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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Vorrichtung, insbesondere
eine integrierte elektronische Vorrichtung, die mit mehreren Versorgungsspannungen
versorgt wird, und eine Arbeitsstromerzeugungsstufe zum Versorgen
der elektronischen Vorrichtung mit einem Arbeitsstrom.
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Integrierte
elektronische Vorrichtungen haben häufig einen digitalen Kern mit
niedriger Spannung (LV) und analoge Kerne mit mittlerer Spannung (MV)
und hoher Spannung (HV). Ein spezifisches Problem dieser elektronischen
Vorrichtungen besteht darin, dass die unterschiedlichen Versorgungsspannungen
(d. h. LV, MV und HV) beim Einschalten der elektronischen Vorrichtung
nicht gleichzeitig verfügbar
sind. Ebenso kann während
des Dauerbetriebs (stabile Phase) eine der mehreren benötigten Spannungsversorgungen
nicht verfügbar
sein. Ein Haupteffekt jeglicher fehlender bzw. unzureichender Versorgungsspannungspegel
besteht darin, dass die hauptsächlich
aus den MV- oder LV-Versorgungsspannungen erzeugten Arbeitsströme den unterschiedlichen
Spannungsdomänen
zugeführt
werden und ebenfalls fehlen oder zu niedrig sind. Folglich können einige
Knoten in der elektronischen Vorrichtung wie die Knoten in den Verstärkern bzw.
EA-Kontaktstellen potentialfrei oder in einem undefinierten Zustand
bleiben. Dies kann allgemein zu einem unerwünschten Verhalten des Schaltkreises
wie zum Beispiel zu hohen Querströmen führen, wodurch die elektronische
Vorrichtung sogar zerstört
werden kann.
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Gemäß einem
wichtigen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine elektronische
Vorrichtung bereitgestellt, die so eingerichtet ist, dass sie mit mehreren
Versorgungsspannungen versorgt werden kann. Die elektronische Vorrichtung
umfasst eine Arbeitsstromerzeugungsstufe. Die Arbeitsstromerzeugungsstufe
umfasst einen Roharbeitsstromgenerator zur Erzeugung eines Roharbeitsstroms
während
einer Einschaltphase, in der zumindest eine der mehreren Versorgungsspannungen
ihren Sollversorgungsspannungspegel noch nicht erreicht hat. Es gibt
ebenfalls eine Referenzstromstufe zur Erzeugung eines stabilen Referenzstroms
mit einem Sollstromwert, der höher
ist als der Endwert des Roharbeitsstroms. Des Weiteren gibt es eine
Höchststromauswahlstufe,
die so eingerichtet ist, dass sie den Arbeitsstrom fortlaufend auf
einen Wert einstellt, der dem Höchstwert
des Roharbeitsstroms und des Referenzstroms entspricht. Die Schaltung
umfasst eine Arbeitsstromerzeugungsstufe mit zwei Stufen, einen Roharbeitsstromgenerator
und eine Referenzstromstufe. Der Roharbeitsstromgenerator kann eine
recht einfache Architektur haben und sollte so eingerichtet sein,
dass er einen Arbeitsstrom bereitstellt, wenn zumindest eine der
mehreren Spannungsversorgungen einen ausreichend hohen Spannungspegel
hat. Sobald die anderen Versorgungsspannungspegel (z. B. LV oder
MV) jedoch ihre Sollspannungspegel erreicht haben, oder wenn sie
nahe genug an ihren Sollpegeln liegen, beginnt die Referenzstromstufe
mit der Erzeugung eines Referenzstroms, der so ausgelegt ist, dass
er einen höheren
Sollwert als der Sollwert des durch den Roharbeitsstromgenerator
erzeugten Stroms hat. Beide Stromerzeugungsstufen führen ihre
Ströme
der Höchststromauswahlstufe
zu, die ununterbrochen den Höchstwert
beider Ströme
ausgibt. Das bedeutet, dass die Referenzstromstufe, wenn der Wert
des durch die Referenzstromstufe erzeugten Stroms die durch den
Roharbeitsstromgenerator erzeugte Strommenge übersteigt, die Versorgung der elektronischen
Vorrichtung mit dem benötigten
Arbeitsstrom übernimmt.
