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Erfindungsgebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte Elektronische Schaltung
zum Erkennen, wann Leistung (Spannung) ein- (oder aus-) geschaltet
ist und zum Bereitstellen eines anfänglichen Freigabesignals zu
andern Schaltungen wie beispielsweise Zwischenspeichern zum Rücksetzen
derselben auf vorbestimmte Zustände
nach Wiederherstellung der Spannung auf einen stabilen Betriebswert.
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Hintergrund der Erfindung
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Eine
integrierte Schaltung (IC) kann Tausende Transistoren, Gatter, Zwischenspeicher,
Speichereinheiten usw. enthalten und eine höchst integrierte Schaltung
VLSI (very large scale integrated circuit) kann eine Million oder
mehr aktive Elemente auf einem einzigen Siliziumchip enthalten.
Die Elemente sind in komplexe Schaltkreise unterschiedlicher Arten
organisiert, um eine große
Vielzahl von Anwendungen zu bedienen. Einige dieser Schaltkreise
erfordern für
ihren ordnungsgemäßen Betrieb,
wenn der Strom zu ihnen eingeschaltet wird, daß Elemente des Schaltkreises
auf vorbestimmte Zustände
oder Speichereinstellungsmuster eingestellt werden, durch einen "Initialisieren" bezeichneten Vorgang. Ein
solcher Vorgang ist in der Technik wohlbekannt und wird beispielsweise
durch anfängliches
Setzen einer Anzahl von Zwischenspeichern (Speicherzellen) auf vorbestimmte
Einstellung in einem gewünschter.
Anfangsmuster erreicht. Die Ersteinstellung solcher Zwischenspeicher
muß jedesmal
dann ausgeführt
werden, wenn Strom zu den Schaltkreisen wieder eingeschaltet wird,
nachdem er selbst für einen
kurzen Moment ausgeschaltet ist.
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Um
zu bestimmen, wann Stromversorgungsspannung zu einer IC eingeschaltet
wird und einen stabilen ausreichenden Betriebspegel erreicht hat, sind
vordem Schaltkreise zum Erkennen, wann Strom eingeschaltet ist,
entwickelt worden. Wenn beispielsweise Strom zuerst eingeschaltet
wird und die Versorgungsspannung beginnt, von Null anzusteigen,
wird dieser Zustand von einer Einschalterkennungsschaltung gemessen
und von ihr sofort ein kurzer Impuls erzeugt, selbst ehe die Versorgungsspannung
ihren vollen Pegel erreicht hat. Dieser kurze Impuls wird wiederum
zum Erzeugen eines längeren,
etwas verzögerten
Einschaltsignals (PWRON – power-on)
benutzt, das veranlaßt,
daß daran
angekoppelte Zwischenspeicher richtig auf ihre vorbestimmten Einstellungen "initialisiert" werden. Danach senden
die Zwischenspeicher, mit einer Versorgungsspannung auf stabilem
vollem Betriebspegel fortlaufend die nunmehr in ihnen gespeicherten
Informationen zu anderen Schaltkreisen (d.h. den Hauptschaltkreisen
der IC) als Teil ihres Betriebsprogramms. Wenn der Strom selbst
nur momentan abgeschaltet wird, können die Zwischenspeicher ihre Einstellungen
verlieren und müssen
bei Wiederherstellung des Stroms neu gesetzt (initialisiert) werden. Wenn
die Zwischenspeicher nicht richtig gesetzt (oder rückgesetzt)
werden, ergibt sich fehlerhafter oder falscher Betrieb der Hauptschaltkreise,
wie wohlbekannt ist.
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Wenn
beispielsweise eine Einrichtung (z.B. ein großer Rechner) zuerst eingeschaltet
wird, können
plötzliche
negative Spannungssprünge
auftreten, wenn verschiedene Schaltkreise in der Einrichtung zu
etwas unterschiedlichen Zeiten bestromt werden. Solche negativen
Spannungssprünge
sind zufallsmäßig und
können
jederzeit nach Einschalten des Stroms auftreten. Bei Auftreten eines
solchen negativen Spannungssprungs kann dadurch bewirkt werden,
daß die
Zwischenspeicher ihre richtigen Einstellungen verlieren. Wenn die
Zwischenspeicher nicht sofort rückgesetzt
werden, werden die Hauptschaltkreise nicht richtig arbeiten, wenn
Strom sofort wiederhergestellt wird.
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Frühere Einschalterkennungsschaltungen waren
nicht in der Lage, schnell genug auf solche plötzlichen negativen Spannungssprünge zu reagieren
und so blieben Zwischenspeicher bei Wiederherstellung des Stroms
nicht ordnungsgemäß eingestellt.
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Es
ist wünschenswert,
eine Einschalterkennungsschaltung zu besitzen, die beinahe sofort
auf einen Ausschaltzustand reagiert und zur Herstellung auf einem
VLSI-Schaltungschip
zusammen mit den Hauptschaltkreisen auf dem Chip geeignet ist.
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In
US 5,467,039 ist ein Chip-Initialisierungssignal
erzeugender Schaltkreis zum Initialisieren der Schaltkreise einer
Halbleiter-Speichervorrichtung offenbart.
