DE10115100A1 - Verfahren zur Vergrößerung des Versorgungsspannungsbereichs einer integrierten Schaltung - Google Patents

Abstract

Bei den bisher bekannten Verfahren werden die elektrischen Parameter einer integrierten Schaltung bei der Herstellung an die vorgesehene Versorgungsspannung angepaßt. DOLLAR A Mit dem neuen Verfahren findet eine Anpassung der elektrischen Parameter an die Versorgungsspannung durch eine integrierte Steuerschaltung statt. Diese Steuerschaltung paßt oder kompensiert mittels eines oder mehrerer Schaltelemente die durch eine Änderung der Versorgungsspannung hervorgerufenen Änderungen der elektrischen Parameter an.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Vergrößerung des Versorgungsspan­ nungsbereichs einer integrierten Schaltung, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ein solches Verfahren ist aus der Druckschrift US 5 825 166 bekannt. Dabei wird in Abhän­ gigkeit einer anliegenden Versorgungsspannung mittels einer Versorgungsspannungseinheit eine Referenzspannung erzeugt, die einem analogen Schaltungsteil und einem digitalen Schaltungsteil zugeführt werden, um damit interne Spannungsreferenzen in einzelnen Schaltungsblöcken einzustellen. Nachteilig ist, daß die Referenzspannung mittels einer sehr aufwendigen sogenannten mixed-signal Schaltung generiert wird.

Um den Stromverbrauch von integrierten Schaltungen zu reduzieren, werden immer geringe­ re Versorgungsspannungen an die Schaltungen angelegt. Gleichzeitig besteht jedoch die Anforderung, daß die integrierten Schaltungen möglichst bei unterschiedlichen geringen Ver­ sorgungsspannungen eingesetzt werden können. Dabei ist es durch die hohe Komplexität und den immer höheren Eingangsempfindlichkeiten wichtig, daß die integrierten Schaltungen bei unterschiedlichen Versorgungsspannungen eingesetzt werden können. Ein wichtiges Einsatzgebiet solcher integrierten Schaltungen ist das Gebiet der infraroten Datenübertra­ gung.

Bekannte integrierte Schaltungen werden entsprechend der Versorgungsspannung im Her­ stellungsprozeß abgeglichen. Eine nachträgliche Änderung oder Anpassung der Versor­ gungsspannung ist nicht möglich. Beispiel einer derartigen Schaltung sind die Schaltkreise T2548B und T2524B von der Firma ATMEL Germany GmbH. Laut den Spezifikationen in den Datenblättern werden diese Schaltkreise jeweils nur für eine Versorgungsspannung ein­ gesetzt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben mit dem Schaltkreise bei unterschiedlichen Versorgungsspannungen betrieben werden können. Eine weitere Auf­ gabe der Erfindung besteht darin, eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfah­ rens anzugeben, die sich einfach und kostengünstig herstellen läßt.

Die erstgenannte Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Die Schaltungsanordnung durch die Merkmale des Patentanspruchs 5. Günstige Ausgestal­ tungsformen sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß bei einer integrierten elektrischen Schaltung ausgewählte elektrische Parameter ohne einen manuellen Abgleich in Abhängigkeit von der Höhe einer außen anliegenden Versorgungsspannung reversibel einzustellen. Hierzu wird entsprechend der Höhe der Versorgungsspannung von einer Steuereinheit ein Steuersignal erzeugt, mit dem wenigstens ein Schaltelement angesteuert wird und damit ein oder mehrere elektrische Parameter der integrierten Schaltung eingestellt werden.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens werden die elektrischen Parameter der integrierten Schaltung eingestellt, indem ein oder mehrere Bauelemente mittels einem oder mehrerer Schaltelemente hinzugeschaltet oder überbrückt werden. Hierzu werden die Schaltelemente parallel oder in Serie zu den zu schaltenden Bauelemente angeordnet. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, mittels der Schaltelemente Potentiale an Schaltungsknoten mit einem Referenzpotential zu verbinden, oder Schaltungsteile einander parallelzuschalten.

