DE19746113C2 - Spannungsversorgungsschaltung - Google Patents
SpannungsversorgungsschaltungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Spannungsversorgungsschaltung, die mit einer
rückgekoppelten, das heißt geregelten Spannungsquelle oder Spannungsversorgung ausgestattet
ist. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Spannungsversorgungsschaltung, die für
einen Einsatz geeignet ist, bei dem eine gegebene Spannung an eine Last anzulegen ist, durch
die dann, wenn die Betriebsweise der Last invertiert, das heißt umgekehrt oder geändert wird,
ein Betriebs- oder Arbeitsstrom fließt, dessen Spitzenwert größer ist als der im stationären
Zustand fließende Strom.
In Fig. 3 ist eine allgemeine Ausgestaltung einer Ausführungsform einer in dem Stand der
Technik (JP 62017666 A, JP 06258382 A) bislang benutzten, rückgekoppelten bzw. geregelten
Spannungsquelle oder Spannungsversorgung dargestellt. Die gezeigte, geregelte Spannungs
quelle 10 weist einen ersten Operationsverstärker 11 mit einem nicht invertierenden Eingangsan
schluß, der mit einem auf gemeinsamem Potential (Masse) liegenden Punkt verbunden ist, und
mit einem invertierenden Eingangsanschluß, an den von einer Spannungsquelle 18 eine konstan
te Spannung Vin angelegt ist, einen Spannungsausgangsanschluß TO, dem eine von dem Opera
tionsverstärker 11 abgegebene Spannung V0 über einen Strommeßwiderstand 13 zugeführt
wird, eine Gegenkopplungsschaltung zwischen dem Spannungsausgangsanschluß TO und dem
invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 11, die einen zweiten
Operationsverstärker 12 enthält, ein Schaltelement 14, das parallel zu dem Widerstand 13
geschaltet ist, und einen Phasenkompensationskondensator 15 auf, der ebenfalls parallel zu dem
Widerstand 13 geschaltet ist.
Die an dem Ausgangsanschluß TO erzeugte Spannung V0 wird an eine Last 25 als eine bestimm
te Betriebs- oder Arbeitsspannung angelegt und wird weiterhin zu dem invertierenden Eingangs
anschluß des ersten Operationsverstärkers 11 über den zweiten Operationsverstärker 12 negativ
zurückgekoppelt, das heißt gegenkoppelt. Die Spannungsquelle 18, die die konstante Spannung
Vin erzeugt und an den invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 11 anlegt,
umfaßt generell einen Digital/Analog-Wandler, wobei die Größe der konstanten Spannung Vin,
die in den invertierenden Eingangsanschluß des Operationsverstärkers 11 eingespeist wird, in
Abhängigkeit von dem jeweiligen, an den Digital/Analog-Wandler angelegten digitalen Wert auf
einen beliebigen Wert eingestellt werden kann.
Die in der vorstehend erläuterten Weise aufgebaute, rückgekoppelte bzw. geregelte Spannungs
versorgung 10 wird häufig als Spannungsquelle oder als Spannungsversorgung in einem
Halbleiterbauelement-Testgerät (üblicherweise als IC-Tester bezeichnet) eingesetzt, das zum
Testen von unterschiedlichen Arten von Halbleiterbauelementen wie etwa von IC-Speichern
dient, wobei die Halbleiterbauelemente jeweils als integrierte Halbleiterschaltung ausgebildet sind
(im folgenden auch kurz als ICs bezeichnet). Die Spannungsversorgung oder Spannungsquelle
legt hierbei an die zu testenden Halbleiterbauelemente eine vorbestimmte Betriebsspannung für
den Test der Halbleiterbauelemente an.
Wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, wird die rückgekoppelte Spannungsversorgung 10 in einer
Strommeßschaltung eingesetzt, die zum Messen des Stroms dient, der durch ein im Test
befindliches Halbleiterbauelement fließt, wobei die Spannungsversorgung 10 als Energiequelle
zum Anlegen einer gegebenen Betriebsspannung an das im Test befindliche Halbleiterbauelement
dient. Zu diesem Zweck ist eine Strommeßeinrichtung 20 vorgesehen, die einen Differenzver
stärker 21 enthält, der zum Abgreifen einer Spannung dient, die an dem Strommeßwiderstand
13 abfällt, der zwischen den ersten Operationsverstärker 11 und den Spannungsausgangsan
schluß TO geschaltet ist. Die Strommeßeinrichtung 20 enthält weiterhin einen Analog/Digital-
Wandler 22 zum Umwandeln des durch den Differenzverstärker 21 erfaßten Spannungswerts in
einen digitalen Wert. Es ist jedoch anzumerken, daß diese Ausgestaltung lediglich als Beispiel
dient und daß die Schaltungsanordnung der rückgekoppelten bzw. geregelten Spannungsversor
gung 10 in Abhängigkeit von ihrem jeweiligen Einsatz auch geändert oder modifiziert werden
kann.
Wenn die Last 25, die zwischen den Ausgangsanschluß TO der Spannungsversorgung 10 und
den gemeinsamen Potentialpunkt geschaltet ist, eine integrierte Halbleiterschaltung ist, die zum
Beispiel einen komplementären MOS-Aufbau aufweist (im folgenden auch als IC mit CMOS-
Aufbau bezeichnet), ändert sich ein Strom IL, der durch den IC mit CMOS-Aufbau fließt, in der in
Fig. 4A dargestellten Weise jedesmal dann, wenn ein aktives Element (Feldeffekttransistor) oder
mehrere Elemente in dem IC mit CMOS-Aufbau seine oder ihre Betriebsweise ändern bzw.
umschalten. Während eines stationären Betriebs des ICs, bei dem kein invertierender Betrieb
bzw. keine Umschaltung von aktiven Elementen auftritt, fließt nämlich ein stationärer Strom ΔI
mit einer sehr kleinen Größe durch diese aktiven Elemente. Während des invertierenden bzw.
entgegengesetzten Betriebs der aktiven Elemente fließt jedoch ein Betriebsstrom IP, der eine sehr
große Größe aufweist, durch diese aktiven Elemente, wobei der Strom nach dem Abschluß des
invertierenden Vorgangs wieder auf den stationären Strom ΔI mit sehr kleiner Größe zurückkehrt.
