf die Spannungsfestigkeit zu erwarten sind, kann das kapazitive Rückkopplungselement 322 mit einem MOSFET eingerichtet werden. In diesem Fall kann beispielsweise ein N-Kanal- oder P-Kanal-MOSFET als kapazitives Rückkopplungselement 322 verwendet werden, dessen Drain, Source und Back-Gate alle mit der Ausgangsleitung 312 und dessen Gate mit der Rückkopplungsleitung 314 verbunden sind.
Der zweite Spannungsteiler 304 umfasst Transistoren 323, 324 und 355 bis 359. Von diesen Transistoren sind die Transistoren 323, 324 und 357 bis 359 P-Kanal-MOSFETs, und die Transistoren 355 und 366 sind N-Kanal-MOSFETs. Die Stromversorgungsschaltung 300B umfasst einen Puffer 351. Der Eingangsanschluss des Puffers 351 wird mit der Referenzspannung VREF_M gespeist und der Ausgangsanschluss des Puffers 351 ist mit der Referenzleitung 313 verbunden, so dass eine Referenzspannung a3 mit einem Spannungswert, der im Wesentlichen dem der Referenzspannung VREF_M entspricht, an die Referenzleitung 313 angelegt wird. Der Puffer 351 kann als Bestandteil der Schaltung zur Erzeugung der Referenzspannung 37 in 2 verstanden werden. Die Referenzspannungen VREF_M und a3 haben einen positiven Gleichspannungswert (z.B. 1,001 V), der kleiner als die Versorgungsspannung VDD ist.
Die Sources und Back-Gates der Transistoren 324, 357 und 359 sind mit der Stromleitung 311 verbunden. Das Gate des Transistors 324, das Gate des Transistors 329, der Drain des Transistors 358 und der Drain des Transistors 356 sind miteinander verbunden. Das Gate des Transistors 323, das Gate des Transistors 358, das Gate und der Drain des Transistors 357 und der Drain des Transistors 355 sind miteinander verbunden. Die Back-Gates der Transistoren 323 und 358 sind mit der Stromleitung 311 verbunden. Der Drain des Transistors 324 ist mit der Source des Transistors 323 verbunden. Der Drain des Transistors 323 ist mit der Rückkopplungsleitung 314 verbunden. Der Drain des Transistors 359 ist mit der Source des Transistors 358 verbunden. Die Gates der Transistoren 355 und 356 sind mit der Referenzleitung 313 verbunden. Die Sources und Back-Gates der Transistoren 355 und 356 sind mit der Masse verbunden.
Die Stromversorgungsschaltung 300B umfasst ferner einen bestimmten Transistor 325 und einen Widerstand 326. Der bestimmte Transistor 325 ist als P-Kanal-MOSFET eingerichtet. Die Source des bestimmten Transistors 325 ist mit der Rückkopplungsleitung 314 verbunden, sein Gate ist mit der Referenzleitung 313 verbunden, sein Drain ist mit einem Anschluss des Widerstands 326 verbunden und sein Back-Gate ist mit der Stromleitung 311 verbunden. Der andere Anschluss des Widerstands 326 ist mit Masse verbunden.
Der Komparator 305 umfasst die Transistoren 331 bis 336, 341 und 342. Der Wechselrichter 308 umfasst die Transistoren 343 bis 346. Der Komparator 305 hat eine Differenzeingangsstufe 306 und eine Ausgangsstufe 307. Die Transistoren 331 bis 335 bilden die Differenzeingangsstufe 306 und die Transistoren 341 und 342 die Ausgangsstufe 307. Auch ein Transistor 337 kann als Bestandteil des Komparators 305 verstanden werden. Zu den Bauteilen der Referenzstromquelle 37 in 2 gehört eine Stromquelle 338. Die Transistoren 333, 334, 336, 341, 343 und 344 sind N-Kanal-MOSFETs und die Transistoren 331, 332, 335, 337, 342, 345 und 346 sind P-Kanal-MOSFETs.
Die Sources und Back-Gates der Transistoren 335, 337, 342, 345 und 346 sind mit der Stromleitung 311 verbunden, um die Versorgungsspannung VDD zu erhalten. Gate und Drain des Transistors 337 und die Gates der Transistoren 335 und 342 sind an einem vorgegebenen Knotenpunkt miteinander verbunden. Die Stromquelle 338 erzeugt einen konstanten Strom 13, der von dem vorgenannten vorbestimmten Knoten, mit dem das Gate des Transistors 337 usw. verbunden ist, zur Masse fließt. Der Konstantstrom 13 wirkt als Drainstrom des Transistors 337. Die Transistoren 337, 335 und 342 bilden eine Stromspiegelschaltung, so dass ein zum Drainstrom des Transistors 337 proportionaler Strom (daher der konstante Strom 13) als Drainstrom des Transistors 335 und ein anderer zum Drainstrom des Transistors 337 proportionaler Strom (daher der konstante Strom 13) als Drainstrom des Transistors 342 fließt.
Die Transistoren 331 und 332 haben eine gemeinsame Struktur und gemeinsame Eigenschaften, und die Transistoren 331 und 332 bilden ein Differenzeingangspaar in der Differenzeingangsstufe 306. Das Gate des Transistors 331 ist mit der Referenzleitung 313 verbunden, um die Referenzspannung a3 zu empfangen, und das Gate des Transistors 332 ist mit der Rückkopplungsleitung 314 verbunden, um die Rückkopplungsspannung b3 zu empfangen. Die Sources der Transistoren 331 und 332 sind mit dem Drain des Transistors 335 verbunden, und die Back-Gates der Transistoren 331 und 332 sind mit der Stromleitung 311 verbunden. Der Drain des Transistors 332, der Drain und das Gate des Transistors 334 und das Gate des Transistors 333 sind miteinander verbunden. Die Sources und Back-Gates der Transistoren 333 und 334 sind mit Masse verbunden. Die Drains der Transistoren 331 und 333 sind an einem Knotenpunkt 315 miteinander verbunden.
An den Knoten 315 sind auch das Gate und die erste Elektrode des Transistors 336 sowie das Gate des Transistors 341 angeschlossen. Die zweite Elektrode des Transistors 336 ist mit einem Knotenpunkt 316 verbunden, und das Back-Gate des Transistors 336 ist mit Masse verbunden. Von der ersten und zweiten Elektrode des Transistors 336 ist eine das Drain und die andere die Source. Von der ersten und zweiten Elektrode des Transistors 336 fungiert diejenige, an die eine höhere Spannung angelegt wird, als Drain und die andere als Source. Zumindest während eines Zeitraums, in dem der Transistor 341 eingeschaltet ist, fungiert die erste Elektrode des Transistors 336 (diejenige, die mit dem Knoten 315 verbunden ist) als Drain. Mit dem Knoten 316 sind auch die Drains der Transistoren 341 und 342 und die Gates der Transistoren 343 und 345 verbunden. Die Source und das Back-Gate des Transistors 341 sind mit Masse verbunden.
Die Drains der Transistoren 345 und 346 und der Drain des Transistors 343 sind an einem Knotenpunkt 317 miteinander verbunden. Die Source des Transistors 343 ist mit dem Drain des Transistors 344 verbunden, und die Source des Transistors 344 ist mit der Masse verbunden. Die Back-Gates der Transistoren 343 und 344 sind mit Masse verbunden. Das Gate des Transistors 344 wird mit einer vorgegebenen Vorspannung aus einer nicht dargestellten Schaltung gespeist. Das Gate des Transistors 346 wird mit einer anderen vorgegebenen Vorspannung aus einer nicht dargestellten Schaltung gespeist.
In der Stromversorgungsschaltung 300B kann ein Transistor, der dem Transistor 154 in der Stromversorgungsschaltung 100B in 7 ähnelt und der als kapazitives Element fungiert, zwischen die Ausgangsleitung 312 und Masse eingefügt werden.
Im Folgenden wird die Funktionsweise der Stromversorgungsschaltung 300B beschrieben. In dem zweiten Spannungsteiler 304 bilden die Transistoren 324 und 359 eine Stromspiegelschaltung. Ströme, die von den Eigenschaften der Transistoren 355 bis 359 und dergleichen abhängen, fließen als Drain-Ströme der Transistoren 356, 358 bzw. 359, und die eben erwähnte Stromspiegelschaltung arbeitet so, dass ein Drain-Strom proportional zum Drain-Strom des Transistors 359 durch den Transistor 324 fließt. Je nach Höhe der Ausgangsspannung VM (z. B. wenn die Ausgangsspannung VM ausreichend hoch ist), fließt jedoch kein zum Drainstrom des Transistors 359 proportionaler Drainstrom durch den Transistor 324. Wenn die Ausgangsspannung VM auf die Sollspannung VM_TG stabilisiert ist, fließt ein zum Drainstrom des Transistors 359 proportionaler Drainstrom durch den Transistor 324.
Wie oben beschrieben, wird die Rückkopplungsleitung 314 mit der Rückkopplungsspannung b3 entsprechend der Ausgangsspannung VM gespeist, und die Rückkopplungsspannung b3 wird im Komparator 305 mit der Referenzspannung a3 verglichen. Als Signale, die das Vergleichsergebnis widerspiegeln, erscheinen ein Differenzsignal c3 am Knoten 315, ein Vergleichsergebnissignal d3 am Knoten 316 und ein invertiertes Vergleichsergebnissignal e3 am Knoten 317. Die Referenzspannung VREF_M und die Schaltungselemente innerhalb der Stromversorgungsschaltung 300B sind so ausgelegt, dass, solange die Rückkopplungsspannung b3 gleich der Referenzspannung a3 ist, die Ausgangsspannung VM im Wesentlichen gleich der Sollspannung VM_TG ist.
