DE10110273C2 - Spannungsgenerator mit Standby-Betriebsart - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Spannungsgenerator, der in einer Normalbetriebsart und in einer Standby-Betriebsart betreibbar ist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Be­ treiben eines solchen Spannungsgenerators.

Spannungsgeneratoren werden in integrierten Schaltungen ver­ wendet, um auf dem Halbleiterchip aus der extern zugeführten Versorgungsspannung eine interne Versorgungsspannung zu er­ zeugen. Die interne Versorgungsspannung ist den Erfordernis­ sen der schaltungsinternen Funktionseinheiten angepaßt. So können Spannungen erzeugt werden, deren Höhe von der Höhe der extern zugeführten Spannung abweicht. Die interne Spannung kann höher oder niedriger als die extern zugeführte Spannung sein. Der Spannungsregler für die intern erzeugte Spannung sorgt außerdem dafür, daß unabhängig von Schwankungen der ex­ tern zugeführten Versorgungsspannung und möglichst auch unab­ hängig von der intern zu treibenden Last eine ausreichend konstante Spannung erzeugt wird. Die Spannungsgeneratoren verbrauchen Verlustleistung. Spannungsgeneratoren sind daher für einen Normalbetrieb ausgelegt, bei dem hohe Treiberfähig­ keit einhergehend mit hohem Verlustleistungsverbrauch er­ reicht wird, und zusätzlich für einen Standby-Betrieb, bei dem der Spannungsgenerator niedrige Treiberfähigkeit einher­ gehend mit niedrigem Leistungsverbrauch liefert.

Im Standby-Betrieb sind nur ausgewählte Funktionseinheiten der integrierten Schaltung eingeschaltet. Die sich in Stand­ by-Betriebsart befindende Schaltung kann aktiviert werden, um aus dem Standby-Betrieb in den Normalbetrieb umzuschalten. Dementsprechend schaltet auch der Spannungsgenerator von sei­ ner verlustleistungsarmen Standby-Betriebsart in den eine hö­ here Verlustleitung verbrauchenden Normalbetrieb um.

Ein herkömmlicher Spannungsgenerator mit Standby- und Normal­ betriebsart ist in Fig. 1 dargestellt. Der Spannungsgenera­ tor der Fig. 1 umfaßt einen Spannungsgenerator für den Standby-Betrieb 10 und einen Spannungsgenerator für den Nor­ malbetrieb 20. Der Generator 10 ist stets eingeschaltet, so­ wohl im Standby-Betrieb als auch im Normalbetrieb. Der Gene­ rator 10 weist eine niedrige Verlustleistung auf. Der Genera­ tor 20 wird zusätzlich im Normalbetrieb hinzugeschaltet und weist eine hohe Treiberfähigkeit für die zu erzeugende Aus­ gangsspannung und dementsprechend einen hohen Verlustlei­ stungsverbrauch auf. Die Ausgangsanschlüsse der Generatoren 10, 20 sind miteinander gekoppelt. Die externe Versorgungs­ spannung VEXT wird den Generatoren 10 und 20 zugeführt, die daraus die geregelte interne Spannung VINT am Ausgangsan­ schluß 42 bereitstellen.

Beide Spannungsgeneratoren 10, 20 weisen einen prinzipiell gleichen Schaltungsaufbau auf. Ein Differenzverstärker 11 bzw. 21 wird von der externen Versorgungsspannung VEXT ver­ sorgt und vergleicht eine Referenzspannung VREF mit der aus­ gangsseitig erzeugten Spannung VINT. In Abhängigkeit davon wird ein Stromquellentransistor 12 bzw. 22 gate-seitig ange­ steuert. Der Drain-Source-Strompfad des Stromquellentransi­ stors 12 bzw. 22 ist zwischen einen Anschluß für die externe Versorgungsspannung VEXT und den Ausgangsanschluß 42 für die interne Versorgungsspannung VINT geschaltet. Es ist zu bemer­ ken, daß die einander entsprechenden Eingänge der Differenz­ verstärker 11 bzw. 21 vom gleichen Referenzsignal VREF ange­ steuert werden.

