DE4211644A1 - Von der stromzufuhr unabhaengige vorspannungs-einschaltschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine verbesserte, von der Stromzufuhr unabhängige Vorspannungs-Einschaltschaltung und insbesondere eine von der Strom- bzw. Spannungszufuhr unabhängige Vorspan­ nungs-Einschaltschaltung, mit der ein zusätzlicher Stromver­ brauch verhindert wird, der in der Schaltung auftreten kann, nachdem die von der Stromzufuhr unabhängige Vorspannungs- Einschaltschaltung eingeschaltet worden ist. Eine Vorspannung wird stabilisiert, auch wenn eine Eingangsspannung von einer Spannungsquelle sich ändert. Auch wird der Flächenbedarf für die Schaltung verringert.

Fig. 1 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer herkömmlichen, von der Stromzufuhr unabhängigen Vorspannungs-Einschaltschaltung. Die dargestellte Schaltung hat einen von der Quellenspannung (Stromzufuhr) unabhängige Vorspannungsschaltung 1, mit der eine Spannung V_DD von einer Leistungsquelle eingegeben werden kann und die eine konstante Vorspannung erzeugt. Außerdem ist eine Einschaltschaltung 2 vorgesehen, mit der die Quellenspan­ nung V_DD eingegeben werden kann und die die von der Stromzufuhr unabhängige Vorspannungsschaltung 1 starten kann, und zwar beim Beginn der Anlage der Quellenspannung V_DD an diese Schaltung.

Die von der Stromzufuhr oder Spannungszufuhr unabhängige Vorspannungsschaltung 1 hat ein Paar PMOS Transistoren PM1 und PM2, deren Quellenanschlüsse an einen Leistungsquellenanschluß angeschlossen ist. Deren Toranschlüsse sind miteinander verbunden, um die Spannung V_DD von der Leistungsquelle einzugeben. Ein NMOS Transistor NM2 ist mit seinem Senkenan­ schluß gemeinsam mit den Toranschlüssen der PMOS Transistoren PM1 und PM2 verbunden. Ein Senkenanschluß des PMOS Transistors PM2 und dessen Quellenanschluß ist über einen Widerstand R1 an einen Erdungsanschluß GND angeschlossen, um eine Bypass- Schleife der Schaltung auszubilden. Ein NMOS Transistor NM1 mit seinem Toranschluß und mit seinem Senkenanschluß ist zusammen an einem Senkenanschluß des PMOS Transistors PM1 angeschlossen. Ein Toranschluß des NMOS Transistors NM2 und dessen Quellenanschluß sind an den Erdungsanschluß GND angeschlossen, um die Vorspannung über den gemeinsamen Verbindungspunkt n1 der Senke mit dem PMOS Transistor PM1 abzugeben.

Die Startschaltung oder Einschaltschaltung 2 hat einen Widerstand R2, dessen eine Seite mit dem Anschluß der Leistungsquelle verbunden ist und der dadurch an der Quellen­ spannung V_DD anliegt. Ein NMOS Transistor NM4 ist vorgesehen und dessen Senkenanschluß und Toranschluß sind an die andere Seite des Widerstandes R2 angeschlossen. Der Quellenanschluß ist an den Erdungsanschluß angeschlossen, um als Stromquelle für einen Bypass zu dienen. Ein NMOS Transistor NM3 ist mit seinem Toranschluß an einen gemeinsamen Verbindungspunkt des Senkenanschlusses und des Toranschlusses des NMOS Transistors NM4 angeschlossen. Dessen Quellenanschluß ist an den Erdungs­ anschluß GND angeschlossen und dessen Senkenanschluß ist an eine gemeinsame Verbindung des Senkenanschlusses des NMOS Transistors NM2 mit den Toranschlüssen der PMOS Transistoren PM1 und PM2 angeschlossen, und zwar in der von der Zufuhr unabhängigen Vorspannungsschaltung 1, um die Bypass-Strom­ schleife der Schaltung auszubilden, damit die von der Zufuhr unabhängige Vorspannungsschaltung 1 am Beginn der Anlage der Quellenspannung V_DD an der Schaltung startet.

Der Betrieb dieser von der Stromzufuhr unabhängigen Vorspan­ nungs-Einschaltschaltung oder Startschaltung wird im folgenden beschrieben.

