Integrierte Schaltung mit Schaltungsstellen mit unterschiedlicher Versorgungsspannung

Abstract

 Bei einer integrierten Schaltung mit ersten Schaltungsteilen, deren Versorgungsspannung gleich der äußeren Versorgungsspannung ist und mit zweiten Schaltungsteilen, deren Versorgungsspannung kleiner als die äußere Versorgungsspannung ist läßt sich die zweite Versorgungsspannung als interne Versorgungsspannung nahezu verzögerungsfrei und ohne externe Komponenten wie Kondensatoren mittels eines aktiven Spannungsteilers gewinnen der folgendes umfaßt

• einen ersten Widerstandsspannungsteiler (R1, R2) zwischen dem Versorgungsspannungsanschluß (Pad) und dem Bezugspotential
• einen dem ersten Widerstandspannungsteiler nachgeschalteten Impedanzwandler (T1)
• eine Schaltung zur lastabhängigen Steuerung der Teilspannung am Abgriff (X) des ersten Widerstandsspannungsteilers (R1, R2).

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine integrierte Schaltung (IC) mit ersten Schaltungsteilen, deren Versorgungsspannung gleich der äußeren Versorgungsspannung des ICs ist und mit zweiten Schaltungsteilen, deren Versorgungsspannung kleiner als die äußere Versorgungsspannung und als interne Versorgungsspannung von ersterer abgeleitet ist.

[0002] Derartige integrierte Schaltungen sind bekannt. Diejenigen Schaltungsteile, die vorstehend als erste Schaltungsteile bezeichnet wurden, bestehen aus großen Strukturen, die gewöhnlich in der Peripherie angeordnet sind und mit der äußeren Spannungsversorgung von normalerweise 5V arbeiten. Diejenigen Schaltungsteile, die vorstehend als zweite Schaltungsteile bezeichnet sind, sind in erster Linie Logikschaltungen, die aus Gründen der höheren Signalverarbeitungsgeschwindigkeit und der niedrigeren Verlustleistung mit einer niedrigen internen Versorgungsspannung von z.B. 3 V arbeiten. Diese interne Versorgungsspannung wird von einem nach außen nicht in Erscheinung tretenden Regler erzeugt. Letzterer umfaßt ein Referenzelement, z.B. eine Zenerdiode oder eine Bandgapstruktur, einen gegengekoppelten, kompensierten Regelverstärker und externe Stützkondensatoren, ist also relativ aufwendig und stellt die interne Versorgungsspannung nach dem Einschalten der äußeren Versorgungsspannung mit einer durch die externen Stützkondensatoren bedingten Verzögerung zur Verfügung.

[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine integrierte Schaltung der einleitend angegebenen Gattung zu schaffen, die mit geringerem Aufwand an zu integrierenden Schaltungsstrukturen und ohne externe Komponenten die interne Versorgungsspannung nahezu verzögerungsfrei nach dem Anlegen der äußeren Versorgungsspannung zur Verfügung stellt.

[0004] Diese Aufgabe ist bei einer integrierten Schaltung der im Oberbegriff des Anspruches 1 angegebenen Gattung erfindungsgemäß durch einen die interne Versorgungsspannung liefernden, aktiven Spannungsteiler gelöst, der einen ersten Widerstandsspannungsteiler zwischen dem Versorgungsspannungsanschluß und dem Bezugspotential mit nachgeschaltetem Impedanzwandler und eine Schaltung zur lastabhängigen Steuerung der Teilspannung am Abgriff des ersten Widerstandsspannungsteilers umfaßt.

[0005] Diesem Vorschlag liegt die Erkenntnis zugrunde, daß wegen der in der Regel auf etwa ± 10 % oder besser stabilisierten, äußeren Versorgungsspannung ein integrierter Regler zur Gewinnung der internen Versorgungsspannung nicht erforderlich ist sondern es völlig ausreicht, die interne Versorgungsspannung von der äußeren Versorgungsspannung abzuleiten und lastunabhängig in den Grenzen der Stabilisierung der äußeren Versorgungsspannung konstant zu halten.

[0006] Der Impedanzwandler kann, wie an sich bekannt, eine zwischen dem Versorgungsspannungsanschluß und einem internen Versorgungsspannungspunkt der zweiten Schaltungsteile liegende Drain-Source-Strecke eines ersten MOSFET sein, dessen Gate mit dem Abgriff des ersten Widerstandsspannungsteilers verbunden ist (Anspruch 2).

[0007] Die Schaltung zur lastabhängigen Steuerung der Teilspannung am Abgriff des ersten Widerstandsspannungsteilers kann insbesondere eine zwischen dem Versorgungsspannungsanschluß und dem internene Versorgungsspannungspunkt liegende Drain-Source-Strecke eines zweiten MOSFET sein, dessen Gate mit einem Abgriff eines zweiten Widerstandsspannungsteilers zwischen dem Versorgungsspannungsanschluß und dem Bezugspotential verbunden ist, mit einem im Drainzweig des zweiten MOSFET liegenden dritten MOSFET, der mit einem vierten, zwischen dem Versorgungsspannungsanschluß und dem Abgriff des ersten Widerstandsspannungsteilers liegenden MOSFET eine Stromspiegelschaltung bildet (Anspruch 3).

[0008] Die Zeichnung zeigt vereinfacht das Schaltbild desjenigen Teils einer integrierten Schaltung, der zur Gewinnung einer internen Versorgungsspannung nachdem vorliegenden Vorschlag dient.