Untersuchungen der Anmelderin haben gezeigt, daß es vorteilhaft ist, wenn das Hinzuschal­ ten oder das Überbrücken der Bauelemente innerhalb der integrierten Schaltung mittels ei­ nem oder mehreren MOS-Transistoren durchgeführt wird. Durch die verlustlose Steuerung der MOS-Transitoren wird die integrierte Schaltung durch die Schaltelemente nur wenig be­ einflußt. Insbesondere wenn mehrere MOS-Transistoren als Transmissionsgate verschaltet werden, werden durch die geringe Restspannung und den kleinen Restwiderstand die elek­ trischen Parameter durch die zusätzlichen Schaftelemente besonders wenig beeinflußt. Da­ mit lassen sich elektrische Parameter wie beispielsweise die Güte von Filtern, die Anstiegs­ zeit von Signalen und Arbeitspunkte von Schaltungsteile einfach einstellen. Insbesondere lassen sich die Änderungen in elektrischen Parametern einer Schaltung die sich durch die Änderung der Versorgungsspannung ergeben kompensieren.

Das erfindungsgemäße Verfahren soll nachfolgend anhand der Ausführungsbeispiele im Zu­ sammenhang mit den Zeichnungen erläutert werden. Es zeigen, die

Fig. 1 eine erste Schaltungsanordnung zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens, und

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel als Verfahren zur Arbeitspunkteinstellung, und

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel als Verfahren zur Einstellung der Ladezeit eines Kondensa­ tors.

Die in Fig. 1 abgebildete integrierte Schaltungsanordnung stellt, zwei elektrische Parameter wie beispielsweise den Arbeitspunkt eines Transistors oder die Anstiegszeit einer Ausgangs­ spannug eines integrierten Schaltungsteils IS mittels einer zusätzlich integrierten Steuer­ schaltung ST in Abhängigkeit der Höhe einer anliegenden Versorgungsspannung Vdd ein. Eine derartige Schaltung wird beispielsweise bei der infraroten Datenübertragung als Emp­ fängerschaltung eingesetzt. Im Folgenden wird der Aufbau der Steuerschaltung ST erläutert.

Die Steuerschaltung ST besteht aus einer Steuereinheit SE, einem ersten Schaltelement SEL1, das mit einer ersten Schaltungseinheit SB1 verbunden ist, und einem zweiten Schal­ telement SEL2, das mit einer zweiten Schaltungseinheit SB2 verschaltet ist. Ferner besteht die Steuereinheit SE aus einem Widerstand R1, der mit einer Versorgungsspannung Vdd verbunden ist, einem Widerstand R2, der mit einem Bezugspotential verbunden ist. Beide Widerstände R1, R2 bilden einen Spannungsteiler, dessen Ausgang mit einem ersten Ein­ gang eines invertierenden Schmitt-Triggers TR verschaltet ist. An einem zweiten Eingang des Schmitt-Triggers TR ist eine Referenzspannungsquelle Uref angeschlossen. Der Aus­ gang des Schmitt-Triggers TR, an dem eine Steuerspannung Ucontrol anliegt, ist mit einem Steuereingang des erstes Schaltelementes SEL1 und mit einem Steuereingang des zweiten Schaltelementes SEL2 verschaltet.

Im Folgenden wird die Funktionsweise der Schaltungsanordnung erläutert, wobei in einem ersten Betriebsfall die Versorgungsspannung Vdd wesentlich kleiner als in einem zweiten Betriebsfall ist.