Zwei unterschiedliche Spannungen können am gemeinsamen Verbindungspunkt n1 der Senken des PMOS Transistors PM1 und des NMOS Transistors NM1 in der von der Zufuhr unabhängigen Vorspannungs-Einschaltschaltung 1 auftreten. Die am Verbin­ dungspunkt n1 anliegende Spannung ist nämlich die zu erhal­ tende Vorspannung oder sie beträgt 0 Volt. Falls die un­ abhängige Vorspannungsschaltung 1 bei Anliegen der Quellen­ spannung V_DD an der Schaltung nicht startet, kann die Schaltung selbst keine Stromschleife ausbilden. Unter diesen Bedingungen ergibt sich, daß der Ausgang der Vorspannung am Verbindungs­ punkt n1 oder der Verbindungspunkt n1 der Senken des PMOS Transistors PM1 und des NMOS Transistors NM1 eine Vorspannung von 0 Volt haben.

Es besteht daher die Notwendigkeit, die von der Strom- oder Spannungszufuhr unabhängige Vorspannungsschaltung 1 zu starten, und zwar unter Verwendung der Startschaltung 2. Bei Anlage der Quellenspannung V_DD in einem vorübergehenden Zustand an der Schaltung wird die Quellenspannung V_DD an die Toran­ schlüsse der NMOS Transistoren NM3 und NM4 angelegt, und zwar über den Widerstand R2 in der Startschaltung 2, wodurch bewirkt wird, daß der NMOS Transistor NM3 sofort eingeschaltet wird. Als Ergebnis des Einschaltens des NMOS Transistors NM3 in der Einschaltschaltung 2 ergibt sich, daß die gemeinsame Verbindung der Senkenanschlüsse des PMOS Transistors PM2 und NMOS Transistors NM2 mit den Toranschlüssen der PMOS Transistoren PM1 und PM2 in der von der Zufuhr unabhängigen Vorspannungsschaltung 1 mit dem Erdungsanschluß GND verbunden wird. Daraus ergibt sich die Bypass-Stromschleife. Im Ergebnis liegt also die Erdungsspannung an den Toranschlüssen der PMOS Transistoren PM1 und PM2 an, wodurch die Vorrichtungen eingeschaltet werden.

Jetzt wird die Quellenspannung V_DD an die Toranschlüsse der NMOS Transistoren NM1 und NM2 über den eingeschalteten PMOS Transistor PM1 angelegt, wodurch die Vorrichtungen eingeschal­ tet werden. Als Ergebnis wird die Quellenspannung V_DD durch einen Leitfähigkeitswert des PMOS Transistors PM1 und des NMOS Transistors NM1 geteilt, wodurch die Vorspannung am Verbin­ dungspunkt n1 erzeugt wird.

Wenn jetzt die Quellenspannung V_DD einen stabilisierten Zustand erreicht, nachdem sie durch den anfänglichen Übergangszustand hindurch gegangen ist, wird die Quellenspannung V_DD an den Toranschluß des NMOS Transistors NM4 angelegt, und zwar über den Widerstand R2, wodurch die Vorrichtung eingeschaltet wird. Als Ergebnis liegt eine niedrige Spannung am Toranschluß des NMOS Transistors NM3 an, wodurch die Vorrichtung ausgeschaltet wird. Dies beruht darauf, daß die Quellenspannung V_DD durch den Widerstand R2 an den Erdungsanschluß GND kurzgeschlossen wird, und zwar durch den eingeschalteten NMOS Transistor NM4. Die Startschaltung 2 startet also die von der Zufuhr unabhängige Vorspannungsschaltung 1 nicht mehr länger, weil der NMOS Transistor NM3 der Schaltung ausgeschaltet ist. Insbesondere wird die Ausbildung der Bypass-Stromschleife durch den NMOS Transistor NM3 in der Startschaltung 2 nicht mehr länger ermöglicht. Im Ergebnis erzeugt die von der Zufuhr unabhängige Vorspannungsschaltung 1 eine stabile Vorspannung, wobei die Stromschleife durch sich selbst aufrechterhalten bleibt.

