DE19832309C1 - Integrierte Schaltung mit einem Spannungsregler - Google Patents

Abstract

Die integrierte Schaltung weist einen Spannungsregler (OP) zum Erzeugen einer internen Versorgungsspannung (V¶Int¶) auf, der einen Eingang zum Zuführen eines Istwertes und einen Eingang zum Zuführen einer Referenzspannung (V¶Ref¶) als Sollwert aufweist. Der Istwert wird mittels eines ersten Spannungsteilers (R3, R4) aus der internen Versorgungsspannung (V¶Int¶) erzeugt. Die Empfindlichkeit des Spannungsreglers (OP) hängt vom Widerstandswert wenigstens eines Widerstandselementes (R3) des ersten Spannungsteilers ab. Dem ersten Spannungsteiler (R3, R4) ist ein zweiter Spannungsteiler (R1, R2) parallel geschaltet, der das gleiche Spannungsteilerverhältnis wie der erste Spannungsteiler aufweist und der durch wenigstens ein Schaltelement (S1, S2) aktivierbar und deaktivierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine integrierte Schaltung mit einem Spannungsregler zum Erzeugen einer internen Versorgungsspan­ nung, der einen Eingang zum Zuführen eines Istwertes und ei­ nen Eingang zum Zuführen einer Referenzspannung als Sollwert aufweist, wobei der Istwert mittels eines ersten Spannungs­ teilers aus der internen Versorgungsspannung erzeugt wird und wobei die Empfindlichkeit des Spannungsreglers vom Wider­ standswert wenigstens eines Widerstandselementes des ersten Spannungsteilers abhängt.

Ein entsprechender Spannungsregler ist aus U. Tietze, Ch. Schenk: Halbleiterschaltungstechnik, 10. Auflage, Berlin 1993 in Kapitel 18.3.3 bekannt. Als Spannungsregler, dem der Ist- und der Sollwert zugeführt werden, kommt ein Operations­ verstärker zum Einsatz. Dem Operationsverstärker ist ein Schalttransistor nachgeschaltet, der am Ausgang des Reglers die zu regelnde Spannung bereitstellt, die aus einer höheren Spannung abgeleitet wird. Das Spannungsteilerverhältnis des ersten Spannungsteilers und der Wert der Referenzspannung be­ stimmen den Wert der geregelten Ausgangsspannung. Über den zwischen der geregelten Ausgangsspannung und Masse angeordne­ ten ersten Spannungsteiler fließt ein Verluststrom, der um so größer ist, je kleiner der Gesamtwiderstand des Spannungstei­ lers ist. Vergrößert man jedoch den ohmschen Widerstand der Widerstandselemente des Spannungsteilers, wird die Empfind­ lichkeit des Spannungsreglers vermindert. Diese Empfindlich­ keit hängt nämlich von der RC-Konstante ab, die durch den Spannungsteiler und die damit verbundene Eingangskapazität des Operationsverstärkers bestimmt wird.

In der EP 0 846 996 A1 ist eine Regelschaltung für einen Spannungsregler beschrieben, der zwei Rückkopplungszweige aufweist. Der Spannungsregler weist einen DMOS-Leistungstran­ sistor auf, der durch eine Ladungspumpe gesteuert wird.

In der US 5,467,009 A ist ein Spannungsregler beschrieben, der einen Rückkopplungszweig aufweist, dessen Widerstandswert über entsprechende Schalter auf unterschiedliche Werte einge­ stellt werden kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine integrierte Schaltung der eingangs geschilderten Art anzugeben, bei der eine ausreichende Empfindlichkeit des Spannungsreglers ge­ währleistet ist und bei der andererseits der auftretende Ver­ luststrom reduziert ist.

Diese Aufgabe wird mit einer integrierten Schaltung gemäß An­ spruch 1 gelöst. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.

