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WO2004064232A2 - Schaltung zur spannungsversorgung und verfahren zur erzeugung einer versorgungsspannung - Google Patents

Schaltung zur spannungsversorgung und verfahren zur erzeugung einer versorgungsspannung Download PDF

Info

Publication number
WO2004064232A2
WO2004064232A2 PCT/EP2004/000173 EP2004000173W WO2004064232A2 WO 2004064232 A2 WO2004064232 A2 WO 2004064232A2 EP 2004000173 W EP2004000173 W EP 2004000173W WO 2004064232 A2 WO2004064232 A2 WO 2004064232A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
voltage
supply
comparator
supply voltage
reg2
Prior art date
Application number
PCT/EP2004/000173
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2004064232A3 (de
Inventor
Thomas Jean Ludovic Baglin
Albert Missoni
Gerhard Nebel
Original Assignee
Infineon Technologies Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infineon Technologies Ag filed Critical Infineon Technologies Ag
Publication of WO2004064232A2 publication Critical patent/WO2004064232A2/de
Publication of WO2004064232A3 publication Critical patent/WO2004064232A3/de
Priority to US11/181,032 priority Critical patent/US7501718B2/en

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F1/00—Automatic systems in which deviations of an electric quantity from one or more predetermined values are detected at the output of the system and fed back to a device within the system to restore the detected quantity to its predetermined value or values, i.e. retroactive systems
    • G05F1/10—Regulating voltage or current
    • G05F1/46—Regulating voltage or current wherein the variable actually regulated by the final control device is dc
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F3/00—Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
    • G05F3/02—Regulating voltage or current

Definitions

  • the invention relates to a circuit for voltage supply and a method for generating a supply voltage. Both the circuit and the method can be used, for example, for the voltage supply for an integrated circuit.
  • Generating a supply voltage with two voltage sources available presents a number of problems. Handling two voltage sources to generate a supply voltage is more complex and difficult than generating a supply voltage if only one voltage source is available.
  • FIG. 1 An embodiment of a circuit for generating a voltage supply as shown in FIG. 1 is known from the prior art.
  • a selection is made between two external voltage sources and the output voltage VDD is formed using the selected external supply voltage.
  • the circuit has a first supply voltage input INI, at which a first external supply voltage VDDEXT1 is present, and a second supply voltage input IN2, at which a second external supply voltage VDDEXT2 is present.
  • the two external supply voltages VDDEXT1 and VDDEXT2 are each connected to a comparator input of a comparator CMP.
  • the two external supply voltages are at the same time VDDEXT1 and VDDEXT2 also on the inputs of two voltage regulators REG1 and REG2.
  • the two voltage regulators REG1 and REG2 are controlled via an external voltage VDDEXT3, which is applied to a voltage input IN3 of the circuit.
  • the external voltage VDDEXT3 also forms the operating voltage for the comparator CMP at the operating voltage connection BA of the comparator CMP and also the operating voltage for an inverter INV connected downstream thereof.
  • the output voltage ENREG1 generated by the comparator CMP serves as an additional control voltage for the first voltage regulator REG1 and at the same time as an input voltage for the inverter INV, which forms an inverted output voltage ENREG22 therefrom.
  • This inverted output voltage ENREG22 serves as an additional control voltage for the second voltage regulator REG2.
  • the two outputs of the voltage regulators REG1 and REG2 are connected to one another and form the supply voltage output 0 of the circuit for the voltage supply.
  • the circuit shown in FIG. 1 ensures that only one of the two voltage sources and thus only one of the two external supply voltages VDDEXT1 or VDDEXT2 is activated.
  • the other voltage source is deactivated.
  • the voltage source that provides the higher supply voltage is selected. This is because it is more likely that the supply voltage made available is greater than the nominal supply voltage VDDnom and thus allows correct regulation.
  • the comparator CMP decides which of the two external voltage sources provides the higher supply voltage. The comparator CMP therefore compares the first external supply voltage VDDEXT1 with the second external supply voltage VDDEXT2.
  • the higher of the two external supply voltages VDDEXT1 and VDDEXT2 is used to supply the downstream analog components. The following situations can occur. 1.
  • the first external supply voltage VDDEXT1 is greater than the second external supply voltage VDDEXT2:
  • the voltage ENREGl at the comparator output takes on the value of the external voltage VDDEXT3.
  • the inverted voltage ENREG22 at the output of the inverter INV takes the value zero.
  • the first voltage regulator REG1 regulates the supply voltage VDD to the value of the nominal supply voltage VDDnom.
  • the second voltage regulator REG2 disconnects the second external supply voltage VDDEXT2 from the supply voltage output 0 because the voltage ENREG22 is 0.
  • the first external supply voltage VDDEXT1 is smaller than the second external supply voltage VDDEXT2:
  • the voltage ENREG1 at the output of the comparator CMP assumes the value zero.
  • the inverted output voltage ENREG2 at the output of the inverter INV is then equal to the external voltage VDDEXT3.
  • the second regulator REG2 regulates the output voltage VDD to the value of the nominal voltage VDDnom.
  • the first voltage regulator disconnects the first external supply voltage VDDEXT1 from the supply voltage output 0 because the voltage ENREG2 is 0.
  • the circuit for voltage supply shown in Figure 1 has a number of disadvantages. If the two external supply voltages VDDEXT1 and VDDEXT2 are greater than the nominal voltage VDDnom, both could be used to regulate the supply voltage VDD. However, only the voltage that is the higher of the two voltages is used. In a system in which a voltage supply has a high voltage but cannot provide a high current, such a solution is not optimal. With such a solution, it is in fact possible that the voltage source is used, although the higher voltage but delivers the lower current. Voltage sources that provide a high supply voltage but only a low current can be, for example, magnetic or electrical fields.
  • both voltage sources each supply a supply voltage that is greater than the nominal voltage VDDnom and the voltage source that provides the greater voltage is switched off, the voltage regulator associated with this voltage is also switched off and the other voltage regulator is switched on. It is difficult to generate a stable supply voltage VDD while switching between the voltage regulators REG1 and REG2. If the two supply voltage sources supply supply voltages of the same size, the two voltage regulators are alternatively switched on and off, which can lead to the entire regulating system no longer functioning properly.
  • the first external supply voltage VDDEXT1 is fed via the first supply voltage input INI and a voltage converter 1 to the first input of a comparator CMPl.
  • the second external supply voltage VDDEXT2 is led via the second supply voltage input IN2 and a second voltage converter 2 to the first input of a second comparator CMP2.
  • the second inputs of the first comparator CMPl and the second comparator CMP2 are connected to the output of a reference voltage source 3, so that a reference voltage VREF is applied to them.
  • a reference voltage VREF is applied to them.
  • the external voltage VDDEXT3, which is present at voltage input IN3, is used to control the two voltage regulators REG1 and REG2 and as an operating voltage for the two comparators CMPl and CMP2.
  • the external voltage VDDEXT3 is present at the input of the voltage source 3, which generates the reference voltage VREF.
  • the first external supply voltage VDDEXT1 and the second external supply voltage VDDEXT2 are compared with the reference voltage VREF in order to avoid a reverse current.
  • the two voltage converters 1 and 2 multiply the external supply voltages VDDEXT1 and VDDEXT2 by a factor k.
  • the reference voltage VREF * k is greater than the nominal voltage VDDnom. The following states can occur during operation.
  • the voltage VDDEXT1 is greater than the reference voltage VREF * k and the voltage VDDEXT2 is also greater than the reference voltage VREF * k:
  • both voltage regulators REG1 and REG2 regulate the supply voltage VDD to the value of the nominal voltage VDDnom.