Das Verhältnis zwischen dem Betriebsstrom IP und dem stationären Strom ΔI ist sehr hoch und
liegt zum Beispiel in der Größenordnung von 1000 : 1.
Auch dann, wenn die Last 25 nicht durch einen IC mit CMOS-Ausführung gebildet ist, ändert
sich der durch die Last 25 fließende Strom in gleichartiger Weise wie in Fig. 4A gezeigt, wenn
die Last eine solche Ausgestaltung besitzt, daß ein Arbeitsstrom bzw. Betriebsstrom mit einem
Spitzenwert, der größer ist als die Größe des Stroms in dem stationären Zustand, dann fließt,
wenn die Betriebsweise der Last umgekehrt wird. Als Folge hiervon ändert sich die Spannung V0,
die von der Spannungsversorgung 10 an den Spannungsausgangsanschluß TO angelegt wird, in
einer Weise, wie sie in Fig. 4B dargestellt ist. Es ist daher eine erheblich lange Zeitspanne
erforderlich, bis die Spannung wieder auf die ursprüngliche, stationäre Spannung Vin zurückge
kehrt ist.
Bekanntlich ist es eine durchgehende Anforderung, die Arbeitsgeschwindigkeit von ICs noch
weiter zu erhöhen. Bei einem IC, der mit einer höheren Geschwindigkeit oder Rate arbeitet,
findet jedoch dessen Invertierungsvorgang noch schneller statt. Es ist somit ersichtlich, daß die
Zeitdauer, während dessen der eine höhere Größe aufweisende Betriebsstrom IP fließt, erheblich
verkürzt wird. Da die Zeitdauer, während der der Betriebsstrom IP fließt, somit reduziert ist, wird
auch das Zeitintervall verkürzt, während dessen der stationäre, eine sehr kleine Größe aufwei
sende Strom ΔI fließt. Dies führt zu einer Situation, bei der der eine hohe Größe aufweisende
Betriebsstrom IP erneut auftritt, bevor der stationäre Strom ΔI stabilisiert werden kann. Bei einem
IC, der eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit besitzt, ergibt sich folglich die Anforderung, daß die
Messung des Stroms durchgeführt werden muß, bevor der stationäre Strom stabilisiert ist. Dies
erschwert es, den stationären Strom exakt zu messen. Zusätzlich zu der Messung des stationä
ren Stroms gibt es auch die Anforderung, die Spannung V0, die an den Spannungsausgangsan
schluß TO der Spannungsquelle bzw. Spannungsversorgung 10 angelegt wird, rasch auf den
ursprünglichen Wert der stationären Spannung Vin zurückzuführen, um hierdurch einen stabilen
Betrieb des ICs, der mit einer hohen Geschwindigkeit betrieben wird, sicherzustellen (oder die
Zuverlässigkeit des Betriebs zu erhöhen).
Zu diesem Zweck ist bei der Strommeßschaltung, die in Fig. 3 gezeigt ist, ein Bypass-Kondensa
tor bzw. Nebenschluß-Kondensator 16 zwischen den Ausgangsanschluß TO und den gemeinsa
men Potentialpunkt geschaltet (und somit parallel zu der Last 25 eingefügt). Der Nebenschluß-
Kondensator 16 ist normalerweise auf die stationäre Spannung V0 aufgeladen (und damit auf die
stationäre Spannung Vin aufgeladen). Die Ausgestaltung ist hierbei derart getroffen, daß das
Schaltelement 14 dann, wenn der Betriebsstrom IP durch die Last 25 fließt, eingeschaltet wird,
um hierdurch einen Nebenschlußpfad für den Widerstand 13 bereitzustellen (bzw. den Wider
stand 13 kurzzuschließen), wodurch ein erhöhter Stromfluß ermöglicht wird. Im Anschluß an das
Fließen des Betriebsstroms IP wird das Schaltelement 14 wieder abgeschaltet, um somit eine
Messung des stationären Stroms ΔI zu ermöglichen.
Damit jedoch das Schaltelement 14 eingeschaltet wird, wenn der Betriebsstrom IP fließt, und
das Schaltelement 14 im Anschluß an das Fließen des Betriebsstroms IP wieder abgeschaltet
wird, ist es notwendig, das Einschalten und Abschalten des Schaltelements 14 in Echtzeit in
Übereinstimmung mit der Änderung des Stroms IL, der durch die Last 25 fließt, durchzuführen.
Hierdurch ergibt sich die Schwierigkeit, daß eine komplizierte Steuerung erforderlich ist.
Wenn der Strom IL durch die Last 25 fließt, wird die Änderung der Spannung V0, die an dem
Spannungsausgangsanschluß TO der Spannungsversorgung 10 auftritt (das heißt die Eigenschaf
ten der Schwankungen der Belastung) durch die Größe des Stroms IL, den Kapazitätswert des
Nebenschluß-Kondensators 16 und das Antwortverhalten der Spannungsversorgung 10
bestimmt. Damit rasche Lastschwankungscharakteristiken bzw. Belastungsschwankungseigen
schaften erzielt werden können, ist es notwendig, die Frequenzantwort der Spannungsversor
gung 10 zu erhöhen, wodurch die Reaktion bzw. das Ansprechverhalten beschleunigt wird. Auf
der anderen Seite ist es notwendig, einen kleinen Kapazitätswert für den Nebenschluß-Konden
sator 16 vorzusehen, um hierdurch die Frequenzantwort der Spannungsversorgung 10 zu
verbessern.
tätswert aufweist, führt die verringerte, gespeicherte Ladung zu einer vergrößerten anfänglichen
Spannungsänderung ΔV0 der an dem Spannungsausgangsanschluß TO abgegebenen Spannung
V0. In einem solchen Fall ist das Zeitintervall, während dessen sich die Spannung V0 fortgesetzt
ändert (oder das Zeitintervall ab dem Beginn einer Änderung der Spannung V0 bis zu dem
erneuten Erreichen der ursprünglichen stationären Spannung Vin) wegen des verbesserten
Frequenzantwortverhaltens der Spannungsversorgung 10 relativ kurz. Jedoch gibt es eine Grenze
für das Ausmaß, mit dem das Antwortverhalten der Spannungsquelle 10 allein durch eine
Verringerung des Kapazitätswerts des Nebenschluß-Kondensators 16 beschleunigt werden kann.