In dem ersten Betriebsfall ist die am ersten Eingang des Schmitt-Triggers TR anliegende Spannung des Spannungsteilers kleiner als die Schaltspannung des Schmitt-Triggers TR, d. h. der am Ausgang des Schmitt-Triggers TR anliegende Wert der Steuerspannung Ucon­ trol ist "low" und beide Schaltelemente SEL1 und SEL2 sind geschlossen. Sowohl in der Schaltungseinheit SB1 als auch in der Schaltungseinheit SB2 werden die jeweiligen elektri­ schen Parameter geändert.

In dem zweiten Betriebsfall ist die am ersten Eingang des Schmitt-Triggers TR anliegende Spannung des Spannungsteilers größer als die Schaltspannung des Schmitt-Triggers TR, d. h. der am Ausgang des Schmitt-Triggers TR anliegende Wert der Steuerspannung Ucon­ trol ist "high" und beide Schaltelemente SEL1 und SEL2 sind offen. Sowohl in der Schaltungseinheit SB1 als auch in der Schaltungseinheit SB2 verbleiben die jeweiligen elektri­ schen Parameter bei dem voreingestellten Wert.

Durch die Hysterese des Schmitt-Triggers TR wird erreicht, daß bei Versorgungsspannun­ gen, die in der Mitte der beiden Umschaltspannungen des Schmitt-Triggers TR liegen, ein stabiler Betriebszustand erhalten bleibt. Ferner läßt sich die abgebildete Schaltungsanord­ nung erweitern, indem zusätzliche Schmitt-Trigger weitere Schaltelemente ansteuern und damit weitere elektrische Parameter einstellen oder einen elektrischen Parameter mehrfach einstellen.

Das in Fig. 2 dargestellte Ausführungsbeispiel stellt den Arbeitspunkt der Schaltungseinheit SB1 in Abhängigkeit einer anliegenden Versorgungsspannung Vdd ein. Hierzu wird als Schaltelement SEL1 ein PMOS-Transistor T2 verwendet. Die an dem Gate des Transistors T2 anliegende Steuerspannung Ucontrol wird entsprechend den Erläuterungen in Zusam­ menhang mit dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 erzeugt.

Im Folgenden wird die Schaltung der Schaltungseinheit SB1 erläutert. Ein an der Versor­ gungsspannung Vdd liegender Widerstand R3 und ein in Reihe liegender Widerstand R4 bil­ den zusammen mit einem an das Bezugspotential angeschlossenen Widerstand R5 einen Spannungsteiler. Der Ausgang des Spannungsteilers ist mit der Basis eines Transistors T1 verbunden, an der gleichzeitig auch ein Signaleingang IN1 angeschlossen ist. Der Transistor T1 ist in einer Kollektorgrundschaltung angeordnet, d. h. ein Ausgangssignal OUT1 wird über einen im Emitterzweig des Transistors T1 liegenden Widerstand R6 abgegriffen.

Im Folgenden wird die Funktionsweise der Schaltungseinheit SB1 erläutert. Ist die am Gate des Transistors T2 anliegende Steuerspannung Ucontrol "low" ist der Transistor T2 ge­ schlossen und der mit dem Transistor T2 parallel liegende Widerstand R3 wird überbrückt. Da der Transistor T2 nur eine sehr kleine Restspannung aufweist, wird der Arbeitspunkt des Transistors T1 bei niedrigen Versorgungsspannungen durch den Spannungsteiler aus R4 und R5 bestimmt. Ist die am Gate des Transistors T2 anliegende Steuerspannung Ucontrol "high", ist der Transistor T2 geöffnet und die Reihenschaltung aus R3 und R4 bilden zusam­ men mit dem Widerstand R5 den Spannungsteiler. Damit wird bei höheren Versorgungs­ spannungen der Arbeitspunkt des Transistors T1 abgesenkt.

Das in der Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel stellt die Anstiegszeit in Abhängigkeit der anliegenden Versorgungsspannung Vdd ein. Hierzu wird von dem Schaltelement SEL2, das als sogenanntes Transmissionsgate ausgeführt ist, die Kapazität der Schaltungseinheit SB2 erhöht oder erniedrigt, indem ein Kondensator C1 mit der Schaltungseinheit SB2 verbunden oder getrennt wird. Die an das Schaltelement SEL2 anliegende Steuerspannung Ucontrol wird entsprechend den Erläuterungen in Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 erzeugt.