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Kurze Beschreibung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung richtet sich im wesentlichen auf Einschalterkennungsschaltungen,
die erkennen, wenn die Spannung eines mit dieser verwendeten Stromversorgung
eingeschaltet wird und einen vorgewählten Spannungspegel erreicht.
Als Reaktion auf diesen Zustand erzeugen die Schaltungen einen Spannungsimpuls.
Wenn der Spannungspegel der Stromversorgungsspannung aus irgendeinem
Grund (z.B. einer scharfen Rauschspitze kurzer Zeitdauer) unter
den vorgewählten
Pegel abfallen sollte, wird durch die Schaltungen die Spannung eines
(gemeinsamen) Steueranschlusses derselben schnell entladen und der
Schaltung damit die schnelle Erzeugung eines weiteren Spannungsimpulses
als Reaktion auf die Rückkehr
der Spannung der Stromversorgung auf den vor gewählten Pegel erlaubt.
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Bei
einem Aspekt richtet sich die vorliegende Erfindung auf Einschalterkennungsschaltungen,
die eine Spannungsimpulserzeugungsschaltung und Spannungserniedrigungsschaltungsmittel
umfassen. Das Spannungsimpulserzeugungsschaltungsmittel, das einen
Steueranschluß und
einen ersten Stromversorgungsanschluß aufweist, erzeugt einen Spannungsimpuls
an einem ersten gemeinsamen Anschluß derselben, wenn eine Versorgungsspannung
von mindestens einem vorgewählten
Spannungspegel an den ersten Stromversorgungsanschluß angelegt
wird. Durch das an den Steuerungsanschluß angekoppelte Spannungserniedrigungsschaltungsmittel
wird die Spannung des Steuerungsanschlusses schnell erniedrigt,
wenn die an den ersten Stromversorgungsanschluß angelegte Versorgungsspannung
zuerst den vorgewählten
Spannungspegel erreicht oder überschreitet
und fällt
dann unter den vorgewählten
Spannungspegel ab, so daß, wenn
der erste Stromversorgungsanschluß den vorgewählten Spannungspegel
wieder erreicht oder überschreitet,
das Spannungsimpulserzeugungsmittel schnell einen weiteren Spannungsimpuls
am ersten gemeinsamen Anschluß erzeugen
kann.
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Aus
einem weiteren Aspekt betrachtet richtet sich die vorliegende Erfindung
auf Einschalterkennungsschaltungen. Die Einschalterkennungsschaltungen
umfassen erste und zweite p-Kanal-Feldeffekttransistoren und erste
und zweite n-Kanal-Feldeffekttransistoren, wobei jeder der Transistoren
ein Gate und erste und zweite Ausgangsanschlüsse, Widerstandsmittel mit
ersten und zweiten Anschlüssen zur
Bereitstellung eines Widerstands zwischen den ersten und zweiten
Anschlüssen
und parasitäre
Kapazitätsmittel
zum Speichern von Ladung aufweist. Die Gates aller Transistoren,
die ersten Aus gangsanschlüsse
der zweiten p-Kanal- und n-Kanal-Transistoren,
der erste Anschluß des
Widerstandsmittels und das Kapazitätsmittel sind alle an einen
ersten gemeinsamen Anschluß angekoppelt.
Der erste Ausgangsanschluß des
ersten p-Kanal-Transistors, der zweite Ausgangsanschluß des zweiten
p-Kanal-Transistors und der zweite Ausgangsanschluß des zweiten
n-Kanal-Transistors
sind alle an einen ersten Stromversorgungsanschluß angekoppelt.
Der zweite Ausgangsanschluß des
ersten p-Kanal-Transistors und der erste Ausgangsanschluß des ersten n-Kanal-Transistors
sind an einen Ausgangsanschluß der
Einschalterkennungsschaltung angekoppelt. Der zweite Anschluß des Widerstandsmittels und
der zweite Ausgangsanschluß des
ersten n-Kanal-Transistors
sind an einen zweiten Stromversorguflgsanschluß angekoppelt.
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Ein
besseres Verständnis
der Erfindung zusammen mit einer vollständigeren Erkenntnis ihrer wichtigen
Vorteile sind am besten aus einer Untersuchung der nachfolgenden
Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen und
Ansprüchen
erhältlich.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
ein System mit Zwischenspeichern und Rücksetzschaltungen, Hauptschaltungen und
Einschalterkennungsschaltungen gemäß der vorliegenden Erfindung;
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2 ist
ein schematisches Schaltbild teilweise in Blockform mit weiteren
Einzelheiten der gemäß der Erfindung
bereitgestellten Einschalterkennungschaltung;
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3 ist
eine schematische graphische Darstellung von an verschiedenen Knoten
der Einschalterkennungsschaltung der 2 erzeugten
verwandten Wellenformen; und
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4 ist
eine schematische graphische Darstellung ei nes Ausschaltzustandes
mit plötzlicher
negativer Spannungswelle und auch mit einer sich ergebenden Spannungswelle
an einem Knoten in der Einschalterkennungsschaltung, die durch die
Erfindung bereitgestellte schnelle Ausschalterkennung darstellt
und weiterhin (in gestrichelter Linie) eine hypothetische Spannungswelle
am selben Knoten darstellt, die unerwünscht langsame Ausschalterkennung
durch die Einschalterkennungsschaltung ohne die Erfindung darstellt.
