DE19801994C1 - Referenzspannungsgenerator - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Referenzspannungs­ generator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, d. h. einen Referenzspannungsgenerator mit einem Inverter, wobei der Eingangsanschluß des Inverters und der Ausgangsanschluß des Inverters miteinander verbunden sind.

Ein Referenzspannungsgenerator dieser Art ist beispielsweise aus der DE 42 15 444 C2 bekannt.

Der in dieser Druckschrift beschriebene Referenzspannungs­ generator ist Bestandteil einer Schaltung zur Umsetzung eines ersten Spannungspegels (beispielsweise des Spannungspegels von Ausgangssignalen einer ECL-Schaltung) in einen zweiten Spannungspegel (beispielsweise in den von einer CMOS- Schaltung erwarteten bzw. benötigten Spannungspegel). Dem Re­ ferenzspannungsgenerator obliegt es dabei, eine Referenz­ spannung für den eigentlichen Pegelwandler zu erzeugen.

Wenn der Referenzspannungsgenerator wie in der DE 42 15 444 C2 Bestandteil einer integrierten Schaltung ist, weist er, genauer gesagt der diesen bildende Inverter im einfachsten Fall den in Fig. 2 gezeigten Aufbau auf. D. h., er besteht aus einem PMOS-Transistor T1 und einem NMOS-Transistor T2, die wie in der Fig. 2 gezeigt verschaltet sind. Der Aus­ gangsanschluß des so realisierten Inverters liegt zwischen den beiden Transistoren T1 und T2 und ist in der Fig. 2 mit A bezeichnet; der Eingangsanschluß fällt mit den Gate­ anschlüssen der Transistoren T1 und T2 zusammen und ist in der Fig. 2 mit E bezeichnet. Die von dieser Anordnung er­ zeugte Referenzspannung ist die am Ausgangsanschluß A des In­ verters abgreifbare (und an den Eingangsanschluß E zurück­ geführte Spannung; sie beträgt bei symmetrischem Aufbau des Inverters die Hälfte der an diesen angelegten Versorgungs­ spannung V_DD.

Bei der Schaltung gemäß der DE 42 15 444 C2 ist zwischen dem Referenzspannungsgenerator und dem Pegelwandler ein Schalt­ glied vorgesehen, durch welches die Verbindung zwischen den genannten Komponenten bei Bedarf (wenn der Pegelwandler die Referenzspannung nicht benötigt) unterbrechbar ist.

Bei aufgetrennter Verbindung zwischen dem Referenzspannungs­ generator und der die Referenzspannung benötigenden Einheit erfordert der Betrieb des Referenzspannungsgenerators weniger elektrische Energie als es bei geschlossener Verbindung der Fall ist. Allerdings benötigt der Referenzspannungsgenerator auch bei aufgetrennter Verbindung zwischen diesem und der die Referenzspannung benötigenden Einheit eine nicht vernach­ lässigbare Energie.

Dies ist verständlicherweise ein Nachteil, dessen Beseitigung sehr wünschenswert ist.

Weitere Referenzspannungsgeneratoren der in Patentanspruch 1 beanspruchten Art sind beispielsweise aus der DE 28 40 740 C2 und der EP 0 473 138 A2 bekannt. Diese weisen jedoch keine Möglichkeiten zu einer wie auch immer gearteten Umschaltung auf und vermögen daher keine Anregungen zur Beseitigung des genannten Nachteils zu geben.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, den Referenzspannungsgenerator gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubilden, daß dieser mit ge­ ringem Aufwand und auf einfache Weise in eine (Energiespar-) Betriebsart versetzbar ist, in welcher dessen Energie­ verbrauch auf ein Minimum reduziert ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch Vorsehen der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 beanspruchten Merkmale gelöst.

Demnach ist der Referenzspannungsgenerator mit einer Be­ triebsart-Einstelleinrichtung versehen, die dazu ausgelegt ist, die Verbindung zwischen dem Eingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß des Inverters zu unterbrechen.

Nach der Auftrennung der Verbindung zwischen dem Eingangs­ anschluß und dem Ausgangsanschluß des Inverters kann an den Eingangsanschluß des Inverters ein beliebiges anderes Signal als dessen Ausgangssignal angelegt werden. Der Referenz­ spannungsgenerator kann mithin durch einen einfachen Schalt­ vorgang in eine Energiespar-Betriebsart versetzt werden.

