DE102006020561B3

DE102006020561B3 - Spannungsversorgungsschaltung und Verfahren zum Versorgen einer Schaltung mit einer Versorgungsspannung

Info

Publication number: DE102006020561B3
Application number: DE102006020561A
Authority: DE
Inventors: Bernd Zimek; Thomas Leutgeb; Dietmar Scheiblhofer; Gerhard Nebel; Dirk Rabe
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2006-05-03
Filing date: 2006-05-03
Publication date: 2007-11-29
Anticipated expiration: 2026-05-04
Also published as: US7605575B2; US20070257646A1; KR20070107620A; KR100908153B1

Abstract

Eine Stromversorgungsschaltung umfasst einen Regeltransistor, der zwischen eine erste Versorgungsspannungszuführung und eine zweite Versorgungsspannungszuführung geschaltet ist. Der Regeltransistor ist ausgelegt, um basierend auf einer auf der ersten Versorgungsspannungszuführung vorhandenen ersten Versorgungsspannung eine auf der zweiten Versorgungsspannungszuführung vorhandene zweite Versorgungsspannung zu regeln. Dabei liefert der Regeltransistor einen Versorgungsstrom an die zweite Versorgungsspannungszuführung. Die Spannungsversorgungsschaltung umfasst ferner eine Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung, die ausgelegt ist, um basierend auf einer Information, die ein Maß für den Versorgungsstrom ist, zu bestimmen, ob sich der Regeltransistor an einem schwachen Arbeitspunkt befindet, bei dem der Versorgungsstrom unter einem gegebenen Strom ist. Die Spannungsversorgungsschaltung umfasst ferner eine Verhinderungseinrichtung, die ausgelegt ist, um zu verhindern, dass ausgehend von dem schwachen Arbeitspunkt ein Anstieg des Versorgungsstroms um zumindest einen vorgegebenen Strombetrag innerhalb einer vorgegebenen Zeit stattfindet. Die vorliegende Erfindung umfasst ferner ein analoges Verfahren zur Versorgung einer Schaltung mit einer Versorgungsspannung. Durch die vorliegende Erfindung kann sichergestellt werden, dass auch bei einem großen Lastwechsel die durch den Regeltransistor geregelte zweite Versorgungsspannung nicht unter einen vorgegebenen zulässigen ...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Spannungsversorgungsschaltung und ein Verfahren zum Versorgen einer Schaltung mit einer Versorgungsspannung, im Speziellen auf eine verbesserte Spannungsversorgung durch einen schrittweisen Lastwechsel, eine verbesserte Spannungsversorgung durch eine frei programmierbare Stromsenke und eine programmierbare Lastschaltung mit einer Strom-Hysterese.
In vielen elektronischen Schaltungen, beispielsweise auch in SmartCards, erzeugen dedizierte Spannungsregler eine stabile Spannung für das System. Durch Lastwechsel in dem System wird der Spannungsregler belastet, was aufgrund der Reglercharakteristik beispielsweise eines N-Reglers zu vorübergehenden Einbrüchen in der Versorgungsspannung führen kann. Bricht die Spannung dabei zu weit ein, so ist ein fehlerfreies Funktionieren der Schaltung bzw. des versorgten Systems nicht mehr gewährleistet.
Bei intelligenten Karten (SmartCards) wird beispielsweise die Versorgungsspannung zudem von Sensoren überwacht, die bei Verlassen des zulässigen Bereichs das System zurücksetzen bzw. resetieren.
16 zeigt beispielhaft eine graphische Darstellung eines Spannungseinbruchs eines Reglers (Spannungsreglers) einer Chipkarte (z.B. einer SmartCard) bei einem Lastwechsel.
Die graphische Darstellung der 16 ist in ihrer Gesamtheit mit 1600 bezeichnet. Eine erste graphische Darstellung 1610 zeigt einen Spannungsverlauf 1620 einer an einem Ausgang eines Spannungsreglers anliegenden Reglerspannung über der Zeit. An einer Abszisse 1630 ist dabei die Zeit angetragen. Eine Ordinate 1632 beschreibt eine Spannung an dem Ausgang des Reglers, also beispielsweise an einer internen (z.B. intern bezüglich der Chipkarte) Versorgungsspannungszuführung. Eine zweite graphische Darstellung 1650 beschreibt einen Verlauf eines von dem Regler gelieferten Stroms. An einer Abszisse 1680 ist wiederum die Zeit angetragen, während eine entsprechende Abszisse 1682 einen von dem Regler gelieferten Strom darstellt.
Ferner zeigt die zweite graphische Darstellung 1650 einen Verlauf 1690 des Stroms. Zu einem Zeitpunkt steigt der Strom von einem Anfangswert auf einen Endwert von sprunghaft an. Daraufhin fällt die an dem Ausgang des Reglers anliegende Spannung ab. Die an dem Ausgang des Reglers anliegende Spannung 1620 steigt dann mit einer Zeitkonstante wieder an und nähert sich dem stationären Endwert an.
Unter einer sprunghaften Veränderung des Stroms wird hierbei eine Änderung des Stroms verstanden, die schneller als die Zeitkonstante des Reglers erfolgt. In anderen Worten, ein „sprunghafter" Anstieg des Stroms erfolgt innerhalb einer Zeit, die kürzer ist als die Zeit, innerhalb derer der Regler gemäß der Laständerung nachregeln kann. Ein Anstieg des Stroms kann aber auch schon dann als sprunghaft bezeichnet werden, wenn der Anstieg schneller erfolgt als die bei der Wiederherstellung der ursprünglich an dem Regler anliegenden Ausgangsspannung auftretende Zeitkonstante.
Die Zeitkonstante für den Abfall der an dem Regler anliegenden Ausgangsspannung bzw. für den Anstieg der an dem Regler anliegende Ausgangsspannung kann beispielsweise dadurch definiert werden, dass innerhalb der Zeitkonstante die Abweichung von dem Minimalwert (bei einem Abfall der Ausgangsspannung) bzw. dem stationären Endwert (bei einem Anstieg der Ausgangsspannung) auf das 1/e-fache der anfänglich anliegenden Abweichung zurückgeht.
Aus den graphischen Darstellungen 610, 650 der 16 ist somit ersichtlich, dass die Reglerspannung an dem Ausgang des Reglers bei dem Lastwechsel ausgehend von einem anfänglichen stationären Wert einbricht. Der Einbruch erfolgt mit einer ersten Zeitkonstante des Reglers, und die Erholung der Reglerspannung zurück zu dem stationären Wert erfolgt mit einer zweiten Zeitkonstante.
Gemäß dem Stand der Technik wird der anhand der 16 gezeigte Einbruch der Versorgungsspannung bei einem Lastwechsel lediglich durch spezielle Sensoren überwacht. Die Sensoren unterdrücken bei Unterschreiten der minimal zulässigen Versorgungsspannung solange Systemtakte einer durch den Regler versorgten Schaltungsanordnung, bis sich die Versorgungsspannung durch das automatische Nachjustieren des Reglers wieder erholt hat. Der beschriebene Mechanismus benötigt allerdings ein paar Takte (Systemtakte) bis er wirksam wird, da es sich um einen integrativen Mechanismus handelt. Es ist nämlich eine gewisse Zeit bzw. Anzahl an Systemtakten erforderlich, um die Versorgungsspannung zu observieren bzw. um eine Taktunterdrückung einzusynchronisieren.
Der beschriebene Mechanismus ist außerdem bei Stromverbrauchern unwirksam, die keine Unterdrückung von Takten erlauben.
Somit kann festgehalten werden, dass gemäß dem Stand der Technik eine Reaktion auf einen Lastwechsel erst dann erfolgt, wenn ein Einbruch der an dem Ausgang des Reglers anliegenden Versorgungsspannung unter einem vorgegebenen Schwellwert erkannt wird. Es hat sich gezeigt, dass gemäß dem Stand der Technik Spannungseinbrüche nicht optimal minimiert werden können. Zwar könnte gemäß dem Stand der Technik der Schwellwert erhöht werden, als Folge würden dann aber öfters – auch unnötigerweise – Systemtakte unterdrückt, wodurch die Systemperformance sinken würde.
Die DE 41 23 416 A1 zeigt eine Spannungsversorgungseinrichtung zum Erzeugen einer konstanten Belastung einer Spannungsquelle, unabhängig von einer veränderbaren Verbraucherbelastung. Ein Ausregeln eines unterschiedlichen Leistungsbedarfs wird dadurch erreicht, dass Leistungsschwankungen als Spannungsschwankungen dynamisch über Kondensatoren an einem Messwiderstand abgegriffen und verstärkt werden. Durch dementsprechende Steuersignale wird eine parallel zum Verbraucher liegende Stromquelle gesteuert, wobei die Summe von Verbraucherstrom und Stromquellenstrom konstant bleibt.
Die DE 198 12 920 A1 beschreibt eine Schaltungsanordnung zur Steuerung und Erfassung des Laststroms durch eine Last. Der Stromfluss durch eine Last wird bei Erfassung des Stromflusses nach einem Strom-Sense-Prinzip gesteuert. Die Schaltungsanordnung besitzt ein erstes Transistorpaar aus einem ersten Last- und Hilfstransistor, die einen gemeinsamen Steueranschluss und jeweils einen ersten Laststreckenanschluss aufweisen, wobei die Last an dem ersten Laststreckenanschluss des ersten Lasttransistors angeschlossen ist. Eine Messanordnung ist über eine erste Eingangsklemme an dem ersten Laststreckenanschluss des ersten Lasttransistors und über eine zweite Eingangsklemme an den ersten Laststreckenanschluss des ersten Hilfstransistors angeschlossen und weist eine Ausgangsklemme auf, an der ein Stromflusssignal abgreifbar ist. Dem ersten Lasttransistor ist wenigstens ein weiterer Lasttransistor parallel geschaltet, der über einen weiteren Steueranschluss abhängig von dem durch die Last fließenden Strom ansteuerbar ist.
Die DE 103 45 235 A1 beschreibt eine Stromversorgungsschaltung und ein Verfahren zur Stromversorgung einer Last. Die Versorgungsschaltung umfasst einen Eingang zur Zuführung eines Sollwertsignals und einen Lastanschluss zum Anschließen einer Last und zum Bereitstellen eines von dem Sollwertsignal abhängigen Stromes durch die Last. Die Versorgungsschaltung umfasst ferner eine aktivierbare und deakti vierbare Stromregelanordnung, die an die Ausgangsklemme angeschlossen ist, und der das Sollwertsignal und ein von dem Laststrom abhängiges Strommesssignal zugeführt sind. Die Stromregelanordnung bewirkt in einem aktivierten Zustand einen von dem Sollwertsignal abhängigen geregelten Laststrom durch die Last. Eine aktivierbare und deaktivierbare einstellbare Stromquellenanordnung ist an die Ausgangsklemme angeschlossen und bewirkt in einem aktivierten Zustand einen von dem Sollwert abhängigen Strom durch die Last. Eine Vergleicherschaltung, der das Sollwertsignal und ein Grenzwertsignal zugeführt werden, aktiviert abhängig von einem Vergleich des Sollwertsignals mit einem Grenzwertsignal entweder die Stromregelanordnung oder die Stromquellenanordnung.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stromversorgungsschaltung sowie ein Verfahren zum Versorgen einer Schaltung mit einer Versorgungsspannung zu schaffen, durch die ermöglicht wird, einen Spannungseinbruch bei einem Lastwechsel gegenüber herkömmlichen Konzepten zur Spannungsversorgung zu verringern und somit die Systemstabilität wie auch die Systemperformance zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird durch eine Spannungsversorgungsschaltung gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Verfahren zum Versorgen einer Schaltung mit einer Versorgungsspannung gemäß Anspruch 16 gelöst.
Die vorliegende Erfindung schafft eine Spannungsversorgungsschaltung mit einer Regelschaltung bzw. Reglerschaltung, die zwischen eine erste Versorgungsspannungszuführung und eine zweite Versorgungsspannungszuführung geschaltet ist. Die Regelschaltung ist ausgelegt, um basierend auf einer auf der ersten Versorgungsspannungszuführung vorhandenen ersten Versorgungsspannung eine auf der zweiten Versorgungsspannungszuführung vorhandene zweite Versorgungsspannung zu regeln. Die Regelschaltung ist zu diesem Zweck ausgelegt, um einen Versorgungsstrom an die zweite Versorgungsspannungszuführung zu liefern. Die erfindungsgemäße Spannungsversorgungsschaltung umfasst ferner eine Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung, die ausgelegt ist, um basierend auf einer Information, die ein Maß für den aktuellen Versorgungsstrom ist, zu bestimmen, ob sich die Regelschaltung an einem schwachen Arbeitspunkt befindet. An einem schwachen Arbeitspunkt ist der von der Regelschaltung gelieferte Versorgungsstrom unter einem vorgegeben Stromwert. Liefert die Regelschaltung einen Strom, der unterhalb des gegebenen Stromwerts ist, so würde die zweite Versorgungsspannung betragsmäßig vorübergehend unter einen vorgegebenen zulässigen Mindest-Spannungswert fallen, wenn der auf der zweiten Versorgungsspannungszuführung vorliegende Strom innerhalb einer vorgegebenen Zeit um einen vorgegebenen Strombetrag anstiege. Fiele weiterhin die Versorgungsspannung unter den vorgegebenen zulässigen Mindestspannungswert, so wäre ein zuverlässiger Betrieb einer durch die zweite Versorgungsspannung versorgten Schaltung nicht gewährleistet. Die erfindungsgemäße Spannungsversorgungsschaltung umfasst ferner eine Verhinderungseinrichtung, die ausgelegt ist, um zu verhindern, dass ausgehend von dem schwachen Arbeitspunkt ein Anstieg des Versorgungsstroms um den vorgegebenen Strombetrag innerhalb der vorgegebenen Zeit stattfindet.