Hieraus ergibt sich, daß die Schaltung nicht als Energiequelle für eine Last eingesetzt werden
kann, deren Betrieb oder Betriebsstrom sich sehr rasch ändert.
Wenn im Unterschied hierzu ein erhöhter Kapazitätswert für den Nebenschluß-Kondensator 16
vorgesehen wird, kann die anfängliche Spannungsänderung ΔV0 in der an dem Ausgangsan
schluß TO auftretenden Spannung V0 verringert werden, wenn der Betriebsstrom IP fließt. Da
jedoch hierdurch das Frequenzansprechverhalten bzw. die Frequenzantwort der Spannungsver
sorgung 10 verringert wird, wird das Ansprechverhalten der Spannungsversorgung 10 verlang
samt. Dies führt zu einer Verlängerung der Zeitdauer, während der sich die Spannung V0
fortgesetzt ändert. Damit kann eine solche Ausgestaltung nicht als Spannungsversorgung für
eine Last eingesetzt werden, die mit hoher Geschwindigkeit betrieben wird.
Die DE 42 25 414 C1 offenbart eine Schaltungsanordnung zur Spannungsregelung, bei die Basis-
Emitter-Strecke eines Schalttransistors in Reihe mit einem Basiswiderstand parallel zu Eingangs-
und Ausgangsklemme eines Spannungsreglers geschaltet ist. Solange der Spannungsabfall über
dem Spannungsregler über dem Schwellenwert des Schalttransistors liegt, ist dieser leitend,
andernfalls ist er gesperrt. Die Abfallflanke am Kollektor des Schalttransistors bei dessen
Übergang vom Leitzustand in den Sperrzustand dient als Rücksetzsignal, mit dem beispielsweise
ein vom Spannungsregler gespeister Microprozessor zurückgesetzt wird. Zur Anpassung des
Spannungspegels dieses von der Eingangsklemme des Spannungsreglers abgeleiteten Signals an
denjenigen von der Ausgangsklemme des Spannungsreglers ist ein weiterer, als Längsregler
eingesetzter Transistor vorgesehen. Beide Transistoren sind über große Basiswiderstände an die
Ausgangsklemme des Spannungsreglers angeschlossen, damit und so daß durch sie nahezu kein
Leistungsverlust verursacht wird. Bei dieser bekannten Schaltungsanordnung nehmen daher die
zum Spannungsregler hinzugefügten Transistoren keinen Einfluß auf die geregelte
Ausgangsspannung.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Spannungsversorgungsschaltung zu schaffen, die
im Stande ist, eine Schwankung der Spannung, die an einem Spannungsausgangsanschluß einer
rückgekoppelten Spannungsversorgung auftritt, rasch zu beenden und die Spannung wieder auf
den im stationären Zustand vorhandenen Spannungswert zurückzubringen.
Diese Aufgabe wird mit den im Patentanspruch 1 genannten Merkmalen gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Mit der Erfindung wird somit eine Spannungsversorgungsschaltung geschaffen, die eine
rückgekoppelte Spannungsversorgung oder Spannungsquelle enthält, die mit einer Rückkopp
lungsschaltung versehen ist und zum Anlegen einer vorbestimmten Spannung an eine Last dient.
Mit einem Spannungsausgangsanschluß der Spannungsquelle ist weiterhin eine Stromversor
gungsschaltung verbunden, die dazu ausgelegt ist, einen Zustand zu ermitteln, bei dem die an
dem Spannungsausgangsanschluß auftretende Spannung unter ihren stationären Wert abgesun
ken ist, und in diesem Fall einen Stromfluß zu dem Spannungsausgangsanschluß hervorzurufen.
Weiterhin ist mit dem Spannungsausgangsanschluß der Spannungsquelle eine den Strom
absorbierende Schaltung verbunden, die dazu ausgelegt ist, einen Zustand zu ermitteln, bei dem
sich die an dem Spannungsausgangsanschluß auftretende Spannung über den stationären Wert
erhöht, und in diesem Fall Strom von dem Spannungsausgangsanschluß abzuziehen.
Bei einem bevorzugten, in Übereinstimmung mit der Erfindung stehenden Ausführungsbeispiel
der Spannungsversorgungsschaltung weist die Stromversorgungsschaltung eine Spannungsquelle
auf, die dazu dient, eine Spannung zu erzeugen, die geringfügig unterhalb der Größe der
stationären Spannung liegt, die an den Spannungsausgangsanschluß der Spannungsversorgung
angelegt ist. Die Stromversorgungsschaltung enthält weiterhin eine Diode und eine Stromquelle.
An die Anode der Diode ist die von der Spannungsquelle erzeugte Spannung angelegt, während
die Kathode der Diode mit dem Spannungsausgangsanschluß verbunden ist. Die Stromquelle ist
mit dem Verbindungspunkt zwischen der Anode der Diode und der Spannungsquelle verbunden
und dient dazu, einen durch die Diode fließenden, zu dem Spannungsausgangsanschluß
führenden Strom zu einem Zeitpunkt hervorzurufen, zu dem die an den Spannungsausgangsan
schluß auftretende Spannung gegenüber der von der Spannungsquelle erzeugten Spannung
verringert ist.