  • a reverse current cannot occur here, since the voltage VDDEXTl is greater than the reference voltage VREF * k and this in turn is greater than the nominal voltage VDDnom and this in turn is greater than or equal to the supply voltage VDD and additionally the voltage VDDEXT2 is greater than the reference voltage VREF * k and this in turn is greater than the nominal voltage VDDnom and this in turn is greater than or equal to the supply voltage VDD.
  • the voltage VDDEXT1 is less than the reference voltage VREF * k and the voltage VDDEXT2 is greater than the reference voltage VREF * k:
  • the second voltage regulator REG2 regulates the supply voltage VDD to the value of the nominal voltage VDDnom.
  • the first voltage regulator REG1 is switched off. 3.
  • the voltage VDDEXT1 is less than the reference voltage VREF * k and the voltage VDDEXT2 is less than the reference voltage VREF * k:
  • both voltage regulators REG1 and REG2 are switched off.
  • the supply voltage VDD is floating.
  • the voltage VDDEXT1 is less than the reference voltage VREF * k and the voltage VDDEXT2 is greater than the reference voltage VREF * k:
  • the first voltage regulator REG1 regulates the supply voltage VDD to the value of the nominal voltage VDDnom.
  • the second voltage regulator REG2 is switched off.
  • the two voltage regulators REG1 and REG2, the two voltage converters 1 and 2 and the reference voltage source 3 must be matched exactly to one another, so that the value k * VREF is greater than the nominal voltage VDDnom. If this is not the case, for example if k * VREF is less than the first external supply voltage VDDEXT1, and the nominal voltage VDDnom is again less than the nominal voltage VDDnom and which in turn is less than the second external supply voltage VDDEXT2, this will result in incorrect values Matching both voltage regulators REG1 and REG2 is activated and a reverse current flows from the second external voltage source via the second supply voltage input IN2 to the supply voltage output O and from there back to the first external supply source at the first supply voltage input INI.
  • the two voltage regulators REG1 and REG2 can be switched between different nominal voltages VDDnoml, VDDnom2, VDDnom3, etc.
  • the two voltage converters 1 and 2 can switch between different multiplication factors k1, k2, k3, etc. It becomes all the more difficult to precisely match the two voltage regulators REG1 and REG2, the two voltage converters 1 and 2 and the reference voltage source 3 in the manner already described, namely for each pair (VDDnoml, kl), (VDDnom2, k2) , (VDDnom3, k3).
  • the circuit requires more chip area, the power consumption increases and the complexity of the circuit increases.
  • An object of the invention is to provide a circuit for supplying voltage and a method for generating a supply voltage in which no reverse current occurs.
  • the current should flow from a current source to the supply voltage output of the circuit and not from a current source via the supply voltage output of the circuit back to the other current source.
  • the criteria for switching the current paths on and off should be selected so that the supply voltage can be correctly regulated in a number of different configurations.
  • the circuit for voltage supply has a first supply voltage input, which is connected to a first comparator and a first voltage regulator, the first comparator controlling the first voltage regulator.
  • the circuit has a second supply voltage input, which is connected to a second comparator and a second voltage regulator, the second comparator controlling the second voltage regulator.
  • the circuit has a supply voltage output which is connected to outputs of the two voltage regulators and fed back to the two comparators.
  • a first supply voltage is applied to a first comparator and a first voltage regulator, the first voltage regulator being controlled via the first comparator.
  • a second supply voltage is applied to a second comparator and a second voltage regulator, the second voltage regulator being controlled via the second comparator.
  • the supply voltage is present at a supply voltage output, which is connected to the outputs of the two voltage regulators and fed back to the two comparators.
  • a first voltage converter is provided, which is connected between the first supply voltage input and the first comparator.
  • a two- ter voltage converter is provided, which is connected between the second voltage supply input and the second comparator. The two external supply voltages which are present at the first and the second supply voltage input can thus be multiplied by a specific value or reduced by a specific voltage value.
  • a third voltage converter is provided, which is connected between the supply voltage output and the first comparator.
  • a fourth voltage setter is provided, which is connected between the supply voltage output and the second comparator. The supply voltage at the supply voltage output can thus be multiplied by a certain value or reduced by a certain voltage value.
  • the voltage converters are designed such that the voltage that can be applied to their inputs can be converted into a voltage proportional to this voltage with a defined proportionality factor.
  • the voltage converters can be designed such that the voltage which can be applied to their inputs can be converted into a voltage reduced by a certain value.
  • the first voltage regulator and a first N-channel MOS transistor the second voltage regulator has a second N-channel MOS transistor.
  • the control outputs of the two transistors are fed back to the control inputs of the two transistors.
  • Figure 1 shows a first embodiment of a circuit for voltage supply according to the prior art.
  • Figure 2 shows a second embodiment of a circuit for voltage supply according to the prior art.
  • FIG. 3 shows a possible embodiment of the circuit for voltage supply according to the invention.
  • FIG. 4 shows the basic structure of a voltage regulator as can be used in the circuit for the voltage supply according to the invention.
  • FIGS. 1 and 2 are not discussed further, since their explanation was already given in the introduction to the description. It is therefore referred to the introduction to the description at this point.
  • a first supply voltage input INI is provided, which is connected to a first voltage source (not shown) for generating a first external supply voltage VDDEXT1.
  • the first external supply voltage VDDEXT1 present at the first supply voltage input INI is conducted via a first voltage converter 1 to a first input of a first comparator CMPl.
  • the first external supply voltage VDDEXT1 is present at the input of a voltage regulator REGl.
  • the circuit has a second supply voltage input IN2, which can be connected to a second voltage source, not shown, for generating a second external supply voltage VDDEXT2.
  • the second external supply voltage VDDEXT2 is present via a second voltage converter 2 at a first input of a second comparator CMP2 and at an input of a second voltage regulator REG2.
  • the first voltage regulator REG1 is controlled via the signal present at the output of the first comparator CMPl with the control voltage ENREG1 and an external voltage VDDEXT3 present at a third input IN3.
  • the outputs of the two voltage regulators REG1 and REG2 are connected to one another and lead on the one hand to the supply voltage output 0 of the circuit and on the other hand to the inputs of a third and fourth voltage converter 3 and 4, which in turn are connected to the second inputs of the first and second comparators CMPl and CMP2 are connected.
  • the desired supply voltage VDD can be tapped at output 0 of the circuit.
  • the value k * VDDEXTl is smaller than the nominal voltage VDDnom and the value k * VDDEXT2 is larger than the nominal voltage VDD:
  • the supply voltage VDD is zero when switched on. Therefore, the value k * VDDEXT1 is larger than the supply voltage VDD and the value k * VDDEXT2 is larger than the supply voltage VDD.
  • the control voltage ENREGl at the output of the comparator CMPl then takes the value of the voltage VDDEXT3 and the control voltage ENREG2 at the output of the second comparator CMP2 also takes the value of the external voltage VDDEXT3, with the result that the voltage regulators REGl and REG2 regulate.
  • the supply voltage VDD therefore rises until it reaches the value k * VDDEXTl and exceeds it. Then the first comparator CMPl switches over and brings the control voltage ENREGl to the value zero.
  • the voltage regulator REG1 is switched off.
  • the supply voltage output 0 is now separated from the first external supply voltage VDDEXTl, which is advantageous since the first external supply voltage VDDEXTl is smaller than the supply voltage VDD. Otherwise a current would flow from the supply voltage input IN2 to the supply voltage input INI.
  • the supply voltage VDD continues to rise until it reaches the value of the nominal voltage VDDnom and is regulated to this value. Because the value k * VDDEXT2 is greater than the nominal supply voltage VDDnom, the control voltage ENREG2 remains on the off gear of the second comparator CMP2 to the value of the external voltage VDDEXT3.
  • the supply voltage VDD is zero when switched on, so that the value k * VDDEXTl is greater than the supply voltage VDD and also the value k * VDDEXT2 is greater than the supply voltage VDD.