In anderen Worten, die Verhinderungseinrichtung ist ausgelegt, um zu verhindern, dass ausgehend von dem schwachen Arbeitspunkt der Versorgungsstrom so schnell ansteigt, dass die Regelschaltung die geregelte zweite Versorgungsspannung nicht mehr schnell genug nachregeln kann, so dass die zweite Versorgungsspannung unter den Mindest-Spannungswert fallen würde.
Es ist der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung, dass es vorteilhaft ist, den Arbeitspunkt der Regelschaltung zu überwachen, und in dem Fall, dass sich die Regelschaltung an einem schwachen Arbeitspunkt befindet, an dem er einen innerhalb der vorgegebenen Zeit auftretenden, eine bestimmte Größe überschreitenden Anstieg des Versorgungsstroms nicht mehr ausregeln könnte, einen entsprechenden nicht-ausregelbaren Anstieg des Versorgungsstroms zu unterbinden. Befindet sich die Regelschaltung hingegen an einem starken Arbeitspunkt, also an einem Arbeitspunkt, bei dem die Regelschaltung einen Anstieg des Versorgungsstroms ausregeln kann, ohne dass die zweite Versorgungsspannung unter den zulässigen den Mindest-Spannungswert fällt, so ist die Verhinderungseinrichtung hingegen nicht mehr wirksam bzw. verhindert nicht mehr eine Veränderung des Versorgungsstroms.
In anderen Worten, an einem schwachen Arbeitspunkt der Regelschaltung würde also per Definition bei einem bestimmten Lastwechsel bzw. bei einem bestimmten Anstieg des Versorgungsstroms ein größerer Spannungseinbruch der geregelten zweiten Versorgungsspannung erfolgen als an einem starken Arbeitspunkt.
Es ist somit der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung, dass es vorteilhaft ist, den Arbeitspunkt der Regelschaltung zu überwachen, und in dem Fall, dass sich die Regelschaltung an einem schwachen Arbeitspunkt befindet, einen nicht-ausregelbaren Anstieg des Versorgungsstroms zu unterbinden. Befindet sich die Regelschaltung hingegen an einem starken Arbeitspunkt, also an einem Arbeitspunkt, bei dem eine Laständerung (z.B. ein Lastanstieg) aufgrund der Regelcharakteristik einen geringeren Spannungseinbruch (als an dem schwachen Arbeitspunkt) bewirkt, ohne dass die zweite Versorgungs spannung unter den zulässigen den Mindest-Spannungswert fällt (auch als – mit ausreichend kleinem Spannungseinbruch – ausregelbare Laständerung bzw. als – mit ausreichend kleinem Spannungseinbruch – ausregelbarer Lastanstieg bezeichnet), so ist die Verhinderungseinrichtung hingegen nicht mehr wirksam bzw. verhindert nicht mehr eine Veränderung des Versorgungsstroms.
Durch das erfindungsgemäße Konzept wird somit sichergestellt, dass eine unzulässig große Zunahme des Versorgungsstroms innerhalb der vorgegebenen Zeit bzw. innerhalb des vorgegebenen Zeitintervalls (also ein sprunghafter Anstieg des Versorgungsstroms) genau dann verhindert wird, wenn die Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung erkennt, dass sich die Regelschaltung an den schwachen Arbeitspunkt befindet.
Das erfindungsgemäße Konzept bringt den Vorteil mit sich, dass auf der zweiten Versorgungsspannung keine unzulässig starken Einbrüche unterhalb des zulässigen Mindest-Spannungswerts auftreten, wodurch gewährleistet ist, dass die durch die zweite Versorgungsspannung versorgte Schaltung stets zuverlässig arbeitet.
Im übrigen ist festzuhalten, dass durch das erfindungsgemäße Konzept einer unzulässig großen Zunahme des Versorgungsstroms, die in einem Einbruch der zweiten Versorgungsspannung resultieren würde, vorgebeugt wird, solange sich die Regelschaltung an dem schwachen Arbeitspunkt befindet. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird somit bereits vor dem Auftreten eines Anstiegs des Versorgungsstroms, basierend auf der Information, die ein Maß für den aktuellen Versorgungsstrom ist, durch die Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung festgestellt, ob sich die Regelschaltung an einem kritischen, schwachen Arbeitspunkt befindet. Somit kann die Verhinderungsschaltung vorbeugend wirksam werden, um in diesem Fall einen unzulässig großen Stromanstieg zu verhindern. Die beschriebene Vorgehensweise steht im Gegensatz zu herkömmlichen Lösungen, bei denen ein Anstieg des Versorgungsstroms erst basierend auf einem Abfall der zweiten Versorgungsspannung erkannt wird. Somit kann bei herkömmlichen Lösungen einem unzulässig großen Anstieg des Versorgungsstroms nicht vorbeugend entgegengewirkt werden. Die vorliegende Erfindung ermöglicht es hingegen, einen unzulässig großen Anstieg des Versorgungsstroms genau dann zu unterbinden, wenn sich die Regelschaltung an einem schwachen Arbeitspunkt befindet.
Die vorliegende Erfindung bringt somit ferner den Vorteil, dass ein Anstieg des Versorgungsstroms nur dann begrenzt wird, wenn dies auch erforderlich ist.
Die vorliegende Erfindung bringt somit insgesamt den Vorteil, dass eine durch die zweite Versorgungsspannung versorgte Schaltung auch dann zuverlässig betrieben werden kann, wenn eine Stromaufnahme der Schaltung starken Schwankungen unterworfen ist.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst die Regelschaltung einen Regeltransistor, der zwischen die erste Versorgungsspannungszuführung und die zweite Versorgungsspannungszuführung geschaltet ist.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung ausgelegt, um von dem Versorgungsstrom einen Strom abzuleiten, der ein skaliertes Abbild des Versorgungsstroms ist, um den abgeleiteten Strom mit einem vorgegebenen Referenzstrom zu ver gleichen und um ein Vorliegen eines schwachen Arbeitspunktes des Regeltransistors zu erkennen, wenn der abgeleitete Strom kleiner als der Referenzstrom ist. Es hat sich nämlich gezeigt, dass der durch den Regeltransistor fließende Versorgungsstrom ein Maß dafür ist, ob sich der Regeltransistor an einem schwachen Arbeitspunkt befindet. Ist der Strom durch den Regeltransistor gering, so deutet dies darauf hin, dass der Regeltransistor eine schnelle, innerhalb der vorgegebenen Zeit erfolgende Zunahme des Versorgungsstroms um den gegebenen Strom nicht ausregeln kann, so dass bei einem entsprechenden Anstieg des Versorgungsstroms die zweite Versorgungsspannung unter den vorgegebenen zulässigen Mindest-Spannungswert fallen würde. Ist der Versorgungsstrom, der durch den Regeltransistor geliefert wird, hingegen hinreichend groß, so kann davon ausgegangen werden, dass der Regeltransistor auch eine größere Zunahme des Versorgungsstroms ausregeln könnte, ohne dass die zweite Versorgungsspannung den zulässigen Mindest-Spannungswert unterschreitet. Die beschriebenen Zusammenhänge ergeben sich aus der Kennlinie des Regeltransistors in Zusammenhang mit einer dynamischen Analyse desselben.
Ferner ist es vorteilhaft, nicht den Versorgungsstrom selbst, sondern ein skaliertes Abbild des Versorgungsstroms für einen Vergleich mit dem Referenzstrom zu verwenden. Das skalierte Abbild des Versorgungsstroms kann beispielsweise deutlich kleiner sein als der Versorgungsstrom selbst, so dass auch der zu dem Vergleich herangezogene Referenzstrom entsprechend klein gewählt werden kann. Damit ergibt sich eine stromsparende Möglichkeit zur Durchführung des Vergleichs.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst die Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung einen Arbeitspunkt- Bestimmungstransistor, der gleichartig wie der Regeltransistor aufgebaut ist, und der gegenüber dem Regeltransistor derart skaliert ist, dass ein durch den Arbeitspunkt-Bestimmungstransistor fließender Strom bei gleichen anliegenden Spannungen an den Regeltransistor und an dem Arbeitspunkt-Bestimmungstransistor, von parasitären Abweichungen abgesehen, proportional zu dem Versorgungsstrom ist. Der Strom durch den Arbeitspunkt-Bestimmungstransistor ist bevorzugt kleiner als der Versorgungsstrom, um eine stromsparende Bestimmung des Arbeitspunkts des Regeltransistors zu ermöglichen. Ferner sind der Regeltransistor und der Arbeitspunkt-Bestimmungstransistor bevorzugt so verschaltet, dass bei den beiden Transistoren zumindest eine Spannungsdifferenz zwischen zwei Anschlüssen gleich groß ist. Dadurch ist gewährleistet, dass der Regeltransistor und der Arbeitspunkt-Bestimmungstransistor an im Wesentlichen gleichen Betriebspunkten betrieben werden. Folglich fließt durch den Arbeitspunkt-Bestimmungstransistor ein Strom, der ein Maß für den durch den Regeltransistor fließenden Versorgungsstrom ist.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst die Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung einen Kondensator, dessen Ladestrom durch eine Differenz zwischen dem abgeleiteten Strom und dem Referenzstrom festgelegt wird. Die Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung ist in diesem Fall ausgelegt, um basierend auf einer Kondensatorspannung des Kondensators zu entscheiden, ob sich der Regeltransistor an einem schwachen Arbeitspunkt befindet. Durch den entsprechenden Kondensator kann eine Zeitkonstante des Regeltransistors bzw. der mit dem Regeltransistor gekoppelten Regelung nachgebildet werden. Somit wird durch die Verwendung des Kondensators das zeitliche Verhalten des Regeltransistors nachgebildet, um aus der Kondensatorspannung einen besonders genauen Rückschluss auf den tatsächlichen Arbeitspunkt des Regeltransistors bzw. auf dessen Fähigkeit, einen Anstieg des Versorgungsstroms auszuregeln, zu erhalten.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst die Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung einen Schmitt-Trigger, der ausgelegt ist, um die Kondensatorspannung zu empfangen, und dessen Ausgangssignal eine Information darüber bildet, ob sich der Regeltransistor an einem schwachen Arbeitspunkt befindet. Durch einen Schmitt-Trigger wird sichergestellt, dass die Information über den Arbeitspunkt des Regeltransistors zeitlich stabil ist und beispielsweise bei Auftreten von kurzen Stromspitzen auf der zweiten Versorgungsspannungszuführung einen konstanten Wert annimmt.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst die Spannungsversorgungsschaltung eine schaltbare Stromsenke, die so mit der zweiten Versorgungsspannungszuführung gekoppelt ist, dass durch Einschalten der Stromsenke der Versorgungsstrom erhöht werden kann. Die Spannungsversorgungsschaltung ist ferner ausgelegt, um eine Information über eine bevorstehende Erhöhung des Versorgungsstroms zu empfangen, und um die Stromsenke einzuschalten, wenn eine Information vorliegt, die eine bevorstehende Erhöhung des Versorgungsstroms anzeigt, und wenn sich der Regeltransistor an einem schwachen Arbeitspunkt befindet. Die Spannungsversorgungsschaltung ist ferner ausgelegt, um die Stromsenke andernfalls abzuschalten.
In anderen Worten, die Spannungsversorgungsschaltung ist bevorzugt ausgelegt, um die schaltbare Stromsenke genau dann einzuschalten und dadurch den durch den Regeltransistor fließenden Versorgungsstrom zu erhöhen, wenn eine Information vorliegt, die anzeigt, dass sich die Stromaufnahme der durch die zweite Versorgungsspannung versorgten Schaltung innerhalb eines bestimmten absehbaren Zeitintervalls erhöhen wird, und wenn sich der Regeltransistor zusätzlich an einem schwachen Arbeitspunkt befindet. Somit wird der Regeltransistor vor der tatsächlichen Erhöhung des von der versorgten Schaltung benötigten Stroms von dem schwachen Arbeitspunkt an einen stärkeren Arbeitspunkt gebracht, an dem der Regeltransistor die Erhöhung des von der versorgten Schaltung benötigten Stroms ausregeln kann, ohne dass die zweite Versorgungsspannung unter den zulässigen Mindest-Spannungswert fällt.
Das beschriebene Konzept bringt den wesentlichen Vorteil mit sich, dass die schaltbare Stromsenke nur dann aktiviert ist, wenn eine Erhöhung des von der versorgten Schaltung benötigten Stroms absehbar ist bzw. wenn die bevorstehende Erhöhung des von der versorgten Schaltung benötigten Stroms der Stromversorgungsschaltung signalisiert wird. Befindet sich der Regeltransistor entweder nicht an einem schwachen Arbeitspunkt oder steht keine Erhöhung des von der versorgten Schaltung benötigten Stroms bevor, so ist die Stromsenke abgeschaltet, und die Spannungsversorgungsschaltung verbraucht nur einen minimal benötigten Strom.