Die Differenzeingangsstufe 306 empfängt am Differenzeingangspaar (331 und 332) die Referenzspannung a3 und die Rückkopplungsspannung b3 und erzeugt am Knoten 315 das Differenzsignal c3, das der Differenz zwischen der Referenzspannung a3 und der Rückkopplungsspannung b3 entspricht. Ist die Rückkopplungsspannung b3 höher als die Bezugsspannung a3, so steigt der Pegel (das Potential) des Differenzsignals c3, wenn der Absolutwert der Differenz zwischen den Spannungen a3 und b3 zunimmt; ist die Rückkopplungsspannung b3 niedriger als die Bezugsspannung a3, so fällt der Pegel (das Potential) des Differenzsignals c3, wenn der Absolutwert der Differenz zwischen den Spannungen a3 und b3 zunimmt. Man beachte jedoch, dass der obere und der untere Grenzwert des Variationsbereichs des Differenzsignals c3 jeweils ein vorbestimmter positiver Pegel ist, der unter der Versorgungsspannung VDD und dem Massepegel liegt.
Die Ausgangsstufe 307 schaltet den Transistor 341 entsprechend dem Pegel des Differenzsignals c3 ein oder aus, um dadurch das Differenzsignal c3 zu binarisieren, und erzeugt am Knoten 316 als Vergleichsergebnissignal d3 ein aus der Binarisierung resultierendes Signal (ein das Differenzsignal c3 widerspiegelndes Binärsignal). Das Vergleichsergebnissignal d3 ist ein Binärsignal, das grundsätzlich entweder einen hohen oder einen niedrigen Pegel annimmt, außer wenn die Rückkopplungsspannung b3 und die Referenzspannung a3 gerade gleich sind. Wenn der Pegel des Differenzsignals c3 ansteigt, bis der Pegel des Differenzsignals c3 höher ist als die Gate-Schwellenspannung des Transistors 341, schaltet sich der Transistor 341 ein und das Vergleichsergebnissignal d3 geht auf einen niedrigen Pegel über. Wenn der Pegel des Differenzsignals c3 abfällt, bis der Pegel des Differenzsignals c3 niedriger als die Gate-Schwellenspannung des Transistors 341 wird, schaltet sich der Transistor 341 aus, und das Vergleichsergebnissignal d3 wechselt auf einen hohen Pegel. Somit zeigt ein Vergleichsergebnissignal d3 mit niedrigem Pegel an, dass die Rückkopplungsspannung b3 höher ist als die Referenzspannung a3, und ein Vergleichsergebnissignal d3 mit hohem Pegel zeigt an, dass die Rückkopplungsspannung b3 niedriger ist als die Referenzspannung a3. Der Transistor 336 fungiert als Klemmelement, welches die Amplitude des Differenzsignals c3 begrenzt. Die Funktion des Transistors 336 wird später im Detail beschrieben.
Der Wechselrichter 308 erzeugt an dem Knoten 317 das invertierte Vergleichsergebnissignal e3, das das Invertierungssignal des Vergleichsergebnissignals d3 ist. Wenn das Vergleichsergebnissignal d3 einen hohen Pegel hat, hat das invertierte Vergleichsergebnissignal e3 einen niedrigen Pegel; wenn das Vergleichsergebnissignal d3 einen niedrigen Pegel hat, hat das invertierte Vergleichsergebnissignal e3 einen hohen Pegel. Der hohe Pegel der Signale d3 und e3 entspricht im Wesentlichen dem Pegel der Versorgungsspannung VDD, und der niedrige Pegel der Signale d3 und e3 entspricht im Wesentlichen dem Pegel der Masse. Während hier das Signal d3 als dem Ausgangssignal des Komparators 305 entsprechend aufgefasst wird, kann stattdessen das Signal e3 als dem Ausgangssignal des Komparators 305 entsprechend aufgefasst werden (in diesem Fall wird davon ausgegangen, dass der Wechselrichter 308 zu den Komponenten des Komparators 305 gehört).
Das invertierte Vergleichsergebnissignal e3 wird dem Ausgangsspannungsgenerator 301 zugeführt. Basierend auf dem invertierten Vergleichsergebnissignal e3 macht der Ausgangsspannungsgenerator 301 die Ladungspumpenschaltung CP_M betriebsbereit oder nicht betriebsbereit. Insbesondere hält der Ausgangsspannungsgenerator 301 während des Hochpegelzeitraums des invertierten Vergleichsergebnissignals e3 die Ladungspumpenschaltung CP_M in Betrieb und während des Niedrigpegelzeitraums des invertierten Vergleichsergebnissignals e3 hält der Ausgangsspannungsgenerator 301 die Ladungspumpenschaltung CP_M inaktiv. Stattdessen kann das Vergleichsergebnissignal d3 dem Ausgangsspannungsgenerator 301 zugeführt werden. In diesem Fall kann der Wechselrichter 308 weggelassen werden; die Ladungspumpenschaltung CP_M kann während des Niedrigpegelzeitraums des Vergleichsergebnissignals d3 in Betrieb und während des Hochpegelzeitraums des Vergleichsergebnissignals d3 außer Betrieb gehalten werden.
Der Zeitraum, in dem die Ladungspumpenschaltung CP_M in Betrieb ist, wird als Betriebszeitraum der Ladungspumpenschaltung CP_M bezeichnet, und derjenige Zeitraum, in dem die Ladungspumpenschaltung CP_M nicht in Betrieb ist, wird als Nichtbetriebszeitraum der Ladungspumpenschaltung CP_M bezeichnet. Die Ladungspumpenschaltung CP_M kann als Dioden-Ladungspumpenschaltung eingerichtet werden, die aus einer Vielzahl von Dioden und einem oder mehreren Kondensatoren besteht, und diese Dioden-Ladungspumpenschaltung kann zwischen der Referenzleitung 310 und der Ausgangsleitung 312 eingefügt werden. Dabei zeigt die Durchlassrichtung jeder Diode in der Ladungspumpenschaltung CP_M von der Ausgangsleitung 312 zur Bezugsleitung 310. Jede Diode in der Ladungspumpenschaltung CP_M kann mit einem diodengeschalteten MOSFET eingerichtet werden. Da die Konfiguration einer Ladungspumpenschaltung allgemein bekannt ist, wird auf eine spezielle Abbildung oder Beschreibung ihrer internen Konfiguration verzichtet.
Während des Betriebszeitraums der Ladungspumpenschaltung CP_M, die dem Niedrigpegelzeitraum des Vergleichsergebnissignals d3 entspricht, wird das Taktsignal von der Oszillationsschaltung 35 (siehe 2) in die Ladungspumpenschaltung CP_M eingespeist; somit wird synchron mit dem Taktsignal eine positive Ladung von der Ausgangsleitung 312 über jede Diode in der Ladungspumpenschaltung CP_M derart in Richtung der Referenzleitung 310 gezogen, dass die Ausgangsspannung VM abnimmt. Während des Nichtbetriebszeitraums der Ladungspumpenschaltung CP_M wird das Abziehen der positiven Ladung von der Ausgangsleitung 312 unterbrochen, und die Ausgangsspannung VM steigt allmählich aufgrund eines Leckstroms und dergleichen in den Schaltungselementen an, die mit der Ausgangsspannung VM versorgt werden (einschließlich eines Stroms durch den Rückkopplungsspannungsgenerator 302).
Nun werden die Unterschiede (Differenzen) zwischen der Stromversorgungsschaltung 300A in 12 und der Stromversorgungsschaltung 300B in 13 beschrieben. Zu den Hauptunterschieden zwischen den Stromversorgungsschaltungen 300A und 300B gehört ein erster bis siebter Unterschied DIF_M, die im Folgenden beschrieben werden. Man beachte, dass die beiden Spannungen und die drei Signale in der Stromversorgungsschaltung 300A in 12, die den Spannungen a3 und b3 und den Signalen c3, d3 und e3 in der Stromversorgungsschaltung 300B in 13 entsprechen, durch die Symbole a3', b3', c3', d3' bzw. e3' gekennzeichnet werden.
Der erste Unterschied DIF _M: Von den Stromversorgungsschaltungen 300A und 300B enthält nur die Stromversorgungsschaltung 300B das kapazitive Rückkopplungselement 322. Aufgrund des ersten Unterschieds DIF_M wird in der Stromversorgungsschaltung 300B im Vergleich zur Stromversorgungsschaltung 300A eine Änderung der Ausgangsspannung VM schneller an die Rückkopplungsleitung 314 weitergeleitet. Somit können im Vergleich zur Stromversorgungsschaltung 300A in der Stromversorgungsschaltung 300B Überschwinger und Welligkeiten in der Ausgangsspannung VM effektiver reduziert werden.
Der zweite Unterschied DIF _M: Von den Stromversorgungsschaltungen 300A und 300B enthält nur die Stromversorgungsschaltung 300B den bestimmten Transistor 325 und den Widerstand 326. Der bestimmte Transistor 325 und der Widerstand 326, deren Funktionen später beschrieben werden, tragen zur Verringerung von Unterschwingungen und dergleichen bei.
Der dritte Unterschied DIF_M: Von den Stromversorgungsschaltungen 300A und 300B enthält nur die Stromversorgungsschaltung 300B den Transistor 336. In der Stromversorgungsschaltung 300B ist aufgrund des Transistors 336 der obere Grenzpegel des Variationsbereichs des Differenzsignals c3 auf einen Pegel begrenzt, der eine sehr kleine Spannung höher als die Gate-Schwellenspannung des Transistors 336 ist. Beträgt die Gate-Schwellenspannung des Transistors 336 beispielsweise 1,0 V, so steigt der Pegel des Differenzsignals c3 auf nicht mehr als etwa 1,1 V an. Der untere Grenzwert des Variationsbereichs des Differenzsignals c3 hängt von den Eigenschaften der Differenzeingangsstufe 306 ab und hat einen ausreichend niedrigen positiven Spannungswert in der Nähe von 0 V. Der Transistor 336 fungiert also als Klemmelement, welches die Amplitude des Differenzsignals c3 begrenzt. Dieses Klemmelement ist ein Gleichrichterelement, dessen Durchlassrichtung vom Knoten 315 zum Knoten 316 zeigt und in 13 mit einem als Diode geschalteten Transistor 336 eingerichtet ist. Das Klemmelement kann jedoch mit einer beliebigen Diode eingerichtet werden. Um den Spiegeleffekt zu minimieren, kann der Transistor 336 mit möglichst kleinen Abmessungen (Gate-Breite und Gate-Länge) versehen werden.