  • the control voltage ENREG1 at the output of the first comparator CMPl therefore takes on the value of the external voltage VDDEXT3 and the control voltage ENREG2 at the output of the second comparator CMP2 also takes on the value of the external voltage VDDEXT3.
  • Both voltage regulators REG1 and REG2 are now working.
  • the supply voltage VDD now rises until it reaches the desired nominal voltage value VDDnom without one of the two voltage regulators REG1 and REG2 being switched off, because the value k * VDDEXTl is greater than the nominal voltage VDDnom and at the same time the value k * VDDEXT2 is greater than the nominal voltage value VDDnom. Both voltage regulators REG1 and REG2 therefore remain active the entire time.
  • the value k * VDDEXTl is smaller than the nominal voltage VDDnom and the value k * VDDEXT2 is smaller than the nominal voltage VDDnom and the first external supply voltage VDDEXTl is smaller than the second external supply voltage VDDEXT2:
  • the supply voltage VDD is zero when switched on, so that the value k * VDDEXT1 is greater than the supply voltage VDD and at the same time the value k * VDDEXT2 is greater than the supply voltage VDD.
  • the comparator CMPl therefore brings the control voltage ENREG1 to the value of the external voltage VDDEXT3 and the second comparator CMP2 also brings the control voltage ENREG2 to the value of the ex- voltage VDDEXT2.
  • Both voltage regulators REG1 and REG2 now work and ensure that the supply voltage VDD increases until the value k * VDDEXTl is reached and exceeded.
  • the first comparator CMPl now brings the control voltage ENREGl to zero, so that the first voltage regulator REGl is switched off.
  • the supply voltage VDD continues to rise until it reaches the value k * VDDEXT2. There is no further increase in the supply voltage VDD since the second comparator CMP2 now sets the control voltage ENREG2 to the value zero and thus switches off the second voltage regulator REG2.
  • the circuit shown in FIG. 3 can be modified such that in the event that the two control voltages ENREG1 and ENREG2 assume the value zero, so that the two voltage regulators REG1 and REG2 are switched off, the supply voltage output 0 with the higher of the two supply voltages VDDEXTl or VDDEXT2 is connected. In this way, the number of operating states in which the control system works correctly can be increased.
  • both supply voltages VDDEXTl and VDDEXT2 are greater than the nominal supply voltage VDDnom / k and one of the two voltage sources is switched off, it is easier to keep the supply voltage VDD stable than in the prior art because one of the two voltage regulators REG1 and REG2 remains in operation ,
  • FIG. 4 shows a possible embodiment for a voltage regulator.
  • two NMOS transistors 6 and 7 can be used for voltage regulation.
  • the size of the two NMOS transistors 6 and 7 should be the same and the gate connections of the two NMOS transistors 6 and 7 should be connected to one another.
  • the drain-source current IDS in the saturated operating state results for an NMOS transistor by the following equation:
  • IDS k * W / L * (VGS - VTH) * 2 * (1 + LAMBDA * VDS / L)
  • K is a technology constant
  • VDS the drain-source voltage
  • W is the width of the transistor
  • L is the length of the transistor.
  • the saturated operating state is given when the voltage VDS is greater than the voltage difference VGS - VTH.
  • NGATE is the voltage at the output of the regulator loop 5. This is particularly the case if the early effect of the NMOS transistors is minimized by making the length of the transistors large.
  • the supply voltage VDD falls by (Vi - 1) * (VGS - VTH), so that the voltage drops more slowly as the width of the NMOS transistor increases.
  • the two voltage regulators REG1 and REG2 basically work in the same way. Therefore, the operation of the first voltage regulator REG1 representative of both is described below. If the control voltage ENREGl is equal to zero, the resistance in the voltage regulator REG1 between its input, which is connected to the first supply voltage input INI, and its output, which is connected to the supply output 0, becomes infinitely large. If the control voltage ENREGl assumes the value of the external voltage VDDEXT3 and if the supply voltage VDD is greater than the nominal voltage VDDnom, the resistance in the voltage regulator between its input and output increases until the supply voltage VDD is equal to the nominal voltage VDDnom. The resistance can go to infinity.
  • control voltage ENREGl is equal to the value of the external voltage VDDEXT3 and if the supply voltage VDD is less than the nominal voltage VDDnom, the resistance between the input and the output of the voltage regulator REGl decreases until the supply voltage VDD is equal to the nominal voltage VDDnom is. Possibly the resistance drops to zero.
  • the nominal voltage VDDnom is a constant voltage.
  • the voltage converter generates at its output either a voltage that is reduced by a constant voltage compared to the input voltage or a voltage that is the product of a constant multiplier k or proportionality factor with the input voltage.
  • the constant multiplier k lies between the values zero and one.
  • the comparator generates a voltage at its output which is equal to the operating voltage which is present at its operating voltage input if the voltage present at the non-inverting input of the comparator is greater than the voltage present at its inverting input. Otherwise, it generates a voltage with the value zero at its output.

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Abstract

Die erfindungsgemäße Schaltung zur Spannungsversorgung weist einen ersten Versorgungsspannungseingang (IN1) auf, welcher mit einem ersten Komparator (CMP1) und einem ersten Span-nungsregler (REG1) verbunden ist, wobei der erste Komparator (CMP1) den ersten Spannungsregler (REG1) steuert. Weiterhin ist ein zweiter Versorgungsspannungseingang (IN2) vorgesehen, welcher mit einem zweiten Komparator (CMP2) und einem zweiten Spannungsregler (REG2) verbunden ist, wobei der zweite Kompa-rator (CMP2) den zweiten Spannungsregler (REG2) steuert. Schließlich ist ein Versorgungsspannungsausgang (O) vorgese-hen, welcher mit den Ausgängen der beiden Spannungsregler (REG1, REG2) verbunden und auf die beiden Komparatoren (CMP1, CMP2) rückgekoppelt ist.

Description

Beschreibung
Schaltung zur Spannungsversorgung und Verfahren zur Erzeugung einer Versorgungsspannung
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Spannungsversorgung sowie ein Verfahren zur Erzeugung einer VersorgungsSpannung. Sowohl die Schaltung als auch das Verfahren sind beispielsweise zur Spannungsversorgung für einen integrierten Schaltkreis verwendbar.
Die Erzeugung einer Versorgungsspannung, wobei zwei Spannungsquellen zur Verfügung stehen, birgt eine Reihe von Problemen in sich. Die Handhabung von zwei Spannungsquellen zur Erzeugung einer VersorgungsSpannung ist komplexer und schwieriger als die Erzeugung einer VersorgungsSpannung, wenn nur eine Spannungsquelle zur Verfügung steht.
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik ist eine Ausführungsform für eine Schaltung zur Erzeugung ' einer Spannungsversorgung, wie sie in Figur 1 dargestellt ist, bekannt. Bei der gezeigten Schaltung wird zwischen zwei externen Spannungsquellen ausgewählt und mit Hilfe der ausgewählten externen VersorgungsSpannung die AusgangsSpannung VDD gebildet. Die Schaltung weist dazu einen ersten Versorgungsspannungseingang INI, an dem eine erste externe VersorgungsSpannung VDDEXT1 anliegt, und einen zweiten Versorgungsspannungseingang IN2 auf, an dem eine zweite externe Versorgungsspannung VDDEXT2 anliegt. Die beiden externen VersorgungsSpannungen VDDEXT1 und VDDEXT2 werden auf jeweils einen Komparatoreingang eines Komparators CMP geführt. Gleichzeitig liegen .die beiden externen VersorgungsSpannungen VDDEXT1 und VDDEXT2 auch an den Eingängen zweier Spannungsregler REGl und REG2 an. Über eine externe Spannung VDDEXT3, welche an einen Spannungseingang IN3 der Schaltung angelegt wird, werden die beiden Spannungsregler REGl und REG2 gesteuert. Die externe Spannung VDDEXT3 bildet zugleich am Be- triebsspannungsanschluss BA des Komparators CMP die Betriebsspannung für den Komparator CMP und auch die Betriebsspannung für einen diesem nachgeschalteten Inverter INV. Die vom Komparator CMP erzeugte AusgangsSpannung ENREG1 dient als zusätzliche Steuerspannung für den ersten Spannungsregler REGl und gleichzeitig als EingangsSpannung für den Inverter INV, der daraus eine invertierte AusgangsSpannung ENREG22 bildet. Diese invertierte AusgangsSpannung ENREG22 dient als zusätzliche Steuerspannung für den zweiten Spannungsregler REG2. Die beiden Ausgänge der Spannungsregler REGl und REG2 sind miteinander verbunden und bilden den Versorgungsspannungsaus- gang 0 der Schaltung zur Spannungsversorgung.
