DE69210087T2 - Vorspannungseinschaltschaltkreis - Google Patents
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Description
- Vorspannungen erzeugende Schaltungen, die mehrere Strompfade mit in Stromspiegelkonfiguration miteinander verbundenen Transistoren aufweisen, werden in weitem Umfang verwendet. Diese Schaltungen verfügen über zwei stabile Betriebszustände, einen solchen mit dem Strom null und einen solchen mit Konstantstromfluß. Wenn Spannung angelegt wird, kann sich die eine Vorspannung erzeugende Schaltung in einen der Zustände einschwingen.
- Wenn die Schaltung in den Zustand mit dem Strom null einschwingt, muß sie zwangsweise in den Konstantstromzustand gebracht werden.
- Wie es z. B. in "Bipolar and MOS analog integrated circuit design" von Alan G. Grebene, veröffentlicht von John Wiley & Sons (ISBN 0-471-08529-4) auf den Seiten 191 und 192 unter Bezugnahme auf die Fig. 4.22 offenbart ist, besteht eine Standardtechnik zum zwangsweisen Versetzen einer Vorspannungsschaltung in den Konstantstromzustand beim Spannungseinschalten darin, einen kleinen Anteil des Stroms in einem ausgewählten der Strompfade in einem Knoten abzuzapfen. Ein Problem bei dieser Technik besteht darin, daß weiterhin ein kleiner Strom durch den ausgewählten Strompfad fließt, nachdem die Vorspannungsschaltung arbeitet, der die Genauigkeit der Vorspannung und/oder der Stromstärken der Ausgangssignale verschlechtert.
- Die Erfindung ist eine Startschaltung zum Zwingen einer eine Vorspannung erzeugenden Schaltung in einen Konstantstromzustand beim Einschalten.
- Gemäß einer Erscheinungsform der Erfindung ist folgendes geschaffen: eine Startschaltung zum Laden eines ausgewählten Knotens in einem Strompfad einer eine Vorspannung erzeugenden Schaltung mit mehreren Strompfaden zum Zwingen der eine Vorspannung erzeugenden Schaltung in einen Konstantstromzustand, wenn die Spannung eingeschaltet wird, wobei diese Startschaltung folgendes aufweist:
- - eine Einrichtung, die eine Versorgungsspannung mit einem Ladeknoten verbindet, um einen Ladestrom zum Laden des Ladeknotens zu leiten, wenn die Spannung eingeschaltet wird und sich die eine Vorspannung erzeugende Schaltung in einem Zustand mit dem Strom null befindet;
- - einem ersten Transistor, der eingeschaltet wird, wenn der Ladeknoten geladen ist, um Strom vom Ladeknoten zum ausgewählten Knoten im Strompfad zu leiten, um die eine Vorspannung erzeugende Schaltung in den Konstantstromzustand zu zwingen; und
- - einem zweiten Transistor, der mit dem Ladeknoten verbunden ist, der eingeschaltet wird, wenn sich die eine Vorspannung erzeugende Schaltung im Konstantstromzustand befindet, um erheblich mehr Strom als den durch die Einrichtung zum Erzielen eines Leitvorgangs geführten Ladestrom zu leiten, um den Ladeknoten zu entladen, um den ersten Transistor abzuschalten und die Startschaltung von der Einrichtung zum Erzielen eines Leitvorgangs zu trennen, nachdem die eine Vorspannung erzeugende Schaltung in den Konstantstromzustand gezwungen wurde.
- Gemäß einer anderen Erscheinungsform weist ein Verfahren zum Zwingen einer eine Vorspannung erzeugenden Schaltung mit mehreren Strompfaden während des Spannungseinschaltens unter Verwendung einer Startschaltung in einen Konstantstromzustand, folgende Schritte auf:
- a. Anlegen von Spannung an die eine Vorspannung erzeugende Schaltung ;
- b. Verbinden eines Startstroms mit einem Knoten eines der mehreren Strompfade der eine Vorspannung erzeugenden Schaltung, um diese eine Vorspannung erzeugende Schaltung in einen Konstantstromzustand zu zwingen;
- c. Trennen dieses Startstroms von diesem Knoten des einen der mehreren Strompfade der eine Vorspannung erzeugenden Schaltung folgend auf das Einschalten der Spannung.
- Bei einer Ausführungsform wird eine Stromquelle mit einem Knoten in einem der Strompfade der eine Vorspannung erzeugenden Schaltung verbunden, wenn die Spannung eingeschaltet wird und sich die eine Vorspannung erzeugende Schaltung im Zustand mit dem Strom null befindet. Dieser durch die Stromquelle zugeführte Startstrom zwingt die eine Vorspannung erzeugende Schaltung in den Konstantstromzustand. Anschließend an den Start wird die Stromquelle vom Knoten im Strompfad getrennt, so daß der Betrieb der eine Vorspannung erzeugenden Schaltung nicht durch den Startstrom von der Stromquelle beeinträchtigt wird.