Der durch die Stromsenke abgeleitete Strom ist im übrigen kleiner als die bevorstehende Zunahme des von der versorgten Schaltung benötigten Stroms. Dadurch verursacht ein Aktivieren der Stromsenke nur einen geringen Einbruch der geregelten Versorgungsspannung.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Ansteuereinrichtung ausgelegt, um die durch die zweite Versorgungsspannung versorgte Schaltung so anzusteuern, dass ein von der versorgten Schaltung aufgenommener Strom innerhalb der vorgegebenen Zeit um weniger als den vorgegebenen Strombetrag ansteigt, wenn die Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung feststellt, dass sich der Regeltransistor an einem schwachen Arbeitspunkt befindet. Stellt die Arbeitspunktbestimmungseinrichtung hingegen fest, dass sich der Regeltransistor nicht an einem schwachen Arbeitspunkt befindet, so wirkt die Ansteuereinrichtung nicht auf die versorgte Schaltung ein bzw. erlaubt einen Betrieb der versorgten Schaltung mit einer maximalen Stromaufnahme.
Stellt die Arbeitspunktbestimmungseinrichtung also fest, dass der Regeltransistor einen bestimmten Anstieg des Versorgungsstroms nicht ausregeln kann, so steuert die Ansteuereinrichtung die versorgte Schaltung derart an, dass die Zunahme des Versorgungsstroms innerhalb der vorgegebenen Zeit nicht größer ist als der maximal durch den Regeltransistor ausregelbare Anstieg des Versorgungsstroms (in der vorgegebenen Zeit).
Es wird dabei bevorzugt, dass die Ansteuereinrichtung ausgelegt ist, um eine Taktfrequenz des Taktsignals, das der versorgten Schaltung zugeführt wird, auf einen niedrigen Wert einzustellen, wenn sich der Regeltransistor an einem schwachen Arbeitspunkt befindet. Befindet sich der Regeltransistor hingegen nicht an einem schwachen Arbeitspunkt, so stellt die Ansteuereinrichtung bevorzugt die Taktfrequenz des Taktsignals auf einen hohen Wert ein. Eine solche Ansteuerung ist vorteilhaft, wenn davon ausgegangen werden kann, dass die Taktfrequenz des Taktsignals einen Einfluss auf eine Stromaufnahme der versorgten Schaltung hat.
Durch die Reduzierung der Taktfrequenz kann erreicht werden, dass der Versorgungsstrom durch den Regeltransistor nur um einen geringen Strombetrag zunimmt, sobald eine in der ver sorgten Schaltung enthaltene inaktive Einheit aktiviert wird. Bei einer hohen bzw. vollen Taktfrequenz würde der Versorgungsstrom hingegen um einen größeren Strombetrag zunehmen.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Ansteuereinrichtung ausgelegt, um mindestens einen (zum Zeitpunkt der Blockierung) inaktiven Schaltungsteil der durch die zweite Versorgungsspannung versorgten Schaltung zu blockieren, solange sich der Regeltransistor an einem schwachen Arbeitspunkt befindet, und um den blockierten Schaltungsteil für eine Aktivierung freizugeben, wenn sich der Regeltransistor nicht mehr an einen schwachen Arbeitspunkt befindet.
Mit anderen Worten, erkennt die Arbeitspunktbestimmungseinrichtung, dass sich der Regeltransistor an einem schwachen Arbeitspunkt befindet, so gibt die Ansteuereinrichtung Steuersignale an die versorgte Schaltung aus, so dass nicht mehr alle Teilschaltungen der versorgten Schaltung aktiviert werden können. Somit kann nur noch ein Teil der in der versorgten Schaltungsanordnung enthaltenden Teilschaltungen aktiviert werden, wenn sich der Regeltransistor an einem schwachen Arbeitspunkt befindet. Befindet sich der Regeltransistor hingegen an einem starken Arbeitspunkt bzw. nicht mehr an einem schwachen Arbeitspunkt, so können beispielsweise alle in der versorgten Schaltung enthaltenen Teilschaltungen aktiviert werden, wenn dies erforderlich ist. Die Verhinderungseinrichtung blockiert in diesem Fall also keine Teilschaltungen.
Im übrigen wird es beispielsweise bevorzugt, dass bei dem Blockieren beispielsweise eine echte Teilmenge aus einer Men ge von gleichartigen Teilschaltungen (z.B. Leseverstärkern eines nicht-flüchtigen Speichers) blockiert werden.
Das Blockieren der Teilschaltungen kann beispielsweise durch Deaktivieren der zu den blockierten Schaltungsteilen gehörigen Versorgungsspannung, durch Blockieren eines zugehörigen Taktsignals oder durch Unterbrechen eines Signalflusses, (beispielsweise durch ein Gatter oder einen Schalter) erfolgen.
Somit wird erreicht, dass der Anstieg des Versorgungsstroms begrenzt ist, wenn sich der Regeltransistor an einen schwachen Arbeitspunkt befindet. Die versorgte Schaltung kann in diesem Fall nur teilweise aktiviert werden, wodurch ein übermäßiger Anstieg des Versorgungsstroms unterbunden ist.
Bei einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst die erfindungsgemäße Spannungsversorgungsschaltung eine schaltbare Stromsenke, die so mit der Versorgungsspannungszuführung gekoppelt ist, dass durch Einschalten der Stromsenke der Versorgungsstrom erhöht werden kann. Die Stromversorgungsschaltung ist ausgelegt, um die schaltbare Stromsenke einzuschalten, wenn die Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung signalisiert, dass sich der Regeltransistor an einem schwachen Arbeitspunkt befindet. Ein von der schaltbaren Stromsenke in dem eingeschalteten Zustand aufgenommener Strom ist so gewählt, dass sich der Regeltransistor nach Einschalten der Stromsenke nicht mehr an einem schwachen Arbeitspunkt befindet. Mit anderen Worten, nach dem Einschalten der Stromsenke befindet sich der Regeltransistor an einem starken Arbeitspunkt, an dem der Regeltransistor eine größere Zunahme des Versorgungsstroms ausregeln kann als an dem schwachen Ar beitspunkt (ohne dass die zweite Versorgungsspannung unter den zulässigen Mindest-Spannungswert fällt).
In anderen Worten, durch Einschalten der Stromsenke wird der Arbeitspunkt des Regeltransistors derart verschoben, dass der Regeltransistor einen stärkeren Anstieg des Versorgungsstroms innerhalb der vorgegebenen Zeit ausregeln kann, als bei abgeschalteter Stromsenke. Dabei ist freilich sicherzustellen, dass der Regeltransistor durch das Aktivieren der Stromsenke nicht strommäßig überlastet wird, dass also der Regeltransistor auch nach Einschalten der Stromsenke noch einen ausreichend zusätzlichen Stromfluss liefern kann, um einen ansteigenden Strombedarf der versorgten Schaltung befriedigen zu können.
Die vorliegende Erfindung umfasst ferner ein Verfahren zum Versorgen einer Schaltung mit einer Versorgungsspannung, bei dem analog die in der oben beschriebenen Spannungsversorgungsschaltung ablaufenden Schritte ausgeführt werden.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1a eine graphische Darstellung eines Einbruchs einer durch einen Regeltransistor bereitgestellten Reglerspannung bei einem Lastwechsel;
1b eine graphische Darstellung eines Einbruchs einer durch einen Regeltransistor bereitgestellten Regelspannung bei einem Lastwechsel;
1c eine graphische Darstellung einer Abhängigkeit einer bei einem Lastwechsel auftretenden minimalen Regelspannung in Abhängigkeit von einem Grundstrom und einer Größe des Lastwechsels;
2 eine graphische Darstellung eines Spannungsverlaufs einer Regelspannung bei einem schrittweisen Lastwechsel;
3 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Spannungsversorgungsschaltung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Spannungsversorgungsschaltung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Spannungsversorgungsschaltung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
6 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Spannungsversorgungsschaltung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
7 ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung zur Signalisierung eines schwachen Arbeitspunktes zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Spannungsversorgungsschaltung;
8 ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung zur Realisierung einer Spannungsversorgungsschaltung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Verwendung einer programmierbaren Stromsenke;
9 ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung zur Realisierung einer Spannungsversorgungsschaltung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Verwendung einer programmierbaren Stromsenke sowie einer schaltbaren Referenzstromquelle;
10 eine graphische Darstellung eines Stromverlaufs in einer Spannungsversorgungsschaltung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
11a ein erster Teil eines Schaltbilds einer erfindungsgemäßen Spannungsversorgungsschaltung;
11b ein zweiter Teil eines Schaltbildes einer erfindungsgemäßen Spannungsversorgungsschaltung;
12 eine graphische Darstellung von Spannungs- und Stromverläufen beim Einschalten einer Last, mit und ohne Verwendung des erfindungsgemäßen Konzepts;
13 eine graphische Darstellung von Spannungs- und Stromverläufen beim schnellen Aus- und Einschalten eines Laststroms, mit und ohne Verwendung des erfindungsgemäßen Konzepts;
14 eine graphische Darstellung von simulierten Spannungs- und Stromverläufen im Falle von Lastwechseln unter Verwendung einer herkömmlichen Spannungsversorgungsschaltung;
15 eine graphische Darstellung von simulierten Spannungs- und Stromverläufen im Falle von Lastwechseln unter Verwendung einer erfindungsgemäßen Spannungsversorgungsschaltung;
15a ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Versorgen einer Schaltung mit einer Versorgungsspannung; und
16 eine graphische Darstellung von Spannungs- und Stromverläufen für einen Lastwechsel unter Verwendung einer herkömmlichen Spannungsversorgungsschaltung.
Um ein Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, wird im Folgenden anhand der 1a, 1b, 1c und 2 die Antwort eines Spannungsreglers auf einen Lastwechsel beschrieben.
Es wird dabei davon ausgegangen, dass aus einer externen Versorgungsspannung (im Folgenden auch als erste Versorgungsspannung bezeichnet), die auf einer ersten Versorgungsspannungszuführung vorliegt, eine interne Versorgungsspannung (im Folgenden auch als zweite Versorgungsspannung bezeichnet) erzeugt wird, wobei die zweite bzw. interne Versorgungsspannung an einer zweiten Versorgungsspannungszuführung anliegt. Zwischen die erste Versorgungsspannungszuführung und die zweite Versorgungsspannungszuführung ist ein Regeltransistor geschaltet, dessen Laststrecke von einem Versorgungsstrom durchflossen ist, wobei der Versorgungsstrom an die zweite Versorgungsspannungszuführung geliefert wird. Bei der Laststrecke des Regeltransistors kann es sich beispielsweise um eine Drain-Source-Strecke eines Feldeffekttransistors oder um eine Kollektor-Emitter-Strecke eines Bipolartransistors handeln. Der Steueranschluss des Regeltransistors ist ferner mit einer Regelschaltung verbunden, die die zweite Versorgungsspannung empfängt und den Steueranschluss (typischerweise Gate-Anschluss oder Basis-Anschluss) des Regeltransistors ansteuert, um zu erreichen, dass die zweite Versorgungsspannung (in einem stationären Fall) unabhängig von dem Versorgungsstrom auf einen festen vorgegebenen Wert ausgeregelt ist. Die entsprechende Regelung für die zweite Versorgungsspannung, die als Stellglied den Regeltransistor umfasst, weist mehrere Zeitkonstanten auf. Eine erste Zeitkonstante der Regelung gibt dabei an, wie schnell die Regelung anspricht, das heißt, wie lange die Regelung benötigt, um im Falle einer Lastzunahme dem Abfall der zweiten Versorgungsspannung entgegenzuwirken (wobei unter einer Lastzunahme eine Erhöhung des an die zweite Versorgungsspannungszuführung zu liefernden Versorgungsstroms verstanden wird). Die erste Zeitkonstante beschreibt also, wie lange nach einer Lastzunahme der minimale Wert der zweiten Versorgungsspannung erreicht wird. Eine zweite Zeitkonstante der Regelung gibt an, wie viel Zeit die Regelung benötigt, um die zweite Versorgungsspannung wieder (zumindest näherungsweise) auf den Ausgangswert zurückzubringen bzw. eine Regelabweichung, die als Differenz zwischen dem aktuellen Wert der zweiten Versorgungsspannung und dem Endwert der zweiten Versorgungsspannung definiert ist, wieder betragsmäßig unterhalb eine vorgegebenen Schranke zu bringen (wobei die vorgegebene Schranke beispielsweise als ein absoluter Wert oder als Bruchteil einer bei dem Lastwechsel maximal auftretenden Regelabweichung definiert sein kann).
Ganz allgemein kann festgehalten werden, dass bei einem großen Lastwechsel (Zunahme des durch den Regeltransistor gelieferten Versorgungsstroms) bei einem Regler die geregelte zweite Versorgungsspannung einbricht. Eine Ursache für diesen Einbruch kann beispielsweise ein ungünstiger Arbeitspunkt des Regeltransistors mit einer geringen Drain-Source-Spannung (bzw. Kollektor-Emitter-Spannung) oder schwacher Inversion sein. Ein Spannungseinbruch kann auch dadurch verursacht werden, dass ein resistiver Transistor-Arbeitspunkt vorliegt.
Bei einem Lastwechsel muss der Steueranschluss des Regeltransistors (beispielsweise der Gate-Anschluss des Regeltransistors) geladen bzw. umgeladen werden, um einen Spannungsabfall (der geregelten Versorgungsspannung) zu verhindern. Das Umladen erfolgt durch eine Regelschleife mit einer Zeitkonstante im Bereich von mehreren Millisekunden.