Als Folge dessen haben die Bauelemente der elektronischen Vorrichtung
gemäß der vorliegenden
Erfindung wie Verstärker,
EA-Kontaktstellen usw. während
des Einschattens und ebenfalls während
der stabilen Phase immer Arbeitsströme, selbst wenn Fehlerbedingungen
auftreten. Auf diese Weise sind keine Knoten in einer elektronischen
Vorrichtung potentialfrei oder befinden sich in einem undefinierten
Zustand. Die elektronische Vorrichtung kann vorzugsweise eine integrierte
elektronische Vorrichtung sein.
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Ein
typisches Szenario, auf das sich die vorliegende Erfindung bezieht,
wird in Bezug auf 1 erläutert, die eine beispielhafte
Einstellung von Versorgungsspannungen in einer elektronischen Vorrichtung
darstellt. In einer typischen integrierten elektronischen Vorrichtung
mit mehreren Versorgungsspannungen kann in der stabilen Phase der
analogen Schaltkreise ein Konstantreferenzstromgenerator benötigt werden,
um zum Beispiel den Arbeitsstrom für eine differenzielle Eingangsstufe
eines Operationsverstärkers
bereitzustellen. Dieser Referenzstromgenerator kann typischerweise
auf einer Bandabstandsspannungsquelle basieren, die durch die LV- oder
MV-Versorgung mit Spannung versorgt wird und einen Versorgungsspannungspegel
von zum Beispiel zwischen 1,8 V und 5 V hat. Wenn die integrierte elektronische
Vorrichtung mit mehreren Versorgungsspannungen jedoch eingeschaltet
wird, kann in einem typischen Szenario während eines ersten Zeitintervalls
lediglich die hohe Spannungsversorgung (HV-Versorgung) (z. B. zwischen
16 V und 40 V) verfügbar
sein. Die MV- bzw. LV-Versorgung werden erst später verfügbar, z. B. nach einigen Millisekunden. Deshalb
ist der durch den Referenzstromgenerator erzeugte Referenzstrom
IR in einer elektronischen Vorrichtung, die nicht gemäß der vorliegenden
Erfindung eingerichtet ist, während
dieser ersten Phase nach dem Einschalten der Vorrichtung nicht verfügbar. Erst
nach einigen Millisekunden (d. h. z. B. nach mehr als 10 ms) erreichen
die LV- bzw. MV-(LV/MV-)Versorgung ihren Sollwert, wodurch IR erst
10 ms nach dem Einschalten der Vorrichtung verfügbar wird. Dies kann zu ernsthaften
Fehlerbedingungen in der elektronischen Vorrichtung führen und
die Vorrichtung sogar zerstören.
Eine ähnliche Fehlerbedingung
kann auftreten, wenn entweder die LV- oder die MV-Versorgung plötzlich auf
Null abfällt, woraufhin
der Referenzstrom IR ebenfalls abfallen würde, obwohl die HV-Spannungsversorgung
noch immer vorhanden ist und umgekehrt. Diese Situation kann die
elektronische Vorrichtung ebenfalls ernsthaft beschädigen. Zur Überwindung
dieses Problems stellt die vorliegende Erfindung einen Arbeitsstromgenerator
bereit, der zwei Stufen und einen automatischen Höchststrom-Auswahlmechanismus
hat, der dazu dient, jede beliebige Schaltung in der elektronischen
Vorrichtung automatisch mit dem Höchstwert entweder eines Stroms,
der durch eine durch die HV-Versorgung mit Spannung versorgte Stromerzeugungsstufe
erzeugt wird, oder eines Stroms, der durch eine Stromerzeugungsstufe
erzeugt wird, die durch eine LV- oder MV-Versorgung mit Spannung versorgt wird,
zu versorgen. Vorzugsweise wird der Roharbeitsstromgenerator durch
eine Spannungsversorgung mit Spannung versorgt, die erst nach dem
Einschalten der Vorrichtung vorhanden ist. Hierbei handelt es sich
typischerweise um die HV-Versorgung von den mehreren Spannungsversorgungen.