Diese herkömmliche, von der Zufuhr unabhängige Vorspannungs- Startschaltung hat aber einen Nachteil, indem der NMOS Transistor NM4 in der Startschaltung 2 eingeschaltet ist, auch nachdem die Quellenspannung V_DD stabilisiert ist. Das Einschalten des NMOS Transistors NM4 unter dieser Bedingung bewirkt einen Stromfluß IS durch sich hindurch, trotz erhöhten Stromverbrauchs. Schwankt die Quellenspannung V_DD, so schwankt auch der Betrag des Stroms und daraus ergibt sich eine Beeinflussung der Vorspannung der von der Zufuhr unabhängigen Vorspannungsschaltung 1. In anderen Worten gesagt, falls der Betriebsbereich der Quellenspannung V_DD groß ist, kann eine Schwankung in der Vorspannung auftreten.

Demgegenüber liegt daher der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine von der Zufuhr unabhängige Vorspannungs-Startschaltung vorzuschlagen, die einen zusätzlichen Stromverbrauch ver­ hindern kann, der in der Schaltung auftreten kann, nachdem die von der Zufuhr unabhängige Vorspannungsschaltung eingeschaltet oder gestartet ist, wodurch eine Vorspannung auch dann stabilisiert wird, wenn die Eingangsspannung von einer Leistungsquelle schwankt. Außerdem soll die Fläche, die die Schaltung einnimmt, verringert werden.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine von der Zufuhr unabhängige Vorspannungs- Startschaltung einschließlich eines von der Zufuhr unabhän­ gigen Vorspannungsmittels vorgesehen ist, mit der eine Spannung von einer Leistungsquelle eingegeben werden kann und die eine konstante Vorspannung erzeugt. Außerdem ist ein Startmittel vorgesehen, das die Quellenspannung beaufschlagen kann, das die von der Zufuhr unabhängige Vorspannung startet, und zwar beim Beginn des Anlegens der Quellenspannung daran und die ihren eigenen Stromkreis blockiert, nachdem die Quellenspan­ nung stabilisiert ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbei­ spieles näher erläutert, aus dem sich weitere wichtige Merkmale ergeben. Es zeigt:

Fig. 1 ein Schaltdiagramm für eine herkömmliche, von der Zufuhr unabhängige Vorspannungs-Startschal­ tung;

Fig. 2 ein Diagramm einer erfindungsgemäßen, von der Zufuhr unabhängigen Vorspannungs-Startschal­ tung.

Fig. 2 zeigt ein Schaltdiagramm einer von einer Zufuhr unabhängigen Vorspannungs-Startschaltung nach der Erfindung. Zeichnerisch ist dargestellt, daß die erfindungsgemäße Schaltung eine von der Zufuhr unabhängige Vorspannungsschal­ tung 1 aufweist, die eine Spannung V_DD von einer Leistungs­ quelle eingeben kann und die eine konstante Vorspannung erzeugt. Außerdem ist eine Einschalt- oder Startschaltung 2 vorgesehen, die die Quellenspannung V_DD eingeben kann und die die von der Zufuhr unabhängige Vorspannungsschaltung 1 starten kann, und zwar beim Beginn der Anlage der Quellenspannung V_DD an der Schaltung.

Die von der Zufuhr unabhängige Vorspannungsschaltung 1 hat ein Paar PMOS Transistoren PM1 und PM2, deren Quellen­ anschlüsse an einen Leistungsquellenanschluß angeschlossen sind. Deren Toranschlüsse sind miteinander verbunden, um die Spannung V_DD von der Leistungsquelle einzugeben. Ein NMOS Transistor NM2 ist vorgesehen, dessen Senkenanschluß an die gemeinsame Verbindung der Toranschlüsse der PMOS Transistoren PM1 und PM2 angeschlossen ist sowie an einen Senkenanschluß des PMOS Transistors PM2. Dessen Quellenanschluß ist an einen Erdungsanschluß GND angeschlossen, und zwar über einen Widerstand R1, um eine Bypass-Stromschleife der Schaltung auszubilden. Es ist auch ein NMOS Transistor NM1 vorgesehen, dessen Toranschluß und Senkenanschluß gemeinsam an einen Senkenanschluß des PMOS Transistors PM1 angeschlossen ist. Ein Toranschluß des NMOS Transistors NM2 und dessen Quellen­ anschluß sind an den Erdungsanschluß GND angeschlossen, um die Vorspannung über die gemeinsame Senkenverbindung n1 mit dem PMOS Transistor PM1 abzugeben.