Der Spannungsabfall hängt von dem Arbeitspunkt des Regeltransistors ab. Die 1a und 1b zeigen graphische Darstellungen eines Einbruchs einer durch einen Regeltransistor bereitgestellten Versorgungsspannung bzw. Regelspannung bei einem Lastwechsel. 1a und 1b zeigen einen Vergleich von Spannungseinbrüchen bei unterschiedlicher Grundlast. Die graphische Darstellung der 1a in ihrer Gesamtheit mit 100 bezeichnet. An einer Abszisse 110 ist die Zeit aufgetragen. Eine erste Ordinate zeigt eine durch den Regeltransistor bereitgestellte Versorgungsspannung. Eine zweite Ordinate 122 zeigt einen von dem Regeltransistor gelieferten Versorgungsstrom. Die erste graphische Darstellung 100 beschreibt somit einen Spannungsabfall, der bei Verwendung eines NMOS-Transistors (als Regeltransistor) auftritt, für eine Zunahme des durch den Regeltransistor gelieferten Stroms. Die graphi sche Darstellung 100 zeigt Spannungs- und Stromverläufe basierend auf einer Simulation einer Regelschaltung mit einem oben beschriebenen Transistor unter Verwendung eines VHDL-AMS-Modells des Reglers. Wie aus der graphischen Darstellung 100 der 1a ersichtlich, verursacht ein Anstieg des durch den Regeltransistor gelieferten Versorgungsstroms einen Spannungsabfall, wobei die durch den Regeltransistor geregelte (zweite) Versorgungsspannung abfällt.
Der entsprechende Spannungsverlauf der geregelten (zweiten) Versorgungsspannung ist mit 130 bezeichnet, und der Verlauf des durch den Regeltransistor geregelten Strom ist mit 140 bezeichnet. Aus der graphischen Darstellung 100 der 1 ist ferner ersichtlich, dass der Minimalwert der Spannung etwa eine erste Zeitkonstante nach dem Anstieg des Stroms erreicht wird, und dass ferner eine Erholung der durch den Regler bereitgestellten geregelten Spannung eine Zeitdauer benötigt, die als zweite Zeitkonstante bezeichnet wird.
In einer graphischen Darstellung 150 der 1b ist ein zeitlicher Verlauf von Spannung und Strom gezeigt, der dem in der graphischen Darstellung 100 der 1a gezeigten Verlauf sehr ähnlich ist. Daher sind in der graphischen Darstellung 150 gleiche Koordinatenachsen gleich bezeichnet wie in der graphischen Darstellung 100. Die Abszisse der graphischen Darstellung 150 der 1a weist dabei einen anderen Wertebereich auf, wobei hier jedoch nur relative Zeitdifferenzen von Relevanz sind.
Die graphische Darstellung 150 zeigt einen Spannungsverlauf 160, der durch den Regeltransistor geregelten (zweiten) Versorgungsspannung, die zu einem Stromverlauf 170 des durch den Regeltransistor gelieferten Versorgungsstroms gehört. Die graphische Darstellung 150 zeigt dabei einen Anstieg des Versorgungsstroms etwa gleicher Größe wie in der graphischen Darstellung 100, aber ausgehend von einem höheren anfänglichen Stromfluss. Der Stromanstieg verursacht dabei einen Spannungsabfall der durch den Regeltransistor gelieferten Versorgungsspannung, der kleiner ist als der Spannungsabfall gemäß der graphischen Darstellung 100.
Es lässt sich somit festhalten, dass ein Anstieg des durch den Regeltransistor gelieferten Versorgungsstroms ausgehend von einem größeren anfänglichen Stromfluss einen geringeren Abfall der durch den Regeltransistor geregelten (zweiten) Versorgungsspannung bewirkt als ein etwa gleichgroßer Anstieg des Versorgungsstroms ausgehend von einem kleineren anfänglichen Stromfluss. Der Spannungsabfall (der bei einer Zunahme des Versorgungsstroms auftritt), hängt somit von dem absoluten Wert des Stromanstiegs und von dem vor dem Anstieg vorliegenden (anfänglichen) Strom ab.
Es sei hier ferner noch darauf hingewiesen, dass bei dem in der graphischen Darstellung 150 gezeigten Fall eine erste Zeitkonstante dadurch definiert ist, dass nach deren Verstreichen ein Minimalwert der geregelten Spannung erreicht wird. Ein Anstieg der geregelten Spannung zurück dem Gleichgewichts-Wert erfolgt mit einer zweiten Zeitkonstante.
Es wird ferner darauf hingewiesen, dass der Anstieg des Stroms jeweils deutlich schneller erfolgt als die beiden relevanten Zeitkonstanten des Reglers für das Erreichen der minimalen geregelten Spannung und das Zurückkehren zu dem Gleichgewichtswert. Daher kann in diesem Zusammenhang auch von einem sprunghaften Stromanstieg gesprochen werden.
Die 1c zeigt eine graphische Darstellung, die beschreibt, wie stark die Regelspannung bei einem schnellen (das heißt sprunghaften, schneller als die Zeitkonstanten des Reglers stattfindenden) Stromanstieg abfällt.
Die graphische Darstellung 180 der 1c zeigt an einer Abszisse 182 einen „Basis-Strom" (base current), der beschreibt, wie groß der Versorgungsstrom vor dem (sprunghaften) Anstieg des Versorgungsstroms ist. Eine Ordinate 184 beschreibt ferner die geringste auftretende durch den Regeltransistor bereitgestellte Versorgungsspannung. Ein erster Kurvenverlauf 190 beschreibt die niedrigste auftretende geregelte Versorgungsspannung bei einem Stromanstieg um einen ersten Wert in Abhängigkeit eines vor dem Stromanstieg fließenden Versorgungsstroms. Eine zweite Kurve 192 zeigt den gleichen Zusammenhang bei einem Anstieg des Versorgungsstroms um einen zweiten Wert kleiner als der erste Wert. Eine dritte Kurve 194 beschreibt ähnlich die minimal vorliegende Versorgungsspannung bei einem Anstieg des Versorgungsstroms um einen dritten Wert kleiner als der zweite Wert. Der zweite Kurvenverlauf 192 zeigt dabei zwei Fälle, für verschiedene an den Regeltransistor anliegende externe Versorgungsspannungen (erste Versorgungsspannung).
In anderen Worten, die graphische Darstellung 180 der 1c zeigt die Abhängigkeit des Spannungsabfalls von dem Basisstrom für drei unterschiedliche Strom-Spitzen. Der entsprechende Spannungsabfall ist am größten, wenn der Regeltransistor (vor der Stromzunahme) beinahe abgeschaltet ist (kleiner Basisstrom). Oberhalb eines bestimmten Basisstroms ist der Gewinn, der durch eine Erhöhung des Basisstroms erzielt werden kann, weniger effizient.
In anderen Worten, wird der Basisstrom von einem geringeren Wert auf etwa den bestimmten Basisstrom erhöht, so kann dadurch der bei einem Lastwechsel auftretende Abfall der geregelten Spannung deutlich verringert werden. Oberhalb eines Basisstroms von etwa dem bestimmten Wert ergibt sich hingegen bei Erhöhung des Basisstroms nur noch eine geringere Verbesserung des bei einem Lastwechsel auftretenden Spannungsabfalls.
Die 2 zeigt ferner eine graphische Darstellung von Spannungs- und Stromverläufen bei einem schrittweisen Lastwechsel. Die graphische Darstellung der 2 ist in ihrer Gesamtheit mit 200 bezeichnet. Eine erste graphische Darstellung 210 zeigt einen Verlauf einer durch einen Regeltransistor bereitgestellten geregelten Spannung über der Zeit. Eine Abszisse 220 beschreibt dabei die Zeit. An einer Ordinate 222 ist die geregelte Spannung angetragen. Ein Kurvenverlauf 224 beschreibt dabei die geregelte Spannung als Funktion der Zeit.
Eine zweite graphische Darstellung 230 beschreibt durch einen Kurvenverlauf 234 einen Versorgungsstrom als Funktion der Zeit, wobei eine zugehörige Ordinate 232 den Versorgungsstrom zeigt.
Der Versorgungsstrom nimmt zu einem Zeitpunkt t1 zu. Daraufhin fällt die geregelte Spannung bis hin auf einen Minimalwert ab. Im Anschluss an das Erreichen des minimalen Werts zu einem Zeitpunkt t2 steigt die geregelte Versorgungsspannung wieder an. Zu einem Zeitpunkt t3 steigt der Versorgungsstrom an. Die geregelte Spannung bricht daraufhin erneut ein. Anschließend steigt die geregelte Spannung wieder auf den stationären Endwert an.
Es zeigt sich also, dass durch eine schrittweise Erhöhung des Versorgungsstroms der Einbruch der geregelten Spannung verringert werden kann. Während beispielsweise ein Anstieg des Stroms unmittelbar bzw. sprungweise von einem Anfangswert zu einem Endwert zu einem starken Abfall der geregelten Spannung führt, kann durch ein schrittweises Erhöhen des Versorgungsstroms von dem Anfangswert zu dem Endwert erreicht werden, dass die geregelte Versorgungsspannung einen weniger starken Abfall bzw. Einbruch zeigt.
Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die Höhe des Spannungseinbruchs einer durch einen Regeltransistor gelieferten geregelten Spannung bei einem Lastwechsel im Wesentlichen durch die folgende Werte bestimmt wird:

1. Die Stützkapazität des Systems, wobei die Stützkapazität eine Kapazität beschreibt, die Schwankungen der geregelten Versorgungsspannung entgegenwirkt, und die mit einer Versorgungsspannungszuführung, die die geregelte Versorgungsspannung führt, gekoppelt ist;
2. Die Höhe des Lastsprungs bzw. den Betrag, um den sich der durch den Regeltransistor gelieferte Versorgungsstrom erhöht; und
3. Den Arbeitspunkt des Regeltransistors, also den Betrag bzw. die Höhe des vor dem Lastsprung durch den Regeltransistor fließenden Grundlaststroms bzw. Basisstroms.

Basierend auf den obigen Feststellungen werden im Folgenden mehrere Schaltungskonzepte beschrieben, die es ermöglichen, den bei einem Lastwechsel (Veränderung des von dem Regeltran sistor gelieferten Versorgungsstroms) auftretenden Einbruch der geregelten Versorgungsspannung zu verringern.
3 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Spannungsversorgungsschaltung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Spannungsversorgungsschaltung der 3 ist in ihrer Gesamtheit mit 300 bezeichnet. Ein Regeltransistor 310, der hier beispielhaft als MOS-Feldeffekttransistor gezeigt ist, ist zwischen eine ersten Versorgungsspannungszuführung 312 und eine zweite Versorgungsspannungszuführung 314 geschaltet. Die erste Versorgungsspannungszuführung 312 ist beispielsweise mit einer (externen) Spannungsversorgung verbunden, die eine erste Versorgungsspannung VDDP auf der ersten Versorgungsspannungszuführung 312 zur Verfügung stellt. Die zweite Versorgungsspannungszuführung 314 ist beispielsweise mit einer Last 320 gekoppelt, so dass durch die zweite Versorgungsspannungszuführung 314 eine geregelte Versorgungsspannung VDD der Last 320 zugeführt wird. Der Regeltransistor 310 liefert zu diesem Zweck einen Versorgungsstrom I_VERS an die zweite Versorgungsspannungszuführung. Es sei hier ferner darauf hingewiesen, dass die geregelte Versorgungsspannung VDD im Folgenden auch als zweite Versorgungsspannung bezeichnet wird. Die Schaltungsanordnung 300 umfasst ferner eine Regeltransistor-Ansteuerschaltung 330, die ausgelegt ist, um einen Steueranschluss (Gate-Anschluss) 332 des Regeltransistors 310 basierend auf der geregelten zweiten Versorgungsspannung VDD so anzusteuern, dass die zweite geregelte Versorgungsspannung VDD zumindest in einem Ruhezustand einen vorgegebenen Wert annimmt. Der vorgegebene Wert ist so gewählt, dass der Last 320 eine Spannung zugeführt wird, die einen zuverlässigen Betrieb der Last 320 ermöglicht. Im übrigen sind beispielsweise alle Spannungen auf ein Bezugspotential GND bezogen. Ferner wird darauf hingewiesen, dass der Regeltransistor 310 zusammen mit der Regeltransistor-Ansteuerschaltung 330 einen Regler bzw. einen Spannungsregler bildet.
Der durch den Regeltransistor 310 gelieferte Versorgungsstrom I_VERS wird wesentlich durch den von der Last 320 aufgenommenen Laststrom I_LAST bestimmt Steigt also der Laststrom I_LAST um einen bestimmten Wert an, so spiegelt sich dies direkt in einer Zunahme des durch den Regeltransistor 310 fließenden Versorgungsstroms I_VERS wieder.
Die Schaltungsanordnung 300 umfasst ferner eine Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung 340. Die Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung 340 ist ausgelegt, um basierend auf einer Information 342, die ein Maß für den Versorgungsstrom I_VERS ist, zu bestimmen, ob sich der Regeltransistor an einem schwachen Arbeitspunkt befindet.
Dabei erzeugt die Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung beispielsweise ein analoges Signal, das ein Maß für eine Stärke des Arbeitspunktes darstellt. In Anhängigkeit von dem analogen Signal kann dann beispielsweise durch Vergleich mit einem oder mehreren Schwellenwerten entschieden werden, ob sich der Regeltransistor an einem schwachen Arbeitspunkt oder an einem starken Arbeitspunkt, oder auch zwischen dem starken Arbeitspunkt und dem starken Arbeitspunkt befindet.
Mit anderen Worten, die Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung 340 wertet eine Größe aus, die einen Rückschluss auf einen durch den Regeltransistor 310 gelieferten Versorgungsstrom I_VERS erlaubt. Beispielsweise kann die Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung 340 einen Strom auswerten, der von dem Versorgungsstrom I_VERS abgeleitet ist, oder der im Wesentli chen zu dem Versorgungsstrom I_VERS proportional ist. Es wird hier ganz allgemein davon ausgegangen, dass die Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung eine Größe auswertet, die in einem statischen Zusammenhang zu dem durch den Regeltransistor 310 fließenden Versorgungsstrom I_VERS steht, die also ein Abbild des aktuellen Versorgungsstroms I_VERS ist (und somit nur unwesentlich von einer Vorgeschichte des Versorgungsstroms beeinflusst wird).