Im Vergleich zum stets aktiven Standby-Spannungsgenerator 10 weist der nur im Normalbetrieb aktive Spannungsgenerator 20 Schaltmittel 23 auf, durch die der Differenzverstärker 21 ein- und ausschaltbar ist. Die Schaltmittel 23 schalten den Spannungsgenerator 20 dann ein, wenn Normalbetrieb mit hoher Treiberleistung gefordert ist. Dieser Zustand wird dem Span­ nungsgenerator durch das Signal ACTIVE mitgeteilt. Außerdem wird der Spannungsgenerator 20 nur dann aktiviert, wenn si­ chergestellt ist, daß ausreichend hohe Versorgungsspannung anliegt, sogenannter Power-On-Zustand. Dies wird dem Span­ nungsgenerator 20 durch das Signal PWRON mitgeteilt, welches durch eine logische UND-Verknüpfung mit dem Signal ACTIVE verknüpft wird. Die Verknüpfung mit dem Signal PWRON vermei­ det, daß der Generator 20 zu früh aktiviert wird. Sie kann prinzipiell auch entfallen.

Die unterschiedliche Stromtreiberfähigkeit der Spannungsgene­ ratoren 10, 20 wird dadurch erreicht, daß der Transistor 22 einen beispielsweise n-fach breiteren Kanal aufweist. Eben­ falls sind die den Differenzverstärker 21 bildenden Transi­ storen mit n-fach größer dimensionierten Transistoren ausge­ stattet als der Differenzverstärker 11.

Problematisch ist, daß die vom in der Fig. 1 gezeigten Span­ nungsgenerator versorgte Schaltung Zustände einnehmen kann, in der ein hoher Strom aus dem Spannungsgenerator gezogen wird, ohne daß aber das Signal ACTIVE den Normalbetrieb an­ zeigt. Insbesondere bei komplexen zu treibenden Funktionsein­ heiten könnte sich diese Fehlersituation einstellen. Wenn in einem solchen Fall nur der Standby-Spannungsgenerator 10 mit niedriger Treiberleistung eingeschaltet ist, nicht aber der Spannungsgenerator 20 für hohe Treiberleistung, dann kann die interne Spannung zusammenbrechen, da der Standby- Spannungsgenerator 10 nicht ausreichend Strom zur Verfügung stellen kann. Die integrierte Schaltung kann in diesem Zu­ stand blockieren, so daß ein Abschalten der externen Versor­ gungsspannung und erneutes Hochfahren erforderlich ist, um die Fehlersituation zu beheben. Das Gesamtsystem ist dann in seiner Funktionsfähigkeit und Funktionssicherheit beeinträch­ tigt, so daß eine solche Fehlersituation möglichst zu vermei­ den ist.

In der DE 694 22 254 T2 ist eine Halbleiterspeichereinrich­ tung mit einem Spannungsgenerator gezeigt. Der Spannungsgene­ rator umfaßt drei Spannungsregler mit jeweils einer Ver­ gleichsstufe und einem davon abhängig angesteuerten Ausgangs­ transistor. Den Vergleichsstufen wird jeweils das gleiche Re­ ferenzpotential zugeführt. Zur Realisierung unterschiedlichen Strombedarfs ist es möglich, Spannungsregler zu- oder abzu­ schalten. Hierzu sind jeweilige Schalter vorgesehen, die von einem Schaltsignal ansteuerbar sind.

In der DE 691 23 302 T2 ist ein Substratvorspannungsgenerator für eine Halbleiterspeichereinrichtung gezeigt. Einer der Spannungsgeneratoren ist ständig in Betrieb. Bei ungenügendem Substratvorspannungspegel wird eine weitere Spannungserhö­ hungspumpe zugeschaltet. Dies erfolgt, wenn die zu erzeugende Substratvorspannung unter einen im Voraus festgelegten Pegel fällt.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Spannungsge­ nerator anzugeben, der sowohl Standby- als auch Normalbe­ triebsart aufweist und funktionssicher arbeitet.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch einen Spannungsgenerator zur Erzeugung einer an einem Ausgangsan­ schluß anliegenden Ausgangsspannung, umfassend: einen ersten Spannungsregler mit einer Vergleichsstufe und einer von der Vergleichsstufe ansteuerbaren Ausgangsstufe, bei dem die Aus­ gangsstufe ausgangsseitig mit dem Ausgangsanschluß verbunden ist und die Vergleichsstufe eingangsseitig einen Anschluß für ein Referenzpotential aufweist und einen Anschluß, der mit der Ausgangsstufe verbunden ist; einen zweiten Spannungsreg­ ler mit einer Vergleichsstufe und einer von der Vergleichs­ stufe ansteuerbaren Ausgangsstufe und einem Schalter, bei der die Ausgangsstufe ausgangsseitig mit dem Ausgangsanschluß verbunden ist und die Vergleichsstufe eingangsseitig mit dem Anschluß für das Referenzpotential und mit der Ausgangsstufe verbunden ist, wobei der zweite Spannungsregler durch den Schalter ein- und ausschaltbar ist; und eine weitere Ver­ gleichsstufe, die eingangsseitig mit einem Anschluß für ein vom ersten Referenzpotential durch Spannungsteilung abgelei­ tetes verschiedenes weiteres Referenzpotential und mit dem Ausgangsanschluß verbunden ist und die ausgangsseitig einen Anschluß aufweist, über den der Schalter des zweiten Span­ nungsreglers steuerbar ist.