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Die
beiden Arbeitsstromerzeugungsstufen (d. h. die Stufe für den Roharbeitsstrom
und die Stufe für
den Referenzstrom) sind vorzugsweise auf unterschiedliche Arten
implementiert, wobei der während des
Dauerzustands zu verwendende Endreferenzstrom präziser erzeugt wird, während die
Roharbeitsstromerzeugungsstufe durch die HV-Versorgung mit Spannung
versorgt wird und eine wesentlich einfachere Architektur haben kann.
Die Referenzstromerzeugungsstufe kann zum Beispiel auf einer Bandabstandsspannungsquelle
basieren. Der Roharbeitsstromgenerator kann auf einem Spannungsabfall über einer
Zener-Diode basieren.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die elektronische Vorrichtung
ferner eine Fehlermodus-Spannungsversorgungsstufe zur Bereitstellung
einer abgeleiteten Versorgungsspannung zur Versorgung der Höchststromauswahlstufe mit
Spannung umfassen. Die Fehlermodus-Versorgungsspannungsstufe ist so eingerichtet,
dass sie die abgeleitete Versorgungsspannung so lange erzeugt, wie
zumindest eine der mehreren Versorgungsspannungen vorhanden ist.
Gemäß diesem Aspekt
der Erfindung wird in der elektronischen Vorrichtung ein Schaltkreis
bereitgestellt, der aus den mehreren Versorgungsspannungen eine
Versorgungsspannung ableitet, die dann zur Versorgung der Höchststromauswahlstufe
mit Spannung verwendet wird. Hierdurch wird dafür gesorgt, dass, unabhängig von
der Art von verfügbaren
Spannungsversorgungen (HV oder LV oder MV), für die kritischen Teile des
Schaltkreises eine stabile abgeleitete Versorgungsspannung bereitgestellt
wird.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die Höchststromauswahlstufe auf folgende
Weise implementiert sein. Es gibt einen Stromdifferenzknoten, der
so eingerichtet ist, dass er einen Differenzstrom aus Roharbeitsstrom
minus Referenzstrom bereitstellt, und einen Summierknoten zum Summieren
des Differenzstroms und des Referenzstroms und zum Ausgeben eines
Arbeitsstroms, der die Summe aus Differenzstrom und Referenzstrom
ist. Des Weiteren gibt es einen zwischen den Differenzknoten und
den Summierknoten gekoppelten Stromspiegel zur Versorgung des Summierknotens
mit dem Differenzstrom. Dieser Stromspiegel sollte so eingerichtet
sein, dass der aus dem Stromspiegel an den Summierknoten ausgegebene
Strom im Wesentlichen Null wird, wenn der Referenzstrom höher als
der Roharbeitsstrom ist. Das bedeutet, dass der Differenzstrom dem
Summierknoten lediglich dann zugeführt wird, wenn das Vorzeichen
der Differenz aus Roharbeitsstrom minus Referenzstrom positiv ist.
Wenn der Referenzstrom höher
als der Roharbeitsstrom wird, würde
die Differenz negativ, und der Differenzstrom müsste in eine entgegengesetzte
Richtung fließen.
Folglich besteht eine effektive Art zum Beenden des Flusses des
Differenzstroms in eine Richtung darin, ein diodenähnliches Element
in dem den Differenzknoten mit dem Summierknoten koppelnden Strompfad
zu implementieren. In einer CMOS-Implementierung
kann dies vorteilhafterweise durch einen als Diode gekoppelten MOS-Transistor
implementiert werden, der Teil einer Stromspiegelkonfiguration sein
kann. Der Ausgangspfad des den Arbeitsstrom bereitstellenden Stromspiegels
kann mit dem Summierknoten gekoppelt sein. Der Ausgangspfad hört dann
mit dem Versorgen bzw. Ableiten von Strom auf, wenn der Referenzstrom
den Roharbeitsstrom übersteigt,
d. h. wenn sich das Vorzeichen des Differenzstroms ändert. Herkömmliche
Lösungen
vergleichen zwei Ströme über hochohmige
Knoten unter Verwendung von Komparatoren. Kondensatoren mit großen Kapazitätswerten müssen mit
den hochohmigen Knoten gekoppelt sein, um Nebenspannungsspitzen
zu vermeiden, wenn zwischen den verschiedenen Arbeitströmen umgeschaltet
wird. Ein Vorteil der Lösung
gemäß der vorliegenden
Erfindung besteht darin, dass der Arbeitsstrom problemlos von dem
Roharbeitsstrom zu dem Referenzstrom und umgekehrt wechseln kann, ohne
dass große
Kondensatoren benötigt
werden. Dieser Aspekt der Erfindung stellt einen weniger komplexen
und verbesserten Schaltmechanismus bereit, und es kann Chipfläche eingespart
werden.