Die Einschalt- oder Startschaltung 2 hat einen Widerstand R2, dessen eine Seite an den Leistungsquellenanschluß angeschlos­ sen ist, um an die Quellenspannung V_DD angelegt zu werden. Ein Kondensator C1 ist vorgesehen, dessen eine Seite an die andere Seite des Widerstands R2 angeschlossen ist und dessen andere Seite an den Verbindungspunkt n1 für den Ausgang der Vorspannung angeschlossen ist oder auch an den gemeinsamen Verbindungspunkt n1 der Senken des PMOS Transistors PM1 und des NMOS Transistors NM1 in der Schaltung 1, um einen Startstrom der von der Zufuhr unabhängigen Vorspannungsschal­ tung zuzuleiten und um eine Schwankung der Quellenspannung V_DD und der Ausgangs-Vorspannung zu puffern.

Im folgenden wird die Arbeitsweise dieser von der Zufuhr unabhängigen Vorspannungs-Startschaltung nach der Erfindung im einzelnen beschrieben.

Bei Anlage der Quellenspannung V_DD mit Übergangscharakter an die Schaltung wird die Quellenspannung V_DD gleichzeitig an die Schaltung 1 und an die Schaltung 2 angelegt. Die Quellenspan­ nung V_DD, die an der Startschaltung 2 anliegt, ist wegen des Widerstands R2 und des Kondensators C1 störarm. Diese störarme Spannung wird dann an den Verbindungspunkt n1 für den Ausgang der Vorspannung in der Schaltung 1 angelegt. In anderen Worten gesagt, bei Beginn der Anlage der Quellenspannung wird eine hohe Spannung über den Widerstand R2 und den Kondensator C1 in der Startschaltung 2 an die Toranschlüsse der NMOS Transistoren NM1 und NM2 in der Schaltung 1 angelegt, und zwar während einer kurzen Zeit, wodurch die Vorrichtungen oder Schaltungen eingeschaltet werden.

Als Ergebnis dieses Einschaltens der NMOS Transistoren NM1 und NM2 werden die Toranschlüsse der PMOS Transistoren PM1 und PM2 über den NMOS Transistor NM2 und den Widerstand R1 an den Erdungsanschluß GND angelegt, wodurch die Bypass-Stromschleife ausgebildet wird. Die Erdungsspannung wird also an die Toranschlüsse der PMOS Transistoren PM1 und PM2 angelegt, wodurch die Vorrichtungen eingeschaltet werden. Dann wird die Quellenspannung V_DD an die Toranschlüsse der NMOS Transistoren NM1 und NM2 angelegt, und zwar über die eingeschalteten PMOS Transistoren PM1 und PM2. Die Quellenspannung wird auch über die NMOS Transistoren NM1 und NM2 und über den Widerstand R1 mit der Erdung kurzgeschlossen. Als Ergebnis ist festzuhalten, daß die Quellenspannung V_DD durch den Leitfähigkeitswert des PMOS Transistors PM1 und des NMOS Transistors NM1 geteilt wird, so daß die Vorspannung am Verbindungspunkt n1 erzeugt wird.

Wenn jetzt die Quellenspannung V_DD stabilisiert wird, nachdem sie das anfängliche Übergangsstadium durchschritten hat, wird die Quellenspannung V_DD an einer Seite des Kondensators C1 angelegt, und zwar über den Widerstand R2 in der Einschalt­ schaltung 2. Die Quellenspannung gelangt auch zur anderen Seite des Kondensators C1, und zwar über den PMOS Transistor PM1 in der von der Zufuhr unabhängigen Vorspannungsschaltung 1. Als Ergebnis ist festzuhalten, daß die Stromschleife durch den Kondensator C1 blockiert wird, weil am Kondensator C1 keine Potentialdifferenz anliegt. Das heißt, daß die Strom­ schleife in der Startschaltung 2 durch den Kondensator C1 blockiert wird, nachdem die Quellenspannung V_DD einen stabili­ sierten Zustand erreicht. Daher verbraucht die Schaltung keinen weiteren Strom. Als Ergebnis ist festzuhalten, daß die von der Zufuhr unabhängige Vorspannungsschaltung 1 die Vorspannung stabil erzeugt, wobei die Stromschleife durch sich aufrechterhalten bleibt, und zwar ohne die Startspannung von der Startschaltung 2.