Um sicherzustellen, dass bei einem System mit zwei Versorgungsspannungen kein Rückstrom auftritt, wird bei der in Figur 1 gezeigten Schaltung dafür gesorgt, dass nur eine der beiden Spannungsquellen und damit nur eine der beiden externen VersorgungsSpannungen VDDEXT1 oder VDDEXT2 aktiviert wird. Die andere Spannungsquelle wird deaktiviert. In der Regel wird die Spannungsquelle ausgewählt, die die höhere Versorgungsspannung zur Verfügung stellt. Dies deshalb, weil bei dieser die Wahrscheinlichkeit höher ist, dass die zur Verfügung gestellte VersorgungsSpannung größer als die nominale VersorgungsSpannung VDDnom ist und damit eine korrekte Regelung erlaubt. Der Komparator CMP entscheidet dazu, welche der beiden externen Spannungsquellen die höhere Versorgungsspannung zur Verfügung stellt. Der Komparator CMP vergleicht deshalb die erste externe VersorgungsSpannung VDDEXT1 mit der zweiten externen Versorgungsspannung VDDEXT2. Die höhere der beiden externen Versorgungsspannungen VDDEXT1 und VDDEXT2 wird verwendet, um die nachgeschalteten analogen Bauelemente zu versorgen. Es können dabei folgende Situationen auftreten. 1. Die erste externe VersorgungsSpannung VDDEXT1 ist größer als die zweite externe VersorgungsSpannung VDDEXT2 :
In diesem Fall nimmt die Spannung ENREGl am Komparatorausgang den Wert der externen Spannung VDDEXT3 an. Die invertierte Spannung ENREG22 am Ausgang des Inverters INV hingegen nimmt den Wert Null an. Der erste Spannungsregler REGl regelt die VersorgungsSpannung VDD auf den Wert der nominellen Versorgungsspannung VDDnom. Der zweite Spannungsregler REG2 hingegen trennt die zweite externe VersorgungsSpannung VDDEXT2 vom Versorgungsspannungsausgang 0, weil die Spannung ENREG22 0 ist .
2. Die erste externe VersorgungsSpannung VDDEXT1 ist kleiner als die zweite externe VersorgungsSpannung VDDEXT2 :
In diesem Fall nimmt die Spannung ENREGl am Ausgang des Komparators CMP den Wert Null an. Die invertierte Ausgangsspannung ENREG2 am Ausgang des Inverters INV ist dann gleich der externen Spannung VDDEXT3. Der zweite Regler REG2 regelt die AusgangsSpannung VDD auf den Wert der nominellen Spannung VDDnom. Der erste Spannungsregler trennt die erste externe VersorgungsSpannung VDDEXT1 vom Versorgungsspannungsausgang 0, weil die Spannung ENREG2 0 ist.
Die in Figur 1 gezeigte Schaltung zur Spannungsversorgung hat jedoch eine Reihe von Nachteilen. Wenn die beiden externen Versorgungsspannungen VDDEXT1 und VDDEXT2 größer als die nominelle Spannung VDDnom sind, könnten beide für die Regelung der Versorgungsspannung VDD verwendet werden. Es wird jedoch nur die Spannung verwendet, die die höhere der beiden Spannungen ist. In einem System, in dem eine Spannungsversorgung zwar eine hohe Spannung aufweist, aber jedoch keinen hohen Strom zur Verfügung stellen kann, ist eine derartige Lösung nicht optimal. Bei einer solchen Lösung ist es nämlich möglich, dass die Spannungsquelle verwendet wird, die zwar die höhere Spannung, aber den niedrigeren Strom liefert. Spannungsquellen, die eine hohe VersorgungsSpannung aber nur einen geringen Strom zur Verfügung stellen, können beispielsweise magnetische oder elektrische Felder sein. Wenn beide Spannungsquellen jeweils eine VersorgungsSpannung liefern, die größer als die nominelle Spannung VDDnom ist und die Spannungsquelle, die die größere Spannung zur Verfügung stellt, abgeschaltet wird, wird auch der mit dieser Spannung verknüpfte Spannungsregler abgeschaltet und der andere Spannungsregler eingeschaltet. Dabei ist es schwierig eine stabile VersorgungsSpannung VDD zu erzeugen während zwischen den Spannungsreglern REGl und REG2 umgeschaltet wird. Falls die zwei Versorgungsspannungsquellen VersorgungsSpannungen liefern, die gleich groß sind, werden die beiden Spannungsregler alternativ ein- und ausgeschaltet, was dazu führen kann, dass das gesamte Regelsystem nicht mehr richtig funktioniert.
Aus dem Stand der Technik ist, wie in Figur 2 gezeigt, eine weitere Ausführungsform für eine Spannungsversorgung bekannt. Bei dieser Ausführungsform wird die erste externe Versorgungsspannung VDDEXT1 über den ersten Versorgungsspannungseingang INI und einen Spannungsumsetzer 1 auf den ersten Eingang eines Komparators CMPl geführt . Die zweite externe VersorgungsSpannung VDDEXT2 wird über den zweiten Versorgungsspannungseingang IN2 und einen zweiten Spannungsumsetzer 2 auf den ersten Eingang eines zweiten Komparators CMP2 geführt . Die zweiten Eingänge des ersten Komparators CMPl und des zweiten Komparators CMP2 sind mit dem Ausgang einer Referenzspannungsquelle 3 verbunden, sodass an ihnen eine Referenzspannung VREF anliegt. Wie auch bei der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform wird bei der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform die externe Spannung VDDEXT3 , welche am Spannungseingang IN3 anliegt, zur Steuerung der beiden Spannungsregler REGl und REG2 sowie als Betriebsspannung für die beiden Komparatoren CMPl und CMP2 verwendet. Zusätzlich liegt die externe Spannung VDDEXT3 am Eingang der Spannungsquelle 3 an, die die Referenzspannung VREF erzeugt. Bei der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform wird zur Vermeidung eines Rückstroms die erste externe VersorgungsSpannung VDDEXTl und die zweite externe VersorgungsSpannung VDDEXT2 mit der Referenzspannung VREF verglichen. Für die weitere Betrachtung sei angenommen, dass die beiden Spannungsumsetzer 1 und 2 die externen VersorgungsSpannungen VDDEXTl und VDDEXT2 mit einem Faktor k multiplizieren. Weiterhin wird angenommen, dass die Referenzspannung VREF * k größer als die nominelle Spannung VDDnom ist. Im Betrieb können folgende Zustände auftreten.