[0009] Die auf einem Bezugspotential liegende, integrierte Schaltung erhält über einen Anschluß Pad die übliche äußere Versorgungsspannung von + 5 V und umfaßt nicht dargestellte erste Schaltungsteile, deren Versorgungsspannung gleich dieser äußeren Versorgungsspannung ist. Die integrierte Schaltung umfaßt des weiteren durch den mit "Logik" bezeichneten Block symbolisierte zweite Schaltungsteile, die zur Erzielung einer höheren Signalverarbeitungsgeschwindigkeit und zur Einsparung von Verlustleistung mit einer internen Versorgungsspannung von z.B. +3 V arbeiten.

[0010] Zur Gewinnung dieser internen Versorgungsspannung dient die im einzelnen dargestellte Schaltung. Sie umfaßt einen ersten Widerstandsspannungsteiler R1, R2 zwischen dem Versorgungsspannungsanschluß Pad und dem Bezugspotential. Der Abgriff X dieses ersten Widerstandsspannungsteilers R1 ist mit dem Gate einer ersten MOSFET-Struktur T1 verbunden, deren Drain/ Source-Strecke zwischen Pad und dem Versorgungsspannungspunkt der mit "Logik" bezeichneten, zweiten Schaltungsteile liegt. Dabei wirkt T1 als Impedanzwandler. Bei einer internen Versorgungsspannung von 3 V und einer angenommenen Leistungsaufnahme der zweiten Schaltungsteile von z.B. 100 mW kann die Spannung am Abgriff X z.B. bei 4,2 V liegen, wenn die Gate/Source-Spannung V_THN etwa 1,2 V beträgt, damit über der Drain/Source-Strecke 2 V abfallen. Mit steigender Leistungsaufnahme der zweiten Schaltungsteile nimmt dieser Spannungsabfall zu. Zur Erkennung dieser Änderung der Belastungssituation liegt zwischen dem Versorgungsspannungsanschluß Pad und dem internen Versorgungsspannungspunkt die Drain/Source-Strecke einer zweiten MOSFET-Struktur T1', deren Gate mit einem Abgriff X' eines zweiten Widerstandsspannungsteilers R1', R2' zwischen dem Versorgungsspannungsanschluß Pad und dem Bezugspotential verbunden ist. Im Drain-Zweig des zweiten MOSFET T1' liegt die Source/Drain-Strecke einer dritten MOSFET-Struktur T2', deren Gate einerseits mit dem Drainanschluß des zweiten MOSFET T1 und andererseits mit dem Gate einer vierten MOSFET-Struktur T2 verbunden ist, deren Drain/ Source-Strecke parallel zu dem Teilwiderstand R1 des ersten Widerstandsspannungsteilers R1, R2 liegt. Die Gate/Source-Spannung V_THp liegt für den hier betrachteten Beispielsfall bei etwa 0,9 V. Mit dieser an sich bekannten Stromspiegelschaltung wird erreicht, daß die Span-nung am Abgriff X des ersten Widerstandsspannungsteilers R1, R2 steigt, weil die Source/Drain-Strecke des vierten MOSFET T2 niederohmiger wird, wenn die interne Versorgungsspannung bei zunehmender Stromaufnahme der zweiten Schaltungsteile sinkt. Bei abnehmendem Leistungsverbrauch ergibt sich das umgekehrte Verhalten.

Ansprüche

1. Integrierte Schaltung (IC) mit ersten Schaltungsteilen, deren Versorgungsspannung gleich der äußeren Versorgungsspannung des ICs ist und mit zweiten Schaltungsteilen, deren Versorgungsspannung kleiner als die äußere Versorgungsspannung und als interne Versorgungsspannung von ersterer abgeleitet ist,
gekennzeichnet durch
einen die interne Versorgungsspannung liefernden, aktiven Spannungsteiler, der folgendes umfaßt

• einen ersten Widerstandsspannungsteiler (R1, R2) zwischen dem Versorgungsspannungsanschluß (Pad) und dem Bezugspotential

• einen dem ersten Widerstandspannungsteiler nachgeschalteten Impedanzwandler (T1)

• eine Schaltung zur lastabhängigen Steuerung der Teilspannung am Abgriff (X) des ersten Widerstandsspannungsteilers (R1, R2).

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impedanzwandler eine zwischen dem Versorgungsspannungsanschluß (Pad) und einem internen Versorgungsspannungspunkt der zweiten Schaltungsteile liegende Drain/Source-Strecke eines ersten MOSFET (T1) ist, dessen Gate mit dem Abgriff (X) des ersten Widerstandsspannungsteilers (R1, R2) verbunden ist.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung zur lastabhängigen Steuerung der Teilspannung am Abgriff (X) des ersten Widerstandsspannungsteilers (R1, R2) folgendes umfaßt:

• eine zwischen dem Versorgungsspannungsanschluß (Pad) und dem internen Versorgungsspannungspunkt liegende Drain/Source-Strecke eines zweiten MOSFET (T1'), dessen Gate mit einem Abgriff (X') eines zweiten Widerstandsspannungteilers (R1', R2') zwischen dem Versorgungsspannungsanschluß (Pad) und dem Bezugspotential verbunden ist

• einen im Drainzweig des zweiten MOSFET (T1') liegenden dritten MOSFET (T2'), der mit einem vierten, zwischen dem Versorgungsspannungsanschluß (Pad) und dem Abgriff (X) des ersten Widerstandsspannungsteilers (R1, R2) liegenden MOSFET (T2) eine Stromspiegelschaltung bildet.

Zeichnung