Der Spannungsgenerator gemäß der Erfindung weist neben den bereits aus Fig. 1 bekannten Spannungsgeneratoren 10 und 20 eine zusätzliche Vergleichsstufe auf, die von einer Referenz­ spannung VREF' gesteuert wird, die aus der bisherigen Refe­ renzspannung VREF vorzugsweise durch Spannungsteilung erzeugt wird. Im allgemeinem kann die weitere Referenzspannung VREF' auch durch einen anderen geeigneten Spannungsgenerator be­ reitgestellt werden. Die der zusätzlichen Vergleichsstufe zu­ geführte Referenzspannung liegt daher niedriger als die den Spannungsgeneratoren 10, 20 zugeführte Referenzspannung. Die zusätzliche Vergleichsstufe ist so dimensioniert, daß sie vergleichbar mit dem Spannungsgenerator 10 ebenfalls nur eine niedrige Verlustleistung aufweist. Die zusätzliche Ver­ gleichsstufe erzeugt ein Steuersignal, um den Spannungsgene­ rator für den Normalbetrieb ein- und auszuschalten.

Bei einem Verfahren zum Betreiben eines solchen Spannungsge­ nerators erzeugt der zweite Spannungsregler die Ausgangsspan­ nung und wird eingangsseitig von der ersten Referenzspannung gesteuert. Der zweite Spannungsregler wird über den Schalter eingeschaltet, wenn die vom Spannungsgenerator erzeugte Aus­ gangsspannung die weitere Referenzspannung unterschreitet. Die weitere Referenzspannung wird durch Spannungsteilung aus der ersten Referenzspannung niedriger als die erste Referenz­ spannung erzeugt. Wenn die Ausgangsspannung die weitere Refe­ renzspannung unterschreitet, wird ein Speicherelement ge­ setzt.

Das den Normalbetriebszustand angebende Signal ACTIVE wird mit dem Ausgangssignal der zusätzlichen Vergleichsstufe ver­ knüpft. Die zusätzliche Vergleichsstufe kann daher den Span­ nungsgenerator für den Normalbetrieb einschalten, auch wenn das den Normalbetrieb anzeigende Steuersignal ACTIVE nicht aktiviert ist. Im Vergleich zu dem in Fig. 1 dargestellten bekannten Spannungsgenerator werden daher auch Betriebszu­ stände erkannt, in denen aufgrund nicht vorhersehbarer Ereig­ nisse die interne Versorgungsspannung VINT einbricht. Die weitere Vergleichsstufe erkennt diesen Fehlerfall und be­ wirkt, daß der Spannungsgenerator für den Normalbetrieb mit seiner hohen Treiberleistung eingeschaltet wird. Dadurch wird die interne Versorgungsspannung VINT mit hoher Treiberlei­ stung aus diesem Spannungsgenerator gestützt und der Fehler­ zustand wird überbrückt. Selbstverständlich wird der Span­ nungsgenerator für den Normalbetrieb dann eingeschaltet, wenn das Steuersignal ACTIVE den Normalbetrieb anzeigt.

Da die weitere Vergleichsstufe so dimensioniert ist, daß sie nur einen geringen Stromverbrauch aufweist, wird der Gesamt­ stromverbrauch im Standby-Betrieb nur unwesentlich erhöht. Obwohl der Spannungsgenerator gemäß der Erfindung im Standby- Betrieb einen geringfügig höheren Stromverbrauch auf­ weist als der bekannte Spannungsgenerator und zusätzliche Schaltelemente verbraucht, wird der durch diesen Mehraufwand erreichte Gewinn an Betriebssicherheit mehr als ausgeglichen.

Die der weiteren Vergleichsstufe zugeführte Referenzspannung wird aus der ursprünglichen Referenzspannung VREF mittels ei­ nes ohmschen Spannungsteilers erzeugt. Dieser wird zwischen Bezugspotential und den Anschluß für das Referenzpotential VREF geschaltet. Ein Zwischenabgriff des Spannungsteilers ist mit einem Referenzeingang der zusätzlichen Vergleichsstufe verbunden.