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Ausführliche Beschreibung
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Nunmehr
auf 1 Bezug nehmend ist ein System 10 mit
Hauptschaltungen 16, Zwischenspeichern und Rücksetzschaltungen 14 und
Einschalterkennungsschaltungen 12 dargestellt, die der
vorliegenden Erfindung entsprechen. System 10 ist typischerweise
auf einem einzigen integrierten Schaltungschip integriert, das aus
einem Teil eines (nicht gezeigten) Siliziumwafers unter Verwendung
komplementärer
Metalloxidhalbleitertechnik (CMOS – complimentary metal Oxide
semiconductor) gebildet ist. Das System 10 kann beispielsweise
Millionen oder mehr Bestandteile enthalten. Die Auslegung und Herstellung
solcher Chips sind in der Technik wohlbekannt und werden hier nicht
ausführlich
beschrieben. Eine Stromversorgungsspannung (+VCC) ist mit einem
Anschluß 18 verbunden,
der wiederum mit Schaltungen 12 und Schaltkreisen 14 und 16 verbunden
ist. Eine Bezugsstromversorgungsspannung (z.B. Erde) ist mit einem
Anschluß 22 und
mit Schaltungen 12 und mit Schaltkreisen 14 und 16 verbunden.
Anschlüsse 18 und 22 können als
erste bzw. zweite Stromversorgungsanschlüsse bezeichnet werden. Die
Einschalterkennungsschaltungen 12 sind typischerweise nur
ein sehr kleiner Teil des Systems 10 und verbrauchen typischerweise
relativ geringe Leistung (z.B. Mikrowatt).
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Wenn
der Strom eingeschaltet (oder nach einer Unterbrechung wieder eingeschaltet)
ist, wird durch die Einschalterkennungsschaltungen 12 nach einer
entsprechenden Zeitverzögerung
ein PWRON-Signal an die Zwischenspeicher und Rücksetzschaltkreise 14 über eine
Leitung 24 angelegt. Bei Empfang eines PWRON-Signals werden
die Zwischenspeicher auf vorbestimmte Erstzustände gesetzt (bzw. rückgesetzt).
Die Auslegung und Funktionsweise der Zwischenspeicher und wie sie
anfänglich
auf vorbestimmte Einstellungen gesetzt werden sind in der Technik
wohlbekannt und werden nicht weiter beschrieben. Informationen von
den Zwischenspeichern 14 werden über eine Mehrzahl von Leitungen 26 an
die Hauptschaltkreise 16 angelegt. Diese Initialisierung
oder Voreinstellung der Zwischenspeicher 14 nach Ausschaltung
und danach ist für
den ordnungsgemäßen Betrieb
der Hauptschaltkreise 16 von Wichtigkeit, wie wohlbekannt
ist. Die Auslegung und Funktionsweise der Hauptschaltkreise 16 sind
in der Technik wohlbekannt und werden hier nicht weiter beschrieben.
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Nunmehr
auf 2 Bezug nehmend ist dort eine Ausführungsform
teilweise in schematischer Schaltbildform und teilweise in Blockschaltbildform der
Einschalterkennungsschaltungen 12 der 1 dargestellt.
Die Schaltungen 12 umfassen p-Kanal-Feldeffekttransistoren
(FET) 32 und 38, n-Kanal-Feldeffekttransistoren
(FET) 30 und 40, einen Widerstand 34,
einen Kondensator 36 (typischerweise ein dem Widerstand 34 und
den Transistoren 30, 32, 38 und 40 zugeordneter
parasitärer
Kondensator), eine (im Blockschaltbild gezeigte) Wellenformereinheit 42,
eine (im Blockschaltbild gezeigte) Impulsverzögerungseinheit 44 und
eine (im Blockschaltbild gezeigte) Pufferinvertereinheit 46.
Transistoren 30, 32, 38 und 40 sind
typischerweise des Metalloxid-Silizium- Typs (MOS) und können als MOSFETs bezeichnet
werden. Jeder Transistor weist ein Gate und erste und zweite Ausgangsanschlüsse auf.
Die Kombination von Transistoren 32, 38 und 40 und
Widerstand 34 kann als Spannungsimpulserzeugungsmittel
bezeichnet werden. Der Transistor 30 kann als Spannungserniedrigungsmittel
bezeichnet werden. Der Widerstand 34 kann als Widerstandsmittel
und der Kondensator 36 kann als Kapazitätsmittel bezeichnet werden.