1. Die Spannung VDDEXTl ist größer als die Referenzspannung VREF * k und die Spannung VDDEXT2 ist ebenfalls größer als die Referenzspannung VREF * k:
In diesem Fall regeln beide Spannungsregler REGl und REG2 die Versorgungsspannung VDD auf den Wert der nominellen Spannung VDDnom. Ein Rückstrom kann hierbei nicht auftreten, da die Spannung VDDEXTl größer als die Referenzspannung VREF * k ist und diese wiederum größer als die nominelle Spannung VDDnom ist und diese wiederum größer oder gleich der Versorgungs- Spannung VDD ist und zusätzlich die Spannung VDDEXT2 größer als die Referenzspannung VREF * k ist und diese wiederum größer als die nominelle Spannung VDDnom ist und diese wiederum größer oder gleich der Versorgungsspannung VDD ist.
2. Die Spannung VDDEXTl ist kleiner als die Referenzspannung VREF * k und die Spannung VDDEXT2 ist größer als die Referenzspannung VREF * k:
In diesem Fall regelt der zweite Spannungsregler REG2 die VersorgungsSpannung VDD auf den Wert der nominellen Spannung VDDnom. Der erste Spannungsregler REGl hingegen wird abgeschaltet . 3. Die Spannung VDDEXTl ist kleiner als die Referenzspannung VREF * k und die Spannung VDDEXT2 ist kleiner als die Referenzspannung VREF * k:
In diesem Fall werden beide Spannungsregler REGl und REG2 abgeschaltet . Die VersorgungsSpannung VDD schwimmt .
4. Die Spannung VDDEXTl ist kleiner als die Referenzspannung VREF * k und die Spannung VDDEXT2 ist größer als die Referenzspannung VREF * k:
In diesem Fall regelt der erste Spannungsregler REGl die Versorgungsspannung VDD auf den Wert der nominellen Spannung VDDnom. Der zweite Spannungsregler REG2 hingegen wird abgeschaltet .
Bei der in Figur 2 gezeigten Ausführungsform der Schaltung zur Spannungsversorgung werden gegenüber der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform die meisten Nachteile vermieden. Die in Figur 2 gezeigte Ausführungsform hat jedoch nach wie vor folgende Nachteile.
Die beiden Spannungsregler REGl und REG2, die beiden Spannungsumsetzer 1 und 2 und die Referenzspannungsquelle 3 müssen exakt aufeinander abgestimmt werden, so dass der Wert k * VREF größer als die nominelle Spannung VDDnom ist . Wenn dies nicht der Fall ist, beispielsweise wenn k * VREF kleiner als die erste externe Versorgungsspannung VDDEXTl ist, und die nominelle Spannung VDDnom wiederum kleiner als die nominelle Spannung VDDnom ist und welche wiederum kleiner als die zweite externe Versorgungsspannung VDDEXT2 ist, werden aufgrund dieser falschen Abstimmung beide Spannungsregler REGl und REG2 aktiviert und ein Rückstrom fließt von der zweiten externen Spannungsquelle über den zweiten Versorgungsspannungseingang IN2 zum Versorgungsspannungsausgang O und von dort zurück zur ersten externen Versorgungsquelle am ersten Versorgungsspannungseingang INI . Des öfteren ist es der Fall, dass die beiden Spannungsregler REGl und REG2 zwischen verschiedenen nominellen Spannungen VDDnoml, VDDnom2, VDDnom3 , usw. umgeschaltet werden können. In diesem Fall ist es erforderlich, dass die beiden Spannungsumsetzer 1 und 2 zwischen verschiedenen Multiplikationsfaktoren kl, k2 , k3, usw. umschalten können. Dabei wird es umso schwieriger, die beiden Spannungsregler REGl und REG2 , die beiden Spannungsumsetzer 1 und 2 und die Referenzspannungsquelle 3 auf die bereits beschriebene Art und Weise exakt aufeinander abzustimmen, und zwar für jedes Paar (VDDnoml, kl), (VDDnom2 , k2) , (VDDnom3 , k3) . Dies hat zur Folge, dass die Schaltung mehr Chipfläche benötigt, der Stromverbrauch steigt und die Komplexität der Schaltung zunimmt .
Darstellung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltung zur SpannungsVersorgung und ein Verfahren zur Erzeugung einer Versorgungsspannung anzugeben, bei dem kein Rückstrom auftritt. Der Strom soll von einer Stromquelle zum Versorgungsspannungsausgang der Schaltung fließen und nicht von einer Stromquelle über den Versorgungsspannungsausgang der Schaltung zurück zur anderen Stromque11e .
Zudem sollen die Kriterien zum Ein- und Ausschalten der Strompfade so gewählt werden, dass eine korrekte Regelung der VersorgungsSpannung bei einer Reihe von verschiedenen Konfigurationen möglich ist.
Mit der erfindungsgemäßen Schaltung zur Spannungsversorgung und dem Verfahren zur Erzeugung einer VersorgungsSpannung können vorteilhafterweise die im Stand der Technik genannten Nachteile vermieden werden. Die Aufgabe wird durch eine Schaltung zur Spannungsversorgung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 und ein Verfahren zur Erzeugung einer VersorgungsSpannung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 8 gelöst .
Die erfindungsgemäße Schaltung zur Spannungsversorgung weist einen ersten Versorgungsspannungseingang auf, welcher mit einem ersten Komparator und einem ersten Spannungsregler verbunden ist, wobei der erste Komparator den ersten Spannungsregler steuert. Zudem weist die Schaltung einen zweiten Versorgungsspannungseingang auf, welcher mit einem zweiten Komparator und einem zweiten Spannungsregler verbunden ist, wobei der zweite Komparator den zweiten Spannungsregler steuert. Schließlich weist die Schaltung einen Versorgungsspannungsausgang auf, welcher mit Ausgängen der beiden Spannungsregler verbunden und auf die beiden Komparatoren rückgekoppelt ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung einer Versorgungsspannung wird eine erste Versorgungsspannung an einen ersten Komparator und einen ersten Spannungsregler angelegt, wobei über den ersten Komparator der erste Spannungsregler gesteuert wird. Eine zweite VersorgungsSpannung wird an einen zweiten Komparator und einen zweiten Spannungsregler angelegt, wobei über den zweiten Komparator der zweite Spannungsregler gesteuert wird. An einem Versorgungsspannungsausgang, welcher mit den Ausgängen der beiden Spannungsregler verbunden und auf die beiden Komparatoren rückgekoppelt ist, liegt die VersorgungsSpannung an.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den in den anhängigen Patentansprüchen angegebenen Merkmalen.
Bei einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung zur SpannungsVersorgung ist ein erster Spannungsumsetzer vorgesehen, welcher zwischen dem ersten Versorgungsspannungseingang und dem ersten Komparator geschaltet ist. Zudem ist ein zwei- ter Spannungsumsetzer vorgesehen, welcher zwischen den zweiten Spannungsversorgungseingang und dem zweiten Komparator geschalten ist. Damit können die beiden externen Versorgungs- Spannungen, die an dem ersten und dem zweiten Versorgungsspannungseingang anliegen, mit einem bestimmten Wert multipliziert oder um einen bestimmten Spannungswert reduziert werden.
Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Schaltung ist ein dritter Spannungsumsetzer vorgesehen, welcher zwischen den Versorgungsspannungsausgang und dem ersten Komparator geschaltet ist. Zudem ist ein vierter Spannungssetzer vorgesehen, welcher zwischen den Versorgungsspannungsausgang und dem zweiten Komparator geschaltet ist . Damit kann die am Versorgungsspannungsausgang anliegende Versorgungsspannung mit einem bestimmten Wert multipliziert oder um einen bestimmten Spannungswert reduziert werden.
Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltung zur Spannungs e sorgung sind die Spannungsumsetzer derart ausgebildet, dass die an ihren Eingängen anlegbare Spannung in einen zu dieser Spannung proportionale Spannung mit einem definierten Proportionalitätsfaktor umsetzbar ist.