In bevorzugter Ausgestaltung weist die Stromversorgungsschaltung weiterhin eine zweite Diode
auf, wobei an der Kathode der zweiten Diode die von der Spannungsquelle erzeugte Spannung
anliegt und die Anode der zweiten Diode mit dem Verbindungspunkt zwischen der Anode der
zuerst genannten Diode und der Spannungsquelle verbunden ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der in Übereinstimmung mit der Erfindung
stehenden Spannungsversorgungsschaltung weist die Strom absorbierende Schaltung eine
Spannungsquelle auf, die dazu ausgelegt ist, eine Spannung abzugeben, die geringfügig oberhalb
der Größe der stationären Spannung liegt, die zu dem Spannungsausgangsanschluß der Span
nungsquelle gespeist wird. Weiterhin enthält die Strom absorbierende Schaltung eine Diode und
eine Stromquelle. Die Kathode der Diode wird mit der von der Spannungsquelle abgegebenen
Spannung gespeist, während die Anode der Diode an den Spannungsausgangsanschluß ange
schlossen ist. Die Stromquelle ist mit dem Verbindungspunkt zwischen der Kathode der Diode
und der Spannungsquelle verbunden und dazu ausgelegt, Strom von dem Spannungsausgangs
anschluß zu einem Zeitpunkt, zu dem die Spannung an dem Spannungsausgangsanschluß über
die von der Spannungsquelle erzeugte Spannung ansteigt, zu absorbieren bzw. abzuführen.
In vorteilhafter Ausgestaltung enthält die Strom absorbierende Schaltung weiterhin eine zweite
Diode, an deren Anode die von der Spannungsquelle erzeugte Spannung angelegt ist. Die
Kathode der zweiten Diode ist mit dem Verbindungspunkt zwischen der Kathode der zuerst
genannten Diode und der Spannungsquelle verbunden.
Wenn sich bei der in dem Patentanspruch 1 definierten Spannungsversorgungsschaltung die an
dem Spannungsausgangsanschluß auftretende Spannung in abnehmender Richtung verändert,
wird diese Verringerung der Spannung durch die Stromversorgungsschaltung erfaßt, die separat
von der Spannungsquelle vorgesehen ist und an den Spannungsausgangsanschluß einen Strom
abgibt. Die Abnahme der Spannung an dem Spannungsausgangsanschluß ist hierbei das
Ergebnis des Fließens eines Betriebsstroms IP, der einen größeren Spitzenwert aufweist und
durch eine als Last dienende integrierte Schaltung IC fließt. Die durch die Stromversorgungs
schaltung bewirkte Stromzuführung ermöglicht es, den Strom, der bislang lediglich von der
Spannungsquelle erzeugt wurde, auch durch die Stromversorgungsschaltung ergänzend bereitzu
stellen, wodurch eine anfängliche Änderung der an dem Spannungsausgangsanschluß auftreten
den Spannung unterdrückt werden kann. Als Folge hiervon kann die Zeitspanne, während der
sich die an dem Spannungsausgangsanschluß auftretende Spannung ändert, verkürzt werden.
Falls somit die Last durch einen IC gebildet ist, der mit einer hohen Geschwindigkeit arbeitet,
kann die in Übereinstimmung mit der Erfindung stehende Spannungsversorgungsschaltung als
eine Energie- bzw. Spannungsquelle auch für eine solche, rasch arbeitende Last mit hoher
Zuverlässigkeit eingesetzt werden.
Bei der Spannungsversorgungsschaltung ist gemäß den Angaben in dem Patentanspruch 1
vorzugsweise weiter vorgesehen, daß der Spannungsausgangsanschluß der Spannungsquelle mit
einer Strom abführenden (absorbierenden) Schaltung verbunden ist, die einen Anstieg der an
dem Spannungsausgangsanschluß auftretenden Spannung über den stationären Spannung
hinaus erfaßt und als Reaktion hierauf Strom abzieht, das heißt ableitet. Falls demgemäß die an
dem Spannungsausgangsanschluß auftretende Spannung eine Überschwingung zeigt, wenn der
Betriebsstrom durch die Last fließt und dann unterbrochen wird, bevor er zu einem stationären
Stromwert zurückgekehrt ist, wird diese Überschwingung durch die Strom abführende Schaltung
erfaßt, woraufhin die Strom abführende Schaltung Strom von dem Spannungsausgangsanschluß
abzieht. Die auf diese Weise erfolgende Ableitung des Stroms ist dahingehend effektiv, die
Überschwingung zu begrenzen. Die an dem Spannungsausgangsanschluß auftretende Spannung
kann folglich den im stationären Zustand vorhandenen Spannungswert bereits zu einem frühen
Zeitpunkt erreichen, so daß die Länge des Zeitintervalls, während dessen sich die Spannung an
dem Spannungsausgangsanschluß bei dem Auftreten einer Überschwingung ändert, verringert
werden kann.
Bei der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung stehenden Spannungsversorgungs
schaltung sind sowohl die Stromversorgungsschaltung als auch die Strom abführende Schaltung
mit dem Spannungsausgangsanschluß der Spannungsquelle verbunden und bilden jeweils eine
Stromquelle, die eine hohe Impedanz besitzt. Daher haben diese Schaltungen keinerlei Einfluß
auf die Eigenschaften der rückgekoppelten Spannungsquelle. Dies bedeutet, daß verschiedenar
tige Ausgestaltungen herkömmlicher Spannungsversorgungen mit Rückkopplung direkt benutzt
werden können, ohne daß irgendeine Änderung oder Modifikation der schaltungsmäßigen
Ausgestaltung der herkömmlichen, mit Rückkopplung versehenen Spannungsquelle erforderlich
ist. Ferner können die Eigenschaften der rückgekoppelten Spannungsquelle dadurch verbessert
werden, daß lediglich die erfindungsgemäßen Maßnahmen eingesetzt werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen näher beschrieben.