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Weitere
Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der untenstehenden
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Zeichnungen. Es zeigen:
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1 veranschaulichende
Beispiele für
Signalverläufe
mehrerer Versorgungsspannungen in einer integrierten elektronischen
Vorrichtung mit mehreren Versorgungsspannungen,
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2 einen
vereinfachten Schaltplan einer Schaltung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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3 einen
vereinfachten Schaltplan einer Höchststromauswahlschaltung
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung,
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4 einen
vereinfachten Schaltplan einer Fehlermodus-Spannungsversorgungsstufe gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, und
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5 Signalverläufe, die
den Betrieb der in den 2 bis 4 gezeigten
Schaltkreise veranschaulichen.
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2 zeigt
einen vereinfachten Schaltplan einer Schaltung gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Schaltung kann in einer integrierten
elektronischen Vorrichtung mit mehreren Versorgungsspannungsdomänen implementiert
sein, d. h. in einer Schaltung, die mit mehreren verschiedenen Versorgungsspannungen
versorgt wird. In der vorliegenden Erfindung werden drei verschiedene
Versorgungsspannungen verwendet, die HV (z. B. zwischen 16 V und
40 V), MV (z. B. 5 V) und LV (z. B. 3 V) genannt werden. Die drei
Versorgungsspannungen HV, MV und LV sind mit der Fehlermodus-Versorgungsspannungsstufe
FMVS gekoppelt. Die Fehlermodus-Versorgungsspannungsstufe stellt
eine abgeleitete Ausgangsspannung MASV bereit, die von den drei
Versorgungsspannungen HV, MV und LV auf eine Weise abgeleitet wird, die
nachfolgend ausführlicher
erläutert
wird.
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Die
Arbeitsstromerzeugungsstufe BCGS umfasst eine Roharbeitsstromerzeugungsstufe
und eine Höchststromauswahlstufe
MCSS. Die Höchststromauswahlstufe
MCSS empfängt
die abgeleitete Versorgungsspannung MASV. Die Höchststromauswahlstufe MCSS
empfängt
ebenfalls einen Roharbeitsstrom IS, der durch die Roharbeitsstromerzeugungsstufe
erzeugt wird. Die Höchststromauswahlstufe
MCSS empfängt
ebenfalls einen Referenzstrom IR, der durch eine Referenzstromerzeugungsstufe
erzeugt werden kann und lediglich durch die Stromquelle (bzw. Stromsenke)
CS21 dargestellt ist. Der Referenzstrom IR kann durch eine externe Stromquelle
bereitgestellt werden (die dann kein Teil der elektronischen Vorrichtung
wäre),
oder die Stromquelle CS21 kann eine Bandabstandsspannungsquelle
und andere Bauelemente umfassen, die zur Bereitstellung eines stabilen
(d. h. im Grunde unabhängig
von Spannungsversorgungsschwankungen und der Temperatur) und genau
festgelegten, präzisen
Referenzstroms IR benötigt
werden. Die Höchststromauswahlstufe
MCSS gibt den Arbeitsstrom IB aus, der auf Basis der beiden Ströme, dem Referenzstrom
IR und dem Roharbeitsstrom IS erzeugt wird. Die Höchststromauswahlstufe
MCSS sorgt dafür,
dass der Arbeitsstrom IB einen Wert hat, der dem Höchstwert
der Ströme
IS und IR entspricht. Die spezifische Implementierung der Arbeitsstromerzeugungsstufe
MCSS gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
wird nachfolgend in Bezug auf 3 erläutert.