In einem p-Kanal-Transistor fließt der Strom von der Source
zum Drain. So ist die Source der erste Ausgangsanschluß und der
Drain ist der zweite Ausgangsanschluß. In einem n-Kanal-Transistor fließt der Strom
vom Drain zur Source und so ist der erste Ausgangsanschluß der Drain
und der zweite Ausgangsanschluß die
Source. Die Wellenformereinheit 42, Impulsverzögerungseinheit 44 und
Puffer-Invertereinheit 46 sind in der Technik wohlbekannte Schaltkreise
und werden nicht ausführlich
beschrieben. Auch sind Stromverbindungen zu ihnen von +VCC und Erde
nicht dargestellt, obwohl sie in der Tat vorhanden sind.
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Die
Source-Elektroden der Transistoren 30, 32 und 38 sind
an den Anschluß 18 angekoppelt,
der an eine Spannungsquelle +VCC angekoppelt ist. Die (als +VCC)
gezeigte Spannungs-Stromquelle kann (wenn abgeschaltet) auf 0 Volt
oder (wenn eingeschaltet) bis zu einem Pegel von +VCC-Volt liegen. So
kann die an den Anschluß 18 angelegte
Spannung zwischen Null und +VCC Volt betragen. Eine Rauschspitze
kann veranlassen, daß der
Anschluß 18 unter
+VCC liegt, selbst wenn die Stromversorgung eingeschaltet ist. Die
Gate-Elektroden und Drain-Elektroden der Transistoren 30 und 32,
die Gate-Elektroden
der Transistoren 38 und 40, ein erster Anschluß des Widerstands 34 und
ein erster Anschluß des
Kondensators 36 sind alle an einen Anschluß 50 angekoppelt.
zweite Anschlüsse
des Widerstands 34 und Konden sators 36 und die
Source des Transistors 40 sind an den Anschluß 22 und
an eine Bezugsspannungsversorgung angekoppelt, die als Erde dargestellt
ist. Die Drain-Elektroden
der Transistoren 38 und 40 sind an einen Eingang
der Wellenformereinheit 42 und an einen Anschluß 52 angekoppelt.
Ein Ausgang des Wellenformers 42 ist an einen Eingang der
Impulsverzögerungseinheit 44 und
an einen Anschluß 54 angekoppelt.
Ein Ausgang der Impulsverzögerungseinheit 44 ist
an einen Eingang der Puffer-Invertereinheit 46 und an einen
Anschluß 56 angekoppelt.
Ein Ausgang der Puffer-Invertereinheit 46 ist an eine Leitung 24 angekoppelt und
erzeugt ein Ausgangssignal PWRON. Der als Diode geschaltete Transistor 30,
dessen Gate und Drain zusammen an den Anschluß 50 angekoppelt sind,
leitet Strom nur in der Richtung vom Anschluß 50 zum Anschluß 18,
wenn die Spannung am Anschluß 50 positiver
als die am Anschluß 18 ist.
Dies wird ausführlicher
hiernach erläutert.
Der Transistor 32 ist auch als Diode geschaltet, wobei
dessen Gate und Drain zusammen an den Anschluß 50 angekoppelt sind.
Die Anzahl und Größen der
Elemente in der Einschalterkennungsschaltung 12 sind relativ
gering und lassen sich daher unter Verwendung von CMOS-Technik auf
einem integrierten Schaltungschip herstellen, ohne viel Fläche auf
dem Chip zu erfordern. Hiernach werden ausführlich Spannungswellenformen
während
der anfänglichen
Einschalterkennung an den Anschlüssen 18, 50, 52, 54 und 56 und
auf der Leitung 24 (PWRON) beschrieben.
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Wenn
die Stromversorgungsspannung zuerst eingeschaltet wird, beträgt die Spannung
am Anschluß 18 Null.
Mit Ansteigen dieser Spannung über eine
Schwellenspannung (Vth) des p-Kanal-Transistors 32, der
diodengeschaltet ist, beginnt der Transistor 32 Strom zum
Anschluß 22 und
Erde durch den Widerstand 34 zu leiten. Danach steigt die
Spannung am Anschluß 50 mit
weiter steigen der Versorgungsspannung am Anschluß 18 im Verhältnis zu
dem Strom durch den Widerstand 34 und der steigenden Versorgungsspannung.
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Wenn
die Versorgungsspannung am Anschluß 18 über die
Schwellenspannungen (Vth) der Transistoren 38 und 40 ansteigt,
beginnen diese Transistoren, sich einzuschalten. Das Nettoergebnis ist,
daß der
Anschluß 52 zuerst
zu +VCC hochgezogen wird und dann die Spannung am Anschluß 52 auf Null
abfällt,
wenn der Transistor 40 stärker leitet und der Transistor 38 abgeschaltet.
ist. Durch den Anstieg und nachfolgenden Abfall der Spannung am
Anschluß 52 bei
Einschalten des Stroms wird ein Impuls kurzer Dauer erzeugt und
die Erzeugung eines entsprechend verzögerten PWRON-Signals auf der
Leitung 24 bewirkt. Dies wird ausführlicher hiernach beschrieben.
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Wenn
die Versorgungsspannung am Anschluß 18 einen stabilen
Betriebspegel erreicht (z.B. rund +3,3 Volt) wird die Spannung am
Anschluß 50 auf
diesem Pegel abzüglich
der Schwellenspannung Vth des diodengeschalteten Transistors 32 (+VCC–Vth) gehalten.