Bei entsprechender Auswahl dieses Signals (der Größe und/oder des zeitlichen Verlaufs desselben) kann der Inverter in einen Zustand versetzt werden, in welchem er einen minimalen Ener­ gieverbrauch aufweist. Da über die Verbindungen, die durch den Schaltvorgang geschaffen oder aufgetrennt werden, nur sehr kleine Ströme fließen, können die beim Schaltvorgang be­ tätigten Schalter für geringe Belastungen ausgelegt und folg­ lich sehr einfach aufgebaut sein.

Weil der Referenzspannungsgenerator auch in der Energiespar- Betriebsart mit der Versorgungsspannung verbunden bleiben kann, kann das Umschalten von der Normal-Betriebsart in die Energiespar-Betriebsart und umgekehrt ohne Vorsehen besonde­ rer Maßnahmen sehr schnell und ohne Ein- und/oder Ausschwing­ vorgänge erfolgen.

Der erfindungsgemäße Referenzspannungsgenerator läßt sich al­ so mit minimalem Aufwand auf einfache Weise in eine Energie­ spar-Betriebsart versetzen.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind den Unter­ ansprüchen, der folgenden Beschreibung und den Figuren ent­ nehmbar.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungs­ beispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrie­ ben. Es zeigen

Fig. 1 den Aufbau eines Ausführungsbeispiels des erfindungs­ gemäßen Referenzspannungsgenerators, und

Fig. 2 den Aufbau eines herkömmlichen Referenzspannungsgene­ rators.

Der nachfolgend näher beschriebene Referenzspannungsgenerator ist beispielsweise als Referenzspannungsquelle für einen Pe­ gelwandler einsetzbar. Allerdings besteht hierauf keine Ein­ schränkung; der beschriebene Referenzspannungsgenerator läßt sich auch für verschiedene andere Zwecke einsetzen.

Der Referenzspannungsgenerator ist im betrachteten Beispiel Bestandteil einer integrierten Schaltung. Auch hierauf be­ steht jedoch keine Einschränkung; der Referenzspannungsgene­ rator kann auch ganz oder teilweise durch diskrete Bau­ elemente realisiert sein.

Der Referenzspannungsgenerator besteht im wesentlichen aus einem Inverter, dessen Eingangsanschluß und dessen Ausgangs­ anschluß miteinander verbunden sind. Die Verbindung von Ein­ gangsanschluß und Ausgangsanschluß des Inverters bewirkt eine Rückführung des am Ausgangsanschluß ausgegebenen Signals auf den Eingangsanschluß, wodurch sich die am Ausgangsanschluß abgreifbare (Referenz-)Spannung bei symmetrischem Aufbau des Inverters auf die Hälfte der Versorgungsspannung der Inver­ ters einstellt.

Anders als bei herkömmlichen Referenzspannungsgeneratoren dieser Art ist beim vorliegend betrachteten Referenz­ spannungsgenerator die Verbindung zwischen dem Eingangs­ anschluß und dem Ausgangsanschluß des Inverters auftrennbar. Dies ermöglicht es, an den Eingangsanschluß des Inverters ein beliebiges anderes Signal als dessen Ausgangssignal anzule­ gen, wodurch er - bei geeigneter Festlegung der an den Ein­ gangsanschluß angelegten Spannung - in einen Zustand versetz­ bar ist, in welchem er einen minimalen Energieverbrauch auf­ weist.

Eine Möglichkeit zur praktischen Realisierung dieses neuarti­ gen Referenzspannungsgenerators ist in Fig. 1 veranschau­ licht.

Der Referenzspannungsgenerator besteht aus PMOS-Transistoren T1, T3 und T6 und NMOS-Transistoren T2, T4, T5 und T7, die wie in der Fig. 1 gezeigt verschaltet sind.

Der eigentliche Inverter wird durch die Transistoren T1 und T2 gebildet. Der Ausgangsanschluß des Inverters liegt zwi­ schen den Transistoren T1 und T2 und ist mit A bezeichnet; der Eingangsanschluß des Inverters fällt mit den Gate­ anschlüssen der Transistoren T1 und T2 zusammen und ist mit E bezeichnet. Insoweit herrscht Übereinstimmung zwischen dem in der Fig. 2 gezeigten herkömmlichen Referenzspannungsgenera­ tor und dem in der Fig. 1 gezeigten neuen Referenzspannungs­ generator.