Ein schwacher Arbeitspunkt ist dadurch definiert, dass der Regeltransistor an dem schwachen Arbeitspunkt nicht in der Lage ist, eine durch die Last 320 verursachte (bestimmte) Zunahme des Versorgungsstroms so auszuregeln, dass die zweite Versorgungsspannung VDD zu keinem Zeitpunkt einen vorgegebenen zulässigen Mindest-Spannungswert unterschreitet, unterhalb dessen ein zuverlässiger Betrieb der durch die zweite Versorgungsspannung VDD versorgten Schaltung bzw. Last 320 nicht gewährleistet ist. Anders ausgedrückt, die Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung 340 erkennt basierend auf einer Information, die ein Maß für den Versorgungsstrom I_VERS ist, wenn sich der Regeltransistor 310 an einem schwachen Arbeitspunkt befindet, an dem ein Anstieg des Laststroms I_LAST um einen vorgegebenen Strombetrag innerhalb einer vorgegebenen Zeit (also ein Anstieg des Laststroms, der sprunghaft bzw. schneller als die Zeitkonstanten des Reglers erfolgt) dazu führen würde, dass die zweite Versorgungsspannung VDD unter den vorgegebenen zulässigen Mindest-Spannungswert fallen würde, unterhalb dessen ein zuverlässiger Betrieb der Last 320 nicht mehr gewährleistet ist.
Ganz allgemein kann somit festgehalten werden, dass die Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung ausgelegt ist, um einen schwachen Arbeitspunkt des Regeltransistors 310 dann zu er kennen, wenn der durch den Regeltransistor 310 gelieferte Versorgungsstrom I_VERS kleiner als ein vorgegebener Wert ist. Der vorgegebene Wert ist innerhalb des technisch sinnvollen Bereichs, der für eine Erkennung eines wie oben beschrieben definierten schwachen Arbeitspunktes geeignet ist, gewählt.
Die Schaltungsanordnung 300 umfasst ferner eine Verhinderungseinrichtung 350, die ausgelegt ist, um zu verhindern, dass ausgehend von dem schwachen Arbeitspunkt ein Anstieg des Versorgungsstroms um zumindest den vorgegebenen Strombetrag innerhalb der vorgegebenen Zeit stattfindet. Die Verhinderungseinrichtung 350 empfängt dabei von der Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung 340 eine Information 360 darüber, ob ein schwacher Arbeitspunkt vorliegt. Die Verhinderungseinrichtung 350 wirkt zu diesem Zweck auf die durch die zweite Versorgungsspannung VDD versorgte Schaltung bzw. Last 320, wodurch die Verhinderungseinrichtung 350 einen Einfluss auf den Laststrom I_LAST ausübt.
Mit anderen Worten, die Verhinderungseinrichtung 350 verhindert, dass der durch die Last 320 aufgenommene Laststrom I_LAST schnell bzw. sprungartig (innerhalb der vorgegebenen Zeit) um zumindest den vorgegebenen Strombetrag ansteigt, wenn sich der Regeltransistor 310 an einem schwachen Arbeitspunkt befindet. Ein schneller Anstieg des Laststroms I_LAST bzw. ein korrespondierender Anstieg des Versorgungsstroms I_VERS um zumindest den vorgegebenen Strombetrag innerhalb der vorgegebenen Zeit würde nämlich gemäß der entsprechenden Definition des schwachen Arbeitspunktes dazu führen, dass die zweite Versorgungsspannung VDD unter den vorgegebenen zulässigen Mindest-Spannungswert abfallen würde, wenn der Regeltransistor 310 sich an einem schwachen Arbeitspunkt befindet.
Somit verhindert die Schaltungsanordnung 300, dass die zweite Versorgungsspannung VDD unter den vorgegebenen zulässigen Mindest-Spannungswerten abfällt, so dass zu jedem Zeitpunkt ein zuverlässiger Betrieb der durch die zweite Versorgungsspannung VDD versorgte Schaltung gewährleistet ist.
Die gezeigte Schaltungsanordnung 300 verwirklicht somit den der vorliegenden Erfindung zugrundeliegenden Kerngedanken, „schlimme" Lastsprünge zu verhindern, wenn sich der Spannungsregler an einem schwachen Arbeitspunkt befindet. Unter einem „schlimmen" Lastsprung wird dabei ein derartiger Lastsprung verstanden, der einen signifikanten Spannungseinbruch zur Folge hätte, so dass beispielsweise die zweite Versorgungsspannung VDD unter den vorgegebenen zulässigen Mindest-Spannungswerten fallen würde, wodurch ein zuverlässiger Betrieb der durch die zweite Versorgungsspannungszuführung versorgten Last 320 nicht mehr gewährleistet wäre.
4 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Spannungsversorgungsschaltung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Schaltungsanordnung der 4 ist in ihrer Gesamtheit mit 400 bezeichnet. Es wird hierbei darauf hingewiesen, dass die Schaltungsanordnung 400 auf der Schaltungsanordnung 300 basiert. Daher sind gleiche Einrichtungen bzw. Größen mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Auf eine Wiederholung der entsprechenden Beschreibung wird daher hier verzichtet, und es wird diesbezüglich vielmehr auf die Beschreibung der Spannungsversorgungsschaltung 300 verwiesen.
Die Verhinderungseinrichtung 350 ist bei der Spannungsversorgungsschaltung 400 ausgelegt, um mindestens einen inaktiven Schaltungsteil 430 der durch die zweite Versorgungsspannung VDD versorgten Last 320 zu blockieren, solange die Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung 340 signalisiert, dass sich der Regeltransistor an einen schwachen Arbeitspunkt befindet. Die Verhinderungseinrichtung 350 ist ferner ausgelegt, um den blockierten Schaltungsteil 430 für eine Aktivierung freizugeben, wenn die Arbeitspunktbestimmungseinrichtung 340 signalisiert, dass sich der Regeltransistor 310 nicht mehr an einem schwachen Arbeitspunkt befindet.
In anderen Worten, die Last 320 umfasst mindestens zwei Schaltungsteile 430, 440, die zu einem Zeitpunkt, zu dem ein schwacher Arbeitspunkt des Regeltransistors 310 erkannt wird, beide nicht aktiv sind und somit höchstens einen geringen Ruhestromverbrauch aufweisen. Die Stromaufnahme der beiden Schaltungsteile 430, 440 trägt zu dem Laststrom I_LAST bei. Die Last 320 empfängt ferner beispielsweise ein Signalisierungssignal 450, durch das die Last aufgefordert wird, die beiden Schaltungsteile 430, 440 zu aktivieren. Solange sich der Regeltransistor 310 allerdings an einem schwachen Arbeitspunkt befindet, blockiert die Verhinderungseinrichtung 350 die Aktivierung des ersten Schaltungsteils, so dass der erste Schaltungsteil 430 und das zweite Schaltungsteil 440 nicht gleichzeitig aktiviert werden können. Ansprechend auf eine Aktivierung des Signalisierungssignals 450 wird somit nur der zweite Schaltungsteil, nicht aber der erste Schaltungsteil, aktiviert, wenn sich der Regeltransistor an einem schwachen Arbeitspunkt befindet. Befindet sich der Regeltransistor hingegen nicht an einem schwachen Arbeitspunkt, so werden durch das Signalisierungssignal 450 hingegen beide Schaltungsteile 430, 440 gleichzeitig (bzw. innerhalb eines Zeitraums, der kürzer als die Zeitkonstante der Regelung ist) aktiviert.
Die Aufteilung der Last 320 in zwei Schaltungsteile 430, 440 ist ferner bevorzugt so gewählt, dass eine Aktivierung des zweiten Schaltungsteils 440 selbst dann nicht zu einem Einbruch der zweiten Versorgungsspannung VDD unter den zulässigen Mindest-Spannungswert führt, wenn sich der Regeltransistor 310 an einem schwachen Arbeitspunkt befindet. Ferner würde typischerweise ein gleichzeitiges Einschalten der beiden Schaltungsteile 430, 440 zu einem Einbruch der zweiten Versorgungsspannung VDD unter den zulässigen Mindest-Spannungswert führen, wenn sich der Regeltransistor 310 an einem schwachen Arbeitspunkt befindet.
Somit verhindert die Verhinderungseinrichtung allgemein gesprochen die gleichzeitige Aktivierung der beiden Schaltungsteile 430, 440, wenn sich der Regeltransistor 310 an einem schwachen Arbeitspunkt befindet.
Die Verhinderungseinrichtung 350 ist ferner ausgelegt, um den ersten Schaltungsteil 430 für eine Aktivierung freizugeben, wenn sich der Regeltransistor 310 nicht bzw. nicht mehr an einem schwachen Arbeitspunkt befindet. Somit bewirkt die Verhinderungsschaltung 350 effektiv, dass die beiden Schaltungsteile 430, 440 bei Vorliegen eines schwachen Arbeitspunkts nicht gleichzeitig, sondern nacheinander aktiviert werden, selbst wenn das Aktivierungssignal 450 anzeigt, dass eine gleichzeitige Aktivierung der beiden Schaltungsteile 430, 440 gewünscht ist.
Die Verhinderungseinrichtung 350 kann beispielsweise ausgelegt sein, um eine Spannungsversorgung des ersten Schaltungsteils 430 zu unterbrechen, wenn die Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung 340 signalisiert, dass sich der Regeltransistor 310 an einem schwachen Arbeitspunkt befindet, und um die Spannungsversorgung des ersten Schaltungsteils 430 zu ermöglichen, wenn die Arbeitspunktbestimmungseinrichtung 340 signalisiert, dass sich der Regeltransistor 310 nicht bzw. nicht mehr an einem schwachen Arbeitspunkt befindet.
Ferner kann die Verhinderungseinrichtung 350 alternativ oder zusätzlich ausgelegt sein, um eine Aktivierung des ersten Schaltungsteils 430 zu blockieren, indem die Verhinderungseinrichtung 350 eine Taktversorgung des ersten Schaltungsteils 430 unterbricht bzw. deaktiviert.
Außerdem kann die Verhinderungseinrichtung 350 alternativ oder zusätzlich ausgelegt sein, um den ersten Schaltungsteil 430 durch Unterbrechen von Daten und/oder Steuersignalen, die als Eingangssignale des ersten Schaltungsteils 430 dienen, zu blockieren.
Weiterhin kann die Verhinderungseinrichtung 350 alternativ oder zusätzlich ausgelegt sein, um die beiden Schaltungsteile 430, 440 zeitlich hintereinander, beabstandet durch eine vorgegebene Verzögerungszeit, zu aktivieren, wenn die Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung 340 signalisiert, dass sich der Regeltransistor 310 an einem schwachen Arbeitspunkt befindet, und wenn zusätzlich eine Aktivierung der Schaltungsteile 430, 440 beispielsweise durch ein Aktivierungssignal 450 angefordert wird.
In anderen Worten ausgedrückt, die Verhinderungseinrichtung kann entweder ausgelegt sein, um den ersten Schaltungsteil 430 um eine vorgegebene Verzögerungszeit nach einer Aktivierung des ersten Schaltungsteils 440 zu aktivieren, wenn die Notwendigkeit einer solchen Aktivierung durch ein Steuersignal angezeigt wird, und wenn sich der Regelungstransistor an einem schwachen Arbeitspunkt befindet. Alternativ kann die Verhinderungseinrichtung 350 ausgelegt sein, um eine Aktivierung des ersten Schaltungsteils 430 generell erst dann zu ermöglichen, wenn die Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung 340 signalisiert, dass sich der Regelungstransistor 310 nicht bzw. nicht mehr an einen schwachen Arbeitspunkt befindet. Signalisiert die Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung 340 also, dass sich der Regeltransistor nicht an einem schwachen Arbeitspunkt befindet, so ermöglicht die Verhinderungseinrichtung 350 bevorzugt eine beliebige Aktivierung des ersten Schaltungsteils.
Somit ist durch die Schaltungsanordnung 400 sichergestellt, dass die beiden Schaltungsteile 430, 440 nicht gleichzeitig aktiviert werden, wenn sich der Regeltransistor 310 an einem schwachen Arbeitspunkt befindet. Damit wird ein unzulässig hoher sprunghafter Anstieg des Laststroms I_LAST bzw. des Versorgungsstroms I_VERS unterbunden, wodurch wiederum sichergestellt wird, dass die zweite Versorgungsspannung VDD nicht unter den zulässigen Mindest-Spannungswert fällt.
5 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Spannungsversorgungsschaltung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die in der 5 gezeigte Spannungsversorgungsschaltung ist in ihrer Gesamtheit mit 500 bezeichnet. Da die Spannungsversorgungsschaltung 500 den anhand der 3 und 4 beschriebenen Spannungsversorgungsschaltungen 300, 400 ähnlich ist, sind entsprechende Einrichtungen bzw. Größen der Spannungsversorgungsschaltung 500 hier mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie in den Schaltungsanordnungen 300 und 400. Daher wird hier diesbezüglich auf die Beschreibung der Schaltungsanordnungen 300 und 400 verwiesen.