Der vierte bis siebte Unterschied DIF_M, obwohl aus den 12 und 13 nicht ersichtlich, wird ebenfalls beschrieben. Der vierte Unterschied DIF_M: Im Vergleich zur Stromversorgungsschaltung 300A ist in der Stromversorgungsschaltung 300B die Eingangskapazität des differentiellen Eingangspaares (331 und 332) reduziert, da die Transistoren 331 und 332 reduzierte Gate-Breiten erhalten.
Der fünfte Unterschied DIF_M: Im Vergleich zur Stromversorgungsschaltung 300A werden in der Stromversorgungsschaltung 300B, um die Änderung der Größe des Differenzeingangspaares (331 und 332) zu berücksichtigen, die Transistoren 333 und 334 mit verringerten Gate-Breiten und vergrößerten Gate-Längen versehen. Entsprechend der Änderung der Größe des Differenzeingangspaars (331 und 332) hat die Differenzeingangsstufe 306 einen höheren Ausgangswiderstand, was zu einer höheren Verstärkung in der Differenzeingangsstufe 306 führt.
Der sechste Unterschied DIF_M: Im Vergleich zur Stromversorgungsschaltung 300A wird in der Stromversorgungsschaltung 300B der Konstantstrom 13 reduziert und damit der Drainstrom im Transistor 337 verringert; außerdem erhalten die Transistoren 337, 335 und 342 reduzierte Gate-Breiten. Dementsprechend sind in der Stromversorgungsschaltung 300B im Vergleich zur Stromversorgungsschaltung 300A die Drain-Ströme durch die Transistoren 335 und 342 reduziert.
Der siebte Unterschied DIF_M: Im Vergleich zur Stromversorgungsschaltung 300A wird in der Stromversorgungsschaltung 300B die Transkonduktanz (Steilheit) der Endstufe 307 dadurch erhöht, dass der Transistor 341 eine reduzierte Gate-Breite und eine reduzierte Gate-Länge erhält.
14A zeigt die Signalverläufe an relevanten Punkten in der Stromversorgungsschaltung 300A, und 14B zeigt die Signalverläufe an relevanten Punkten in der Stromversorgungsschaltung 300B. In 14A sind die Wellenformen 371, 372, 373, 374 und 375 jeweils die Wellenformen der Ausgangsspannung VM, der Rückkopplungsspannung b3', des Differenzsignals c3', des Vergleichsergebnissignals d3' und des invertierten Vergleichsergebnissignals e3' in der Stromversorgungsschaltung 300A. In 14B sind die Wellenformen 381, 382, 383, 384 und 385 jeweils die Wellenformen der Ausgangsspannung VM, der Rückkopplungsspannung b3, des Differenzsignals c3, des Vergleichsergebnissignals d3 und des invertierten Vergleichsergebnissignals e3 in der Stromversorgungsschaltung 300B. Die Wellenformen 371 bis 375 und 381 bis 385 wurden in einer Simulation unter der Bedingung beobachtet, dass der Speicherblock 2 die zweite Speicherkapazität (z. B. 2 Kilobit) hatte. Bei der Simulation wurde die Versorgungsspannung VDD mit 6 V angenommen.
Wie in 14A gezeigt, fällt in der Stromversorgungsschaltung 300A nach dem Beginn des Stromversorgungs-Betriebszeitraums PM die Ausgangsspannung VM von einer ausreichend hohen Spannung in Richtung der Sollspannung VM_TG (z. B. -7 V) und erreicht die Sollspannung VM_TG erst zum Zeitpunkt t_M1 . Während die Ausgangsspannung VM fällt, fällt auch die Rückkopplungsspannung b3' in Richtung der Referenzspannung a3'. In der Stromversorgungsschaltung 300A ist jedoch aufgrund einer großen Verzögerung bei der Übertragung der Änderung der Ausgangsspannung VM an die Rückkopplungsleitung 314 zum Zeitpunkt t_M1 die Rückkopplungsspannung b3' deutlich höher als die Referenzspannung a3' und erreicht die Referenzspannung a3' erst einige Zeit später, zum Zeitpunkt t_M2 . In der Stromversorgungsschaltung 300A beginnt das Differenzsignal c3' vor dem Zeitpunkt t_M2 vom oberen Grenzwert c3'_UL seines Änderungsbereichs zu fallen. Nach dem Zeitpunkt t_M3 , zu dem der Pegel des Differenzsignals c3' auf oder unter die Gate-Schwellenspannung Vth des Transistors 341 gefallen ist, kehren sich die Pegel der Signale d3' und e3' um, und die Ladungspumpenschaltung CP_M stellt ihren Betrieb ein (d. h., die Ladungspumpenschaltung CP_M wird vom Betriebszustand in den Ruhezustand geschaltet). Vom Zeitpunkt t_M1 über die Zeitpunkte t_M2 und t_M3 bis zur Einstellung des Betriebs der Ladungspumpenschaltung CP_M fällt die Ausgangsspannung VM weiter ab, was ein starkes Unterschwingen verursacht.
Im Gegensatz dazu wird in der Stromversorgungsschaltung 300B die Wechselstromkomponente der Ausgangsspannung VM schneller und vollständiger als in der Stromversorgungsschaltung 300A auf die Rückkopplungsleitung 314 übertragen und somit fällt die Rückkopplungsspannung b3 auf die Referenzspannung a3 ab, während die Ausgangsspannung VM noch von einer ausreichend hohen Spannung in Richtung der Sollspannung VM_TG abfällt. Danach wird durch die Wiederholung der Umkehrung der Pegel der Signale c3, d3 und e3 infolge der Verschiebung von „a3 < b3“ zu „a3 > b3“ und der Einstellung des Betriebs der Ladungspumpenschaltung CP_M und infolge der Verschiebung von „a3 > b3“ zu „a3 < b3“, die Signale c3, d3 und e3 ihre Pegel umkehren und die Ladungspumpenschaltung CP_M ihren Betrieb wieder aufnimmt, erreicht die Ausgangsspannung VM die Sollspannung VM_TG . Dieser Vorgang hält die Unterschwinger klein.
Außerdem bleibt in der Stromversorgungsschaltung 300B aufgrund des Transistors 336 (Klemmelement) der obere Grenzpegel c3_UL des Variationsbereichs des Differenzsignals c3 auf einem Pegel, der nur geringfügig über der Gate-Schwellenspannung Vth des Transistors 341 liegt. Zumindest der obere Grenzpegel c3_UL ist niedriger als der obere Grenzpegel c3'_UL in der Stromversorgungsschaltung 300A. Dementsprechend ist die Zeit, die nach dem Wechsel von „a3 < b3“ zu „a3 > b3“ vergeht, bis der Pegel des Differenzsignals c3 unter die Gate-Schwellenspannung Vth fällt, wesentlich kürzer als in der Stromversorgungsschaltung 300A. Folglich ist die Verzögerungszeit nach dem Übergang von „a3 < b3“ zu „a3 > b3“ bis zur Einstellung des Betriebs der Ladungspumpenschaltung CP_M kürzer. Dies trägt zur Verringerung von Unterschwingern in der Ausgangsspannung VM bei.
In der Stromversorgungsschaltung 300B werden, auch nachdem die Ausgangsspannung VM die Sollspannung VM_TG erreicht hat, aufgrund der Tatsache, dass die Wechselstromkomponente der Ausgangsspannung VM schneller und vollständiger als in der Stromversorgungsschaltung 300A auf die Rückkopplungsleitung 314 übertragen wird, und aufgrund des Transistors 336 (Klemmelement) die Welligkeit der Ausgangsspannung VM gering gehalten.
Als nächstes werden die Funktionen des bestimmten Transistors 325 und des Widerstands 326 in der Stromversorgungsschaltung 300B beschrieben. Der bestimmte Transistor 325 und der Widerstand 326 bilden einen Rückkopplungsspannungseinsteller. Der Rückkopplungsspannungseinsteller funktioniert so, dass, wenn die Rückkopplungsspannung b3 höher ist als die Referenzspannung a3, ein Strom (positive Ladung), der der Differenz zwischen der Referenzspannung a3 und der Rückkopplungsspannung b3 entspricht, aus der Rückkopplungsleitung 314 gezogen wird, um die Rückkopplungsspannung b3 zu senken. Ein Strom, der aus der Rückkopplungsleitung 314 entnommen wird, entspricht einem Drainstrom, der durch den bestimmten Transistor 325 fließt. Dementsprechend tritt ein Abfall der Rückkopplungsspannung b3 infolge der Stromentnahme nur dann auf, wenn die Rückkopplungsspannung b3 so hoch ist, dass ein Drainstrom durch den bestimmten Transistor 325 fließt. Das heißt, wenn die Rückkopplungsspannung b3 höher ist als die Referenzspannung a3 und zusätzlich ein Drain-Strom durch den bestimmten Transistor 325 fließt, zieht der Rückkopplungsspannungseinsteller den Drain-Strom (den Drain-Strom durch den bestimmten Transistor 325) aus der Rückkopplungsleitung 314 und senkt dadurch die Rückkopplungsspannung b3.