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Die
Roharbeitsstromerzeugungsstufe umfasst die Transistoren NM21, NM23,
NM24, NM25 und NM26 sowie die Widerstände R21, R22 und die Zener-Diode
D21. Die Roharbeitsstromerzeugungsstufe wird durch die HV-Versorgung
mit Spannung versorgt. Die Gate-Spannung VZ für den NMOS-Transistor NM21
wird auf Basis des Spannungsabfalls über der Zener-Diode D21 erzeugt.
Die Reihenschaltung aus D21 und Widerstand R21 ist zwischen HV und
Masse gekoppelt. Wenn HV ansteigt und einen bestimmten, durch die
Eigenschaften der Diode D21 und des Widerstands R21 festgelegten
Spannungspegel überschreitet,
wird an das Gate des Transistors NM21 ein im Wesentlichen konstanter
Spannungspegel VZ angelegt. D21 dient als Überspannungsschutz. Der Transistor
NM21 schaltet durch, und der Drain-Source-Strom von NM21 beginnt
durch den Widerstand R22 und den Transistor NM23 zu fließen. NM23
hat eine als Diode gekoppelte Konfiguration und bildet gemeinsam
mit dem Transistor NM24 einen Stromspiegel. In dem Kanal des Transistors
NM24 wird ein Strom IS bereitgestellt und durch den Stromspiegel
NM25, NM26 mit der Höchststromauswahlstufe
MCSS gekoppelt. Wenn der Spannungspegel bei HV zum Beispiel (wie
bereits unter Bezugnahme auf 1 oben erläutert) früher als
die anderen Spannungspegel LV bzw. MV ansteigt, ist der Strom IS
vorhanden, aber die Stufe MCSS wird möglicherweise noch nicht mit
IR versorgt. Dieselbe Situation tritt ein, wenn LV oder MV (je nach
dem, welche zur Versorgung der Stromquelle CS21 mit Spannung verwendet
wird) plötzlich
unter den zur Versorgung der Stromquelle CS21 mit Spannung benötigten Pegel
fällt.
MCSS gibt den Arbeitsstrom IB aus, der dazu verwendet wird, andere Teile
der integrierten elektronischen Vorrichtung (nicht gezeigt) mit
Strom zu versorgen, und IB ist immer der Höchstwert der Ströme IR und
IS.
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3 zeigt
einen vereinfachten Schaltplan einer Höchststromauswahlstufe MCSS
gemäß einer bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die in 3 gezeigte
Höchststromauswahlstufe
MCSS hat dieselbe Grundaufgabe der Bereitstellung eines Arbeitsstroms
IB an ihrem Ausgangsknoten NOUT, der dem Höchstwert der Ströme IR und
IS entspricht. Dies wird durch IB angegeben, welcher der Höchstwert
von IR und IS ist (d. h. IB = MAX(IR, IS)). Die Ströme IS und
IR werden durch zwei unabhängige
Stromquellen CS31 und CS32 bereitgestellt. Eine vorteilhafte Ausführungsform
der Implementierung einer Stromquelle CS32, d. h. einer Roharbeitsstromerzeugungsstufe,
ist in 2 gezeigt. Der Strom IS kann ebenfalls durch eine
Stromspiegelkonfiguration einfach in den Transistor M1 gespiegelt
werden, was bedeutet, dass CS32 ebenso einen einfachen Transistor
einer Stromspiegelkonfiguration darstellen könnte. Dasselbe gilt für die Stromquelle
CS31, die den Strom IR ableitet. Die Referenzstromerzeugungsstufe,
die den Referenzstrom IR festlegt, kann auf einer Bandabstandsspannungsquelle
basieren. Dem Fachmann sind viele verschiedene Architekturen von
Bandabstandsarbeitsstromquellen bekannt. IS und IR werden durch
die Stromspiegel M1, M2 bzw. M3, M4 in den Differenzknoten DN gespiegelt.
Der Differenzknoten DN ist so eingerichtet, dass er den Differenzstrom
ID = IS – IR
der beiden Ströme
IS, IR bildet. Von dem Knoten DN wird der Differenzstrom dann durch
einen weiteren Stromspiegel M6, M7 in den Summierknoten SN gespiegelt.