Bei der Spannungsversorgungsschaltung 500 empfängt eine Verhinderungseinrichtung 520 von der Arbeitspunktbestimmungseinrichtung 340 die Information 360, die anzeigt, ob sich der Regeltransistor 310 an einem schwachen Arbeitspunkt befindet oder nicht. Die Verhinderungseinrichtung 520 empfängt ferner ein Takt-Eingangssignal 530 (mit f_clockin bezeichnet) und liefert ein Takt-Ausgangssignal 540 (mit f_clockout) an die Last 320. Die Verhinderungseinrichtung 520 umfasst ferner eine Taktfrequenz-Einstelleinrichtung, die ausgelegt ist, um basierend auf dem Takt-Eingangssignal 530 bei einer vorgegebenen Frequenz des Takt-Eingangssignals 530 eine Frequenz des Takt-Ausgangssignals 540 auf zumindest zwei vorgegebene Werte einzustellen. Die Einstellung der Frequenz des Takt-Ausgangssignals 540 erfolgt dabei in Abhängigkeit von der Information 360, ob sich der Regeltransistor 310 an einem schwachen Arbeitspunkt befindet oder nicht.
Die Verhinderungseinrichtung 520 ist ausgelegt, um die Frequenz des Takt-Ausgangssignals auf einen niedrigen Wert einzustellen, wenn die Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung 340 signalisiert, dass sich der Regeltransistor 310 an einem schwachen Arbeitspunkt befindet. Ferner ist die Verhinderungseinrichtung 520 ausgelegt, um die Frequenz des Takt-Ausgangssignals 540 andernfalls auf einen hohen Wert einzustellen.
Es wird hier davon ausgegangen, dass die Stromaufnahme der Last 320 von der Frequenz des an die Last gelieferten Takt-Ausgangssignals 540 abhängig ist. Wird somit eine in der Last 320 enthaltene Schaltungsanordnung aktiviert, so steigt eine Stromaufnahme I_LAST der Last 320 nur um einen geringen Betrag, wenn die Frequenz des Takt-Ausgangssignals 540 den niedrigen Wert aufweist. Die Stromaufnahme I_LAST der Last 320 steigt hingegen um einen großen Betrag, wenn die Frequenz des Takt-Ausgangssignals 540 den großen Wert aufweist.
Somit kann durch die Spannungsversorgungsschaltung 500 insgesamt erreicht werden, dass bei einer Aktivierung der Last der von der Last aufgenommene Strom I_LAST nur um einen geringen Wert ansteigt, wenn sich der Regeltransistor an dem schwachen Arbeitspunkt befindet, während hingegen die Stromaufnahme I_LAST der Last 320 bei einer Aktivierung eine größeren Zunahme zeigt, wenn sich der Regeltransistor 310 nicht an einem schwachen Arbeitspunkt befindet.
Erkennt die Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung 340, dass der Regeltransistor 310 nicht mehr an einem schwachen Arbeitspunkt befindet, so kann die Verhinderungseinrichtung 520 ferner die Taktfrequenz des Takt-Ausgangssignals 540 erhöhen. Dadurch wird erreicht, dass die Stromaufnahme I_LAST der Last 320 schrittweise erhöht wird, wenn sich der Regeltransistor 310 ursprünglich an einem schwachen Arbeitspunkt befindet.
Zusammenfassend lässt sich also festhalten, dass es die Spannungsversorgungsschaltung 400, 500 ermöglichen, gemäß einem Kerngedanken der vorliegenden Erfindung in Abhängigkeit von dem Arbeitspunkt des Spannungsreglers (bestehend aus dem Regeltransistor 310 und der Regeltransistor-Ansteuerschaltung 330) große Lastsprünge (also schnelle Veränderungen des Laststroms I_LAST bzw. des korrespondierenden Versorgungsstroms I_VERS) schrittweise durchzuführen, um dadurch den Spannungsregler zu entlasten. Signalisiert der Regler (bzw. die Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung 340) einen schwachen Arbeitspunkt, dann reduziert die Verhinderungseinrichtung 520 die Taktfrequenz bzw. Arbeitsfrequenz bestimmter Systemmodule. Somit wird der Lastwechsel entschärft.
Ferner können beispielsweise die Zugriffe auf einen nichtflüchtigen Speicher (NVM = non-volatile-memory) mit nur einem Teil (beispielsweise einer Hälfte) der insgesamt verfügbaren Leseverstärker erfolgen, wenn ein schwacher Arbeitspunkt des Reglers vorliegt. In diesem Fall entspricht der erste Schaltungsteil 430 in der Schaltungsanordnung 400 zwanzig Leseverstärkern zum Zugriff auf einen nicht-flüchtigen Speicher, während der zweite Schaltungsteil 440 zwanzig weiteren Leseverstärkern zum Zugriff auf den nichtflüchtigen Speicher entspricht.
Hat der Regler seinen Arbeitspunkt dann nachgezogen, das heißt, wird (von der Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung 340) kein schwacher Arbeitspunkt mehr signalisiert, so kann wieder auf volle Leistung (Performance) umgeschaltet werden. Das Umschalten auf volle Leistung entspricht hierbei einer Erhöhung der Taktfrequenz einer in der Last 320 enthaltenen Komponente bzw. einem Aktivieren von zusätzlichen Schaltungsteilen (z.B. Leseverstärkern). Das Umschalten auf die volle Leistungsfähigkeit kann ausschließlich basierend auf einem ermittelten Arbeitspunkt des Reglers oder alternativ nach Ablauf einer vorgegebenen Verzögerungszeit im Anschluss an eine Aktivierung eines in der Last enthaltenen Schaltungsteils erfolgen.
Die anhand der 4 und 5 beschriebenen Stromversorgungsschaltungen 400, 500 basieren somit auf der Erkenntnis, dass beispielsweise ein größerer Stromsprung einen größeren Spannungseinbruch der zweiten Versorgungsspannung VDD hervorruft, als ein kleinerer Stromsprung von (vgl. 2). Unter einem Sprung wird dabei eine schnelle Veränderung des Stromes in nerhalb einer Zeit, die kürzer als eine Zeitkonstante der den Regeltransistor umfassenden Spannungsregelung ist, verstanden. Die Spannungsversorgungsschaltungen 400, 500 bewirken somit allgemein, dass die Höhe eines Lastsprungs (also der Betrag einer innerhalb der vorgegebenen Zeit erfolgenden Veränderung bzw. Zunahme des von der Last aufgenommenen Laststroms I_LAST) gegenüber herkömmlichen Schaltungsanordnungen verringert ist.
6 zeigt ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Spannungsversorgungsschaltung gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Spannungsversorgungsschaltung der 6 ist in ihrer Gesamtheit mit 600 bezeichnet. Elemente und Größen der Spannungsversorgungsschaltung 600, die von ihrer Bedeutung bzw. Funktion her bereits aus der Spannungsversorgungsschaltung 300, 400, 500 der 3, 4 und 5 bekannt sind, sind bei der Spannungsversorgungsschaltung 600 mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden hier nicht noch einmal erläutert. Vielmehr wird auf die Beschreibung der Spannungsversorgungsschaltungen 300, 400, 500 verwiesen.
Bei der Spannungsversorgungsschaltung 600 umfasst eine Verhinderungseinrichtung 620 eine schaltbare Stromsenke 630. Die Verhinderungseinrichtung 620 ist ausgelegt, um die schaltbare Stromsenke 630 in Abhängigkeit von der Information 360, ob sich der Regeltransistor 310 an einem schwachen Arbeitspunkt befindet, ein bzw. auszuschalten. Die schaltbare Stromsenke 630 ist im übrigen mit der zweiten Versorgungsspannungszuführung 314 gekoppelt und ist ausgelegt, um in einem eingeschalteten Zustand einen Senkenstrom I_SENKE von der zweiten Versorgungsspannungszuführung 314 abzuleiten. Damit erhöht sich bei eingeschalteter schaltbarer Stromsenke 630 der durch den Regeltransistor 210 fließende Versorgungsstrom I_VERS.
Der Strom I_SENKE der Senke ist bevorzugt so bemessen, dass der Regeltransistor 310 den schwachen Arbeitspunkt verlässt, wenn die schaltbare Stromsenke 630 eingeschaltet ist.
Somit wird durch die schaltbare Stromsenke 630 verhindert, dass sich der Regeltransistor 310 für ein ausgedehntes Zeitintervall an einem schwachen Arbeitspunkt befindet. Damit kann der Veränderung der Stromaufnahme I_LAST der Last 320 nicht dazu führen, dass die zweite Versorgungsspannung soweit einbricht, dass der zulässige Mindest-Spannungswert unterschritten wird.
Optional ist die Verhinderungseinrichtung 620 ferner ausgelegt, um ein Signalisierungssignal 640 zu empfangen, das anzeigt, dass eine Erhöhung der Stromaufnahme I_LAST der Last 320 bevorsteht, die so groß ist, dass aufgrund der Lastzunahme die zweite Versorgungsspannung VDD in unzulässiger Weise einbrechen könnte, falls sich der Regeltransistor 310 an einem schwachen Arbeitspunkt befindet. In diesem Fall ist die Verhinderungseinrichtung 620 bevorzugt ausgelegt, um die schaltbare Stromsenke 630 nur dann zu aktivieren, wenn das Signalisierungssignal 640 das Bevorstehe eines derartigen starken Lastwechsels anzeigt und ferner gleichzeitig die Arbeitspunktbestimmungseinrichtung 340 signalisiert, dass sich der Regeltransistor 310 an einem schwachen Arbeitspunkt befindet. Somit führt das Vorliegen eines schwachen Arbeitspunktes des Regeltransistors 310 nicht in jedem Fall zu einer Aktivierung der schaltbaren Stromsenke 630, sondern nur dann, wenn tatsächlich eine große Veränderung der Stromaufnahme I_LAST der Last 320 bevorsteht.
Das Signalisierungssignal 640 kann beispielsweise von der Last 320 selbst oder von einer übergeordneten Steuereinrichtung, die die Last 320 ansteuert, erzeugt werden. Beispielsweise kann das Signalisierungssignal 640 ansprechend auf eine Feststellung, dass eine Aktivierung eines Schaltungsteils der Last 320 bevorsteht, von der Last 320 selbst oder von der übergeordneten Steuereinrichtung (beispielsweise einer Ablaufsteuerung) aktiviert werden.
Die Spannungsversorgungsschaltung 600 realisiert somit die erfindungsgemäße Erkenntnis, dass es vorteilhaft ist, durch eine frei programmierbare Stromsenke (die schaltbare Stromsenke 630) bei Bedarf den Spannungsregler (bestehend aus dem Regeltransistor 310 und der Regeltransistor-Ansteuerschaltung 330) an einen Arbeitspunkt zu bringen, so dass ein bevorstehender „schlimmer" Lastwechsel ohne einen signifikanten Spannungseinbruch der zweiten Versorgungsspannung VDD überstanden wird. Die erfindungsgemäße Realisierung sieht vor, einen aktuellen Stromverbrauch I_VERS des Chips mit einem frei einstellbaren Referenzstrom zu vergleichen, und bei zu geringem Stromverbrauch des Systems über die Stromsenke 630 zusätzlichen Strom I_SENKE zu ziehen. Dadurch ist ein minimaler Systemstrom gewährleistet, wodurch der Spannungsregler an einem Arbeitspunkt gehalten wird, so dass auch bei dem typisch auftretenden Lastwechsel des Derivats bzw. der Last 320 die Spannungsversorgung des Systems sichergestellt ist. Stehen große Lastwechsel an, so wird vor deren Auslösung (z.B. vor einer Aktivierung eines Kryptographieprozessors auf einer Chipkarte) der Grundstrom bzw. Basisstrom des Systems (also der Versorgungsstrom I_VERS) angehoben. Somit wird der Regler an einen stärkeren Arbeitspunkt gebracht.
Die erfindungsgemäße Spannungsversorgungsschaltung 600 basiert somit auf der Beobachtung, dass beispielsweise ein Stromsprung ausgehend von einem kleinen Anfangsstromwert einen wesentlichen höheren Spannungseinbruch als ein Stromsprung etwa gleicher absoluter Höhe ausgehend von einem größeren Anfangsstromwert verursacht (vgl. 1a und 1b).
Es sei hierbei darauf hingewiesen, dass basierend auf der genannten Erkenntnis die einfachste Lösung darin besteht, lediglich den Grundstrom des Systems (also den Versorgungsstrom I_VERS, der vorliegt, wenn die Last 320 einen minimalen Strom I_LAST aufnimmt), derart anzuheben, so dass auch bei einem schlimmstmöglichen (worst-case)-Lastsprung kein übermäßiger Einbruch der zweiten Versorgungsspannung VDD auftritt.
Ein größtmöglicher Lastsprung eines Systems wird üblicherweise von der „schlimmsten" Komponente des Systems verursacht, also von einer Komponente, die aktivierbar und deaktivierbar ist, und die eine (im Vergleich zu den anderen Komponenten) hohe Stromaufnahme aufweist. So können beispielsweise bei verschiedenen Typen von Chipkarten verschiedene Komponenten die größte Stromaufnahme aufweisen. Bei einem Derivat ist beispielsweise ein kryptographischer Co-Prozessor (z.B. vom Typ Crypto2000) der bestimmende Faktor (also die Komponente, deren Stromaufnahme am meisten variiert). Bei einem anderen Derivat sind es beispielsweise die Leseverstärker des nicht-flüchtigen Speichers (NVMs). In andern Worten, der für die Lastwechsel bzw. die Veränderung der Stromaufnahme bestimmende Teil ist davon abhängig, aus welchen Komponenten sich ein Derivat zusammensetzt.