Der Rückkopplungsspannungseinsteller trägt zur Unterdrückung von Unterschwingern bei, und zwar in besonderem Maße, wenn die Versorgungsspannung VDD vergleichsweise hoch ist. Angenommen, die Speichervorrichtung 1 hat solche Spezifikationen, dass der Wert der Versorgungsspannung VDD im Bereich zwischen einem unteren Spannungsgrenzwert VAL_MIN und einem oberen Spannungsgrenzwert VAL_MAX (VAL_MIN < VAL_MAX) schwankt. Dann entspricht ein Zustand, in dem der tatsächliche Wert der Versorgungsspannung VDD gleich oder nahe dem höheren Spannungsgrenzwert VAL_MAX ist, einem Zustand, in dem die Versorgungsspannung VDD vergleichsweise hoch ist, und dieser Zustand wird hier als Zustand der Überladung bezeichnet. Im Zustand der Überladung ist in der Stromversorgungsschaltung 300A in 12, die keinen Rückkopplungsspannungseinsteller hat, die Rückkopplungsspannung b3' unmittelbar nach dem Beginn des Stromversorgungs-Betriebszeitraums PM (d.h. der Anfangswert der Rückkopplungsspannung b3') vergleichsweise hoch (im Beispiel in 14A etwa 6 V). Wenn also die Ausgangsspannung VM sinkt, sinkt auch die Rückkopplungsspannung b3', aber die Rückkopplungsspannung b3' braucht aufgrund ihres hohen Anfangswerts Zeit, um auf die Referenzspannung a3 zu fallen. Dies führt zu Unterschwingern oder verstärkt diese.
Im Gegensatz dazu fließt in der Stromversorgungsschaltung 300B, die einen Rückkopplungsspannungseinsteller aufweist, selbst dann, wenn unmittelbar nach dem Beginn des Stromversorgungs-Betriebszeitraums PM die Ausgangsspannung VM im Wesentlichen 0 V beträgt, derart ein Drain-Strom durch den bestimmten Transistor 325, dass die Rückkopplungsspannung b3 nicht über eine bestimmte Spannung ansteigt; das heißt, der Anfangswert der Rückkopplungsspannung b3 wird niedrig gehalten (im Beispiel in 14B etwa 2,5 V). Infolgedessen fällt die Rückkopplungsspannung b3 nach dem Beginn des Stromversorgungs-Betriebszeitraums PM, wenn die Ausgangsspannung VM abfällt, schnell auf die Referenzspannung a3 ab; somit werden Unterschwingungen im Vergleich zur Stromversorgungsschaltung 300A effektiver unterdrückt.
<< Praxisbeispiel EX_4 >>
Es wird das Praxisbeispiel EX_4 beschrieben. Das Praxisbeispiel EX_4 befasst sich mit angewandten und modifizierten Technologien im Zusammenhang mit dem oben Beschriebenen.
Je nach der Speicherkapazität des Speicherblocks 2 kann die Stromversorgungsschaltung 100A oder 100B als Stromversorgungsschaltung 31, die Stromversorgungsschaltung 200A oder 200B als Stromversorgungsschaltung 32 und die Stromversorgungsschaltung 300A oder 300B als Stromversorgungsschaltung 33 verwendet werden. Beispielsweise können in Fällen, in denen der Speicherblock 2 eine vergleichsweise hohe Speicherkapazität hat, die Stromversorgungsschaltungen 100A, 200A und 300A als die Stromversorgungsschaltungen 31, 32 und 33 verwendet werden; in Fällen, in denen der Speicherblock 2 eine vergleichsweise geringe Speicherkapazität hat, können die Stromversorgungsschaltungen 100B, 200B und 300B als die Stromversorgungsschaltungen 31, 32 und 33 verwendet werden. Es ist jedoch auch möglich, unabhängig von der Speicherkapazität des Speicherblocks 2, die Stromversorgungsschaltung 100B als Stromversorgungsschaltung 31, die Stromversorgungsschaltung 200B als Stromversorgungsschaltung 32 und die Stromversorgungsschaltung 300B als Stromversorgungsschaltung 33 zu verwenden.
Ein integrierter Halbleiterschaltkreis, der das Speicherbauelement 1 zusammen mit anderen funktionalen Bauelementen enthält, kann in einem einzigen Gehäuse untergebracht werden, um ein elektronisches Bauelement (Halbleiterbauelement) zu bilden. Beispiele für solche elektronischen Bauteile sind Stromversorgungskomponenten (so genannte Power-ICs), Motortreiber und LED-Treiber. Die Speichervorrichtung 1 allein kann in einem einzigen Gehäuse untergebracht werden, um ein elektronisches Bauteil (Halbleiterbauelement) zu bilden.
Während in der Ausführungsform davon ausgegangen wird, dass drei Spannungen VI, VP und VM als Schreibspannungen benötigt werden, kann je nach Konfiguration des Speicherblocks 2 die Gesamtzahl der Schreibspannungen weniger als drei oder vier oder mehr betragen. In solchen Fällen kann der Stromversorgungsblock 3 die erforderliche Anzahl von Schreibspannungen erzeugen, und die hier offenbarten Technologien können bei Stromversorgungsschaltungen angewendet werden, die diese Schreibspannungen erzeugen.
Die hier offenbarten Technologien, die zur Verringerung von Überschwingern, Unterschwingern oder Welligkeit beitragen, können bei einer oder mehreren der Stromversorgungsschaltungen 31, 32 und 33 eingesetzt werden. Die obigen Beispiele beziehen sich zwar auf Konfigurationen, bei denen die Stromversorgungsschaltungen 31, 32 und 33 in der Speichervorrichtung 1 enthalten sind, doch können eine oder mehrere der Stromversorgungsschaltungen 31, 32 und 33 auch in einer anderen Vorrichtung als der Speichervorrichtung 1 enthalten sein. Die Verringerung von Über- und Unterschwingern oder Welligkeit ist in jedem Gerät nützlich, das eine stabilisierte Spannung benötigt.
Für jedes beliebige Signal oder jede beliebige Spannung kann das Verhältnis zwischen dem hohen und dem niedrigen Pegel umgekehrt werden, sofern dies ohne Abweichung von dem oben Beschriebenen möglich ist.
Der Kanaltyp der in den Ausführungsformen verwendeten FETs (Feldeffekttransistoren) dient lediglich der Veranschaulichung: Jede Schaltung mit FETs kann so modifiziert werden, dass ein N-Kanal-FET durch einen P-Kanal-FET oder ein P-Kanal-FET durch einen N-Kanal-FET ersetzt wird.
Sofern keine Nachteile auftreten, kann jeder der oben genannten Transistoren von jedem Typ sein. So kann beispielsweise jeder der oben als MOSFET bezeichneten Transistoren durch einen Sperrschicht-FET, einen IGBT (Insulated-Gate Bipolar Transistor) oder einen Bipolartransistor ersetzt werden, sofern keine Nachteile auftreten. Jeder Transistor hat eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und eine Steuerelektrode. Bei einem FET ist eine der beiden Elektroden die Drain-Elektrode und die andere die Source-Elektrode, und die Steuerelektrode ist das Gate. Bei einem IGBT ist eine der ersten und zweiten Elektroden der Kollektor und die andere der Emitter, und die Steuerelektrode ist das Gate. Bei einem bipolaren Transistor, der nicht als IGBT klassifiziert ist, ist von der ersten und zweiten Elektrode eine der Kollektor und die andere der Emitter, und die Steuerelektrode ist die Basis.
<< Untersuchungen zu den hierin offenbarten Technologien >>
Nachfolgend finden Sie ergänzende Hinweise zu der hier offenbarten Technologie.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Stromversorgungsvorrichtung (der Einfachheit halber im Folgenden als Stromversorgungsvorrichtung Z_P bezeichnet; siehe z.B. 7): einen Ausgangsspannungsgenerator (z.B. 101), der eingerichtet ist, unter Verwendung einer Ladungspumpenschaltung eine Ausgangsspannung (z.B. VI) zu erzeugen, die höher ist als das Massepotential; einen Rückkopplungsspannungsgenerator (z.B., 102), der eingerichtet ist, auf einer Rückkopplungsleitung (z.B. 114) eine Rückkopplungsspannung (z.B. b1) zu erzeugen, die der Ausgangsspannung entspricht; und einen Komparator (z.B. 105), der eingerichtet ist, die Rückkopplungsspannung mit einer vorbestimmten Referenzspannung (z.B. a1) zu vergleichen, um ein Vergleichsergebnissignal (z.B. d1) auszugeben, das die Größenbeziehung zwischen der Rückkopplungsspannung und der Referenzspannung wiedergibt. Die Stromversorgungsvorrichtung Z_P stabilisiert die Ausgangsspannung auf einer vorbestimmten Sollspannung, indem sie die Ladungspumpenschaltung anhand des Vergleichsergebnissignals betriebsbereit oder nicht betriebsbereit macht. Der Rückkopplungsspannungsgenerator umfasst: einen ersten Spannungsteiler (z.B. 103), der zwischen einer Ausgangsleitung (z.B. 112), an die die Ausgangsspannung angelegt wird, und der Rückkopplungsleitung angeordnet ist, wobei der erste Spannungsteiler eingerichtet ist, eine erste Teilungsspannung zu erzeugen, die der Ausgangsspannung entspricht; und einen zweiten Spannungsteiler (z.B. 104), der zwischen der Rückkopplungsleitung und der Masse angeordnet ist, wobei der zweite Spannungsteiler eingerichtet ist, eine zweite Teilungsspannung zu erzeugt, die der Ausgangsspannung entspricht. Der Rückkopplungsspannungsgenerator erzeugt an der Rückkopplungsleitung als Rückkopplungsspannung eine Spannung, die um die erste Teilungsspannung niedriger ist als die Ausgangsspannung. Der zweite Spannungsteiler umfasst einen bestimmten N-Kanal-Transistor (z. B. 123) mit einem Gate, das die Referenzspannung empfängt, und einem Drain, der mit der Rückkopplungsleitung verbunden ist.
Konkret kann z.B. bei der Stromversorgungsvorrichtung Z_P (siehe z.B. 7) in dem ersten Spannungsteiler zwischen der Ausgangsleitung und der Rückkopplungsleitung eine Gleichstromdurchlassschaltung (z.B. 121) angeordnet sein, die eingerichtet ist, die Gleichstromkomponente des Stroms zwischen der Ausgangsleitung und der Rückkopplungsleitung durchzulassen, wobei parallel zu der Gleichstromdurchlassschaltung ein kapazitives Rückkopplungselement (z.B. 122) geschaltet ist. In dem zweiten Spannungsteiler kann zwischen der Rückkopplungsleitung und der Masse eine Reihenschaltung aus dem bestimmten Transistor und einem anderen Transistor (z. B. 124), der während des Betriebszeitraums der Stromversorgungsvorrichtung eingeschaltet bleibt, angeordnet sein.