Weil die Stromschleife der Startschaltung 2 vom Kondensator C1 blockiert wird, nachdem die Quellenspannung V_DD den stabilisierten Zustand erreicht hat, hat die Startschaltung 2 keinen Effekt auf die Vorspannung. Dadurch wird die Schaltung verfügbar, auch wenn ein Betriebsbereich der Quellenspannung V_DD sehr groß ist.

Andererseits, wenn eine abrupte Änderung in der Quellenspan­ nung V_DD auftritt, die auf Störungen beruht, so wird eine Potentialdifferenz am Kondensator C1 erzeugt, weil die Quellenspannung V_DD über den Widerstand R1 in der Schaltung 2 an der anderen Seite des Kondensators C1 anliegt und auch an der anderen Seite des Kondensators C1 über den PMOS Transis­ tor PM1 in der Schaltung 1. Diese Potentialdifferenz bewirkt ein Laden und Entladen des Kondensators C1, wodurch bewirkt wird, daß die Vorspannung am Schwanken gehindert wird. Die Vorspannung wird insbesondere stabilisiert, auch wenn die Quellenspannung schwankt.

Erfindungsgemäß ist also eine von der Zufuhr unabhängige Vorspannungs-Startschaltung vorgesehen, die einen zusätzlichen Stromverbrauch verhindert, der in der Schaltung auftreten kann, nachdem die Quellenspannung ihren stabilisierten Stand erreicht hat. Hierzu wird der Kondensator in der Startschal­ tung verwendet. Weil die Stromschleife der Startschaltung vom Kondensator blockiert wird, nachdem die Quellenspannung den stabilisierten Zustand erreicht hat, hat die Startschaltung keine Wirkung auf die Vorspannung. Dadurch wird die Schaltung verfügbar, auch wenn der Betriebsbereich der Quellenspannung groß ist. Auch wenn eine abrupte Schwankung in der Quellen­ spannung wegen einer entsprechenden Störung auftritt, kann die Vorspannung in der Vorspannungsschaltung durch den Kondensator stabilisiert werden. Die Verwendung des Kondensators ver­ ringert außerdem den Flächenbedarf der Schaltung.

Vorstehend wurden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung erläutert. Der Fachmann kennt aber zahlreiche Abänderungen, Zusätze und Ergänzungen der beschriebenen Erfindung, ohne daß dadurch vom Schutzbereich des Patents abgewichen wird.

Claims (2)

1. Von der Zufuhr unabhängige Vorspannungs-Startschaltung, gekennzeichnet durch ein von der Zufuhr unabhängiges Vorspannungsmittel (1) für die Zufuhr einer Spannung (V_DD) von einer Leistungs- Stromquelle, das eine konstante Vorspannung erzeugt, sowie durch ein Einschaltmittel (2) für die Zufuhr der Quellenspannung (V_DD), das das von der Zufuhr unabhängige Vorspannungsmittel (1) bei Beginn des Anlegens der Quellenspannung daran einschaltet und das die eigene Stromschleife blockiert, nachdem die Quellenspannung (V_DD) stabilisiert ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einschaltmittel (2) folgende Merkmale aufweist: einen Widerstand (R2), dessen eines Ende an den Anschluß einer Stromquelle (V_DD) angeschlossen ist, um zusammen mit der Quellenspannung angewendet zu werden, und einen Kondensator (C1), dessen eines Ende mit dem anderen Ende des Widerstandes (R2) verbunden ist und dessen anderes Ende mit einem Ausgangs-Verbindungspunkt (n1) für die Vorspannung in dem von der Zufuhr unabhängigen Vorspan­ nungsmittel (1) verbunden ist, um einen Einschaltstrom an das von der Stromzufuhr unabhängige Vorspannungsmittel (1) abzugeben und um eine Schwankung der Quellenspannung (V_DD) sowie die Vorspannungs-Ausgangsspannung von dem von der Zufuhr unabhängigen Vorspannungsmittel (1) zu puffern.