Erfindungsgemäß ist dem ersten Spannungsteiler ein zweiter Spannungsteiler parallel geschaltet, der das gleiche Span­ nungsteilerverhältnis wie der erste Spannungsteiler aufweist und der durch wenigstens ein Schaltelement aktivierbar und deaktivierbar ist.

Da beide Spannungsteiler das gleiche Spannungsteilerverhält­ nis aufweisen, ergibt sich sowohl bei aktiviertem als auch bei deaktiviertem zweiten Spannungsteiler derselbe Wert der zu regelnden Ausgangsspannung des Spannungsreglers, denn das resultierende Spannungsteilerverhältnis ist immer konstant. Allerdings ist der Widerstandswert in beiden Fällen unter­ schiedlich, so daß sich mit der unveränderten Eingangskapazi­ tät des Spannungsreglers jeweils unterschiedliche RC-Kon­ stanten ergeben und somit die Empfindlichkeit (Regelgeschwin­ digkeit) des Spannungsreglers verändert wird. Ist der zweite Spannungsteiler deaktiviert und nur der erste Spannungsteiler wirksam, ergibt sich aufgrund des relativ höheren Wider­ standswertes sowohl eine geringere Empfindlichkeit des Span­ nungsreglers als auch ein geringerer Verluststrom, der über den Spannungsteiler fließt. Ist dagegen der zweite Spannungs­ teiler aktiviert, ergibt sich der Gesamtwiderstand aus der Parallelschaltung der jeweiligen Widerstandselemente und wird daher in jedem Fall geringer als im zuvor geschilderten Fall, so daß die Empfindlichkeit des Spannungsreglers aufgrund der verminderten RC-Konstante erhöht wird, gleichzeitig aber auch der Verluststrom über den resultierenden Spannungsteiler zu­ nimmt. Somit ergibt sich vorteilhafterweise die Möglichkeit, durch Aktivierung bzw. Deaktivierung des zweiten Spannungs­ teilers die integrierte Schaltung in zwei verschiedenen Be­ triebsarten mit unterschiedlichen Empfindlichkeiten des Span­ nungsreglers und unterschiedlich hohen Verlustströmen zu be­ treiben.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, das wenigstens eine Schaltelement, das zur Aktivierung bzw. Deak­ tivierung des zweiten Spannungsteilers dient, über ein Be­ triebsartsignal zu steuern, das in einer Normalbetriebsart der integrierten Schaltung das Schaltelement leitend schaltet und das in einer Energiesparbetriebsart das Schaltelement sperrt.

Generell versteht man unter einer Energiesparbetriebsart ei­ ner integrierten Schaltung eine Betriebsart, in der deren Stromaufnahme deutlich gegenüber einer Normalbetriebsart re­ duziert ist. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, daß nur bestimmt Grundfunktionen aufrechterhalten werden, während andere Funktionen abgeschaltet werden. Durch die geringe Stromaufnahme in der Energiesparbetriebsart wird die zu re­ gelnde Ausgangsspannung des Spannungsreglers, die zur Versor­ gung der integrierten Schaltung bzw. Teile derselben dient, einer wesentlich geringeren Belastung ausgesetzt als in der Normalbetriebsart. Daher sind auch Belastungsänderungen in der Energiesparbetriebsart äußerst gering. Aus diesem Grund muß der Spannungsregler in der Energiesparbetriebsart nicht dieselbe Empfindlichkeit aufweisen wie in der Normalbetriebs­ art. Daher ist es unproblematisch, in der Energiesparbe­ triebsart höhere Widerstandswerte des ersten Spannungsteilers in Kauf zu nehmen. Diese höheren Widerstandswerte bewirken, daß in der Energiesparbetriebsart auch der durch den Span­ nungsregler verursachte Verluststrom bedeutend geringer ist als in der Normalbetriebsart. Umgekehrt weist der Spannungs­ regler in der Normalbetriebsart durch Aktivierung des zweiten Spannungsteilers die für die dort auftretenden höheren Strom­ belastungen der geregelten internen Versorgungsspannung und den stärkeren Belastungswechseln notwendige höhere Empfind­ lichkeit auf, die sich in einer höheren Regelgeschwindigkeit äußert.