Für ein weiteres Beispiel in Bezug auf die Stromversorgungsvorrichtung Z_P (siehe z.B. 7) kann der Komparator Folgendes aufweisen: eine Differenzeingangsstufe (z.B. 106), die eingerichtet ist, die Referenzspannung und die Rückkopplungsspannung zu empfangen, um an einem ersten Knoten (z.B. 115) ein Differenzsignal (z.B., c1) zu erzeugen, das der Differenz zwischen der Referenzspannung und der Rückkopplungsspannung entspricht; und eine Ausgangsstufe (z.B. 107), die eingerichtet ist, an einem zweiten Knoten (z.B. 116) als das Vergleichsergebnissignal (z.B. d1) ein binäres Signal zu erzeugen, das das Differenzsignal wiedergibt. Ein Klemmelement (z. B. 136), das eingerichtet ist, die Amplitude des Differenzsignals zu begrenzen, kann zwischen dem ersten und dem zweiten Knoten eingefügt werden.
Hierbei kann zum Beispiel in Bezug auf die Stromversorgungsvorrichtung Z_P (siehe z.B. 7) die Ausgangsstufe einen Transistor (z.B. 141) umfassen, der ein mit dem ersten Knoten verbundenes Gate und einen mit dem zweiten Knoten verbundenen Drain aufweist. Der Transistor kann je nach dem Pegel des Differenzsignals ein- und ausgeschaltet werden, um das Vergleichsergebnissignal am zweiten Knoten zu erzeugen. Das Klemmelement kann mit einem Gleichrichterelement eingerichtet sein, dessen Durchlassrichtung vom ersten Knoten zum zweiten Knoten zeigt.
Bei der Stromversorgungsvorrichtung Z_P (siehe z.B. 7) kann das Klemmelement mit einem als Diode geschalteten Transistor ausgeführt sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Stromversorgungsvorrichtung (der Einfachheit halber im Folgenden als Stromversorgungsvorrichtung Z_Q bezeichnet; siehe z.B. 13): einen Ausgangsspannungsgenerator (z.B. 301), der eingerichtet ist, unter Verwendung einer Ladungspumpenschaltung eine Ausgangsspannung (z.B. VM) zu erzeugen, die niedriger als das Massepotential ist; einen Rückkopplungsspannungsgenerator (z.B., 302), der eingerichtet ist, auf einer Rückkopplungsleitung (z.B. 314) eine Rückkopplungsspannung (z.B. b3) zu erzeugen, die der Ausgangsspannung entspricht; und einen Komparator (z.B. 305), der eingerichtet ist, die Rückkopplungsspannung mit einer vorbestimmten Referenzspannung (z.B. a3) zu vergleichen, um ein Vergleichsergebnissignal (z.B. d3) auszugeben, das die Größenbeziehung zwischen der Rückkopplungsspannung und der Referenzspannung wiedergibt. Die Stromversorgungsvorrichtung stabilisiert die Ausgangsspannung auf einer vorbestimmten Sollspannung, indem sie die Ladungspumpenschaltung anhand des Vergleichsergebnissignals betriebsbereit oder nicht betriebsbereit macht. Der Komparator umfasst: eine Differenzeingangsstufe (z.B. 306), die eingerichtet ist, die Referenzspannung und die Rückkopplungsspannung zu empfangen, um an einem ersten Knoten (z.B. 315) ein Differenzsignal (z.B. c3) zu erzeugen, das der Differenz zwischen der Referenzspannung und der Rückkopplungsspannung entspricht; und eine Ausgangsstufe (z.B. 307), die eingerichtet ist, an einem zweiten Knoten (z.B. 316) als das Vergleichsergebnissignal (z.B. d3) ein binäres Signal zu erzeugen, das das Differenzsignal widerspiegelt. Ein Klemmelement (z. B. 315), das eingerichtet ist, dass es die Amplitude des Differenzsignals begrenzt, wird zwischen dem ersten und dem zweiten Knoten eingefügt.
Speziell in Bezug auf die Stromversorgungsvorrichtung Z_Q (siehe z.B. 13) kann die Ausgangsstufe einen Transistor (z.B. 341) enthalten, der ein mit dem ersten Knoten verbundenes Gate und einen mit dem zweiten Knoten verbundenen Drain aufweist. Der Transistor kann je nach dem Pegel des Differenzsignals ein- und ausgeschaltet werden, um das Vergleichsergebnissignal am zweiten Knoten zu erzeugen. Das Klemmelement kann mit einem Gleichrichterelement eingerichtet sein, dessen Durchlassrichtung vom ersten Knoten zum zweiten Knoten zeigt.
Bei der Stromversorgungsvorrichtung Z_Q (siehe z.B. 13) kann das Klemmelement mit einem als Diode geschalteten Transistor ausgeführt sein.
Für ein weiteres Beispiel in Bezug auf die Stromversorgungsvorrichtung Z_Q (siehe z.B. 13) kann der Rückkopplungsspannungsgenerator umfassen: einen ersten Spannungsteiler (z.B. 303), der zwischen einer Ausgangsleitung (z.B. 312), an die die Ausgangsspannung angelegt wird, und der Rückkopplungsleitung angeordnet ist, wobei der erste Spannungsteiler eingerichtet ist, eine erste Teilungsspannung zu erzeugen, die der Ausgangsspannung entspricht; und einen zweiten Spannungsteiler (z.B., 304), der zwischen der Rückkopplungsleitung und einer Stromleitung (z. B. 311) angeordnet ist, an die eine vorbestimmte Versorgungsspannung (z. B. VDD) angelegt wird, wobei der zweite Spannungsteiler eingerichtet ist, eine zweite Teilungsspannung zu erzeugen, die der Ausgangsspannung entspricht. Der Rückkopplungsspannungsgenerator kann auf der Rückkopplungsleitung als Rückkopplungsspannung eine Spannung erzeugen, die um die erste Teilungsspannung höher ist als die Ausgangsspannung. Die Stromversorgungsvorrichtung kann ferner einen Rückkopplungsspannungseinsteller (z. B. 325, 326) enthalten, der eingerichtet ist, wenn die Rückkopplungsspannung höher als die Referenzspannung ist, die Rückkopplungsspannung zu senken, indem er der Rückkopplungsleitung einen Strom entnimmt, der der Differenz zwischen der Referenzspannung und der Rückkopplungsspannung entspricht.
Genauer gesagt kann, zum Beispiel in Bezug auf die Stromversorgungsvorrichtung Z_Q (siehe z.B. 13), der Rückkopplungsspannungseinsteller einen bestimmten P-Kanal-Transistor (z.B. 325) umfassen, der Folgendes aufweist: ein Gate, das die Referenzspannung empfängt; und eine Source, die mit der Rückkopplungsleitung verbunden ist. Ist die Rückkopplungsspannung höher als die Referenzspannung und fließt zusätzlich ein Drainstrom durch den bestimmten Transistor, kann der Rückkopplungsspannungseinsteller die Rückkopplungsspannung senken, indem er den Drainstrom von der Rückkopplungsleitung abzieht.
Als weiteres Beispiel für die Stromversorgungsvorrichtung Z_Q (siehe z.B. 13) kann in dem ersten Spannungsteiler eine Schaltung (z.B. 321), die eingerichtet ist, die Gleichstromkomponente des Stroms zwischen der Ausgangsleitung und der Rückkopplungsleitung durchzulassen, zwischen der Ausgangsleitung und der Rückkopplungsleitung angeordnet sein, wobei ein kapazitives Rückkopplungselement (z.B. 322) parallel zu dieser Schaltung geschaltet ist.
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung lassen alle Änderungen zu, die im Rahmen der in den beigefügten Ansprüchen genannten technischen Ideen erforderlich sind. Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind lediglich Beispiele für die Umsetzung der vorliegenden Offenbarung, und was mit den Begriffen gemeint ist, die verwendet werden, um zu beschreiben, was hier offenbart wird, und deren Komponenten sind nicht auf das beschränkt, was im Zusammenhang mit den Ausführungsformen erwähnt wird. Die spezifischen Werte, die in der obigen Beschreibung erwähnt werden, sind lediglich beschreibend und können selbstverständlich auf andere Werte geändert werden.
<< Anmerkungen >>
Im Folgenden wird ein Überblick über die technischen Ideen gegeben, die in den oben beschriebenen Ausführungsformen umgesetzt werden.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält eine Stromversorgungsvorrichtung: einen Ausgangsspannungsgenerator, der eingerichtet ist, unter Verwendung einer Ladungspumpenschaltung eine Ausgangsspannung zu erzeugen, die höher als das Massepotential ist; einen Rückkopplungsspannungsgenerator, der eingerichtet ist, auf einer Rückkopplungsleitung eine Rückkopplungsspannung zu erzeugen, die der Ausgangsspannung entspricht; und einen Komparator, der eingerichtet ist, die Rückkopplungsspannung mit einer vorbestimmten Referenzspannung zu vergleichen, um ein Vergleichsergebnissignal auszugeben, das die Größenbeziehung zwischen der Rückkopplungsspannung und der Referenzspannung wiedergibt. Die Stromversorgungsvorrichtung stabilisiert die Ausgangsspannung auf einer vorbestimmten Sollspannung, indem sie die Ladungspumpenschaltung anhand des Vergleichsergebnissignals in Betrieb oder außer Betrieb setzt. Der Rückkopplungsspannungsgenerator umfasst: einen ersten Spannungsteiler, der zwischen einer Ausgangsleitung, an die die Ausgangsspannung angelegt wird, und der Rückkopplungsleitung angeordnet ist, wobei der erste Spannungsteiler eingerichtet ist, eine erste Teilungsspannung zu erzeugen, die der Ausgangsspannung entspricht; und einen zweiten Spannungsteiler, der zwischen der Rückkopplungsleitung und der Masse angeordnet ist, wobei der zweite Spannungsteiler eingerichtet ist, eine zweite Teilungsspannung zu erzeugen, die der Ausgangsspannung entspricht. Der Rückkopplungsspannungsgenerator erzeugt an der Rückkopplungsleitung als Rückkopplungsspannung eine Spannung, die um die erste Teilungsspannung niedriger ist als die Ausgangsspannung. Der zweite Spannungsteiler umfasst einen bestimmten N-Kanal-Transistor mit: einem Gate, das die Referenzspannung empfängt, und einem Drain, der mit der Rückkopplungsleitung verbunden ist. (Eine erste Konfiguration.)