Darüber hinaus können bei der erfindungsgemäßen Schaltung die Spannungsumsetzer derart ausgebildet sein, dass die an ihren Eingängen anlegbare Spannung in eine um einen bestimmten Wert reduzierte Spannung umsetzbar ist.
Zur Lösung der Aufgabe wird ferner vorgeschlagen, einen Spannungseingang vorzusehen, welcher mit Betriebsanschlüssen der Komparatoren und den Steuereingängen der Spannungsregler verbunden ist. Damit ist unter anderem die Betriebsspannung für die Komparatoren vorgebbar.
Schließlich kann bei der erfindungsgemäßen Schaltung der erste Spannungsregler einen ersten N-Kanal MOS-Transistor und der zweite Spannungsregler einen zweiten N-Kanal MOS- Transistor aufweisen. Die Steuerausgänge der beiden Transistoren sind dabei auf die Steuereingänge der beiden Transistoren rückgekoppelt .
Kurze Beschreibungen der Zeichnungen
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von vier Figuren weiter erläutert.
Figur 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer Schaltung zur SpannungsVersorgung gemäß dem Stand der Technik.
Figur 2 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Schaltung zur Spannungsversorgung gemäß dem Stand der Technik.
Figur 3 zeigt eine mögliche Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung zur Spannungsversorgung.
Figur 4 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Spannungsreglers, wie er bei der erfindungsgemäßen Schaltung zur Spannungsversorgung Verwendung finden kann.
Wege zur Ausführung der Erfindung
Auf die Figuren 1 und 2 wird im Folgenden nicht weiter eingegangen, da deren Erläuterung bereits in der Beschreibungseinleitung erfolgte. Es wird deshalb an dieser Stelle auf die Beschreibungseinleitung verwiesen.
Bei der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Schaltung zur Erzeugung einer VersorgungsSpannung ist ein erster Versorgungsspannungseingang INI vorgesehen, der mit einer ersten nicht gezeigten Spannungsquelle zur Erzeugung einer ersten externen VersorgungsSpannung VDDEXTl ver- bindbar ist . Die am ersten Versorgungsspannungseingang INI anliegende erste externe VersorgungsSpannung VDDEXTl wird ü- ber einen ersten Spannungsumsetzer 1 auf einen ersten Eingang eines ersten Komparators CMPl geführt. Zudem liegt die erste externe VersorgungsSpannung VDDEXTl am Eingang eines Spannungsreglers REGl an. Die Schaltung weist einen zweiten Versorgungsspannungseingang IN2 auf, der mit einer zweiten nicht gezeigten Spannungsquelle zur Erzeugung einer zweiten externen Versorgungsspannung VDDEXT2 verbindbar ist. Die zweite externe Versorgungsspannung VDDEXT2 liegt über einen zweiten Spannungsumsetzer 2 an einem ersten Eingang eines zweiten Komparators CMP2 und an einem Eingang eines zweiten Spannungsreglers REG2 an. Über das am Ausgang des ersten Komparators CMPl anliegende Signal mit der Steuerspannung ENREGl und eine an einem dritten Eingang IN3 anliegende externe Spannung VDDEXT3 wird der erste Spannungsregler REGl gesteuert. Entsprechendes gilt für den zweiten Spannungsregler REG2. Dieser wird über die Ausgangsspannung ENREG2 des zweiten Komparators CMP2 und die externe Spannung VDDEXT3 gesteuert. Die Ausgänge der beiden Spannungsregler REGl und REG2 sind miteinander verbunden und führen einerseits auf den Versorgungsspannungsausgang 0 der Schaltung und andererseits auf die Eingänge eines dritten und vierten Spannungsumsetzers 3 und 4, welche wiederum mit den zweiten Eingängen des ersten bzw. des zweiten Komparators CMPl bzw. CMP2 verbunden sind. Im Betrieb ist am Ausgang 0 der Schaltung die gewünschte Versorgungsspannung VDD abgreifbar.
Im Folgenden wird die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Schaltung zur Spannungsversorgung beschrieben. Bei der erfindungsgemäßen Lösung werden nicht zwei Versorgungsspannungen miteinander oder zwei VersorgungsSpannungen mit einer Referenzspannung verglichen, sondern es erfolgt ein Vergleich zwischen der intern erzeugten VersorgungsSpannung VDD mit den beiden externen VersorgungsSpannungen VDDEXTl und VDDEXT2. Um das Verständnis zu erleichtern, wird für die folgenden Ausführungen angenommen, dass der Spannungsumsetzer 1 die erste externe Versorgungsspannung VDDEXTl mit dem Multiplikator k multipliziert und der Spannungsumsetzer 3 durch eine einfache Leitung überbrückt ist . Gleiches gilt für die zweite externe VersorgungsSpannung VDDEXT2 und den Spannungsumsetzer 4.
Im Betrieb können folgende Zustände auftreten.
1. Der Wert k * VDDEXTl ist kleiner als die nominelle Spannung VDDnom und der Wert k * VDDEXT2 ist größer als die nominelle Spannung VDD:
In diesem Fall ist beim Einschalten die VersorgungsSpannung VDD gleich Null. Daher ist der Wert k * VDDEXTl größer als die VersorgungsSpannung VDD und auch der Wert k * VDDEXT2 ist größer als die VersorgungsSpannung VDD. Die SteuerSpannung ENREGl am Ausgang des Komparators CMPl nimmt dann den Wert der Spannung VDDEXT3 und die SteuerSpannung ENREG2 am Ausgang des zweiten Komparators CMP2 nimmt ebenfalls den Wert der externen Spannung VDDEXT3 an, was zur Folge hat, dass die Spannungsregler REGl und REG2 regeln. Die VersorgungsSpannung VDD steigt daher nun solange an, bis sie den Wert k * VDDEXTl erreicht und ihn überschreitet. Dann schaltet der erste Komparator CMPl um und bringt die Steuerspannung ENREGl auf den Wert Null. Dadurch wird der Spannungsregler REGl abgeschaltet. Der Versorgungsspannungsausgang 0 ist nun von der ersten externen VersorgungsSpannung VDDEXTl getrennt, was von Vorteil ist, da die erste externe VersorgungsSpannung VDDEXTl kleiner als die Versorgungsspannung VDD ist. Andernfalls würde ein Strom vom Versorgungsspannungseingang IN2 zum Versorgungsspannungseingang INI fließen. Die VersorgungsSpannung VDD steigt weiter an, bis sie den Wert der nominellen Spannung VDDnom erreicht und wird auf diesen Wert geregelt. Weil der Wert k * VDDEXT2 größer als die nominelle Versorgungs- Spannung VDDnom ist, bleibt die Steuerspannung ENREG2 am Aus- gang des zweiten Komparators CMP2 auf dem Wert der externen Spannung VDDEXT3.
2. Der Wert k * VDDEXTl ist größer als die nominelle Spannung VDDnom und der Wert k * VDDEXT2 ist größer als die nominelle Spannung VDDnom:
In diesem Fall ist beim Einschalten die VersorgungsSpannung VDD gleich Null, sodass der Wert k * VDDEXTl größer als die VersorgungsSpannung VDD und auch der Wert k * VDDEXT2 größer als die VersorgungsSpannung VDD ist. Die Steuerspannung ENREGl am Ausgang des ersten Komparators CMPl nimmt daher den Wert der externen Spannung VDDEXT3 und die SteuerSpannung ENREG2 am Ausgang des zweiten Komparators CMP2 ebenfalls den Wert der externen Spannung VDDEXT3 an. Beide Spannungsregler REGl und REG2 arbeiten nun. Die VersorgungsSpannung VDD steigt nun solange an, bis sie den gewünschten nominellen Spannungswert VDDnom erreicht ohne dass einer der beiden Spannungsregler REGl und REG2 abgeschaltet wird, weil der Wert k * VDDEXTl größer als die nominelle Spannung VDDnom ist und auch gleichzeitig der Wert k * VDDEXT2 größer als der nominelle Spannungswert VDDnom ist. Es bleiben daher beide Spannungsregler REGl und REG2 die gesamte Zeit über aktiv.