Bei einer einfachen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Grundstrom des Systems durch eine Stromsenke derart angehoben, dass auch der größtmögliche Lastwechsel keinen übermäßigen Spannungseinbruch zur Folge hat. Mit anderen Worten, durch eine konstante Stromquelle kann von der zweiten Versorgungsspannungszuführung ein Strom abgeleitet werden, wodurch sich der durch den Regeltransistor gelieferte Versorgungsstrom derart erhöht, dass der Regeltransistor sich (stets) an einem starken Arbeitspunkt befindet, an dem der Regeltransistor bzw. die Regelung in der Lage ist, die geregelte zweite Versorgungsspannung derart auszuregeln, dass auch bei dem größtmöglichen durch die Last verursachten Lastwechsel die zweite Versorgungsspannung nicht unterhalb die zulässige Minimalspannung fällt.
Bei der beschriebenen sehr einfachen Ausführungsform fließt allerdings für alle anderen Lastwechsel (also Lastwechsel, die kleiner als der schlimmst-mögliche Lastwechsel sind) ein unnötig hoher Grundstrom.
Es ist daher besser, den Grundstrom nur dann anzuheben, wenn ein schlimmer Lastwechsel unmittelbar bevorsteht. Es ist beispielsweise ausreichend, den Grundstrom des Systems (beispielsweise durch Aktivieren einer Stromsenke, die mit der zweiten Versorgungsspannungszuführung gekoppelt ist) erst kurz vor der Aktivierung des Kryptographieprozessors moderat anzuheben. In anderen Worten, der Grundstrom sollte bevorzugt angehoben werden, bevor ein Schaltungsteil der Last aktiviert wird, dessen Aktivierung einen größtmöglichen Lastwechsel zur Folge hat. Eine bevorstehende Aktivierung einer derartigen Komponente kann beispielsweise an die erfindungsgemäße Verhinderungseinrichtung durch die Last selbst oder durch eine übergeordnete Steuereinrichtung (Ablaufsteuerung) signali siert werden. Das Anheben des Grundstroms bereitet dann den Spannungsregler (einschließlich des Regeltransistors 310) auf den bevorstehenden großen Lastsprung (beispielsweise das Einschalten des Kryptographieprozessors) vor.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst die Spannungsversorgungsschaltung ferner eine steuerbare Stromsenke, die so mit der zweiten Versorgungsspannungszuführung gekoppelt ist, dass durch ein Ansteuern der steuerbaren Stromsenke eine Gesamtstromaufnahme eines mit der zweiten Versorgungsspannungszuführung gekoppelten Systems einstellbar ist. Die Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung ist in diesem Fall mit der einstellbaren Stromsenke gekoppelt ist, und ausgelegt, um die steuerbare Stromsenke anzusteuern, um eine konstante Gesamtstromaufnahme einzustellen.
7 zeigt ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung zur Signalisierung eines schwachen Arbeitspunktes zur Verwendung in einer erfindungsgemäßen Spannungsversorgungsschaltung. Die Schaltungsanordnung der 7 ist in ihrer Gesamtheit mit 700 bezeichnet. Ein Regeltransistor 710 ist zwischen erste Versorgungsspannungszuführung 714 und eine zweite, interne Versorgungsspannungszuführung 718 geschaltet. Bei dem Regeltransistor 710 handelt es sich um einen NMOS-Feldeffekttransistor, dessen Drain-Anschluss mit der ersten Versorgungsspannungszuführung 714 verbunden ist, und dessen Source-Anschluss mit der zweiten Versorgungsspannungszuführung 718 gekoppelt ist. Zwischen die zweite Versorgungsspannungszuführung 718 und ein Bezugspotential GND ist eine Kapazität 720 geschaltet.
Die Schaltungsanordnung 700 umfasst ferner eine Stromquellenschaltung 730, die durch die zweite Versorgungspotentialzu führung 718 versorgt wird. Die Stromquellenschaltung 730 stellt dabei einen vorgegebenen, konstanten Strom I₁ zur Verfügung. Der Strom I₁ kann allerdings bei einem anderen Ausführungsbeispiel auch variabel eingestellt werden, wie dies im Nachfolgenden noch beschrieben wird.
Der konstante Strom I₁ speist eine Anordnung 740 von Transistoren, die ähnlich einer Strombank verschaltet sind. Die Anordnung 740 umfast einen ersten PMOS-Feldeffekttransistor 742, dessen Gate-Anschluss und Drain-Anschluss miteinander und ferner mit einem Ausgang der Stromquellenschaltung 730 gekoppelt sind. Ein Source-Anschluss des ersten PMOS-Feldeffekttransistors 742 ist ferner mit der zweiten Versorgungsspannungszuführung 718 gekoppelt. Eine Drain-Source-Strecke des ersten PMOS-Feldeffekttransistors 742 wird somit durch den von der Stromquellenschaltung 730 gelieferten konstanten Strom I₁ durchflossen, wobei sich eine Gate-Source-Spannung des ersten PMOS-Feldeffekttransistors 742 einstellt, um den entsprechenden Stromfluss zu ermöglichen.
Der Gate-Anschluss des ersten PMOS-Feldeffekttransistors 742 ist ferner mit einem Gate-Anschluss eines zweiten PMOS-Feldeffekttransistors 744 und mit einem Gate-Anschluss eines dritten PMOS-Feldeffekttransistors 746 gekoppelt. Ein Source-Anschluss des zweiten PMOS-Feldeffekttransistors 744 ist ferner mit der zweiten Versorgungsspannungszuführung 718 gekoppelt, so dass eine Gate-Source-Spannung des zweiten PMOS-Feldeffekttransistors 744 gleich einer Gate-Source-Spannung des ersten PMOS-Feldeffekttransistors 742 ist. Der zweite PMOS-Feldeffekttransistor 744 stellt somit an seinen Drain-Anschluss einen Strom bereit, der, abhängig von einem Verhältnis der Kanalbreiten des ersten PMOS-Feldeffekttransistors 742 und des zweiten PMOS- Feldeffekttransistors 744, proportional zu einem Drain-Strom des ersten PMOS-Feldeffekttransistors 742 und somit proportional zu dem durch die Stromquellenschaltung 730 gelieferten konstanten Strom I₁ ist.
Die Schaltungsanordnung 700 umfasst ferner einen Arbeitspunkt-Bestimmungstransistor 750, der gleichartig wie der Regeltransistor 710 aufgebaut ist. In anderen Worten, eine Struktur des Arbeitspunkt-Bestimmungstransistors 750 ist gleichartig einer Struktur des Regeltransistors 710, beispielsweise mit Blick auf Dotierungsprofile, verwendete Technologie, Kanallänge und Schichtdicken. Der Arbeitspunkt-Bestimmungstransistor 750 unterscheidet sich von dem Regeltransistor 710 somit im Wesentlichen dadurch, dass aufgrund einer Veränderung einer geometrischen Größe der Arbeitspunkt-Bestimmungstransistor (gleiche an dem Regeltransistor und dem Arbeitspunkt-Bestimmungstransistor anliegende Spannungen vorausgesetzt) einen Strom liefert, der proportional zu dem durch den Regeltransistor gelieferten Strom ist. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel handelt es sich beispielsweise bei dem Arbeitspunkt-Bestimmungstransistor 750 um einen NMOS-Feldeffekttransistor, der sich von dem Regeltransistor lediglich dadurch unterscheidet, dass die Kanalbreite des Arbeitspunkt-Bestimmungstransistors 750 einen Bruchteil der Kanalbreite des Regeltransistors 710 beträgt. Beispielsweise kann die Kanalbreite des Arbeitspunkt-Bestimmungstransistors zwischen einem Zehntel und einem Zehntausendstel der Kanalbreite des Regeltransistors betragen.
Die Gate-Anschlüsse des Regeltransistors 710 und des Arbeitspunkt-Bestimmungstransistors 750 werden bevorzugt beide von einer Regelschaltung angesteuert, die basierend auf der Spannung auf der zweiten Versorgungsspannungszuführung 718 ein Ansteuersignal für die genannten Transistoren erzeugt, um die Spannung auf der zweiten Versorgungsspannungszuführung 718 auf einen vorgegebenen Wert auszuregeln.
Ein Drain-Anschluss des Arbeitspunkt-Bestimmungstransistors 750 ist mit einem Drain-Anschluss des Regeltransistors 710 gekoppelt. Ferner sind Gate-Anschlüsse des Regeltransistors 710 und des Arbeitspunkt-Bestimmungstransistors 750 mit einander gekoppelt. Ein Source-Anschluss des Arbeitspunkt-Bestimmungstransistors 750 ist ferner mit einem Source-Anschluss des dritten PMOS-Feldeffekttransistors 746 gekoppelt.
Ein Drain-Anschluss des dritten PMOS-Feldeffekttransistors 746 ist ferner über einen Stromspiegel 760, der beispielsweise aus zwei NMOS-Feldeffekttransistoren gebildet ist, mit dem Drain-Anschluss des zweiten PMOS-Feldeffekttransistors 744 wirksam gekoppelt.
Ferner ist eine zweite Kapazität 770 mit dem Drain-Anschluss des zweiten PMOS-Feldeffekttransistors 744 gekoppelt. Die Kapazität 770 wird somit durch einen Strom I_CAP geladen, der, abgesehen von einer möglichen Skalierung, gleich einer Differenz der Drain-Ströme des zweiten PMOS-Feldeffekttransistors 744 und des dritten PMOS-Feldeffekttransistors 746 ist. In anderen Worten, ICAP = c1 × ID,P2 – c2 × ID,P3,wobei I_D,P2 der Drain-Strom des zweiten PMOS-Feldeffekttransistors 744 ist, wobei I_D,P3 der Drain-Strom des dritten PMOS-Feldeffekttransistors 746 ist, und wobei c₁ und c₂ konstante Skalierungsfaktoren sind.
Der Drain-Strom I_D,P3 des dritten PMOS-Feldeffekttransistors 746 hängt im Wesentlichen von einer Potentialdifferenz zwischen dem Gate-Potential des Arbeitspunkt-Bestimmungstransistors 750 und dem Gate-Potential des dritten PMOS-Feldeffekttransistors 746 ab. Die entsprechende Potentialdifferenz ist im übrigen auch ein Maß für die Gate-Source-Potentialdifferenz des Regeltransistors 710 und damit für den durch den Regeltransistor 710 fließenden Versorgungsstrom I_VERS.
Im Folgenden wird beschrieben, wie sich der Drainstrom I_D,P3 des dritten PMOS-Feldeffekttransistors 746 einstellt. Es wird hier zunächst angenommen, dass der Drainstrom I_D,AP des Arbeitspunkt-Bestimmungstransistors 750 einen Gleichgewichts-Wert I_D,AP,0 annimmt, falls an dem Source-Anschluss des Arbeitspunkt-Bestimmungstransistors 750 ein Potential anliegt, das gleich dem auf der zweiten Versorgungsspannungszuführung 718 anliegenden Potential VDD ist. In dem genannten Fall, wenn also das Potential an dem Source-Anschluss des dritten PMOS-Feldeffekttransistors 746 ebenfalls gleich VDD ist, nimmt ferner der Drainstrom I_D,P3 des dritten PMOS-Feldeffekttransistors 746 einen Gleichgewichtswert I_D,P3,0 an. Im übrigen wird darauf hingewiesen, dass der Gleichgewichtswert I_D,AP,0 durch die gleiche Ausführung des Arbeitspunkt-Bestimmungstransistors 750 und des Regeltransistors 710 (abgesehen von einer Kanalbreite bzw., bei einem Bipolartransistor, von einer Emitterfläche) proportional zu dem durch den Regeltransistor 710 gelieferten Versorgungsstrom I_VERS ist.
Für den Fall, dass der Gleichgewichts-Strom I_D,AP,0 des Arbeitspunkt-Bestimmungstransistors 750 größer ist als der Ar beitspunkt-Strom I_D,P3,0 des dritten PMOS-Feldeffekttransistors 746, stellt sich das gemeinsame Source-Potential des Arbeitspunkt-Bestimmungstransistors 750 und des dritten PMOS-Feldeffekttransistors 746 derart ein, dass der tatsächliche Drain-Strom I_D,P3 des dritten PMOS-Feldeffekttransistors 746 zwischen den Gleichgewichtswerten I_D,AP,0 und I_D,P3,0 liegt. Ist hingegen der Gleichgewichtsstrom des Arbeitspunkt-Bestimmungstransistors 750 kleiner als der Gleichgewichtsstrom des dritten PMOS-Feldeffekttransistors 756, so liegt der tatsächliche Drain-Strom des dritten PMOS-Feldeffekttransistors 746 wiederum zwischen den Gleichgewichtsströmen I_D,AP,0 und I_D,P3,0.
Somit ist festzuhalten, dass der Drain-Strom des dritten PMOS-Feldeffekttransistors 746 eine monotone Abhängigkeit von dem Gleichgewichtsstrom I_D,AP,0 somit auch von dem Versorgungsstrom I_VERS aufweist. Der Drain-Strom I_D,P3 des dritten PMOS-Feldeffekttransistors 746 ist somit ein Maß für den durch den Regeltransistor 710 fließenden Versorgungsstrom I_VERS, durch das ein (instantaner) Rückschluss auf den aktuellen Versorgungsstrom I_VERS möglich ist.