Des Weiteren wird der Referenzstrom IR dem Summierknoten SN zugeführt. Der
Strom IR wird dem Summierknoten SN durch die Stromspiegel M3, M5
sowie M11, M10 und schließlich
M9, M8 bereitgestellt. Der Summierknoten stellt dem als Diode gekoppelten
Transistor M13 den Arbeitsstrom IB als Summe aus Differenzstrom
ID und Referenzstrom IR bereit. Der Strom durch M13 beträgt IB =
ID + IR. Wenn IS > IR
ist, hat der Differenzstrom ID ein positives Vorzeichen, und der
Differenzstrom ID fließt durch
M6 in der angegebenen Richtung. Folglich ist IB = IS für IS > IR. Für IS < IR müsste der
Strom ID jedoch in entgegengesetzter Richtung durch M6 fließen (entgegengesetzt
der in 3 angegebenen Richtung, d. h. von dem Drain zu der
Source des als Diode gekoppelten Transistors M6). Da M6 als Diode (oder
ein diodenähnliches
Element) arbeitet, kann der Differenzstrom ID nicht in die entgegengesetzte Richtung
fließen
und wird folglich Null. Als Folge dessen ist IB = IR für IR > IS. Entsprechend ist
IB immer MAX (IR, IS), d. h. der Höchstwert des Roharbeitsstroms
IS und des Referenzstroms IR. Der Sollwert von IR kann vorzugsweise
so ausgelegt sein, dass er größer als
der Sollwert von IS ist. Wenn beide Ströme IS, IR während einer stabilen Phase
des Schaltkreises auf ihre Sollwerte einschwingen, ist IB gleich
IR. Wenn IR jedoch plötzlich
abfällt
und IS noch immer vorhanden ist, nimmt IB den Wert von IS an.
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In
einer vereinfachten Ausführung
kann das Gate von M3 direkt mit dem Gate von M8 gekoppelt sein,
und M5, M11, M10 und M9 können
weggelassen werden. In der vereinfachten Konfiguration kann sich
jedoch Rauschen einfacher von M3 zu M8 koppeln, oder anders ausgedrückt, die
zusätzlichen Stromspiegel
M5, M11, M10, M9 stellen eine verbesserte Rauschunterdrückung bereit.
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Die
in 3 gezeigte Höchststromauswahlstufe
MCSS kann vorteilhafterweise durch eine Spannungsversorgung MASV
mit Spannung versorgt werden, die durch eine wie in 4 gezeigte
Fehlermodus-Spannungsversorgungsstufe
FMVS erzeugt wird. 4 zeigt einen vereinfachten
Schaltplan einer Fehlermodus-Spannungsversorgungsstufe FMVS gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. Der in 4 gezeigte Schaltkreis
dient allgemein zur Bereitstellung einer stabilen Versorgungsspannung
MASV, die immer vorhanden ist, so lange zumindest eine der mehreren Versorgungsspannungen
HV, LV bzw. MV vorhanden ist. In dem Kontext dieser Ausführungsform
wird erwartet, dass HV ansteigt und nach dem Einschalten der Vorrichtung
früher
einen ausreichenden (bzw. Soll-)Spannungspegel erreicht als LV und
MV. Folglich wird eine Reihenschaltung aus einer Zener-Diode D0
und einem Widerstand R1 zur Steuerung der Gate-Spannung des MOS-Transistors NM41 verwendet.