In Bezug auf die oben beschriebene Stromversorgungsvorrichtung der ersten Konfiguration kann in dem ersten Spannungsteiler zwischen der Ausgangsleitung und der Rückkopplungsleitung eine Gleichstrom-Durchlassschaltung angeordnet sein, die eingerichtet ist, die Gleichstromkomponente des Stroms zwischen der Ausgangsleitung und der Rückkopplungsleitung durchzulassen, wobei ein kapazitives Rückkopplungselement parallel zu der Gleichstrom-Durchlassschaltung geschaltet ist. Im zweiten Spannungsteiler kann zwischen der Rückkopplungsleitung und der Masse eine Reihenschaltung aus dem bestimmten Transistor und einem anderen Transistor, der während der Betriebszeit der Stromversorgungsvorrichtung eingeschaltet bleibt, angeordnet werden. (Eine zweite Konfiguration.)
In der Stromversorgungsvorrichtung der oben beschriebenen ersten oder zweiten Konfiguration kann der Komparator Folgendes aufweisen: eine Differenzeingangsstufe, die eingerichtet ist, die Referenzspannung und die Rückkopplungsspannung zu empfangen, um an einem ersten Knoten ein Differenzsignal zu erzeugen, das der Differenz zwischen der Referenzspannung und der Rückkopplungsspannung entspricht; und eine Ausgangsstufe, die eingerichtet ist, an einem zweiten Knoten als Vergleichsergebnissignal ein binäres Signal zu erzeugen, das das Differenzsignal widerspiegelt. Ein Klemmelement, das eingerichtet ist, die Amplitude des Differenzsignals zu begrenzen, kann zwischen dem ersten und dem zweiten Knoten eingefügt werden. (Eine dritte Konfiguration.)
In der oben beschriebenen Stromversorgungsvorrichtung der dritten Konfiguration kann die Ausgangsstufe einen Transistor umfassen, der ein mit dem ersten Knoten verbundenes Gate und einen mit dem zweiten Knoten verbundenen Drain aufweist. Der Transistor kann je nach dem Pegel des Differenzsignals ein- und ausgeschaltet werden, um das Vergleichsergebnissignal am zweiten Knoten zu erzeugen. Das Klemmelement kann mit einem Gleichrichterelement eingerichtet werden, dessen Durchlassrichtung vom ersten Knoten zum zweiten Knoten zeigt. (Eine vierte Konfiguration.)
In der Stromversorgungsvorrichtung der oben beschriebenen vierten Konfiguration kann das Klemmelement mit einem als Diode geschalteten Transistor eingerichtet sein.
(Eine fünfte Konfiguration.)
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Stromversorgungsvorrichtung: einen Ausgangsspannungsgenerator, der eingerichtet ist, unter Verwendung einer Ladungspumpenschaltung eine Ausgangsspannung zu erzeugen, die höher ist als das Massepotential; einen Rückkopplungsspannungsgenerator, der eingerichtet ist, auf einer Rückkopplungsleitung eine Rückkopplungsspannung zu erzeugen, die der Ausgangsspannung entspricht; und einen Komparator, der eingerichtet ist, die Rückkopplungsspannung mit einer vorbestimmten Referenzspannung zu vergleichen, um ein Vergleichsergebnissignal auszugeben, das die Größenbeziehung zwischen der Rückkopplungsspannung und der Referenzspannung wiedergibt. Die Stromversorgungsvorrichtung stabilisiert die Ausgangsspannung auf einer vorbestimmten Sollspannung, indem sie die Ladungspumpenschaltung anhand des Vergleichsergebnissignals in Betrieb oder außer Betrieb setzt. Der Komparator umfasst: eine Differenzeingangsstufe, die eingerichtet ist, die Referenzspannung und die Rückkopplungsspannung zu empfangen, um an einem ersten Knotenpunkt ein Differenzsignal zu erzeugen, das der Differenz zwischen der Referenzspannung und der Rückkopplungsspannung entspricht; und eine Ausgangsstufe, die eingerichtet ist, an einem zweiten Knotenpunkt als das Vergleichsergebnissignal ein binäres Signal zu erzeugen, das das Differenzsignal widerspiegelt. Ein Klemmelement, das eingerichtet ist, die Amplitude des Differenzsignals zu begrenzen, wird zwischen dem ersten und dem zweiten Knoten eingefügt. (Eine sechste Konfiguration.)
In der Stromversorgungsvorrichtung einer der oben beschriebenen ersten bis sechsten Konfigurationen kann das Vergleichsergebnissignal entweder einen ersten Pegel haben, der anzeigt, dass die Rückkopplungsspannung niedriger als die Referenzspannung ist, oder einen zweiten Pegel, der anzeigt, dass die Rückkopplungsspannung höher als die Referenzspannung ist. Der Ausgangsspannungsgenerator hält die Ladungspumpenschaltung während eines Zeitraums, in dem das Vergleichsergebnissignal den ersten Pegel hat, in Betrieb, um die Ausgangsspannung zu erhöhen, und hält die Ladungspumpenschaltung während eines Zeitraums, in dem das Vergleichsergebnissignal den zweiten Pegel hat, außer Betrieb.
(Eine siebte Konfiguration.)
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Stromversorgungsvorrichtung: einen Ausgangsspannungsgenerator, der eingerichtet ist, unter Verwendung einer Ladungspumpenschaltung eine Ausgangsspannung zu erzeugen, die niedriger als das Massepotential ist; einen Rückkopplungsspannungsgenerator, der eingerichtet ist, auf einer Rückkopplungsleitung eine Rückkopplungsspannung zu erzeugen, die der Ausgangsspannung entspricht; und einen Komparator, der eingerichtet ist, die Rückkopplungsspannung mit einer vorbestimmten Referenzspannung zu vergleichen, um ein Vergleichsergebnissignal auszugeben, das die Größenbeziehung zwischen der Rückkopplungsspannung und der Referenzspannung wiedergibt. Die Stromversorgungsvorrichtung stabilisiert die Ausgangsspannung auf einer vorbestimmten Sollspannung, indem sie die Ladungspumpenschaltung anhand des Vergleichsergebnissignals in Betrieb oder außer Betrieb setzt. Der Komparator umfasst: eine Differenzeingangsstufe, die eingerichtet ist, die Referenzspannung und die Rückkopplungsspannung zu empfangen, um an einem ersten Knotenpunkt ein Differenzsignal zu erzeugen, das der Differenz zwischen der Referenzspannung und der Rückkopplungsspannung entspricht; und eine Ausgangsstufe, die eingerichtet ist, an einem zweiten Knotenpunkt als das Vergleichsergebnissignal ein binäres Signal zu erzeugen, das das Differenzsignal widerspiegelt. Ein Klemmelement, das eingerichtet ist, die Amplitude des Differenzsignals zu begrenzen, wird zwischen dem ersten und dem zweiten Knoten eingefügt. (Eine achte Konfiguration.)
In der oben beschriebenen Stromversorgungsvorrichtung der achten Konfiguration kann die Ausgangsstufe einen Transistor umfassen, der Folgendes aufweist: ein Gate, das mit dem ersten Knoten verbunden ist; und einen Drain, der mit dem zweiten Knoten verbunden ist. Der Transistor kann in Abhängigkeit vom Pegel des Differenzsignals ein- und ausgeschaltet werden, um das Vergleichsergebnissignal am zweiten Knoten zu erzeugen. Das Klemmelement kann mit einem Gleichrichterelement eingerichtet werden, dessen Durchlassrichtung vom ersten Knoten zum zweiten Knoten zeigt.
(Eine neunte Konfiguration.)
In der Stromversorgungsvorrichtung der oben beschriebenen neunten Konfiguration kann das Klemmelement mit einem als Diode geschalteten Transistor eingerichtet sein.
(Eine zehnte Konfiguration.)
In der Stromversorgungsvorrichtung einer der oben beschriebenen achten bis zehnten Konfigurationen kann der Rückkopplungsspannungsgenerator Folgendes umfassen: einen ersten Spannungsteiler, der zwischen einer Ausgangsleitung, an die die Ausgangsspannung angelegt wird, und der Rückkopplungsleitung angeordnet ist, wobei der erste Spannungsteiler eingerichtet ist, eine erste Teilungsspannung zu erzeugen, die der Ausgangsspannung entspricht; und einen zweiten Spannungsteiler, der zwischen der Rückkopplungsleitung und einer Stromleitung angeordnet ist, an die eine vorbestimmte Versorgungsspannung angelegt wird, wobei der zweite Spannungsteiler eingerichtet ist, eine zweite Teilungsspannung zu erzeugen, die der Ausgangsspannung entspricht. Der Rückkopplungsspannungsgenerator kann an der Rückkopplungsleitung als Rückkopplungsspannung eine Spannung erzeugen, die um die erste Teilungsspannung höher ist als die Ausgangsspannung. Die Stromversorgungsvorrichtung umfasst ferner einen Rückkopplungsspannungseinsteller, der eingerichtet ist, wenn die Rückkopplungsspannung höher als die Referenzspannung ist, die Rückkopplungsspannung verringert, indem er der Rückkopplungsleitung einen Strom entnimmt, der der Differenz zwischen der Referenzspannung und der Rückkopplungsspannung entspricht. (Eine elfte Konfiguration.)