Der Anschluß 52 wird
vom eingeschalteten Transistor 40, der durch die positive Spannung
am Anschluß 50 eingeschaltet
gehalten wird, auf Null Pegel gehalten. Der Transistor 38 wird durch
die positive Spannung am Anschluß 50 im wesentlichen
zugesteuert. Die Schwellenspannungen der Transistoren 32, 38 und 40 sind
typischerweise die gleichen (z.B. jeweils rund 0,6 Volt). Die Schwellenspannung
Vth des Transistors (30) ist typischerweise niedriger als
die der Transistoren 32, 38 und 40 ist
typischerweise rund 0,3 Volt. Dies sind wichtige Konstruktionsmerkmale
der Erfindung.
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Um
den vom Transistor 32 gezogenen Strom niedrig zu halten,
wenn die Versorgungsspannung ihren vollen Pegel erreicht hat (+VCC),
wird der Widerstand 34 mit einem hohen Widerstandswert
gewählt (z.B.
rund 2 Megohm). Um diesen hohen Widerstand zu erreichen, ist der
Widerstand 34 typischerweise als Diffisionsvorrichtung
mit relativ großem
Diffisionsbereich hergestellt, einem in der Technik wohlbekannten
Verfahren. In Folge dieses großen
Diffisionsbereichs ist der Widerstand 34 jedoch mit einer
relativ großen
parasitären
Kapazität
verbunden (z.B. rund ein Picofarad), die durch den Kondensator 36 dargestellt
ist, der auch die den Gate-Elektroden
der Transistoren 38 und 40 zugeordnete parasitäre Kapazität wie auch
die den Gate- und Drain-Elektroden
der Transistoren 30 und 32 zugeordneten einschließt. Ohne
die vorliegende Erfindung würde
der relativ große
Wert des Kondensators 36 (parasitäre Kapazität) es der Einschalterkennungsschaltung 12 unmöglich machen,
schnell auf eine dem Pegel +VCC überlagerte
plötzliche
negative Spannungsspitze kurzer Dauer zu reagieren und dann ein
neues PWRON-Signal zu erzeugen. Dies wird ausführlich hiernach erläutert. Wären die
Schaltungen 12 nicht in der Lage, schnell genug auf plötzliche
negative Sprünge
in der Versorgungsspannung zu reagieren, würden sich fehlerhafte (zufallsmäßige) Einstellungen
der Zwischenspeicher in den Speichern und Rücksetzschaltungen 14 und
unzulässige
Funktionsweise der Hauptschaltungen 16 ergeben.
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Wie
oben erläutert
wurde wird am Anschluß 52 ein
Spannungsimpuls erzeugt, wenn die Versorgungsspannung eingeschaltet
wird und über
einen gewissen Pegel ansteigt. Der Spannungsimpuls am Anschluß 52 wird
an die Wellenformereinheit 42 angelegt, die einen geformten
Impuls mit scharfen ansteigenden und abfallenden Flanken erzeugt.
Dieser am Anschluß 54 erscheinende
geformte Impuls wird an die Impulsverzögerungseinheit 44 angelegt,
die am Anschluß 56 einen
verbreiterten Spannungsimpuls mit einer beträchtlich verzögerten (z.B.
um rund eine Mikrosekunde) abfallenden Flanke erzeugt. Der erweiterte
und verzögerte
Spannungsimpuls am Anschluß 56 wird
an die Puffer-Invertereinheit 46 angelegt, die auf der
Leitung 24 ein geeignet verzögertes (z.B. um rund eine Mikrosekunde)
positives PWRON-Signal erzeugt, damit die Versorgungsspannung am
Anschluß 18 sich
voll auf einem ausreichenden Betriebspegel stabilisieren kann. Die
Zwischenspeicher sind nur dann richtig auf ihre vorbestimmten Anfangszustände eingestellt
(oder rückgesetzt), wenn
ein PWRON-Signal über
die Leitung 24 an die Zwischenspeicher und Rücksetzschaltungen 14 angelegt
wird (siehe 1). Wenn die Stromversorgungsspannung
am Anschluß 18 plötzlich unter
einen gewissen Pegel abfällt
(z.B. rund +0,4 Volt) verlieren die Zwischenspeicher ihre Einstellungen
und werden willkürlich
rückgesetzt,
es sei denn es wird ein neues PWRON-Signal erzeugt, wenn die Versorgungsspannung
wieder ansteigt, und die Zwischenspeicher werden ordnungsgemäß neu initialisiert. Durch
die vorliegende Erfindung wird sichergestellt, daß ein neues
PWRON-Signal selbst dann erzeugt wird, wenn die Stromunterbrechungen
nur Nanosekunden andauern. Natürlich
werden langzeitige Abschaltzustände
ebenfalls die Erzeugung eines neuen PWRON-Signals ergeben, wie oben beschrieben.