Im Folgenden wird die Schaltung der Schaltungseinheit SB2 gemeinsam mit deren Funkti­ onsweise erläutert. Eine mit der Versorgungsspannung Vdd verbundene Stromquelle Q1 lädt ein an das Bezugspotential angeschlossenen Kondensator C2. Die Ladespannung des Kon­ densators C2 bestimmt gleichzeitig als Ausgangsspannung OUT2 der Schaltungseinheit SB2. Ferner wird der Kondensator C2 mittels eines mit dem Bezugspotential verbundenen Transistors T5 entladen, sofern an dem Steuereingang des Transistors T5 ein Eingangs­ signal IN2 mit dem Wert "high" anliegt. Des Weiteren verbindet oder trennt das Transmissi­ onsgate einen Kodensator C1 mit der Schaltungseinheit SB2 in Abhängigkeit des Wertes der anliegenden Steuerspannung Ucontrol. Ist die Steuerspannung Ucontrol "high", trennt das Transmissionsgate die Kapazität C2 von der Schaltungseinheit SB2 ab und die Anstiegszeit der Ausgangsspannung OUT2 wird erniedrigt. Ist die Steuerspannung Ucontrol "low", wird der Kondensator C2 dem Kondensator parallel geschaltet und erhöht die Anstiegszeit der Ausgangsspannung OUT2. Durch die geringe Restspannung und den sehr geringen Restwi­ derstand des Transmissionsgates wird die Anstiegszeit der Ausgangsspannung OUT2 im Wesentlichen durch die beiden Kapazitätswerte der Kondensatoren C1 und C2 bestimmt.

Claims (6)

1. Verfahren zur Vergrößerung des Versorgungsspannungsbereichs einer integrierten Schaltung (IS), bei der
in Abhängigkeit der Höhe der anliegenden Versorgungsspannung (Vdd) ein Steuersignal (Ucontrol) erzeugt wird, und
von dem Steuersignal (Ucontrol) ein Schaltelement (SEL1, SEL2) angesteuert wird,
dadurch gekennzeichnet, daß
mittels des Schaltelements (SEL1, SEL2) wenigstens ein elektrischer Parameter der in­ tegrierten Schaltung (IS) eingestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als elektrischer Parameter der Arbeitspunkt eines Bauelementes einer integrierten Schaltung (IS) eingestellt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der elektri­ schen Parameter wenigstens ein Bauelement der integrierten Schaltung (IS) hinzuge­ schaltet oder überbrückt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schalten oder das Überbrücken mittels eines oder mehreren MOS-Transistoren durchgeführt wird.

5. Steuerschaltung (ST) für eine integrierte Schaltung (IS) zur Erzeugung eines Steuersi­ gnals (Ucontrol) mit einer Steuereinheit (SE) und einem Schaltelement (SEL1, SEL2) zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens nach einem oder mehreren der voran­ gegangenen Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Steuereinheit (SE) einen Spannungsteiler, der mit einem ersten Eingang eines Schmitt-Triggers (TR) verbunden ist, und eine Referenzspannungsquelle (Uref) der mit einem zweiten Eingang des Schmitt-Triggers (TR) verbunden ist, aufweist, und der Aus­ gang des Schmitt-Triggers (TR) mit einem Schaltelement (SEL1, SEL2) verbunden ist, und
• - das Schaltelement (SEL1, SEL2) mit wenigstens einem Bauelement der integrierten Schaltung (IS) verschaltet ist.

6. Steuerschaltung (ST) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltele­ ment (SEL1, SEL2) in Serie oder parallel mit wenigstens einem Bauelement der inte­ grierten Schaltung (IS) verschaltet ist.