In der oben beschriebenen Stromversorgungsvorrichtung der elften Konfiguration kann der Rückkopplungsspannungseinsteller einen bestimmten P-Kanal-Transistor umfassen, der Folgendes aufweist: ein Gate, das die Referenzspannung empfängt; und eine Source, die mit der Rückkopplungsleitung verbunden ist. Wenn die Rückkopplungsspannung höher ist als die Referenzspannung und zusätzlich ein Drainstrom durch den bestimmten Transistor fließt, kann der Rückkopplungsspannungseinsteller die Rückkopplungsspannung senken, indem er den Drainstrom von der Rückkopplungsleitung abzieht. (Eine zwölfte Konfiguration.)
In Bezug auf die Stromversorgungsvorrichtung der oben beschriebenen elften oder zwölften Konfiguration kann in dem ersten Spannungsteiler zwischen der Ausgangsleitung und der Rückkopplungsleitung eine Gleichstromdurchlassschaltung angeordnet sein, die eingerichtet ist, die Gleichstromkomponente des Stroms zwischen der Ausgangsleitung und der Rückkopplungsleitung durchzulassen, wobei ein kapazitives Rückkopplungselement parallel zu der Gleichstromdurchlassschaltung geschaltet ist. (Eine dreizehnte Konfiguration.)
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Stromversorgungsvorrichtung: einen Ausgangsspannungsgenerator, der eingerichtet ist, unter Verwendung einer Ladungspumpenschaltung eine Ausgangsspannung zu erzeugen, die niedriger als das Massepotential ist; einen Rückkopplungsspannungsgenerator, der eingerichtet ist, auf einer Rückkopplungsleitung eine Rückkopplungsspannung zu erzeugen, die der Ausgangsspannung entspricht; und einen Komparator, der eingerichtet ist, die Rückkopplungsspannung mit einer vorbestimmten Referenzspannung zu vergleichen, um ein Vergleichsergebnissignal auszugeben, das die Größenbeziehung zwischen der Rückkopplungsspannung und der Referenzspannung wiedergibt. Die Stromversorgungsvorrichtung stabilisiert die Ausgangsspannung auf einer vorbestimmten Sollspannung, indem sie die Ladungspumpenschaltung anhand des Vergleichsergebnissignals in Betrieb oder außer Betrieb setzt. Der Rückkopplungsspannungsgenerator umfasst: einen ersten Spannungsteiler, der zwischen einer Ausgangsleitung, an die die Ausgangsspannung angelegt wird, und der Rückkopplungsleitung angeordnet ist, wobei der erste Spannungsteiler eingerichtet ist, eine erste Teilungsspannung zu erzeugen, die der Ausgangsspannung entspricht; und einen zweiten Spannungsteiler, der zwischen der Rückkopplungsleitung und einer Stromleitung angeordnet ist, an die eine vorbestimmte Versorgungsspannung angelegt wird, wobei der zweite Spannungsteiler eingerichtet ist, eine zweite Teilungsspannung zu erzeugen, die der Ausgangsspannung entspricht. Der Rückkopplungsspannungsgenerator erzeugt auf der Rückkopplungsleitung als Rückkopplungsspannung eine Spannung, die um die erste Teilungsspannung höher ist als die Ausgangsspannung. Die Stromversorgungsvorrichtung umfasst ferner einen Rückkopplungsspannungseinsteller, der eingerichtet ist, wenn die Rückkopplungsspannung höher als die Referenzspannung ist, die Rückkopplungsspannung senkt, indem er der Rückkopplungsleitung einen Strom entnimmt, der der Differenz zwischen der Referenzspannung und der Rückkopplungsspannung entspricht. (Eine vierzehnte Konfiguration.)
In der Stromversorgungsvorrichtung einer der oben beschriebenen achten bis vierzehnten Konfigurationen kann das Vergleichsergebnissignal entweder einen ersten Pegel haben, der anzeigt, dass die Rückkopplungsspannung höher als die Referenzspannung ist, oder einen zweiten Pegel, der anzeigt, dass die Rückkopplungsspannung niedriger als die Referenzspannung ist. Der Ausgangsspannungsgenerator hält die Ladungspumpenschaltung während eines Zeitraums, in dem das Vergleichsergebnissignal den ersten Pegel hat, in Betrieb, um die Ausgangsspannung zu senken, und hält die Ladungspumpenschaltung während eines Zeitraums, in dem das Vergleichsergebnissignal den zweiten Pegel hat, außer Betrieb. (eine fünfzehnte Konfiguration).
Bezugszeichenliste

1: Speichervorrichtung
2: Speicherblock
3: Leistungsblock
4: Steuerblock
31, 32, 33: Stromversorgungsschaltung
100A, 100B, 200A, 200B, 300A, 300B: Stromversorgungsschaltung
101, 201, 301: Ausgangsspannungsgenerator
102, 202, 302: Rückkopplungsspannungsgenerator
103, 203, 303: erster Spannungsteiler
104, 204, 304: zweiter Spannungsteiler
105, 205, 305: Komparator
106, 206, 306: Differenzeingangsstufe
107, 207, 307: Endstufe
108, 208, 308: Wechselrichter
111, 211, 311: Stromleitung
112, 212, 312: Ausgangsleitung
113, 213, 313: Referenzleitung
114, 214, 314: Rückkopplungsleitung
a1, a2, a3: Referenzspannung
b1, b2, b3: Rückkopplungsspannung
c1, c2, c3: Differenzsignal
d1, d2, d3: Vergleichsergebnissignal
e1, e2, e3: invertiertes Vergleichsergebnissignal

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 3773718 [0003]
JP 5940691 [0003]

Claims

Stromversorgungsvorrichtung, die Folgendes umfasst: einen Ausgangsspannungsgenerator, der eingerichtet ist, unter Verwendung einer Ladungspumpenschaltung eine Ausgangsspannung zu erzeugen, die höher als ein Massepotential ist; einen Rückkopplungsspannungsgenerator, der eingerichtet ist, auf einer Rückkopplungsleitung eine Rückkopplungsspannung zu erzeugen, die der Ausgangsspannung entspricht; und einen Komparator, der eingerichtet ist, die Rückkopplungsspannung mit einer vorbestimmten Referenzspannung zu vergleichen, um ein Vergleichsergebnissignal auszugeben, das eine Größenbeziehung zwischen der Rückkopplungsspannung und der Referenzspannung wiedergibt, wobei die Stromversorgungsvorrichtung die Ausgangsspannung auf einer vorbestimmten Sollspannung stabilisiert, indem sie die Ladungspumpenschaltung anhand des Vergleichsergebnissignals in Betrieb oder außer Betrieb setzt, wobei der Rückkopplungsspannungsgenerator umfasst: einen ersten Spannungsteiler, der zwischen einer Ausgangsleitung, an die die Ausgangsspannung angelegt wird, und der Rückkopplungsleitung angeordnet ist, wobei der erste Spannungsteiler eingerichtet ist, eine erste Teilungsspannung zu erzeugen, die der Ausgangsspannung entspricht; und einen zweiten Spannungsteiler, der zwischen der Rückkopplungsleitung und der Masse angeordnet ist, wobei der zweite Spannungsteiler eingerichtet ist, eine zweite Teilungsspannung zu erzeugen, die der Ausgangsspannung entspricht, wobei der Rückkopplungsspannungsgenerator auf der Rückkopplungsleitung als Rückkopplungsspannung eine Spannung erzeugt, die um die erste Teilungsspannung niedriger als die Ausgangsspannung ist, und der zweite Spannungsteiler einen bestimmten N-Kanal-Transistor umfasst mit: einem Gate, das die Referenzspannung empfängt; und einem an die Rückkopplungsleitung angeschlossenen Drain.
Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei in dem ersten Spannungsteiler eine Gleichstrom-Durchlassschaltung, die eingerichtet ist, eine Gleichstromkomponente eines Stroms zwischen der Ausgangsleitung und der Rückkopplungsleitung durchzulassen, zwischen der Ausgangsleitung und der Rückkopplungsleitung angeordnet ist, wobei ein kapazitives Rückkopplungselement parallel zu der Gleichstrom-Durchlassschaltung geschaltet ist, und in dem zweiten Spannungsteiler eine Reihenschaltung aus dem bestimmten Transistor und einem anderen Transistor, der während einer Betriebszeit der Stromversorgungsvorrichtung eingeschaltet bleibt, zwischen der Rückkopplungsleitung und der Masse angeordnet ist.
Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Komparator aufweist: eine Differenzeingangsstufe, die eingerichtet ist, die Referenzspannung und die Rückkopplungsspannung zu empfangen, um an einem ersten Knoten ein Differenzsignal zu erzeugen, das einer Differenz zwischen der Referenzspannung und der Rückkopplungsspannung entspricht; und eine Ausgangsstufe, die eingerichtet ist, an einem zweiten Knoten als Vergleichsergebnissignal ein binäres Signal zu erzeugen, das das Differenzsignal widerspiegelt, und ein Klemmelement, das eingerichtet ist, eine Amplitude des Differenzsignals zu begrenzen, zwischen dem ersten und dem zweiten Knoten eingefügt wird.
Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Ausgangsstufe einen Transistor umfasst mit: einem Gate, das mit dem ersten Knoten verbunden ist; und einem Drain, der mit dem zweiten Knoten verbunden ist, wobei der Transistor in Abhängigkeit von einem Pegel des Differenzsignals ein- und ausgeschaltet wird, um das Vergleichsergebnissignal am zweiten Knoten zu erzeugen, und das Klemmelement mit einem Gleichrichterelement eingerichtet ist, dessen Vorwärtsrichtung von dem ersten Knoten zu dem zweiten Knoten zeigt.
Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei das Klemmelement mit einem als Diode geschalteten Transistor eingerichtet ist.