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Nunmehr
auf 3 Bezug nehmend ist dort ein Graph 60 dargestellt,
der schematisch verwandte Spannungswellenformen 62, 63, 64, 65, 66 und 67 darstellt,
die am Anschluß 18, 50, 52, 54 bzw. 56 und auf
der Leitung 24 in der Einschalterkennungschaltung 12 bei
Einschalten des Stroms erscheinen. Die senkrechte Achse des Graphen 60 zeigt
jeweilige Spannungen "0" bis "+" der verschiedenen Wellenformen und
die horizontale Achse zeigt die Zeit. Die Wellenformen sind nicht
unbedingt maßstabgerecht.
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Die
Wellenform 62 zeigt den Spannungsanstieg am Anschluß 18 bei
Einschalten des Stroms zu einer Startzeit "Tstart". Die Spannung steigt von Null (0) an
einem Punkt 70 auf vollen Pegel (z.B. rund +3,3 V) an eifern
Punkt 71 zu einer Zeit "TON" entlang einer aufwärts geneigten
Linie 72 an. Die abgelaufene Zeit von "Tstart" bis "T on" beträgt beispielsweise
weniger als eine Mikrosekunde. Der Strom bleibt auf dem durch den
Punkt 71 angezeigten vollen Pegel (+VCC) eingeschaltet,
bis absichtlich abgeschaltet oder bis unbeabsichtigt unterbrochen
wird. Wenn ein an einem Punkt 73 auf der Linie 72 der Wellenform 62 und
zu einer Zeit T1 angezeigter Spannungspegel erreicht ist, wird die
Schwellenspannung (Vth) des Transistors 32 überschritten
und der Transistor 32 eingeschaltet. Die durch die Wellenform 63 angezeigte
Spannung am Anschluß 50 beginnt
dann von Null an einem Punkt 74 entlang einer Linie 76 mit
der gleichen Neigung wie die Linie 72 der Wellenform 62 zu
einem Punkt 78 zur Zeit "T on" anzusteigen.
Danach bleibt die Spannung des Anschlusses 50 (so lange
wie der Strom eingeschaltet bleibt) auf dem Pegel des Punkts 78.
Dieser Pegel ist +VCC abzüglich
der Größe der Schwellenspannung Vth
(rund 0,6 V) des Transistors 32 wie schon erläutert.
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Mit
ansteigender Spannung am Anschluß 50 von Null zur
Zeit T1 werden die beiden Transistoren 38 und 40 eingeschaltet
und die durch die Wellenform 74 angezeigte Spannung am
Anschluß 52 steigt von
Null an einem Punkt 80 und zur Zeit T1 an und bildet einen
kurzzeitigen Impuls 82, der dann schnell an einem Punkt 84 und
zu einer Zeit T2 auf Null zurückfällt. Zur
Zeit T2 wird der Transistor 38 zugesteuert und der Transistor 40 schwer
aufgesteuert. Der durch einen Punkt 86 entlang der Linie 72 der
Wellenform 62 angezeigte Spannungspegel des Anschlusses 18 ist
der Pegel, auf dem der Transistor 38 gesteuert und der
Transistor 40 schwer aufgesteuert wird.
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Der
abgerundete Impuls 82 am Anschluß 52 wird durch die
Wellenformereinheit 42 geformt, die wie an der Wellenform 65 ersichtlich
einen geformten Impuls 88 am Anschluß 54 erzeugt. Der
Impuls 88 wird wiederum durch die Impulsverzogerungseinheit 44 zeitlich
erweitert, die am Anschluß 56 einen
Impuls 90 mit der Wellenform 66 erzeugt. Der Impuls 90 erstreckt
sich von der Zeit T1 zu einer Zeit T3, einer Periode von beispielsweise
einer Mikrosekunde. Es ist zu beachten, daß sich die Spannung am Anschluß 18 (Wellenform 62)
zur Zeit T3 und am Ende des Impulses 90 auf dem vollen
Betriebspegel (+VCC) stabilisiert hat.
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Wenn
der Impuls 90 zur Zeit T3 endet wird wie durch die Wellenform 67 angezeigt
von der Puffer-Invertereinheit 46 an die Leitung 24 ein
Signal 92 angelegt, das das PWRON-Signal ist, so wie es über die
Leitung 24 an die Zwischenspeicher und Rücksetzschaltungen 14 (1)
angelegt wird. Nachdem die Zwischenspeicher initialisiert worden
sind, wird das nächste
PWRON-Signal nur dann erzeugt, wenn die Versorgungsspannung am Anschluß 18 abgeschaltet
und dann wieder eingeschaltet wird. Durch die vorliegende Erfindung
wird eine beinahe sofortige Erkennung eines Abschaltzustandes geboten
und damit sichergestellt, daß,
selbst wenn der Strom nur wenige Nanosekunden lang unterbrochen
wird, ein neues PWRON-Signal zum Neusetzen der Zwischenspeicher
erzeugt wird.