Fig. 1 zeigt ein Schaltbild einer Spannungsanlegungs- oder Spannungsversorgungsschaltung,
die ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bildet;
Fig. 2 zeigt Signalverläufe, die die Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten Spannungsversor
gungsschaltung veranschaulichen;
Fig. 3 zeigt ein Schaltbild einer rückgekoppelten Spannungsversorgung, die in einer her
kömmlichen Strommeßschaltung benutzt wird; und
Fig. 4 zeigt Signalverläufe, die die Arbeitsweise der in Fig. 3 dargestellten Spannungsversor
gung veranschaulichen.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfin
dung stehenden Spannungsversorgungsschaltung erläutert. Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Spannungsversorgungsschaltung, wobei Elemente und Komponenten,
die den entsprechenden Elementen und Komponenten der in Fig. 3 gezeigten Schaltung entspre
chen, mit den gleichen Bezugszahlen und Bezugszeichen, die in Fig. 3 benutzt sind, versehen
sind. Diese Elemente und Komponenten werden daher nicht weiter beschrieben, es sei denn, daß
dies aus bestimmten Gründen notwendig ist.
Als rückgekoppelte bzw. geregelte Spannungsversorgung (Spannungsquelle) 10 kann jede
beliebige Schaltung aus der Vielzahl von unterschiedlichen, im Stand der Technik bekannten
Schaltungsanordnungen verwendet werden, so daß die Schaltungsanordnung der Spannungs
quelle 10 nicht im einzelnen gezeigt ist. Wenn es gewünscht ist, die Spannungsversorgungs
schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung als eine Energiequelle in einer Strommeßschaltung
einzusetzen, bei der ein kleiner, im stationären Zustand auftretender Strom, der durch ein
Halbleiterbauelement fließt, gemessen wird, kann eine mit Rückkopplung versehene Spannungs
quelle 10 benutzt werden, die die in Fig. 3 gezeigte Ausgestaltung aufweist. Es besteht jedoch
keine Notwendigkeit, das Schaltelement 14 vorzusehen.
Bei dem in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung stehenden Ausführungsbeispiel sind
eine Stromversorgungsschaltung 30 und eine Strom absorbierende oder abführende Schaltung
40 vorgesehen, die mit dem Spannungsausgangsanschluß TO der Spannungsquelle 10 verbun
den sind. Die Stromversorgungsschaltung 30 weist eine Spannungsquelle 31 auf, die dazu
ausgelegt ist, eine Spannung VL zu erzeugen, die geringfügig kleiner ist als die Größe der im
stationären Zustand auftretenden Spannung V0 = Vin an dem Spannungsausgangsanschluß TO
der Spannungsquelle 10. Die Stromversorgungsschaltung 30 enthält weiterhin eine erste Diode
33, an deren Anode die von der Spannungsquelle 31 erzeugte Spannung VL angelegt ist. Die
Kathode der ersten Diode 33 ist mit dem Spannungsausgangsanschluß TO verbunden. Die
Stromversorgungsschaltung 30 umfaßt weiterhin eine zweite Diode 34, deren Anode an die
Anode der ersten Diode 33 angeschlossen ist, und deren Kathode mit der Spannungsquelle 31
verbunden ist. Ferner ist in der Stromversorgungsschaltung 30 eine erste Stromquelle 32
vorgesehen, die einen Stromausgangsanschluß besitzt, der mit dem Verbindungspunkt zwischen
der Anode der ersten Diode 33 und der Anode der zweiten Diode 34 verbunden ist.
Die Strom absorbierende bzw. Strom abführende Schaltung 40 weist eine Spannungsquelle 41
auf, die dazu ausgelegt ist, eine Spannung VH zu erzeugen, die geringfügig oberhalb der im
stationären Zustand auftretenden Spannung V0 = Vin an dem Spannungsausgangsanschluß der
Spannungsquelle 10 liegt. Die Schaltung 40 enthält weiterhin eine dritte Diode 43, an deren
Kathode die von der Spannungsquelle 41 erzeugte Spannung VH angelegt ist. Die Anode der
dritten Diode 43 ist mit dem Spannungsausgangsanschluß TO verbunden. Die Strom abführende
Schaltung 40 umfaßt weiterhin eine vierte Diode 44, deren Kathode mit der Kathode der dritten
Diode 43 verbunden ist, und deren Anode an die Spannungsquelle 41 angeschlossen ist. Die
Strom abführende Schaltung 40 ist weiterhin mit einer zweiten Stromquelle 42 versehen, die
einen Stromausgangsanschluß besitzt, der an die Verbindungsstelle zwischen der Kathode der
dritten Diode 43 und der Kathode der vierten Diode 44 angeschlossen ist.
In dem stationären Zustand, bei dem die an dem Spannungsausgangsanschluß TO auftretende
Spannung bei dem Wert V0 = Vin liegt, sind die zweite Diode 34 in der Stromversorgungsschal
tung 30 und die vierte Diode 44 in der Strom abführenden Schaltung 40 jeweils im eingeschalte
ten bzw. durchgeschalteten Zustand gehalten, wie es in den Fig. 2C bzw. 2D dargestellt ist.
Demgegenüber sind bei diesem stationären Zustand die erste Diode 33 in der Stromversorgungs
schaltung 30 und die dritte Diode 43 in der Strom abführenden Schaltung 40 ausgeschaltet bzw.
gesperrt. Demgemäß fließt ein Strom 11, der von der ersten Stromquelle 32 in der Stromversor
gungsschaltung 30 erzeugt wird, zu einem auf dem gemeinsamen Potential bzw. Massepotential
liegenden Punkt COM über die zweite Diode 34 und die Stromquelle 31. Weiterhin wird ein
Strom 12, der von der zweiten, in der Strom abführenden Schaltung 40 befindlichen Stromquelle
42 abgezogen wird, von dem auf dem gemeinsamen Potential bzw. Massepotential liegenden
Punkt COM zu der Stromquelle 42 über die Spannungsquelle 41 und die vierte Diode 44
abgeleitet.