Stromversorgungsvorrichtung, umfassend einen Ausgangsspannungsgenerator, der eingerichtet ist, unter Verwendung einer Ladungspumpenschaltung eine Ausgangsspannung zu erzeugen, die höher als ein Massepotential ist; einen Rückkopplungsspannungsgenerator, der eingerichtet ist, auf einer Rückkopplungsleitung eine Rückkopplungsspannung zu erzeugen, die der Ausgangsspannung entspricht; und einen Komparator, der eingerichtet ist, die Rückkopplungsspannung mit einer vorbestimmten Referenzspannung zu vergleichen, um ein Vergleichsergebnissignal auszugeben, das eine Größenbeziehung zwischen der Rückkopplungsspannung und der Referenzspannung wiedergibt, wobei die Stromversorgungsvorrichtung die Ausgangsspannung auf einer vorbestimmten Sollspannung stabilisiert, indem sie die Ladungspumpenschaltung anhand des Vergleichsergebnissignals in Betrieb oder außer Betrieb setzt, wobei der Komparator umfasst: eine Differenzeingangsstufe, die eingerichtet ist, die Referenzspannung und die Rückkopplungsspannung zu empfangen, um an einem ersten Knoten ein Differenzsignal zu erzeugen, das einer Differenz zwischen der Referenzspannung und der Rückkopplungsspannung entspricht; und eine Ausgangsstufe, die eingerichtet ist, an einem zweiten Knoten als Vergleichsergebnissignal ein binäres Signal zu erzeugen, das das Differenzsignal widerspiegelt, und ein Klemmelement, das eingerichtet ist, eine Amplitude des Differenzsignals zu begrenzen, zwischen dem ersten und dem zweiten Knoten eingefügt wird.
Stromversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Vergleichsergebnissignal entweder einen ersten Pegel hat, der anzeigt, dass die Rückkopplungsspannung niedriger als die Referenzspannung ist oder einen zweiten Pegel hat, der anzeigt, dass die Rückkopplungsspannung höher als die Referenzspannung ist, und der Ausgangsspannungsgenerator die Ladungspumpenschaltung während eines Zeitraums, in dem das Vergleichsergebnissignal den ersten Pegel hat, in Betrieb hält, um die Ausgangsspannung zu erhöhen, und die Ladungspumpenschaltung während eines Zeitraums, in dem das Vergleichsergebnissignal den zweiten Pegel hat, außer Betrieb hält.
Stromversorgungsvorrichtung, die Folgendes umfasst: einen Ausgangsspannungsgenerator, der eingerichtet ist, unter Verwendung einer Ladungspumpenschaltung eine Ausgangsspannung zu erzeugen, die niedriger als ein Massepotential ist; einen Rückkopplungsspannungsgenerator, der eingerichtet ist, auf einer Rückkopplungsleitung eine Rückkopplungsspannung zu erzeugen, die der Ausgangsspannung entspricht; und einen Komparator, der eingerichtet ist, die Rückkopplungsspannung mit einer vorbestimmten Referenzspannung zu vergleichen, um ein Vergleichsergebnissignal auszugeben, das eine Größenbeziehung zwischen der Rückkopplungsspannung und der Referenzspannung wiedergibt, wobei die Stromversorgungsvorrichtung die Ausgangsspannung auf einer vorbestimmten Sollspannung stabilisiert, indem sie die Ladungspumpenschaltung anhand des Vergleichsergebnissignals in Betrieb oder außer Betrieb setzt, wobei der Komparator umfasst: eine Differenzeingangsstufe, die eingerichtet ist, die Referenzspannung und die Rückkopplungsspannung zu empfangen, um an einem ersten Knoten ein Differenzsignal zu erzeugen, das einer Differenz zwischen der Referenzspannung und der Rückkopplungsspannung entspricht; und eine Ausgangsstufe, die eingerichtet ist, an einem zweiten Knoten als Vergleichsergebnissignal ein binäres Signal zu erzeugen, das das Differenzsignal widerspiegelt, und ein Klemmelement, das eingerichtet ist, eine Amplitude des Differenzsignals zu begrenzen, zwischen dem ersten und dem zweiten Knoten eingefügt wird.
Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Ausgangsstufe einen Transistor umfasst mit: einem Gate, das mit dem ersten Knoten verbunden ist; und einem Drain, der mit dem zweiten Knoten verbunden ist, wobei der Transistor in Abhängigkeit von einem Pegel des Differenzsignals ein- und ausgeschaltet wird, um das Vergleichsergebnissignal am zweiten Knoten zu erzeugen, und das Klemmelement mit einem Gleichrichterelement eingerichtet ist, dessen Vorwärtsrichtung von dem ersten Knoten zu dem zweiten Knoten zeigt.
Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei das Klemmelement mit einem als Diode geschalteten Transistor ausgestattet ist.
Stromversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Rückkopplungsspannungsgenerator umfasst: einen ersten Spannungsteiler, der zwischen einer Ausgangsleitung, an die die Ausgangsspannung angelegt wird, und der Rückkopplungsleitung angeordnet ist, wobei der erste Spannungsteiler eingerichtet ist, eine erste Teilungsspannung zu erzeugen, die der Ausgangsspannung entspricht; und einen zweiten Spannungsteiler, der zwischen der Rückkopplungsleitung und einer Leistungsleitung angeordnet ist, an die eine vorbestimmte Versorgungsspannung angelegt wird, wobei der zweite Spannungsteiler eingerichtet ist, eine zweite Teilungsspannung zu erzeugen, die der Ausgangsspannung entspricht, und wobei der Rückkopplungsspannungsgenerator auf der Rückkopplungsleitung als Rückkopplungsspannung eine Spannung erzeugt, die um die erste Teilungsspannung höher ist als die Ausgangsspannung, und die Stromversorgungsvorrichtung ferner einen Rückkopplungsspannungseinsteller umfasst, der eingerichtet ist, wenn die Rückkopplungsspannung höher als die Referenzspannung ist, die Rückkopplungsspannung zu senken, indem er der Rückkopplungsleitung einen Strom entnimmt, der der Differenz zwischen der Referenzspannung und der Rückkopplungsspannung entspricht.
Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Rückkopplungsspannungseinsteller einen bestimmten P-Kanal-Transistor aufweist mit: einem Gate, das die Referenzspannung empfängt; und einer mit der Rückkopplungsleitung verbundenen Source und wenn die Rückkopplungsspannung höher als die Referenzspannung ist und zusätzlich ein Drain-Strom durch den bestimmten Transistor fließt, der Rückkopplungsspannungseinsteller die Rückkopplungsspannung senkt, indem er den Drain-Strom aus der Rückkopplungsleitung zieht.
Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, wobei in dem ersten Spannungsteiler eine Gleichstrom-Durchlassschaltung, die eingerichtet ist, zwischen der Ausgangsleitung und der Rückkopplungsleitung eine Gleichstromkomponente eines Stroms durchzulassen, zwischen der Ausgangsleitung und der Rückkopplungsleitung angeordnet ist, wobei parallel zu der Gleichstrom-Durchlassschaltung ein kapazitives Rückkopplungselement geschaltet ist.
Stromversorgungsvorrichtung, die Folgendes umfasst: einen Ausgangsspannungsgenerator, der eingerichtet ist, unter Verwendung einer Ladungspumpenschaltung eine Ausgangsspannung zu erzeugen, die niedriger als ein Potential einer Masse ist; einen Rückkopplungsspannungsgenerator, der eingerichtet ist, auf einer Rückkopplungsleitung eine Rückkopplungsspannung zu erzeugen, die der Ausgangsspannung entspricht; und einen Komparator, der eingerichtet ist, die Rückkopplungsspannung mit einer vorbestimmten Referenzspannung zu vergleichen, um ein Vergleichsergebnissignal auszugeben, das eine Größenbeziehung zwischen der Rückkopplungsspannung und der Referenzspannung wiedergibt, wobei die Stromversorgungsvorrichtung die Ausgangsspannung auf einer vorbestimmten Sollspannung stabilisiert, indem sie die Ladungspumpenschaltung anhand des Vergleichsergebnissignals in Betrieb oder außer Betrieb setzt, wobei der Rückkopplungsspannungsgenerator umfasst: einen ersten Spannungsteiler, der zwischen einer Ausgangsleitung, an die die Ausgangsspannung angelegt wird, und der Rückkopplungsleitung angeordnet ist, wobei der erste Spannungsteiler eingerichtet ist, eine erste Teilungsspannung zu erzeugen, die der Ausgangsspannung entspricht; und einen zweiten Spannungsteiler, der zwischen der Rückkopplungsleitung und einer Leistungsleitung angeordnet ist, an die eine vorbestimmte Versorgungsspannung angelegt wird, wobei der zweite Spannungsteiler eingerichtet ist, eine zweite Teilungsspannung zu erzeugen, die der Ausgangsspannung entspricht, wobei der Rückkopplungsspannungsgenerator auf der Rückkopplungsleitung als Rückkopplungsspannung eine Spannung erzeugt, die um die erste Teilungsspannung höher ist als die Ausgangsspannung, und die Stromversorgungsvorrichtung ferner einen Rückkopplungsspannungseinsteller umfasst, der eingerichtet ist, wenn die Rückkopplungsspannung höher als die Referenzspannung ist, die Rückkopplungsspannung zu senken, indem er der Rückkopplungsleitung einen Strom entnimmt, der der Differenz zwischen der Referenzspannung und der Rückkopplungsspannung entspricht.
Stromversorgungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, wobei das Vergleichsergebnissignal entweder einen ersten Pegel hat, der anzeigt, dass die Rückkopplungsspannung höher als die Referenzspannung ist oder einen zweiten Pegel hat, der anzeigt, dass die Rückkopplungsspannung niedriger als die Referenzspannung ist, und der Ausgangsspannungsgenerator die Ladungspumpenschaltung während eines Zeitraums, in dem das Vergleichsergebnissignal den ersten Pegel hat, in Betrieb hält, um die Ausgangsspannung zu senken, und die Ladungspumpenschaltung während eines Zeitraums, in dem das Vergleichsergebnissignal den zweiten Pegel hat, außer Betrieb hält.