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Die
Transistoren 32, 38 und 40 und der Widerstand 34 (2)
bilden ein Impulsformungsnetz, indem sie als Inverter geschaltet
sind. Wenn die Versorgungsspannung genügend angestiegen ist (auf vollen
Pegel oder annähernd)
wird die Spannung des Anschlusses 50 (leicht unter der
Versorgungsspannung) hochgehalten und die Spannung am Anschluß 42 wird
auf Null gehalten. Wie in der Technik wohlbekannt ist, weisen diese
Transistoren jedoch neben ihren jeweiligen Schwellenspannungen nichtlineare Schwellenstromflußeigenschaften
auf. Wenn daher die Versorgungsspannung (Wellenform 62)
am Anschluß 18 zuerst
eingeschaltet wird (Zeit = Tstart) und von Null auf +VCC ansteigt
(TON), erzeugt dieses Netzwerk von Transistoren 32, 38 und 40 und
dem Widerstand 34 im Zeitintervall T1 bis T2 den Impuls 82 der
Wellenform 64 am Anschluß 52. Dieser Impuls 82,
der typischerweise nur einen geringen Bruchteil einer Mikrosekunde
andauert, bewirkt wiederum die Erzeugung des PWRON-Signals 92 zu
einer geeigneten, beträchtlich
späteren
Zeit (T3) nachdem sich die Versorgungsspannung auf ihrem Betriebspegel +VCC
(rund +3,3 V) stabilisiert hat.
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Die
Spannungswellenform 63 des Anschlusses 50 in der
hier gegebenen Darstellung beträgt
zur Zeit Tstart Null Volt. Später
steigt die Spannung am Anschluß 50 nach
der Zeit T1 im Gleichlauf mit der Spannung am Anschluß 18 (Wellenform 62)
an, aber ihre Amplitude ist um einen Betrag gleich der Größe der Schwellenspannung
Vth des diodengeschalteten p-Kanal-Transistors 32 niedriger.
Man beachte wieder, daß die
Schwellenspannungen Vth der Transistoren 32, 38 und 40 alle
gleich groß sind
(rund 0,6 Volt).
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Wenn
bei Einschalten des Stroms die Spannung am Anschluß 50 auf
einem beträchtlich über Null
liegenden Pegel (z.B. auf einer Spannung gleicher Größe wie die
Schwellenspannung Vth der Transistoren 38 oder 40)
beginnen würde,
wird der Impuls 82 am Anschluß 52 (Wellenform 64)
während der
Zeit von T1 bis T2 mit anstei gender Versorgungsspannung am Anschlug 18 entlang
der Linie 72 der Wellenform 62 nicht richtig gebildet
(oder überhaupt nicht
gebildet). Infolgedessen würde
bei Einschalten des Stroms und steigender Versorgungsspannung kein
neues PWRON-Signal 92 erzeugt werden. Durch die vorliegende
Erfindung wird sichergestellt, daß der Anschluß 50 bei
Abschalten oder plötzlicher Unterbrechung
des Stroms beinahe sofort auf beinahe Null (z.B. unter rund +0,4
Volt) zurückgebracht wird.
Dadurch wird sichergestellt, daß jedesmal dann,
wenn Strom wieder eingeschaltet wird, entweder sofort nach Abschalten
oder zu einer späteren Zeit,
ein neuer Impuls 82 am Anschluß 52 und ein neues
PWRON-Signal 92 auf der Leitung 24 erzeugt werden.
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Nunmehr
auf 4 Bezug nehmend ist dort ein Graph 100 gezeigt,
der schematisch jeweilige Spannungen über Zeit am Anschluß 18 und
am Anschluß 50 bei
Abschaltendes Stroms zur Anschalterkennungsschaltung 12 (z.B.
durch einen plötzlichen negativen
Spannungssprung) darstellt. Die senkrechte Achse des Graphen 100 zeigt
die Spannung in Volt und die horizontale Achse zeigt Zeit in Nanosekunden
an. Der Graph 100 zeigt eine erste negative Spannungswelle 102 (Abschalten),
die in Nanosekunden von einem +VCC am Anschluß 18 darstellenden
Punkt 103 auf Null an einem Punkt 104 abfällt. Diese
Spannungswelle 102 zeigt an, daß, wenn der Strom zum Anschluß 18 selbst
nur wenige Nanosekunden lang unterbrochen wird, die Spannung dort beinahe
sofort auf Null abfällt.
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Auch
zeigt der Graph 100 eine zweite negative Spannungswelle 106,
die die Spannung am Anschluß 50 darstellt.
Der anfängliche
Spannungspegel am Anschluß 50 in
der hiesigen Darstellung und wie durch einen Punkt 107 auf
der senkrechten Achse angezeigt ist wie schon erläutert um
die Größe der Schwellenspannung
Vth des p- Kanal-Transistors 32 (2)
niedriger als +VCC.