Der in der Fig. 1 gezeigte neuartige Referenzspannungsgene­ rator umfaßt jedoch zusätzlich noch eine durch die Transisto­ ren T3 bis T7 gebildete Betriebsart-Einstelleinrichtung, durch welche er in eine Energiespar-Betriebsart versetzbar ist, in der er einen minimalen Energieverbrauch aufweist.

Von den die Betriebsart-Einstelleinrichtung bildenden Tran­ sistoren T3 bis T7

• - bilden die Transistoren T3 und T4 ein im Rückkopplungszweig des Inverters liegendes Schaltelement,
• - bildet der Transistor T5 ein Schaltelement über welches an den Eingangsanschluß des Inverters ein anderes Signal als dessen Ausgangssignal anlegbar ist, und
• - bilden die Transistoren T6 und T7 eine Schaltglied- Ansteuerlogik, durch welche die Transistoren T3, T4 und T5 in Abhängigkeit von einem an einen Standby-Anschluß SB an­ liegenden Signal angesteuert werden.

Die Betriebsart-Einstelleinrichtung ist dazu ausgelegt, den Referenzspannungsgenerator im Ansprechen auf eine entspre­ chende Anforderung in die Bereitschafts- bzw. Standby- Betriebsart umzuschalten, wobei die Anforderung im betrach­ teten Beispiel darin besteht, daß an den Standby-Anschluß SB ein die Standby-Anforderung signalisierendes Signal angelegt wird; das die Standby-Anforderung signalisierende Signal ist vorliegend ein Signal mit hohem Pegel.

Wenn und so lange das an den Standby-Anschluß SB angelegte Signal niedrigen Pegel aufweist, leiten die Transistoren T3, T4 und T6, und sperren die Transistoren T5 und T7.

Der leitende Zustand der Transistoren T3 und T4 bewirkt, daß das dadurch realisierte Schaltglied geschlossen ist. Das am Ausgangsanschluß des Inverters ausgegebene Signal kann da­ durch über das Schaltglied zum Eingangsanschluß rückgekoppelt werden.

Der sperrende Zustand des Transistors T5 bewirkt, daß zusätz­ lich oder alternativ zum rückgekoppelten Ausgangssignal des Inverters kein anderes Signal an den Eingangsanschluß ange­ legt wird.

Bei niedrigem Pegel des an den Standby-Anschluß SB angelegten Signals verhält sich der neuartige Referenzspannungsgenerator gemäß Fig. 1 also exakt wie der herkömmliche Referenz­ spannungsgenerator gemäß Fig. 2.

Dies ändert sich, wenn das an den Standby-Anschluß SB ange­ legte Signal hohen Pegel aufweist: wenn und so lange das an den Standby-Anschluß SB angelegte Signal einen hohen Pegel aufweist leiten die Transistoren T5 und T7, und sperren die Transistoren T3, T4 und T6.

Der sperrende Zustand der Transistoren T3 und T4 bewirkt, daß das dadurch realisierte Schaltglied geöffnet ist. Die Verbin­ dung zwischen dem Eingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß des Inverters (der Rückkopplungszweig) ist dadurch unter­ brochen, und das am Ausgangsanschluß des Inverters ausgege­ bene Signal wird nicht mehr zum Eingangsanschluß rückgekop­ pelt.

An den Eingangsanschluß E des Inverters kann dadurch eine be­ liebige andere Spannung angelegt werden. Im vorliegend be­ trachteten Beispiel wird über den nun leitenden Transistor T5 das Massepotential an den Eingangsanschluß E des Inverters angelegt.

Das Anlegen des Massepotentials an den Eingangsanschluß E des Inverters bewirkt in diesem, daß der Transistor T2 sperrt. Dadurch wird verhindert, daß über die Transistoren T1 und T2 ein Querstrom fließt im normalen Betrieb des Referenz­ spannungsgenerators (wenn und so lange das am Standby- Anschluß anliegende Signal niedrigen Pegel hat) fließt auch dann, wenn der Referenzspannungsgenerator von der die Refe­ renzspannung bewnötigenden Einheit getrennt ist, stets ein gewisser Strom über die Transistoren T1 und T2.

In der Standby-Betriebsart des Referenzspannungsgenerators ist dessen Energieverbrauch im wesentlichen gleich Null, also minimal und vernachlässigbar gering.