Der durch die Erfindung zu erzielende Vorteil ist um so grö­ ßer, je größer der Unterschied zwischen den Widerstandswerten des ersten und des zweiten Spannungsteilers ist. Dann ergibt sich nämlich der größte Unterschied in der Höhe des jeweils durch den resultierenden Spannungsteiler fließenden Verlust­ stroms.

Der Spannungsregler kann beispielsweise ein Operationsver­ stärker sein. Die Erfindung ist jedoch auch auf alle anderen Spannungsregler anwendbar, bei denen die Regelempfindlichkeit von einem Spannungsteilerverhältnis abhängt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der einzigen Fig. 1 näher erläutert, die ein Ausführungsbeispiel zeigt.

Die in Fig. 1 dargestellte integrierte Schaltung weist einen Operationsverstärker OP auf, der von einer externen Spannung V_Ext gespeist wird. Einem Sollwerteingang des Operationsver­ stärkers OP wird eine Referenzspannung V_Ref als Sollwert zu­ geführt. Der Ausgang des Operationsverstärkers ist mit dem Steueranschluß eines Schalttransistors T in Form eines p- Kanal-Transistors verbunden. Der Schalttransistor T verbindet über seinen Hauptstrompfad die externe Versorgungsspannung V_Ext mit der ersten Elektrode eines Pufferkondensators C, dessen zweite Elektrode mit Masse verbunden ist. An der er­ sten Elektrode des Kondensators C wird durch Schalten des Schalttransistors T eine zu regelnde interne Versorgungsspan­ nung V_Int erzeugt. Um den Regelkreis zu schließen, ist die interne Versorgungsspannung V_Int auf einen Istwerteingang des Operationsverstärkers OP rückgekoppelt. Dies geschieht mit­ tels eines zwischen der internen Versorgungsspannung V_Int und Masse angeordneten ersten Spannungsteilers aus einem dritten Widerstandselement R3 und einem vierten Widerstandselement R4. Ein Schaltungsknoten A, der zwischen dem dritten R3 und dem vierten R4 Widerstandselement angeordnet ist, ist mit dem Istwerteingang des Operationsverstärkers OP verbunden.

Weiterhin weist die in Fig. 1 gezeigte Schaltung einen zwei­ ten Spannungsteiler auf, der dem ersten Spannungsteiler par­ allel geschaltet ist und ein erstes Widerstandselement R1 und ein zweites Widerstandselement R2 aufweist. Der zweite Span­ nungsteiler weist zwischen der internen Versorgungsspannung V_Int und dem ersten Widerstandselement R1 ein erstes Schalte­ lement S1 in Form eines p-Kanal-Transistors und zwischen dem zweiten Widerstandselement R2 und Masse ein zweites Schalte­ lement S2 in Form eines n-Kanal-Transistors auf. Die Steuer­ anschlüsse dieser beiden Schaltelemente S1, S2 sind direkt bzw. über einen Inverter I mit einem Betriebsartsignal EN verbunden. Mittels des Betriebsartsignals EN ist es möglich, die beiden Schaltelemente S1, S2 gleichzeitig leitend zu schalten oder zu sperren. Auf diese Weise erfolgt eine Akti­ vierung des zweiten Spannungsteilers in einer Normalbetriebs­ art der integrierten Schaltung bzw. eine Deaktivierung des zweiten Spannungsteilers in einer Energiesparbetriebsart.