Der Drain-Source-Strom durch NM41 wird dann zum Bereitstellen und
Etablieren der Versorgungsspannung MASV verwendet. Wenn HV jedoch
plötzlich
unter einen benötigten
Mindestspannungspegel abfällt,
wird die abgeleitete Versorgungsspannung MASV von den Spannungspegeln
MV oder LV abgeleitet. Das Prinzip kann gleichermaßen auf
zwei Versorgungsspannungen (d. h. lediglich HV und MV oder HV und
LV) sowie auf drei (wie in 4 gezeigt)
oder mehrere Versorgungsspannungspegel angewendet werden. Der FMVS-Schaltkreis
stellt sicher, dass MASV immer einen ausreichenden Spannungspegel aufweist
und niemals Null wird, so lange zumindest einer der verschiedenen
Versorgungsspannungspegel HV, MV, LV ausreichend hoch ist, um Strom
durch die entsprechenden Transistoren NM41 bis NM43 und den Widerstand
R12 zu treiben. Die Dioden D1, D2 und D3 werden bereitgestellt,
um zu verhindern, dass irgendein Strom zurück in die entsprechenden anderen
Spannungsversorgungen (HV, MV, LV) mit niedrigerem Pegel fließt. Die
Transistoren NM42 bzw. NM43 sind mit MV bzw. LV gekoppelt, da NM41
mit HV gekoppelt ist. Die durch NM41 bis NM43 erzeugten Ströme werden
allgemein summiert, und der Spannungsabfall über dem Widerstand R12 kann
zur Versorgung der in 3 gezeigten Höchststromauswahlstufe
MCSS mit Spannung verwendet werden. Die Dimension des Transistors
NM42 kann auf K-mal das Verhältnis
zwischen Breite und Länge
(W/L) von NM41 festgesetzt werden, um an dem Knoten MASV eine ausreichende
Spannung zu erzeugen, wenn HV nicht verfügbar ist. Die unterschiedlichen
Dimensionen berücksichtigen
die Tatsache, dass HV > MV
ist. Entsprechend kann dasselbe Prinzip (d. h. verschiedene Seitenverhältnisse
der Transistoren) in Bezug auf LV, HV und LV, MV angewendet werden.
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5 zeigt
Signalverläufe,
die sich auf Signale der in den 2 bis 4 gezeigten
Schaltkreise beziehen. Die Spannungsversorgung HV ist bei Zeitpunkt
0 sofort vorhanden. Lediglich als Beispiel wird die Spannung MV
unter HV angezeigt (an Stelle von MV könnte ohne irgendeinen Unterschied
in den nachfolgenden Erklärungen
ebenso LV gezeigt werden). MV steigt ungefähr 5 ms später als HV an. IS ist gleichzeitig
wie HV vorhanden, da IS, wie in 2 gezeigt,
unter Verwendung von HV erzeugt wird. IR wird jedoch unter Verwendung
von MV erzeugt (an Stelle von MV könnte auch LV verwendet werden) und
wird deshalb verzögert,
bis MV vorhanden ist. Folglich wird IR ebenfalls um ungefähr 5 ms
verzögert.
IS hat einen Sollwert von ungefähr
5 μA. IR
hat einen Sollwert von ungefähr
10 μA. IR
und IS werden dem in 3 gezeigten Höchststromauswahlschaltkreis
MCSS zugeführt.
Der Arbeitsstrom IB ist der Höchstwert
von IS und IR. Innerhalb der ersten 5 ms ist IS höher als
IR. Folglich nimmt IB den Wert von IS an. Nach 5 ms erreicht IR
seinen Sollwert. Da der Wert von IR höher als der Wert von IS ist,
stellt die in 3 gezeigte Höchststromauswahlstufe MCSS
einen Ausgangsstrom IB bereit, der IR entspricht, d. h. zwischen
5 ms und 40 ms ist IB = 10 μA.
Bei 40 ms fällt
MV plötzlich
auf Null Volt ab, und IR wird ebenfalls Null. Da HV noch immer vorhanden
ist, fällt
IB auf IS zurück,
der 5 μA
beträgt.
Zwischen 70 ms und 90 ms ist HV nicht vorhanden, aber MV ist vorhanden.
Entsprechend bleibt IB auf 10 μA,
was IR zwischen 70 ms und 90 ms entspricht. 5 veranschaulicht,
dass der Arbeitsstrom IB immer den Höchstwert von IS oder IR annimmt,
wodurch erreicht wird, dass immer ein Arbeitsstrom mit zumindest
einem der Größenordnung
von IS entsprechenden Pegel vorhanden ist. Undefinierte Spannungspegel
werden vermieden, und durch plötzliche
Spannungsabfälle
einer der Versorgungsspannungspegel verursachte Fehlerbedingungen
werden verhindert.