Am Ausgang der zusätzlichen Vergleichsstufe wird ein logi­ scher Zustand "0" oder "1" in Abhängigkeit vom Schaltzustand der zusätzlichen Vergleichsstufe erzeugt und tiefpaßgefil­ tert. Das tiefpaßgefilterte Schaltsignal wird anschließend zur Steuerung des Betriebszustands des Spannungsgenerator für den Normalbetrieb verwendet. Durch das Tiefpaßfilter wird er­ reicht, daß der Spannungsgenerator für den Normalbetrieb auch noch eine gewisse Verzögerungszeit weiter in Betrieb bleibt, auch wenn die interne Versorgungsspannung VINT wieder ausrei­ chend hoch liegt. Der Spannungsgenerator für den Normalbe­ trieb wird durch einen Zustand "1" des Schaltsignals einge­ schaltet. Zweckmäßigerweise wird deshalb der Übergang des Schaltsignals von "1" auf "0" verzögert.

Der ohmsche Spannungsteiler sorgt dafür, daß ein Schwellspan­ nungswert bereitgestellt wird, mit dem die interne Versor­ gungsspannung VINT verglichen wird. Wenn die interne Versor­ gungsspannung unterhalb dieses Schaltpunkts absinkt, wird der Spannungsgenerator für den Normalbetrieb eingeschaltet. Liegt die interne Versorgungsspannung wieder oberhalb des Normalbe­ triebs, sorgt das Tiefpaßfilter dafür, daß der Spannungsgene­ rator für den Normalbetrieb noch eine gewisse Zeitdauer akti­ viert bleibt, bis er abgeschaltet wird.

Das den Übergang des Schaltsignals von "1" auf "0" verzögern­ de Tiefpaßfilter kann als RC-Filter ausgeführt werden. Die Verzögerungszeit des Filters ist durch geeignete Dimensionie­ rung der RC-Zeitkonstante einstellbar. Beispielsweise steuert der Ausgang der Vergleichsstufe einen Transistor an, der ei­ nerseits mit der externen Versorgungsspannung VEXT verbunden ist und andererseits über einen Widerstand mit Bezugspotenti­ al. Parallel zum Widerstand liegt der Kondensator. In Abhän­ gigkeit vom Schaltzustand des Schalttransistors liegt am Kon­ densator ein logischer Pegel für "1" oder "0" an. Der Pegel­ wechsel von "1" auf "0" wird entsprechend der RC- Zeitkonstante verzögert und an logische Verknüpfungselemente weitergeleitet. Dort werden zusätzlich die bereits aus dem in Fig. 1 dargestellten Spannungsgenerator bekannten Schaltsi­ gnale ACTIVE und PWRON logisch verknüpft. Insgesamt wird durch die Erfindung eine Überwachungsfunktion bewirkt, die bei einem Absinken der internen Versorgungsspannung VINT den Spannungsgenerator für den Normalbetrieb aktiviert. Eine sol­ che Funktion wird als sogenannte Watch-Dog-Funktion bezeich­ net. Die Ansprechschwelle der Watch-Dog-Funktion wird durch den Spannungsteiler eingestellt.

Sämtliche Vergleichsstufen sind zueinander entsprechend auf­ gebaut. Sie umfassen einen Stromschalter, der einerseits von der Ausgangsspannung VINT und andererseits von der jeweiligen Referenzspannung angesteuert wird. Der Stromschalter weist zwei miteinander gekoppelte Strompfade auf, die über eine je­ weilige Stromquelle mit Bezugspotential verbunden sind. Die Stromquelle des Stromschalters des Standby- Spannungsgenerators ist andauernd in Betrieb. Die Stromquelle des Stromschalters des Spannungsgenerators für den Normalbe­ trieb ist nur dann in Betrieb, wenn der Power-On-Zustand er­ reicht ist und wenn entweder das Signal ACTIVE aktiviert ist oder bei nicht aktiviertem Signal ACTIVE die zusätzliche Ver­ gleichsstufe einen Spannungseinbruch für die interne Versor­ gungsspannung VINT detektiert hat. Die Stromquelle des Strom­ schalters der zusätzlichen Vergleichsstufe ist vorzugsweise nur im Power-On-Zustand aktiviert, ansonsten abgeschaltet. Zweckmäßigerweise sind die Transistoren der zusätzlichen Ver­ gleichsstufe und des Standby-Spannungsgenerators gleich di­ mensioniert, während die Transistoren des Spannungsgenerators für den Normalbetrieb n-fach größer dimensioniert sind. Ins­ besondere weist der die Stromquelle des Stromschalters für den Spannungsgenerator für den Normalbetrieb bildende Transi­ stor eine n-fach größere Breite auf, als der vergleichbare Transistor des Standby-Spannungsgenerators.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung detail­ lierter erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Spannungsgenerator nach dem Stand der Tech­ nik, der bereits eingangs erläutert wurde.