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Es
ist wieder zu bemerken, daß der
n-Kanal-Transistor 30 (siehe 2) diodengeschaltet
ist, wobei seine Source über
den Bus 20 mit dem Anschluß 18 verbunden ist
und sein Drain und Gate gemeinsam mit dem Anschluß 50 verbunden
sind. So leitet der Transistor 30 so lange nicht, bis die
Spannung am Anschluß 18 unter
die dann am Anschluß 50 anliegende
Spannung um mehr als die Größe der Schwellenspannung
Vth des Transistors 30 (rund 0,3 Volt) abfällt. Der
Pegel, auf dem der Transistor 30 zu leiten beginnt, wird
durch einen Punkt 108 auf der senkrechten Achse des Graphen 100 angezeigt. Wenn
der Transistor 30 leitet, wird die Ladung des Kondensators 36 (parasitäre Kapazität) von ihm
auf Masse abgeleitet, so daß mit
dem weiteren plötzlichen
Abfall der Spannung am Anschluß 18 (Spannungswelle 102)
die Spannung am Anschluß 50 (Spannungswelle 106)
dieser sofort folgt.
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Mit
Abfallen der Spannungswelle 102 auf Null durchläuft sie
an einem Punkt 109 einen durch eine horizontale Linie 110 und
mit "Vneu" (rund +0,4 Volt)
bezeichneten Spannungspegel (rund +0,4 Volt). Dieser Spannungspegel
Vneu liegt unter der Schwellenspannung Vth (rund 0,6 Volt) des p-Kanal-Transistors 32,
des p-Kanal-Transistors 38 und
des n-Kanal-Transistors 40, und diese Transistoren werden abgeschaltet.
Der diodengeschaltete n-Kanal-Transistor 30 leitet jedoch
weiter, bis seine Schwellenspannung Vth (rund 0,3 Volt) erreicht
ist. So fällt
die Spannungswelle 106 des Anschlusses 50 an einem Punkt 112 schnell
unter die horizontale Linie 110 (Vneu). Man beachte, daß der Punkt 112 um
nur einige Nanosekunden vom Punkt 109 getrennt ist. Nach Abfall
des Anschlusses 50 und der Spannungswelle 106 auf
rund +0,3 Volt (der gleichen Größe wie die Schwellenspannung
Vth des Transistors 30) hört der Transistor 30 zu
lei ten auf. Danach entlädt
sich der Kondensator 36 allein durch den Widerstand 34,
und die Spannungswelle 106 folgt einer exponentiellen, allgemein
horizontalen Kurve, die zu einer (auf dem Graphen 100 nicht
dargestellten) späteren
Zeit auf Null absinkt.
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Der
Spannungspegel Vneu liegt über
einem Spannungspegel, auf dem die Zwischenspeicher in den Zwischenspeichern
und Rücksetzschaltungen 14 ihre
initialisierten Einstellungen verlieren und daher rückgesetzt
werden müssen.
Die Zwischenspeichereinstellungen bleiben so lange erhalten, wie
die Spannung am Anschluß 18 über Vneu
bleibt. Auf alle Fälle
wird, wenn die Spannung am Anschluß 18 (und dem Anschluß 50)
zu irgendeiner Zeit unter Vneu abfällt, ein neues PWRON-Signal
automatisch an die Leitung 24 angelegt und die Zwischenspeicher
werden rückgesetzt.
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Auch
zeigt der Graph 100 eine hypothetische Spannungswellenform 120 als
gestrichelte Linie. Diese hypothetische Spannungswelle 120 zeigt
schematisch das Abklingen der Spannung (bei plötzlicher Stromunterbrechung
wie durch die Spannungswelle 102 gezeigt) am Anschluß 50 bei
Nichtvorhandensein des diodengeschalteten n-Kanal-Transistors 30 (2).
Wie durch die hypothetische Spannungswelle 120 gezeigt
klingt die Spannung am Anschluß 50 exponentiell
mit (im Vergleich zur Spannungswelle 106) relativ niedriger
Rate ab, da die Ladung vom Kondensator 36 größtenteils
durch den hochohmigen Widerstand 34 abgeleitet wird. Es
würde eine
langwierige Zeit dauern (z.B. und eine Mikrosekunde – hier nicht
dargestellt), bis die Spannung am Anschluß 50 unter den Pegel
von Vneu (horizontale Linie 110) abfällt. Während einer solchen Zeit könnte die
Spannung am Anschluß 18 leicht
wieder in Erscheinung treten (im Graphen 100 nicht dargestellt)
aber es würde
in diesem hypothetischen Fall kein neues PWRON-Signal erzeugt werden.
Die zwischenspeicher würden
dann nicht rückgesetzt
werden. Wie oben erläutert
wurde ist es von großer
Wichtigkeit, einen solchen Zustand zu vermeiden.
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Es
können
andere Spannungspegel und Schwellenspannungen als die offenbarten
eingesetzt werden und die Impulsverzögerungen und die Einschalt-
und Ausschaltzeiten können
auf für
eine gegebene Anwendung besser geeignete abgeändert werden. Weiterhin sind
die Einschalterkennungsschaltungen in ihrer Anwendung nicht auf
eine bestimmte IC-Größe oder
auf spezifische andere (Haupt-)Schaltkreise auf der IC begrenzt.
Weiterhin kann der Widerstandswert des Widerstandes 34 auf die
am besten benötigte
Höhe geändert werden.
Weiterhin können
die Leitfähigkeitstypen
der Transistoren umgekehrt werden und die Stromversorgungspegel
können
ein Negativpegel und Erde sein.