3. Der Wert k * VDDEXTl ist kleiner als die nominelle Spannung VDDnom und der Wert k * VDDEXT2 ist kleiner als die nominelle Spannung VDDnom und die erste externe Versorgungsspannung VDDEXTl ist kleiner als die zweite externe Versorgungsspannung VDDEXT2 :
In diesem Fall ist die Versorgungsspannung VDD beim Einschalten gleich Null, so dass der Wert k * VDDEXTl größer als die Versorgungsspannung VDD und auch gleichzeitig der Wert k * VDDEXT2 größer als die VersorgungsSpannung VDD ist. Der Komparator CMPl bringt daher die Steuerspannung ENREGl auf den Wert der externen Spannung VDDEXT3 und der zweite Komparator CMP2 die Steuerspannung ENREG2 ebenfalls auf den Wert der ex- ternen Spannung VDDEXT2. Beide Spannungsregler REGl und REG2 arbeiten nun und sorgen dafür, dass die VersorgungsSpannung VDD solange ansteigt, bis der Wert k * VDDEXTl erreicht und überschritten wird. Der erste Komparator CMPl bringt nun die Steuerspannung ENREGl auf den Wert Null, so dass der erste Spannungsregler REGl abgeschaltet wird. Die VersorgungsSpannung VDD steigt weiterhin, bis sie den Wert k * VDDEXT2 erreicht. Ein weiterer Anstieg der VersorgungsSpannung VDD erfolgt nicht, da nun der zweite Komparator CMP2 die Steuerspannung ENREG2 auf den Wert Null legt und damit den zweiten Spannungsregler REG2 abschaltet.
Im Bedarfsfall kann die in Figur 3 gezeigte Schaltung dahingehend modifiziert werden, dass für den Fall, in dem die beiden Steuerspannungen ENREGl und ENREG2 den Wert Null annehmen, sodass die beiden Spannungsregler REGl und REG2 abgeschaltet werden, der Versorgungsspannungsausgang 0 mit der höheren der beiden VersorgungsSpannungen VDDEXTl bzw. VDDEXT2 verbunden wird. Auf diese Weise kann die Anzahl der Betriebs- zustände, in denen das Reglersystem korrekt arbeitet vergrößert werden.
4.a) Der Wert k * VDDEXT2 ist kleiner als die nominelle Spannung VDDnom und der Wert k * VDDEXTl ist größer als die nominelle Spannung VDDnom;
4.b) Der Wert k * VDDEXT2 ist größer als die nominelle Spannung VDDnom und der Wert k * VDDEXTl ist größer als die nominelle Spannung VDDnom;
4.c) Der Wert k * VDDEXT2 ist kleiner als die nominelle Spannung VDDnom und der Wert k * VDDEXTl ist kleiner als die nominelle Spannung VDDnom und die zweite externe Versorgungs- Spannung VDDEXT2 ist kleiner als die erste externen Versorgungsspannung VDDEXTl; Wenn die Schaltung symmetrisch aufgebaut ist, kann beim Zustand 4.a) : k * VDDEXT2 kleiner VDDnom und k * VDDEXTl größer VDDnom das Verhalten der Schaltung vom Betriebszustand 1: k * VDDEXTl kleiner VDDnom und k * VDDEXT2 größer VDDnom dadurch abgeleitet werden, dass die beiden Suffixe 1 und 2 der beiden externen VersorgungsSpannungen VDDEXTl und VDDEXT2 miteinander vertauscht werden.
Gleiches gilt für die Betriebszustände 4.b) :k * VDDEXT2 größer VDDnom und k * VDDEXTl größer VDDnom und 4.c) : k * VDDEXT2 kleiner VDDnom und k * VDDEXTl kleiner VDDnom und VDDEXT2 kleiner VDDEXTl .
Mit der erfindungsgemäßen Lösung werden die den Ausführungsformen gemäß Figur 1 und 2 anhaftenden Nachteile vermieden. So können, wenn die von den beiden Spannungsquellen stammenden Versorgungsspannungen VDDEXTl und VDDEXT2 höher als die nominelle Spannung VDDnom sind, beide Spannungsquellen zur Regelung der VersorgungsSpannung VDD verwendet werden.
Wenn beide VersorgungsSpannungen VDDEXTl und VDDEXT2 größer als die nominelle Versorgungsspannung VDDnom/k sind und eine der beiden Spannungsquellen abgeschaltet wird, ist es einfacher die VersorgungsSpannung VDD stabil zu halten als im Stand der Technik, weil einer der beiden Spannungsregler REGl bzw. REG2 im Betrieb bleibt.
Ein oszillierendes Umschalten zwischen den beiden Spannungsquellen kann nur auftreten, wenn die zweite externe Versorgungsspannung VDDEXT2 gleich der nominellen Spannung VDDnom oder wenn die erste externe VersorgungsSpannung VDDEXTl gleich der nominellen Spannung VDDnom ist. Da dies jedoch eine relativ seltene Situation ist, wird dieser Zustand kaum auftreten. Zudem ist es von Vorteil, dass zwischen den beiden Spannungsreglern REGl und REG2 und den Spannungsumsetzern 1 bis 4 keine Anpassung erforderlich ist .
Für den Fall, dass die Spannungsregler REGl und REG2 zwischen verschiedenen nominellen Spannungen VDDnoml, VDDnom2, VDDnom3, usw. umschalten müssen, muss in der erfindungsgemäßen Schaltung zur Spannungsversorgung nichts modifiziert werden.
In Figur 4 ist eine mögliche Ausführungsform für einen Spannungsregler gezeigt. Zur Spannungsregelung können, wie gezeigt, zwei NMOS-Transistoren 6 und 7 verwendet werden. Die Größe der beiden NMOS-Transistoren 6 und 7 sollte gleich sein und die Gate-Anschlüsse der beiden NMOS-Transistoren 6 und 7 sollten miteinander verbunden sein. Der Drain-Source-Strom IDS im gesättigten Betriebszustand ergibt sich für einen NMOS-Transistor durch die folgende Gleichung:
IDS = k * W/L * (VGS - VTH) * 2 * (1 + LAMBDA * VDS/L)
wobei :
K eine Technologiekonstante,
LAMBDA/L die Early-Spannung,
IGS der Drain-Source-Strom,
VDS die Drain-Source-Spannung,
VGS die Gate-Source-Spannung,
VTH die Schwellenspannung,
W die Breite des Transistors und
L die Länge des Transistors ist.
Der gesättigte Betriebszustand ist gegeben, wenn die Spannung VDS größer als die Spannungsdifferenz VGS - VTH ist.
Die beiden Transistoren 6 und 7 haben die gleiche Gate- Source-Spannung VGS = NGATE - VDD, das heißt dass der Strom, der von den beiden Transistoren im gesättigten Betriebszu- stand geliefert wird, annähernd der gleiche ist und zwar unabhängig von den externen Versorgungsspannungen VDDEXTl und VDDEXT2. NGATE ist dabei die Spannung am Ausgang der Reglerschleife 5. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Early-Effekt der NMOS-Transistoren minimiert wird, in dem die Länge der Transistoren groß gemacht wird. Wenn eine Spannungsquelle abgeschaltet wird, wird das entsprechende Gate vom Ausgang der Reglerschleife 5 durch eine nichtgezeigte Schaltung getrennt. Die VersorgungsSpannung VDD fällt um (Vi - 1) * (VGS - VTH), sodass bei zunehmender Breite des NMOS-Transistors die Spannung langsamer sinkt.