Fig. 2 das Prinzipschaltbild eines Spannungsgenerators ge­ mäß der Erfindung.

Fig. 3 ein Detailschaltbild des Spannungsgenerators gemäß Fig. 2.

In verschiedenen Figuren einander entsprechende Elemente sind jeweils mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der in Fig. 2 dargestellte Spannungsgenerator gemäß der Erfindung weist zu­ sätzlich zum bekannten Spannungsgenerator aus Fig. 1 eine Vergleichsstufe 30 auf. Diese enthält einen Differenzverstär­ ker 31, an dessen Referenzeingang ein Spannungsteiler 35 an­ geschlossen ist. Der Spannungsteiler 35 umfaßt zwei in Reihe geschaltete Widerstände 351, 352, die zwischen dem Anschluß 41 für das Referenzpotential VREF und Bezugspotential VSS, hier Masse, geschaltet sind. Der zwischen den Widerständen 351, 352 liegende Knoten 353 ist mit dem Referenzeingang des Differenzverstärkers 31 verbunden und stellt eine gegenüber VREF verminderte Referenzspannung VREF' bereit. Der Schalt­ punkt des Differenzverstärkers 31 liegt daher unterhalb der Referenzspannung VREF auf dem durch den Spannungsteiler 35 vorgegebenen Spannungspegel. Der andere Eingang des Diffe­ renzverstärkers 31 ist - wie auch die vergleichbaren Eingänge der anderen Differenzverstärker 11, 21 - mit dem Ausgangsan­ schluß 42, der die intern erzeugte Versorgungsspannung VINT führt, verbunden. Der Differenzverstärker 31 wird von der ex­ ternen Versorgungsspannung VEXT spannungsmäßig versorgt. Er weist Schaltmittel 33 auf, durch die er in Abhängigkeit vom Signal PWRON abschaltbar ist. Das Signal PWRON gibt an, daß die von außen angelegte Versorgungsspannung VEXT einen aus­ reichend hohen Wert aufweist, so daß die Funktionssicherheit der versorgten Schaltungen gewährleistet ist. Prinzipiell können die Schaltmittel 33 auch weggelassen werden; dann ist die Vergleichsstufe 30 entsprechend dem Standby- Spannungsgenerator 10 ständig in Betrieb.

Der Ausgang der Vergleichsstufe 30 steuert einen Schalter 34, durch den einer der Pegelwerte "1" oder "0" auswählbar ist. Der Pegelwert "1" wird beispielsweise durch die externe Ver­ sorgungsspannung VEXT gebildet. Das vom Schalter 34 bereitge­ stellte Signal wird in einem ODER-Gatter 26 logisch mit dem Signal ACTIVE verknüpft, welches zwischen Standby-Betrieb und Normalbetrieb umschaltet. Der Ausgang des ODER-Gatters 26 wird in einem UND-Gatter 25 mit dem Signal PWRON verknüpft. Der Ausgang des UND-Gatters 25 steuert die Schaltmittel 23 im Spannungsgenerator für den Normalbetrieb 20. Somit wird der Spannungsgenerator für den Normalbetrieb 20 nur dann einge­ schaltet, wenn das Signal PWRON signalisiert, daß der Power- On-Zustand erreicht ist, also ausreichend hohe externe Ver­ sorgungsspannung VEXT anliegt. In diesem Fall wird der Span­ nungsgenerator nur dann aktiviert, wenn einerseits der Nor­ malbetriebszustand anliegt, d. h. das Signal ACTIVE aktiviert ist; oder wenn andererseits von der Vergleichsstufe 30, spe­ ziell vom Differenzverstärker 31, festgestellt wird, daß die interne Versorgungsspannung VINT unterhalb der durch den Spannungsteiler 35 eingestellten Referenzspannung VREF' des Differenzverstärkers 31 liegt. Die Referenzspannung VREF' stellt sich ein gemäß VREF.(R2/(R1 + R2)), wobei R1 und R2 die Widerstandswerte der ohmschen Widerstände 352 bzw. 351 sind.