Wenn die Last 25 bei diesem Zustand eine Inversion bzw. Umkehrung ihres Betriebs erfährt
(wenn die Last 25 zum Beispiel durch einen IC in CMOS-Aufbau gebildet ist und dessen durch
einen Feldeffekttransistor gebildetes aktives Element seine Arbeitsweise umkehrt), wird ein hoher
Betriebsstrom IP hervorgerufen, der durch die Last 25 fließt und in Fig. 2A dargestellt ist. Aus
diesem Grund wird die an dem Spannungsausgangsanschluß TO auftretende Spannung V0
verringert, und zwar in einer Weise, wie sie in Fig. 2B dargestellt ist. Wenn die an dem Span
nungsausgangsanschluß TO auftretende Spannung V0 unter den Wert der von der Spannungs
quelle 31 erzeugten Spannung VL verringert wird, wird die in der Stromversorgungsschaltung 30
enthaltene, zweite Diode 34 abgeschaltet, wohingegen die erste Diode 33 eingeschaltet wird,
wie dies in Fig. 2C angegeben ist. Aufgrund dieser Vorgänge wird der Strom I1, der von der
ersten Stromquelle 32 bereitgestellt wird, in den Spannungsausgangsanschluß TO eingespeist.
Als Ergebnis dieser Einspeisung des durch die Stromversorgungsschaltung 30 bereitgestellten
Stroms in den Spannungsausgangsanschluß TO wird der Nebenschluß-Kondensator 16 durch
den Strom I1 geladen, wodurch die anfängliche Spannungsänderung ΔV0 so geklemmt bzw.
festgelegt wird, daß eine Verringerung unter den der Spannung VL entsprechenden Pegel
verhindert wird. Als Folge hiervon wird die Größe der anfänglichen Spannungsänderung ΔV0, die
an dem Spannungsausgangsanschluß TO auftritt, auf einen kleinen Spannungswert verringert
bzw. begrenzt, der durch die von der Spannungsquelle 31 erzeugte Spannung VL bestimmt wird.
Da die anfängliche Spannungsänderung ΔV0 somit auf einen kleinen Wert begrenzt ist, wird die
Spannung, die an dem Spannungsausgangsanschluß TO auftritt, im Anschluß auf das Fließen
des Betriebsstroms IP rasch auf den ursprünglichen, im stationären Zustand vorhandenen
Spannungswert von V0 = Vin zurückgeführt. Die im stationären Zustand vorhandene Spannung
V0 = Vin wird folglich in dieser Weise innerhalb eines sehr kurzen Zeitintervalls ab dem Auftre
ten der anfänglichen Änderung wieder erreicht. Demgemäß kann die in Übereinstimmung mit der
vorliegenden Erfindung stehende Spannungsversorgungsschaltung als eine Spannungs- oder
Stromquelle (Energiequelle) mit hoher Zuverlässigkeit für eine Last verwendet werden, die zum
Beispiel ein IC sein kann, der mit einer hohen Rate bzw. Frequenz betrieben wird.
Die Zuführung des Stroms von der Stromversorgungsschaltung 30 zu dem Spannungsausgangs
anschluß TO ermöglicht es somit, die Größe der anfänglichen Spannungsschwankung, die an
dem Spannungsausgangsanschluß TO auftritt, auf einen kleinen Wert zu verringern. Weiterhin
ermöglicht es diese Maßnahme, daß die an dem Spannungsausgangsanschluß TO auftretende
Spannung ihren im stationären Zustand vorhandenen Wert von V0 = Vin in einem sehr kurzen
Zeitintervall ab dem Auftreten der anfänglichen Änderung wieder annimmt. Hierdurch ist es
weiterhin möglich, den Kapazitätswert des Nebenschluß-Kondensators 16 zu verringern, so daß
sich der weitere Vorteil ergibt, daß die Frequenzantwort bzw. der Frequenzgang der Spannungs
quelle 10 verbessert werden kann.
Falls jedoch die Größe des Stroms, der von der Stromversorgungsschaltung 30 zugeführt wird,
bei der Beendigung des Stromflusses des durch die Last 25 fließenden Betriebsstroms IP
übermäßig groß ist, kann andererseits ein Überschwingen auftreten, oder es kann sich die an
dem Spannungsausgangsanschluß TO anstehende Spannung übergangsweise erhöhen, wie es in
Fig. 2B mit einer unterbrochenen Linie veranschaulicht ist. Bei dem vorliegenden Ausführungs
beispiel wird in einem solchen Fall, bei dem ein Überschwingen auftritt und bei dem die über
schwingende Spannung die von der Spannungsquelle 41 in der Strom abführenden Schaltung 40
erzeugte Spannung VH überschreitet, die vierte Diode 44 in der Strom abführenden Schaltung
40 abgeschaltet, wohingegen die dritte Diode 43 eingeschaltet wird. Hierdurch wird die Strom
abführende Schaltung 40 aktiviert, was dazu führt, daß die Stromquelle 42 einen Strom 12 von
dem Spannungsausgangsanschluß TO absorbiert bzw. ableitet. Das in dieser Weise erfolgende
Abziehen des Stroms bewirkt, daß die überschwingende Spannung bei dem Niveau der von der
Spannungsquelle 41 erzeugten Spannung VH geklemmt bzw. begrenzt wird, und folglich die
überschwingende Spannung keinen höheren Wert als die Spannung VH erreichen kann. Die
Spannung VH liegt, wie bereits ausgeführt, geringfügig oberhalb der im stationären Zustand
vorhandenen Spannung Vin. Als Folge hiervon kehrt die an dem Spannungsausgangsanschluß
TO auftretende Spannung rasch wieder auf den im stationären Zustand vorhandenen, ursprüngli
chen Wert der Spannung V0 = Vin zurück, so daß der im stationären Zustand vorhandene Wert
von V0 = Vin innerhalb eines sehr kurzen Zeitintervalls ab dem Auftreten der anfänglichen
Änderung wieder erreicht wird. Demgemäß ermöglicht es die in Übereinstimmung mit der
vorliegenden Erfindung stehende Spannungsversorgungsschaltung, die an dem Spannungsaus
gangsanschluß TO auftretende Spannung selbst im Fall des Auftretens eines Überschwingens
wieder sehr rasch auf den im stationären Zustand vorhandenen, ursprünglichen Wert von V0 =
Vin zurückzubringen.