- Bei einer Ausführungsform wird ein Ladeknoten in der Startschaltung durch die Stromquelle geladen, wenn die Spannung eingeschaltet wird und sich die eine Vorspannung erzeugende Schaltung im Zustand mit dem Strom null befindet. Wenn dieser Ladeknoten geladen ist, schaltet er einen Kopplungstransistor ein, der den Ladeknoten mit dem Knoten im Strompfad verbindet, und der Transistor leitet einen Startstrom von der Stromquelle zum Knoten im Strompfad, um die eine Vorspannung erzeugende Schaltung in den Konstantstromzustand zu zwingen. Ein Entladetransistor wird eingeschaltet, wenn sich die eine Vorspannung erzeugende Schaltung im Konstantstromzustand befindet, der den Ladeknoten entlädt und den Kopplungstransistor abschaltet. Demgemäß wird die Stromquelle vom Knoten im Strompfad getrennt, wenn sich die eine Vorspannung erzeugende Schaltung einmal im Konstantstromzustand befindet.
- Andere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden aus den beigefügten Zeichnungen und der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich.
- Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
- Fig. 1 ist ein Schaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung. In Fig. 1 besteht eine Vorspannungsschaltung 10 aus einem ersten und einem zweiten Strompfad 12 und 14. Jeder Strompfad besteht aus identischen Schaltungselementen, mit der Ausnahme, daß der erste Strompfad 12 einen Vorspannungswiderstand 16 enthält. Ein erster Vorspannungsausgang nb ist mit einem ersten Ausgangsknoten 18 im zweiten Strompfad 14 verbunden. Ein zweiter Vorspannungsausgang nb2 ist mit einem zweiten Ausgangsknoten 20 im ersten Strompfad 12 verbunden. Der erste und der zweite Ausgangsknoten 18 und 20 sind jeweils mit den Gates von Transistoren N40 und N86 verbunden, um für ein Vorstromsignal an einem Ausgang pb zu sorgen.
- Eine Vorspannungs-Startschaltung 22 besteht aus einem p-Kanal-Transistor I3, dessen Source mit VCC verbunden ist, dessen Gate mit Masse verbunden ist und dessen Drain mit einem Ladeknoten 24 verbunden ist, einem n-Kanal-Transistor N31, dessen Drain und Gate mit dem Ladeknoten 24 verbunden sind und dessen Source mit dem zweiten Ausgangsknoten 20 verbunden ist und einem n-Kanal-Transitor N30, dessen Drain mit den Ladeknoten 24 verbunden ist, dessen Source mit Masse verbunden ist und dessen Gate mit dem Knoten 18 verbunden ist.
- Es wird nun der Betrieb dieser Vorspannungs-Startschaltung beschrieben. Wenn die Spannung eingeschaltet wird, kann die Spannung am Drain von I17 den Wert VCC haben, so daß sich die Schaltung im Zustand mit dem Strom null befindet. Wenn jedoch die Spannung eingeschaltet wird und sich die Schaltung im Zustand mit dem Strom null befindet, ist I3 in der Startschaltung 22 eingeschaltet und N31 und N30 sind ausgeschaltet. I3 hat ein kleines W/L-Verhältnis und leitet nur wenige Mikroampere an Strom und arbeitet als Nebenschlußwiderstand, der Strom an den Ladeknoten 24 liefert. Der Ladeknoten 24 ist jedoch nach einer kurzen Zeit bis auf den Punkt geladen, an dem die Gatespannung von N31 ausreichend hoch dafür ist, daß N31 eingeschaltet wird. Dann fließt Strom durch I3 und N31 und lädt den zweiten Ausgangsknoten 20, um einen Spannungspegel an diesen Knoten aufzubauen, der die eine Vorspannung erzeugende Schaltung in den Konstantstromzustand zwingt.
- Wenn sich die Vorspannungsschaltung einmal im Konstantstromzustand befindet, schaltet die Spannung, die sich am ersten Ausgangsknoten 18 aufgebaut hat, der mit dem Gate von N30 verbunden ist, N30 ein. Der Transistor I3 ist so bemessen, daß der den Ladeknoten 24 zugeführte Strom kleiner als 1/5 des Vorstroms durch N30 im Konstantstromzustand ist. So wird der Ladeknoten 24 entladen, um N31 abzuschalten, wenn sich der Vorstrom im Konstantstromzustand befindet.
- Wenn N31 einmal abgeschaltet ist, führt die Startschaltung keinen Strom mehr in den zweiten Ausgangsknoten 20 und hat daher keine Wirkung auf den Betrieb der Vorspannungsschaltung. Das Entladen des Ladeknotens 24 trennt den durch I3 geführten Strom während des Betriebs wirksam von der Vorspannungsschaltung 10. Ferner ist der einzige von der Startschaltung gezogene Strom der Strom durch I3, der nur einige wenige Mikroampere ausmacht. Demgemäß ist die Verlustleistung der Startschaltung vernachlässigbar.