Zweckmäßigerweise ist zwischen dem Schalter 34 und dem ODER- Gatter 26 ein Tiefpaßfilter 36 geschaltet, um eine vorbe­ stimmte Zeitverzögerung zu bewirken, so daß ein vom Schalter 34 erzeugtes Schaltsignal erst nach der durch das Tiefpaßfil­ ter bewirkten Zeitverzögerung weitergegeben wird. Dadurch wird erreicht, daß dann, wenn die interne Versorgungsspannung VINT wieder oberhalb der die Vergleichsstufe 30 steuernden Referenzspannung VREF' liegt, der Spannungsgenerator für den Normalbetrieb 20 nicht sofort abgeschaltet wird, sondern erst nach Ablauf der durch die RC-Konstante des Tiefpaßfilters 36 vorgegebenen Zeitverzögerung. Die Verzögerung wirkt insbeson­ dere nur für eine der beiden Pegelflanken, nämlich den Über­ gang von "1" nach "0".

Im Detail wird die in Fig. 2 dargestellte Schaltung nach Fig. 3 wie folgt realisiert. Der Differenzverstärker 21 im Spannungsgenerator 20 für den Normalbetrieb weist einen Stromschalter auf, der zwei source-gekoppelte n-Kanal-MOS- Transistoren 211, 212 aufweist. Der Transistor 211 wird gate- seitig von der Referenzspannung VREF gesteuert. Der Fußpunkt des Stromschalters ist über eine Stromquelle, die von einem Stromquellentransistor 213 gebildet wird, mit Masse VSS ver­ bunden. Die Stromquelle 213 ist über einen Schalter 214 ab­ schaltbar, welcher vom UND-Gatter 25 angesteuert wird. Last­ seitig weist der Stromschalter p-Kanal-MOS-Transistoren 215, 216 auf, die als Stromspiegel geschaltet sind. Ein Ausgang des Differenzverstärkers 21 wird am Kopplungsknoten der Tran­ sistoren 211, 215 gebildet und ist mit dem Gate-Anschluß des Stromquellentransistors 22 verbunden. Ein Pull-Up-Widerstand 230 wird gate-seitig vom UND-Gatter 25 angesteuert und ist zwischen den Ausgang des Differenzverstärkers 21 und den An­ schluß für die externe Versorgungsspannung VEXT geschaltet. Der Ausgangsanschluß 42, an welchem die intern erzeugte Ver­ sorgungsspannung VINT anliegt, ist auf den Gate-Anschluß des Transistors 212 rückgekoppelt.

Die anderen Differenzverstärker 11, 31 sind verglichen mit dem Differenzverstärker 21 prinzipiell gleich aufgebaut. Im Unterschied zum Differenzverstärker 21 weist der Differenz­ verstärker 11 eine Stromquelle 111 auf, die nicht abschaltbar ist. Daher ist der Ausgang des Differenzverstärkers 11 nicht mit einem Pull-Up-Widerstand versehen. Der Differenzverstär­ ker 31 weist eine nur vom Steuersignal PWRON schaltbare Stromquelle auf. Ein Pull-Up-Widerstand ist nicht erforder­ lich.

Die Transistoren der Differenzverstärker 11, 31 können bezüg­ lich ihres Breite-zu-Längen-Verhältnisses gleich dimensio­ niert werden. Auch der Stromquellentransistor 311 des Diffe­ renzverstärkers 31 und der Stromquellentransistor 111 des Differenzverstärkers 11 können dann gleiche Dimensionierungen verwenden. Die Verstärker 11 und 31 können jedoch auch unter­ schiedlich dimensioniert werden. Sie weisen allerdings zweck­ mäßigerweise jeweils eine im Vergleich zum Differenzverstär­ ker 21 kleine Verlustleistung auf.

Die Transistoren des Stromschalters des Differenzverstärkers 21 weisen verglichen mit den Transistoren der anderen Diffe­ renzverstärker eine n-fach größere Breite auf, um einen höhe­ ren Strom treiben zu können. Entsprechend haben auch die Transistoren 213, 214 eine n-fach größere Breite. Wie bereits ausgeführt, weist der Stromquellentransistor 22 ebenfalls ei­ ne n-fach größere Breite als der Stromquellentransistor 12 des Standby-Spannungsgenerators 10 auf.