Wie vorstehend erläutert, stellt die vorliegende Erfindung den erheblichen Vorteil bereit, daß die
bloße Hinzufügung der Stromversorgungsschaltung 30 und der den Strom abführenden Schal
tung 40 zu einer herkömmlichen, rückgekoppelten Spannungsquelle, die eine beliebige, aus einer
Vielzahl von unterschiedlichen Ausführungsformen ausgewählte Ausgestaltung aufweisen kann,
die Möglichkeit bietet, die Spannungsversorgungsschaltung in eine Spannungsversorgungsschal
tung umzuformen, die verbesserte Eigenschaften aufweist und auch bei einer Last eingesetzt
werden kann, die bei einer hohen Frequenz betrieben wird. Dies wird erreicht, ohne daß das
Leistungsvermögen der Spannungsquelle selbst geändert wird.
Im Anschluß an die Beendigung des Fließens des Aktivierungsstrom bzw. Betriebsstroms IP
werden die Dioden 33 und 43 rasch abgeschaltet, das heißt gesperrt, so daß die Stromversor
gungsschaltung 30 und die Strom abführende Schaltung 40 dem Spannungsausgangsanschluß
der Spannungsquelle nicht länger Strom zuführen oder Strom von ihm abziehen können. Von den
Stromquellen 32 und 42 sowie auf den Spannungsquellen 31 und 41 in den beiden Schaltungen
ist somit lediglich ein mit hoher Geschwindigkeit erfolgendes Ansprechen zu fordern, wohinge
gen diese Schaltungen jedoch keinen Anforderungen hinsichtlich geringer Rauscheigenschaften
und hochpräziser Spannungsstabilität unterliegen. Die Schaltungsanordnung kann somit
vereinfacht sein und es ist eine Herstellung in kostengünstiger Weise erleichtert. Da ferner
sowohl die Stromversorgungsschaltung 30 als auch die Strom abführende Schaltung 40 im
wesentlichen Stromquellen sind, zeigen sie hohe Impedanzen, so daß irgendein Einfluß auf die
Eigenschaften der Spannungsquelle vermieden werden kann. Es ergibt sich somit der weitere
Vorteil, daß die in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung stehende Spannungsversor
gungsschaltung in erleichterter und kostengünstiger Weise hergestellt werden kann.
Die Fähigkeit der Stromversorgungsschaltung 30 zur Bereitstellung von Strom sowie die
Fähigkeit der Stromaufnahme durch die Strom abführende Schaltung 40, die in der in Überein
stimmung mit der vorliegenden Erfindung stehenden Spannungsversorgungsschaltung benutzt
werden, können je nach Bedarf erhöht werden, so daß eine Anpassung an eine Vielfalt von
Lasten möglich ist, bei denen unterschiedliche Stromstärken bei einer Inversion ihres Betriebs
fließen. Wenn eine Vielzahl von Spannungsausgangsanschlüssen bei einer rückgekoppelten
Spannungsquelle vorgesehen ist, um hierdurch die Zuführung einer erhöhten Strommenge zu
einer Last zu erlauben, ist es lediglich notwendig, die Anzahl von Stromversorgungsschaltungen
30 und von Strom abführenden Schaltungen 40 in entsprechender Weise zu erhöhen, um hiermit
eine Anpassung an beliebige Arten von rückgekoppelten Spannungsquellen zu ermöglichen.
Es ist somit ersichtlich, daß bei der in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung stehen
den Spannungsversorgungsschaltung der erhebliche Vorteil erzielt wird, daß sie als eine stabile
Spannungs- bzw. Stromquelle, die zum Anlegen einer gegebenen Betriebsspannung an ein zu
testendes Halbleiterbauelement in einem IC-Tester ausgelegt ist, oder als eine stabile Spannungs-
bzw. Stromquelle eingesetzt werden kann, die dazu ausgelegt ist, eine gegebene Betriebsspan
nung an ein zu testendes Halbleiterbauelement in einer Strommeßschaltung anzulegen, die zum
Beispiel einen kleinen, im stationären Zustand vorhandenen Strom des Halbleiterbauelements
ermittelt, wobei eine beliebige Vielfalt von Halbleiterbauelementen einschließlich von bei einer
hohen Rate bzw. Frequenz betriebenen Halbleiterbauelementen getestet werden kann.
Claims (7)
1. Spannungsversorgungsschaltung mit
einer rückgekoppelten Spannungsquelle (10), die mit einer Rückkopplungsschaltung (12) versehen ist und zum Anlegen einer vorbestimmten Spannung (V0) an eine Last (25) ausgelegt ist,
einer Stromversorgungsschaltung (30), die mit einem Spannungsausgangsanschluß (TO) der Spannungsquelle (10) verbunden ist und dazu ausgelegt ist zu erfassen, wenn die an dem Spannungsausgangsanschluß (TO) auftretende Spannung unter einen beim stationären Zustand vorhandenen Wert verringert ist, wobei die Stromversorgungsschaltung (30) in diesem Fall einen Stromfluß in den Spannungsausgangsanschluß (TO) bewirkt, und
einer Strom abführenden Schaltung (40), die mit dem Spannungsausgangsanschluß (TO) der Spannungsquelle (10) verbunden ist und dazu ausgelegt ist zu erfassen, wenn die an dem Spannungsausgangsanschluß (TO) auftretende Spannung über den im stationären Zustand vorhandenen Wert ansteigt, wobei die Strom abführende Schaltung (40) in diesem Fall Strom von dem Spannungsausgangsanschluß (TO) abführt.