Das Spannungsteilerverhältnis des ersten Spannungsteilers R3, R4 stimmt mit dem Spannungsteilerverhältnis des zweiten Span­ nungsteilers R1, R2 überein. Daher ergibt sich in der Normal­ betriebsart, in der der zweite Spannungsteiler R1, R2 akti­ viert ist, dasselbe resultierende Spannungsteilerverhältnis wie in der Energiesparbetriebsart, in der nur der erste Span­ nungsteiler wirksam ist. Somit wird in beiden Fällen die zu regelnde interne Versorgungsspannung V_Int auf denselben Wert geregelt. Allerdings sind die Widerstandswerte der Wider­ standselemente des ersten Spannungsteilers R3, R4 sehr viel größer als diejenigen des zweiten Spannungsteilers R1, R2. Somit ergibt sich in der Energiesparbetriebsart ein wesent­ lich geringerer Verluststrom durch den ersten Spannungsteiler als in der Normalbetriebsart durch den resultierenden Span­ nungsteiler, der durch die Parallelschaltung des ersten und des zweiten Spannungsteilers gebildet wird.

Gleichzeitig ist die Empfindlichkeit des Spannungsreglers in der Energiesparbetriebsart geringer als in der Normalbe­ triebsart, da die Empfindlichkeit und damit die Regelge­ schwindigkeit des Spannungsreglers maßgeblich von der RC- Konstanten abhängt, die durch den Widerstandswert des jewei­ ligen Spannungsteilers und die Eingangskapazität des Istwer­ teingangs des Operationsverstärkers OP gebildet wird. Die Eingangskapazität Cp des Operationsverstärkers OP ist in Fig. 1 aus Gründen der Illustration eingezeichnet. In der Energiesparbetriebsart wird die RC-Konstante durch das Pro­ dukt des Widerstandswertes der Parallelschaltung des dritten Widerstandselementes R3 und des vierten Widerstandselementes R4 und der Eingangskapazität CP gebildet. In der Normalbe­ triebsart wird sie durch das Produkt aus der Parallelschal­ tung der Widerstandswerte des ersten R1, des zweiten R2, des dritten R3 und des vierten R4 Widerstandselementes und der Eingangskapazität CP gebildet.

Die Widerstandselemente R1, R2, R3, R4 können beispielsweise durch Feldeffekttransistoren gebildet sein. Die Pufferkapazi­ tät C, die zur Pufferung der internen Versorgungsspannung V_Int dient, kann beispielsweise durch die Eingangskapazitäten von durch die interne Versorgungsspannung versorgten Schaltungs­ einheiten gebildet sein. Sollten diese zu geringe Werte auf­ weisen, kann eine zusätzliche Pufferkapazität vorgesehen sein.

Claims (4)

1. Integrierte Schaltung mit einem Spannungsregler (OP) zum Erzeugen einer internen Versorgungsspannung (VInt), der ei­ nen Eingang zum Zuführen eines Istwertes und einen Eingang zum Zuführen einer Referenzspannung (VRef) als Sollwert aufweist, bei der

• 1. der Istwert mittels eines ersten Spannungsteilers (R3, R4) aus der internen Versorgungsspannung (VInt) erzeugt wird, wobei die Empfindlichkeit des Spannungsreglers (OP) vom Wi­ derstandswert wenigstens eines Widerstandselementes (R3) des ersten Spannungsteilers abhängt,
• 2. und dem ersten Spannungsteiler (R3, R4) ein zweiter Span­ nungsteiler (R1, R2) parallel geschaltet ist, der das glei­ che Spannungsteilerverhältnis wie der erste Spannungsteiler aufweist und der durch wenigstens ein Schaltelement (S1, S2) aktivierbar und deaktivierbar ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, bei der das wenigstens eine Schaltelement (S1, S2) über ein Betriebsartsignal (EN) gesteuert ist, das in einer Normalbe­ triebsart der integrierten Schaltung das wenigstens eine Schaltelement leitend schaltet und das in einer Energiespar­ betriebsart das Schaltelement sperrt.

3. Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, deren erster Spannungsteiler (R3, R4) wesentlich hochohmiger ist als der zweite Spannungsteiler (R1, R2).

4. Schaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, deren Spannungsregler (OP) einen Operationsverstärker ent­ hält, dem der Istwert und der Sollwert zugeführt werden.