Im wesentlichen der selbe Effekt stellt sich ein, wenn über den Transistor 5 oder ein anderes Schaltglied der andere Pol der Versorgungsspannung des Inverters an dessen Eingangs­ anschluß E angelegt wird. Dann sperrt zwar der Transistor T1, aber auch dadurch wird verhindert, daß über die Transistoren T1 und T2 ein Querstrom fließt. D. h., auch in diesem Fall ist der Energieverbrauch des Referenzspannungsgenerators im we­ sentlichen gleich Null, also ebenfalls minimal und vernach­ lässigbar gering.

Die Potentiale des ersten Pols und des zweiten Pols der Ver­ sorgungsspannung sind Potentiale, deren Anlegen an den Ein­ gangsanschluß des Inverters bewirken, daß dessen Energie­ verbrauch minimal wird. Eine Reduzierung des Energie­ verbrauchs (gegenüber dem Normal-Betrieb des Referenz­ spannungsgenerators) kann sich jedoch auch dann einstellen, wenn an den Eingangsanschluß E ein Potential angelegt wird, das sich von den Potentialen der Pole der Versorgungsspannung unterscheidet. Entscheidend ist in diesem Zusammenhang "nur", daß das an den Eingangsanschluß E angelegte Potential zumin­ dest einen der Transistoren T1 und T2 in einen Zustand ver­ setzt, in welchem er sperrt oder wenigstens einen hohen Durchgangswiderstand aufweist bzw. - allgemeiner ausgedrückt - daß das an den Eingangsanschluß E angelegte Potential den Inverter (beliebige Bestandteile desselben) in einen Zustand versetzt, in welchem das Fließen eines Stromes durch diesen ganz oder teilweise unterbunden ist. Die Zustände, in welchen das Fließen eines Querstromes ganz oder teilweise unterbunden ist, sind die Vorzugs-Zustände, deren Einstellung beim Ver­ setzen des Referenzspannungsgenerators in die Standby- Betriebsart bzw. - allgemeiner ausgedrückt - eine Energiespar- Betriebsart angestrebt wird.

Im betrachteten Beispiel wird das im Rückkopplungszweig vor­ gesehene Schaltglied durch zwei zu einem sogenannten Trans­ missiongate verschaltete Transistoren gebildet. Wenngleich sich dies in der CMOS-Technik als vorteilhaft erweist, be­ steht hierauf keine Einschränkung. Das Schaltglied kann auch beliebig anders praktisch realisiert werden.

Entsprechendes gilt für das dem Eingangs-Anschluß E des In­ verters vorgeschaltete, durch den Transistor 5 gebildete Schaltglied. Auch dieses kann beliebig anders praktisch rea­ lisiert werden.

Auch die Schaltglied-Ansteuerlogik kann anders als durch die Transistoren T6 und T7 realisiert sein.

Durch den beschriebenen Referenzspannungsgenerator kann un­ abhängig von den Einzelheiten der praktischen Realisierung desselben erreicht werden, daß dieser mit geringem Aufwand und auf einfache Weise in eine Energiespar-Betriebsart ver­ setzbar ist, in welcher dessen Energieverbrauch auf ein Mini­ mum reduziert ist.

Claims (6)

1. Referenzspannungsgenerator mit einem Inverter (T1, T2), wobei der Eingangsanschluß (E) des Inverters und der Aus­ gangsanschluß (A) des Inverters miteinander verbunden sind, gekennzeichnet durch eine Betriebsart-Einstelleinrichtung (T3-T7), die dazu aus­ gelegt ist, die Verbindung zwischen dem Eingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß des Inverters zu unterbrechen.

2. Referenzspannungsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsart-Einstelleinrichtung (T3-T7) dazu aus­ gelegt ist, an den Eingangsanschluß (E) des Inverters (T1, T2) ein anderes Signal als dessen Ausgangssignal anzulegen.

3. Referenzspannungsgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Signal ein Signal ist, durch welches der Inverter (T1, T2) in einen Zustand versetzt wird, in welchem das Fließen eines Stromes durch diesen ganz oder teilweise unterbunden ist.

4. Referenzspannungsgenerator nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Signal das Potential eines der Pole der Ver­ sorgungsspannung aufweist.

5. Referenzspannungsgenerator nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebsart-Einstelleinrichtung (T3 bis T7) dazu aus­ gelegt ist, in Abhängigkeit von einem von außen zugeführten Signal zu arbeiten.

6. Referenzspannungsgenerator nach Anspruch 5 in Verbindung mit den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß durch das von außen zugeführte Signal ein Zeitraum sig­ nalisiert wird, in dem der Referenzspannungsgenerator in einer Energiesparbetriebsart betrieben wird.