- Die Erfindung wurde nun unter Bezugnahme auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben. Alternativen und Ersatzkonstruktionen sind nun dem Fachmann ersichtlich. Insbesondere ist zwar ein p-Kanal-Transistor als Nebenschlußwiderstand verwendet, jedoch könnte dieser durch andere Arten von Schaltungselementen ersetzt werden, wie durch einen Polysilizium-Widerstand. Ferner können Bauelemente mit entgegengesetzter Polarität verwendet werden, wenn die Spannungsschienen und die Transistortypen umgeschaltet werden.
Claims (5)
1. Startschaltung (22) zum Laden eines ausgewählten
Knotens (20) in einem Strompfad (12) einer eine Vorspannung
erzeugenden Schaltung (10) mit mehreren Strompfaden (12, 14)
zum Zwingen der eine Vorspannung erzeugenden Schaltung (10)
in einen Konstantstromzustand, wenn die Spannung
eingeschaltet wird, wobei diese Startschaltung (22) folgendes
aufweist:
- eine Einrichtung (I3), die eine Versorgungsspannung (VCC2)
mit einem Ladeknoten (24) verbindet, um einen Ladestrom zum
Laden des Ladeknotens (24) zu leiten, wenn die Spannung
eingeschaltet wird und sich die eine Vorspannung erzeugende
Schaltung (10) in einem Zustand mit dem Strom null befindet;
- einen ersten Transistor (N31), der eingeschaltet wird,
wenn der Ladeknoten (24) geladen ist, um Strom vom
Ladeknoten (24) zum ausgewählten Knoten (20) im Strompfad (12) zu
leiten, um die eine Vorspannung erzeugende Schaltung (10) in
den Konstantstromzustand zu zwingen; und
- einen zweiten Transistor (N30), der mit dem Ladeknoten
(24) verbunden ist, der eingeschaltet wird, wenn sich die
eine Vorspannung erzeugende Schaltung (10) im
Konstantstromzustand befindet, um erheblich mehr Strom als den durch die
Einrichtung zum Erzielen eines Leitvorgangs (I3) geführten
Ladestrom zu leiten, um den Ladeknoten (24) zu entladen, um
den ersten Transistor (N31) abzuschalten und die
Startschaltung (22) von der Einrichtung zum Erzielen eines
Leitvorgangs zu trennen, nachdem die eine Vorspannung erzeugende
Schaltung (10) in den Konstantstromzustand gezwungen wurde.
2. Schaltung nach Anspruch 1, bei der die Einrichtung zum
Erzielen eines Leitvorgangs (I3) ein in Durchlaßrichtung
vorgespannter Transistor ist.
3. Schaltung nach Anspruch 1, bei der die Einrichtung zum
Erzielen eines Leitvorgangs (I3) ein Widerstand ist.
4. Verfahren zum Zwingen einer eine Vorspannung
erzeugenden Schaltung (10) mit mehreren Strompfaden (12, 14) während
des Spannungseinschaltens unter Verwendung einer
Startschaltung (22) in einen Konstantstromzustand, das folgende
Schritte aufweist:
a. Anlegen von Spannung an die eine Vorspannung erzeugende
Schaltung (10);
b. Verbinden eines Startstroms mit einem Knoten (20) eines
(12) der mehreren Strompfade der eine Vorspannung
erzeugenden Schaltung (10), um diese eine Vorspannung erzeugende
Schaltung (10) in einen Konstantstromzustand zu zwingen;
c. Trennen dieses Startstroms von diesem Knoten (20) des
einen (12) der mehreren Strompfade der eine Vorspannung
erzeugenden Schaltung (10) folgend auf das Einschalten der
Spannung.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem der Schritt des
Verbindens eines Startstroms mit einem Knoten (20) eines (12)
der mehreren Strompfade der eine Vorspannung erzeugenden
Schaltung (10) ferner die folgenden Schritte aufweist:
i. Laden eines Ladeknotens (24) der Startschaltung (22)
mittels einer Startstromquelle (I3) und
ii. Verbinden des Ladeknotens (24) und der Startstromquelle
mit einem Knoten (20) eines (12) der mehreren Strompfade der
eine Vorspannung erzeugenden Schaltung;
- wobei der Schritt des Trennens des Startstroms vom Knoten
(20) des einen (12) der mehreren Strompfade der eine
Vorspannung erzeugenden Schaltung (10) ferner folgende
Schritte umfaßt:
i. Entladen des Ladeknotens (24), wenn die eine Vorspannung
erzeugende Schaltung (10) einen Konstantstromzustand
erreicht, und
ii. Trennen des Ladeknotens (24) und des Startstroms vom
Knoten (20) des einen (12) der mehreren Strompfade der eine
Vorspannung erzeugenden Schaltung (10).
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