einer rückgekoppelten Spannungsquelle (10), die mit einer Rückkopplungsschaltung (12) versehen ist und zum Anlegen einer vorbestimmten Spannung (V0) an eine Last (25) ausgelegt ist,
einer Stromversorgungsschaltung (30), die mit einem Spannungsausgangsanschluß (TO) der Spannungsquelle (10) verbunden ist und dazu ausgelegt ist zu erfassen, wenn die an dem Spannungsausgangsanschluß (TO) auftretende Spannung unter einen beim stationären Zustand vorhandenen Wert verringert ist, wobei die Stromversorgungsschaltung (30) in diesem Fall einen Stromfluß in den Spannungsausgangsanschluß (TO) bewirkt, und
einer Strom abführenden Schaltung (40), die mit dem Spannungsausgangsanschluß (TO) der Spannungsquelle (10) verbunden ist und dazu ausgelegt ist zu erfassen, wenn die an dem Spannungsausgangsanschluß (TO) auftretende Spannung über den im stationären Zustand vorhandenen Wert ansteigt, wobei die Strom abführende Schaltung (40) in diesem Fall Strom von dem Spannungsausgangsanschluß (TO) abführt.
2. Spannungsversorgungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Stromversorgungsschaltung (30) umfaßt:
eine Spannungsquelle (31), die dazu ausgelegt ist, eine Spannung zu erzeugen, die geringfügig kleiner ist als die im stationären Zustand an dem Spannungsausgangsanschluß (TO) der Spannungsquelle (10) vorhandene Spannung,
eine Diode (33), an deren Anode die von der Spannungsquelle (31) erzeugte Spannung angelegt ist, und deren Kathode mit dem Spannungsausgangsanschluß (TO) verbunden ist, und
eine Stromquelle (32), die mit dem Verbindungspunkt zwischen der Anode der Diode (33) und der Spannungsquelle (31) verbunden ist und dazu ausgelegt ist, über die Diode (33) einen Stromfluß zu dem Spannungsausgangsanschluß (TO) während eines Zeitintervalls hervorzurufen, während dessen die an dem Spannungsausgangsanschluß (TO) vorhandene Spannung unter der von der Spannungsquelle (31) erzeugten Spannung liegt.
eine Spannungsquelle (31), die dazu ausgelegt ist, eine Spannung zu erzeugen, die geringfügig kleiner ist als die im stationären Zustand an dem Spannungsausgangsanschluß (TO) der Spannungsquelle (10) vorhandene Spannung,
eine Diode (33), an deren Anode die von der Spannungsquelle (31) erzeugte Spannung angelegt ist, und deren Kathode mit dem Spannungsausgangsanschluß (TO) verbunden ist, und
eine Stromquelle (32), die mit dem Verbindungspunkt zwischen der Anode der Diode (33) und der Spannungsquelle (31) verbunden ist und dazu ausgelegt ist, über die Diode (33) einen Stromfluß zu dem Spannungsausgangsanschluß (TO) während eines Zeitintervalls hervorzurufen, während dessen die an dem Spannungsausgangsanschluß (TO) vorhandene Spannung unter der von der Spannungsquelle (31) erzeugten Spannung liegt.
3. Spannungsversorgungsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Stromversorgungsschaltung (30) eine zweite Diode (34) enthält, an deren Kathode die von der
Spannungsquelle (31) erzeugte Spannung angelegt ist und deren Anode mit dem Verbindungs
punkt zwischen der Anode der erstgenannten Diode (33) und der Stromquelle (32) verbunden
ist.
4. Spannungsversorgungsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Strom abführende Schaltung (40) umfaßt:
eine Spannungsquelle (41), die dazu ausgelegt ist, eine Spannung zu erzeugen, die geringfügig oberhalb der im stationären Zustand an dem Spannungsausgangsanschluß (TO) der Spannungsquelle (10) vorhandenen, Spannung liegt,
eine Diode (43), an deren Kathode die von der Spannungsquelle (41) erzeugte Span nung angelegt ist, und deren Anode mit dem Spannungsausgangsanschluß (TO) verbunden ist, und
eine Stromquelle (42), die mit dem Verbindungspunkt zwischen der Kathode der Diode (43) und der Spannungsquelle (41) verbunden ist und die dazu ausgelegt ist, während eines Zeitintervalls, während dessen die Spannung an dem Spannungsausgangsanschluß (TO) über die von der Spannungsquelle (41) erzeugte Spannung ansteigt, Strom von dem Spannungsaus gangsanschluß (TO) abzuziehen.
eine Spannungsquelle (41), die dazu ausgelegt ist, eine Spannung zu erzeugen, die geringfügig oberhalb der im stationären Zustand an dem Spannungsausgangsanschluß (TO) der Spannungsquelle (10) vorhandenen, Spannung liegt,
eine Diode (43), an deren Kathode die von der Spannungsquelle (41) erzeugte Span nung angelegt ist, und deren Anode mit dem Spannungsausgangsanschluß (TO) verbunden ist, und
eine Stromquelle (42), die mit dem Verbindungspunkt zwischen der Kathode der Diode (43) und der Spannungsquelle (41) verbunden ist und die dazu ausgelegt ist, während eines Zeitintervalls, während dessen die Spannung an dem Spannungsausgangsanschluß (TO) über die von der Spannungsquelle (41) erzeugte Spannung ansteigt, Strom von dem Spannungsaus gangsanschluß (TO) abzuziehen.
5. Spannungsversorgungsschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Strom abführende Schaltung (40) eine zweite Diode (44) aufweist, an deren Anode die von der
Spannungsquelle (41) erzeugte Spannung angelegt ist und deren Kathode mit dem Verbindungs
punkt zwischen der Kathode der erstgenannten Diode (431 und der Stromquelle 142) verbunden
ist.
6. Spannungsversorgungsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Last (25) eine integrierte Halbleiterschaltung ist, durch die
dann, wenn ihr Betrieb invertiert wird, ein Betriebsstrom fließt, dessen Spitzenwert größer ist als
die Größe des im stationären Zustand fließenden Stroms.
7. Spannungsversorgungsschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Last (25) eine integrierte Halbleiterschaltung ist, die einen
komplementären MOS-Aufbau besitzt.
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