Bei Verwendung eines derartigen Reglers in der in Figur 3 gezeigten Schaltung ist es möglich, einen kontinuierlichen Betrieb des Chips zu erreichen, auch wenn eine der beiden externen Spannungsquellen abgeschaltet wird.
Die beiden Spannungsregler REGl und REG2 arbeiten prinzipiell auf die gleiche Art und Weise. Daher wird im Folgenden die Arbeitsweise des ersten Spannungsreglers REGl stellvertretend für beide beschrieben. Wenn die Steuerspannung ENREGl gleich Null ist, wird der Widerstand im Spannungsregler REGl zwischen seinem Eingang, der mit dem ersten Versorgungsspannungseingang INI verbunden ist, und seinem Ausgang, der mit dem Versorgungsausgang 0 verbunden ist, unendlich groß. Wenn die Steuerspannung ENREGl den Wert der externen Spannung VDDEXT3 annimmt und wenn die VersorgungsSpannung VDD größer als die nominelle Spannung VDDnom ist, nimmt der Widerstand im Spannungsregler zwischen seinem Ein- und Ausgang solange zu, bis die Versorgungsspannung VDD gleich der nominellen Spannung VDDnom ist. Der Widerstand kann bis ins Unendliche steigen. Falls die Steuerspannung ENREGl gleich dem Wert der externen Spannung VDDEXT3 ist und falls die Versorgungsspannung VDD kleiner als die nominelle Spannung VDDnom ist, nimmt der Widerstand zwischen dem Ein- und dem Ausgang des Spannungsreglers REGl solange ab, bis die VersorgungsSpannung VDD gleich der nominellen Spannung VDDnom ist. Gegebenenfalls sinkt der Widerstand bis auf den Wert Null. Die nominelle Spannung VDDnom ist eine konstante Spannung.
Grundsätzlich erzeugt der Spannungsumsetzer an seinem Ausgang wahlweise eine Spannung, die um eine konstante Spannung gegenüber der EingangsSpannung reduziert ist oder eine Spannung, die das Produkt aus einem konstanten Multiplikator k oder Proportionalitätsfaktor mit der EingangsSpannung ist . Der konstante Multiplikator k liegt dabei zwischen den Werten Null und Eins.
Der Komparator erzeugt an seinem Ausgang eine Spannung, die gleich der Betriebsspannung ist, welche an seinem Betriebsspannungseingang anliegt, wenn die am nicht invertierenden Eingang des Komparators anliegende Spannung größer als die an seinem invertierenden Eingang anliegende Spannung ist. Andernfalls erzeugt er an seinem Ausgang eine Spannung mit dem Wert Null.
Bezugszeichenliste
INI erster Versorgungsspannungseingang
IN2 zweiter Versorgungsspannungseingang
IN3 Spannungseingang
0 Versorgungsspannungsausgang
1 erster Spannungsumsetzer
2 zweiter Spannungsumsetzer
3 dritter Spannungsumsetzer
4 vierter Spannungsumsetzer
5 Reglerschleife
6 NMOS-Transistor
7 NMOS-Transistor
NGATE Spannung am Ausgang der Reglerschleife
VDDEXTl erste externe VersorgungsSpannung
VDDEXT2 zweite externe VersorgungsSpannung
VDDEXT3 externe Spannung
VDD VersorgungsSpannung
CMPl erster Komparator
CMP2 zweiter Komparator
REGl erster Spannungsregler
REG2 zweiter Spannungsregler
VREF Referenzspannung
ENREGl AusgangsSpannung des ersten Komparators
ENREG2 AusgangsSpannung des zweiten Komparators
ENREG22 invertierte AusgangsSpannung des ersten Komparators
INV Inverter
BA Betriebsanschluss des Komparators

Claims

Patentansprüche
1. Schaltung zur Spannungsversorgung, mit einem ersten Versorgungsspannungseingang (INI) , welcher mit einem ersten Komparator (CMPl) und einem ersten Spannungsregler (REGl) verbunden ist, wobei der erste Komparator (CMPl) den ersten Spannungsregler (REGl) steuert, mit einem zweiten Versorgungsspannungseingang (IN2) , welcher mit einem zweiten Komparator (CMP2) und einem zweiten Spannungsregler (REG2) verbunden ist, wobei der zweite Komparator (CMP2) den zweiten Spannungsregler (REG2) steuert, mit einem Versorgungsspannungsausgang (0) , welcher mit Ausgängen der beiden Spannungsregler (REGl, REG2) verbunden und auf die beiden Komparatoren (CMPl, CMP2) rückgekoppelt ist.
2. Schaltung nach Patentanspruch 1, mit einem ersten Spannungsumsetzer (1) , welcher zwischen den ersten Versorgungsspannungseingang (INI) und den ersten Komparator (CMPl) geschaltet ist, mit einem zweiten Spannungsumsetzer (2) , welcher zwischen den zweiten Versorgungsspannungseingang (IN2) und den zweiten Komparator (CMP2) geschaltet ist.
3. Schaltung nach Patentanspruch 1 oder 2 , mit einem dritten Spannungsumsetzer (3) , welcher zwischen den Versorgungsspannungsausgang (O) und den ersten Komparator
(CMPl) geschaltet ist, mit einem vierten Spannungsumsetzer (4) , welcher zwischen den Versorgungsspannungsausgang (O) und den zweiten Komparator
(CMP2) geschaltet ist.
4. Schaltung nach Patentanspruch 2 oder 3, bei der die Spannungsumsetzer (1, 2, 3, 4) derart ausgebildet sind, dass die an ihren Eingängen anlegbare Spannung (VDDEXTl, VDDEXT2, VDD) in eine zu dieser Spannung (VDDEXTl, VDDEXT2, VDD) proportionale Spannung (k*VDDEXTl, k*VDDEXT2 , k * VDD) mit einem Proportionalitätsfaktor (k) umsetzbar ist.
5. Schaltung nach einem der Patentansprüche 2 oder 3, bei der die Spannungsumsetzer (1, 2, 3, 4) derart ausgebildet sind, dass die an ihren Eingängen anlegbare Spannung (VDDEXTl, VDDEXT2, VDD) in eine um einen bestimmten Wert reduzierte Spannung umsetzbar ist.
6. Schaltung nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, mit einem Spannungseingang (IN3) , welcher mit Betriebsanschlüssen (BA) der Komparatoren und Steuereingängen der Spannungsregler (REGl, REG2) verbunden ist.
7. Schaltung nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, bei der der erste Spannungsregler (REGl) einen ersten N-Kanal MOS-Transistor (7) aufweist, bei der der zweite Spannungsregler (REG2) einen zweiten N- Kanal MOS-Transistor (6) aufweist, wobei die Steuerausgänge der beiden Transistoren (6, 7) auf die Steuereingänge der beiden Transistoren (6, 7) rückgekoppelt sind.
8. Verfahren zur Erzeugung einer VersorgungsSpannung, bei dem eine erste Versorgungsspannung (VDDEXTl) an einen ersten Komparator (CMPl) und einen ersten Spannungsregler (REGl) angelegt wird, wobei über den ersten Komparator (CMPl) der erste Spannungsregler (REGl) gesteuert wird, bei dem eine zweite VersorgungsSpannung (VDDEXT2) an einen zweiten Komparator (CMP2) und einem zweiten Spannungsregler (REG2) angelegt wird, wobei über den zweiten Komparator (CMP2) der zweite Spannungsregler (REG2) gesteuert wird, und bei dem an einem Versorgungsspannungsausgang (O) , welcher mit Ausgängen der beiden Spannungsregler (REGl, REG2) verbunden und auf die beiden Komparatoren (CMPl, CMP2) rückgekoppelt ist, die Versorgungsspannung (VDD) anliegt.
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