Der Schalter 34 wird von einem Schalttransistor 341 gebildet, der zwischen dem externen Versorgungspotential VEXT und einen an Masse VSS angeschlossenen Widerstand 342 geschaltet ist. Der Transistor 341 wird vom Ausgang des Differenzverstärkers 31 gesteuert. Parallel zum Widerstand 342 liegt ein Kondensa­ tor 361. Der Kondensator 361 führt den Signalpfad weiter und ist an einen der Eingänge des ODER-Gatters 26 angeschlossen. In Abhängigkeit vom Schaltzustand des Transistors 341 wird am Ausgang des Schalters 34 entweder das externe Versorgungspo­ tential VEXT oder Massepotential VSS bereitgestellt. Der Kon­ densator 361 wird davon abhängig entweder über den leitend geschalteten Transistor 341 aufgeladen oder bei gesperrtem Transistor 341 über den Widerstand 342 entladen. Durch Wider­ stand 342 und Kondensator 361 wird für den Übergang von "1" auf "0" für das vom Schalter 34 gelieferte Schaltsignal eine RC-Konstante gebildet. Dieser Signalübergang bewirkt also, daß ein Abschalten des Spannungsgenerators 20 (wenn das Si­ gnal ACTIVE nicht aktiv ist) um die RC-Zeitkonstante verzö­ gert erfolgt. Dadurch wird gewährleistet, daß die interne Versorgungsspannung VINT nach einem Spannungseinbruch vom Spannungsgenerator 20 ausreichend stabil erzeugt wird.

Vorzugsweise wird auf der den Spannungsgenerator enthaltenden integrierten Schaltung ein Register 27 vorgesehen, in dem ge­ speichert ist, ob der Fehlerfall des Spannungsgenerators min­ destens bereits einmal eingetreten ist. Das Register 27 wird von der Vergleichsstufe 30, vorzugsweise vom Ausgang des Fil­ ters 36 angesteuert. Das Register 27 wird von einem Steue­ rungsprogramm ausgewertet. Abhängig vom gespeicherten Wert können Korrekturschnitte vom Steuerungsprogramm ausgeführt werden, so daß in den vom Spannungsgenerator versorgten Schaltungen möglichst weitere zu Fehlerzuständen führende Be­ triebsbedingungen vermieden werden.

Insgesamt wird durch die beschriebene Schaltung mit geringem Schaltungsaufwand und bei geringer zusätzlich verbrauchter Verlustleistung im Standby-Betrieb die Betriebssicherheit er­ höht, indem unvorhergesehene Spannungseinbrüche für die in­ terne Versorgungsspannung VINT während des Standby-Betriebs sofort durch Aktivierung des Spannungsgenerators für den Nor­ malbetrieb 20 ausgeglichen werden.

Bezugszeichenliste

10

Spannungsregler

11

Vergleichsstufe

111

Stromquelle

12

Ausgangsstufe

20

Spannungsregler

21

Vergleichsstufe

211

,

212

,

214

,

215

,

216

Transistoren

213

Stromquelle

22

Ausgangsstufe

23

Schalter

25

UND-Gatter

26

ODER-Gatter

30

Vergleichsstufe

31

Differenzverstärker

33

Schalter

34

Schalter

341

Schalter

342

Widerstand

35

Spannungsteiler

351

,

352

Widerstände

353

Zwischenabgriff

36

Tiefpaßfilter

361

Kondensator

41

Anschluß

42

Ausgangsanschluß
VINT interne Spannung
VEXT externe Spannung
VSS Masse
VREF, VREF' Referenzpotential
PWRON Power-On-Signal
ACTIVE Steuersignal

Claims (12)

1. Spannungsgenerator zur Erzeugung einer an einem Ausgangs­ anschluß (42) anliegenden Ausgangsspannung (VINT), umfassend:
einen ersten Spannungsregler (10) mit einer Vergleichsstufe (11) und einer von der Vergleichsstufe (11) ansteuerbaren Ausgangsstufe (12), bei dem die Ausgangsstufe (12) ausgangs­ seitig mit dem Ausgangsanschluß (42) verbunden ist und die Vergleichsstufe (11) eingangsseitig einen Anschluß (41) für ein erstes Referenzpotential (VREF) aufweist und einen An­ schluß, der mit der Ausgangsstufe (12) verbunden ist,
einen zweiten Spannungsregler (20) mit einer Vergleichsstu­ fe (21) und einer von der Vergleichsstufe (21) ansteuerbaren Ausgangsstufe (22) und einem Schalter (23), bei der die Aus­ gangsstufe (22) ausgangsseitig mit dem Ausgangsanschluß (42) verbunden ist und die Vergleichsstufe (21) eingangsseitig mit dem Anschluß (41) für das erste Referenzpotential (VREF) und mit der Ausgangsstufe (22) verbunden ist, wobei der zweite Spannungsregler (20) durch den Schalter (23) ein- und aus­ schaltbar ist, und
eine weitere Vergleichsstufe (30), die eingangsseitig mit einem Anschluß für ein vom ersten Referenzpotential (VREF) durch einen Spannungsteiler (35) abgeleitetes verschiedenes weiteres Referenzpotential (VREF') und mit dem Ausgangsan­ schluß (42) verbunden ist und die ausgangsseitig einen An­ schluß aufweist, über den der Schalter (23) des zweiten Span­ nungsreglers steuerbar ist.

2. Spannungsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannungsteiler (35, 351, 352, 353) eingangsseitig mit dem Anschluß für das erste Referenzpotential (VREF) verbunden ist und ausgangsseitig den Anschluß für das weitere Referenz­ potential (VREF') aufweist.

3. Spannungsgenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der Spannungsteiler (35) die Reihenschaltung eines ersten und eines zweiten Widerstands (351, 352) aufweist, die zwischen den Anschluß (41) für das erste Referenzpotential (VREF) und einen Anschluß für ein Bezugspotential (VSS) geschaltet ist
und daß ein Zwischenabgriff (353) des Spannungsteilers (35) mit einem Eingangsanschluß der weiteren Vergleichsstufe (30) ver­ bunden ist.

4. Spannungsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsstufen (11, 21, 30) jeweils einen Stromschalter umfassen mit einer Stromquelle (111, 213, 311), an die zwei Stromzweige angeschlossen sind, von denen einer von dem er­ sten Referenzpotential (VREF) und ein anderer von der Aus­ gangsspannung (VINT) steuerbar sind und von denen der erste Stromzweig einen Ausgang der Vergleichsstufe (11, 21, 30) bildet.

5. Spannungsgenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsstufe (12, 22) des ersten und zweiten Spannungs­ reglers (10, 20) einen Transistor (12, 22) umfaßt, dessen ge­ steuerte Strecke zwischen einem Anschluß für ein Versorgungs­ potential (VEXT) und den Ausgangsanschluß (42) für die Aus­ gangsspannung (VINT) geschaltet ist und dessen Steueranschluß mit dem Ausgang der jeweiligen Vergleichsstufe (11, 21) ver­ bunden ist.

6. Spannungsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß durch den Ausgang der weiteren Vergleichsstufe (30) ein Schalter (341) steuerbar ist, um einen von zwei logischen Pe­ geln zu erzeugen.

7. Spannungsgenerator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Schalter (351) ein Tiefpaßfilter (36, 342, 361) ge­ koppelt ist.

8. Spannungsgenerator nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein logisches Gatter (26) vorgesehen ist, das eingangsseitig mit dem Schalter (341) sowie mit einem Anschluß für ein Frei­ gabesignal (ACTIVE) verbunden ist und das ausgangsseitig mit dem Schalter (23) des zweiten Spannungsreglers (22) gekoppelt ist.

9. Spannungsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Vergleichsstufe (30) und die Vergleichsstufe des zweiten Spannungsreglers (20) in Abhängigkeit von einem Si­ gnal (PWRON), welches angibt, ob eine ausreichend hohe den Spannungsgenerator versorgende Versorgungsspannung (VEXT) an­ liegt, ein- und ausschaltbar sind und daß der erste Span­ nungsregler (10) von diesem Signal (PWRON) nicht ein- und ausschaltbar ist.

10. Spannungsgenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (213) des zweiten Spannungsreglers (20) im Vergleich zur Stromquelle (111) des ersten Spannungsreglers (10) eine höhere Stromtreiberfähigkeit aufweist.

11. Spannungsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch ein Register (27) das von der weiteren Vergleichsstufe (30) ansteuerbar ist.

12. Verfahren zum Betreiben eines Spannungsgenerators mit den Schritten:

• - Vorsehen eines Spannungsgenerators nach einem der Ansprüche 1 bis 11;
• - Erzeugen der Ausgangspannung (VINT) bei dem zweiten Span­ nungsregler (20);
• - eingangsseitiges Zuführen von der ersten Referenzspannung (VREF) an den zweiten Spannungsregler (20);
• - Einschalten des zweiten Spannungsreglers (20) über den Schalter (23), wenn die vom Spannungsgenerator erzeugte Aus­ gangsspannung (VINT) die weitere Referenzspannung (VREF'), die niedriger als die erste Referenzspannung (VREF) ist, un­ terschreitet; und
• - Setzen eines Speicherelements (27) bei dem Spannungsgenera­ tor, wenn die Ausgangsspannung (VINT) die weitere Referenz­ spannung unterschreitet.