Die Funktionsweise der gezeigten Schaltungsanordnung 700 lässt sich wie folgt kurz zusammenfassen:
Die zweite Kapazität 770 wird mit einem Strom I_CAP geladen bzw. entladen, dessen Größe von einem vorgegeben Strom (dem Drain-Strom I_D,P2 des zweiten PMOS-Feldeffekttransistors 744) und weiterhin von dem durch den Regeltransistor 710 gelieferten Versorgungsstrom I_VERS instantan abhängt. Mit anderen Worten, der Ladestrom I_CAP der zweiten Kapazität 770 hängt von einem Momentanwert des Versorgungsstroms I_VERS ab. Ist der momentane Versorgungsstrom I_VERS beispielsweise betragsmäßig größer als ein vorgegebener Wert, so wird die zweite Kapazität 770 entladen, bis die zweite Kapazität 770 eine minimale Kondensatorspannung aufweist. Andererseits wird die zweite Kapazität 770 aufgeladen, wenn der Versorgungsstrom I_VERS kleiner als ein vorgegebener Stromwert ist, vorausgesetzt die Spannung an der zweiten Kapazität 770 hat nicht einen maximal möglichen Wert erreicht. Ganz allgemein kann somit formuliert werden, dass die auf der zweiten Kapazität 770 gespeicherte Ladung sich in einer ersten Richtung verändert, wenn der Versorgungsstrom I_VERS größer als ein vorgegebener Schwellenstromwert ist, und dass sich die Ladung auf der zweiten Kapazität 770 in einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung verändert, wenn der Versorgungsstrom I_VERS kleiner als der vorgegebene Schwellen-Stromwert ist. Die Geschwindigkeit, mit der die zweite Kapazität 770 geladen bzw. entladen wird, ist dabei davon abhängig, wie groß ein betragsmäßiger Unterschied zwischen dem Versorgungsstrom I_VERS und dem Schwellen-Stromwert ist.
Die Spannung der zweiten Kapazität 770 kann im übrigen als ein Maß dafür verwendet werden, ob sich der Regeltransistor 710 an einem schwachen Arbeitspunkt befindet oder nicht. Dabei wird davon ausgegangen, dass sich der Regeltransistor 710 an einem schwachen Arbeitspunkt befindet, wenn der Versorgungsstrom I_VERS kleiner als der vorgegebene Schwellen-Stromwert ist, und dass sich der Regeltransistor 710 an einem starken Arbeitspunkt befindet, wenn der Versorgungsstrom I_VERS größer als der vorgegebene Schwellen-Stromwert ist. Eine Zeitdauer, die der Regeltransistor 710 für einen Übergang zwischen einem schwachen Arbeitspunkt und einem starken Arbeitspunkt benötigt, wenn hierbei durch die zweite Kapazität 770 nachgebildet. Je größer der betragsmäßige Unterschied zwischen dem Versorgungsstrom I_VERS und dem Schwellen- Stromwert ist, umso schneller erfolgt eine Umladung der zweiten Kapazität 770, wobei eine über der zweiten Kapazität 770 anliegende Spannung als Indikator für eine Signalisierung des Arbeitspunkts des Regeltransistors 710 verwendet wird.
Es wird ferner darauf hingewiesen, dass in der gezeigten Schaltungsanordnung 700 die Stromquelle 730 nicht notwendigerweise einen konstanten Strom I₁ liefern muss. Vielmehr ist es möglich, dass der von der Stromquelle 730 gelieferte Strom I₁ abhängig davon variiert, ob sich der Regeltransistor 710 an einem schwachen Arbeitspunkt oder an einem starken Arbeitspunkt befindet. Somit kann beispielsweise eine Hysterese implementiert werden, wie es weiter unten noch beschrieben wird. Ferner kann die Stromquelle 730 ausgelegt sein, um eine Information darüber zu empfangen, ob bei einer mit der zweiten Versorgungsspannungszuführung 718 gekoppelten Last ein Lastwechsel bevorsteht bzw. erwartet wird. Dementsprechend kann die Stromquelle 730 ein- oder ausgeschaltet bzw. zwischen zwei verschiedenen Stromwerten umgeschaltet werden. Dies ist sinnvoll, da die Entscheidung darüber, ob sich der Regeltransistor 710 an einem schwachen Arbeitpunkt oder einem starken Arbeitspunkt befindet, im Wesentlichen davon abhängig ist, wie groß der von dem Regeltransistor auszuregelnde Lastwechsel ist. Somit kann die Bedingung für die Erkennung eines schwachen Arbeitspunktes bzw. eines starken Arbeitspunktes, abhängig von dem bevorstehenden Lastwechsel eingestellt werden. Im Übrigen kann die Stromquellenschaltung 730 auch eine Information über eine Größe eines bevorstehenden Lastwechsels empfangen und somit den gelieferten Strom I₁ nicht nur in zwei Schritten, sondern in einer quantitativen Weise in Abhängigkeit von der Größe des bevorstehenden Lastwechsels einstellen. Die Stromquellenschaltung 730 kann die Information über die Größe des bevorstehenden Lastwechsels dabei in einer wertdiskreten oder wertkontinuierlichen Form empfangen und den gelieferten Strom I₁ in einer wertdiskreten oder wertkontinuierlichen Weise einstellen.
Ferner ist festzuhalten, dass die in der 7 gezeigte Schaltungsanordnung (wie auch alle anderen im Rahmen der vorliegenden Beschreibung erläuterten Ausführungsbeispiel) komplementär zu der gezeigten Schaltungsanordnung 700 ausgeführt werden kann. In anderen Worten, Schaltungselemente können durch komplementäre Schaltungselemente ersetzt werden, wobei sich die Polarität der Versorgungsspannung entsprechend verändert. Beispielsweise werden bei einer komplementären Realisierung NMOS-Feldeffekttransistoren durch PMOS-Feldeffekttransistoren ersetzt und umgekehrt. Weiterhin ist die gezeigte Realisierung mit Feldeffekttransistoren nur beispielhaft zu verstehen. Ebenso gut ist auch eine Realisierung mit Bipolartransistoren bzw. eine gemischte Realisierung mit Feldeffekttransistoren und Bipolartransistoren möglich. Bei einer Verwendung von Bipolartransistoren entspricht der Basis-Anschluss dem Gate-Anschluss eines Feldeffekttransistors, der Emitter-Anschluss einem Source-Anschluss des entsprechenden Feldeffekttransistors und der Kollektor-Anschluss dem Drain-Anschluss des entsprechenden Feldeffekttransistors. NMOS-Feldeffekttransistoren werden typischerweise durch NPN-Bipolartransistoren ersetzt, und PMOS-Feldeffekttransistoren werden typischerweise durch PNP-Bipolartransistoren ersetzt.
Zusammenfassend lässt sich also festhalten, dass anhand der 7 eine Schaltungsanordnung 700 beschrieben wurde, die eine prinzipielle Implementierung einer Schaltung zur Signalisierung eines schwachen Arbeitspunktes des Regeltransistors 710 ermöglicht. Ein aktueller Stromverbrauch des durch die. zweite, interne Versorgungsspannungszuführung 718 versorgten Chip wird mit einem (frei) einstellbaren Referenzstrom verglichen. Bei einem zu geringen Stromverbrauch des Systems, der sich durch einen geringen Versorgungsstrom I_VERS bemerkbar macht, wird daraufhin ein schwacher Arbeitspunkt des Reglers an ein Gesamtsystem signalisiert.
8 zeigt ein Schaltbild einer Schaltungsanordnung zur Realisierung einer Spannungsversorgungsschaltung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Verwendung einer programmierbaren Stromsenke. Die Schaltungsanordnung de 8 ist in ihrer Gesamtheit mit 800 bezeichnet. Die Schaltungsanordnung 800 entspricht dabei in wesentlichen Teilen der anhand von 7 beschriebenen Schaltungsanordnung 700. Daher sind gleiche Einrichtungen bzw. Größe mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden hier nicht noch einmal erläutert. Vielmehr wird diesbezüglich auf die Ausführungen hinsichtlich der Schaltungsanordnung 700 verwiesen.
Die Schaltungsanordnung 800 umfasst neben den bereits mit Hinblick auf die Schaltungsanordnung 700 beschriebenen Komponenten eine schaltbare Stromsenke 820. Die schaltbare Stromsenke 820 ist zwischen die zweite Versorgungsspannungszuführung 718 und das Bezugspotential GND geschaltet, und ist ausgelegt, um in Abhängigkeit von einer Steuerspannung 830 einen Strom I_SENKE von der zweiten Versorgungsspannungszuführung 718 abzuleiten, wodurch der durch den Regeltransistor 710 fließender Strom I_VERS in Abhängigkeit von dem Strom I_SENKE der einstellbaren Stromsenke 820 verändert werden kann.
Allgemein ist diesbezüglich festzuhalten, dass die Schaltungsanordnung 800 so ausgelegt ist, dass die Stromsenke 820 einen Strom I_SENKE (beispielsweise zu dem Bezugspotential GND hin) ableitet, wenn der Strom I_VERS durch den Regeltransistor 710 kleiner als ein vorgegebener Schwellen-Stromwert ist. Ist der durch den Regeltransistor 710 fließende Versorgungsstrom I_VERS hingegen größer als der vorgegebene Schwellen-Stromwert, so liefert die einstellbare Stromsenke 820 hingegen einen geringen Strom bzw. nur einen verschwindenden Strom.
Die Einstell- bzw. Schaltcharakteristik der einstellbaren Stromsenke 820 kann dabei in verschiedener Weise ausgelegt sein. So kann die programmierbare Stromsenke 820 beispielsweise ausgelegt sein, um im Wesentlichen zwischen zwei Zuständen umgeschaltet zu werden, in denen die einstellbare Stromsenke 820 verschieden große Stromwerte I_SENKE1,2 liefert. Andererseits ist es aber auch möglich, dass der von der einstellbaren Stromsenke 820 gelieferte Strom I_SENKE zumindest über einen begrenzten Einstellbereich eine näherungsweise lineare Abhängigkeit von dem Versorgungsstrom I_VERS aufweist, so dass der Strom I_SENKE um so größer ist, je kleiner der Versorgungsstrom I_VERS ist. Ferner wird es alternativ dazu bei einem weiteren Ausführungsbeispiel bevorzugt, dass der von der einstellbaren Stromsenke 820 gelieferte Strom I_SENKE zumindest über einen begrenzten Arbeitsbereich einen näherungsweise linearen Zusammenhang mit einer an der zweiten Kapazität 770 anliegenden Spannung aufweist.
Bei der anhand der 8 gezeigten Schaltungsanordnung 800 umfasst die einstellbare Stromsenke 820 eine Serienschaltung aus einem NMOS-Feldeffekttransistor 840 und einen Widerstand 842. Ein Drain-Anschluss des NMOS-Feldeffekttransistors 840 ist mit der zweiten Versorgungsspannungszuführung 718 gekoppelt. Ein Source-Anschluss des NMOS-Feldeffekttransistors 840 ist ferner über den Widerstand 842 mit dem Bezugspotential GND gekoppelt, so dass der Widerstand 842 als Source- Gegenkopplung wirkt. Ein Gate-Anschluss des NMOS-Feldeffekttransistors 840 ist ferner mit einem Anschluss der zweiten Kapazität 770 gekoppelt. Somit liegt an dem Gate-Anschluss des NMOS-Feldeffekttransistors 840 eine Spannung an, die von der an der zweiten Kapazität 770 anliegenden Spannung abhängig ist.
Ist somit der Versorgungsstrom I_VERS größer als der vorgegebene Schwellen-Stromwert, so verringert sich die Spannung an dem Source-Anschluss des NMOS-Feldeffekttransistors 840, wodurch sich der Strom I_SENKE verringert. Die Geschwindigkeit der Veränderung wird durch die Größe der zweiten Kapazität 770 bestimmt. Ist der Versorgungsstrom I_VERS hingegen kleiner als der vorgegebene Schwellen-Stromwert, so erhöht sich die Spannung an dem Gate-Anschluss des NMOS-Feldeffekttransistors 48, wodurch der von der einstellbaren Stromsenke 820 abgeführte Strom I_SENKE zunimmt.
Die Schaltungsanordnung 800 kann somit ganz allgemein auch als eine Strom-Regelschaltung verstanden werden, durch die der durch den Regeltransistor 710 fließende Versorgungsstrom I_VERS, von einer Regelabweichung abgesehen, auf einen vorgegeben Zielwert eingestellt wird. Als Stellglied dient dabei die einstellbare Stromsenke 820.
Zusammenfassend lässt sich somit festhalten, dass die Schaltungsanordnung 800 gemäß der 8 die prinzipielle Implementierung der programmierbaren Stromsenke in dem Spannungsregler zeigt.
9 zeigt ein Schaltbild einer weiteren Schaltungsanordnung zur Realisierung der Spannungsversorgungsschaltung gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Verwendung einer programmierbaren Stromsenke sowie einer schaltbaren Referenzspannungsquelle. Die Schaltungsanordnung der 9 ist in ihrer Gesamtheit mit 900 bezeichnet und kann auch als eine programmierbare Schaltung zur Einstellung einer minimalen Last („programmable minload circuit") mit einer Strom-Hysterese aufgefasst werden.
Da die Schaltungsanordnung 900 den anhand der 7 und 8 beschriebenen Schaltungsanordnungen 700, 800 ähnelt, sind bei der Schaltungsanordnung 900 gleiche Einrichtungen bzw. Größen mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie bei den Schaltungsanordnungen 700, 800. Auf eine wiederholte Beschreibung wird daher verzichtet, und es wird vielmehr auf die Beschreibung der Schaltungsanordnungen 700, 800 verwiesen.
Die Schaltungsanordnung 900 zeigt zusätzlich zu den schon vorher beschriebenen Merkmalen eine Regeltransistor-Ansteuerschaltung 910, die zusammen mit dem Regeltransistor 710 eine Spannungsregelung bildet. Die Regeltransistor-Ansteuerschaltung 910 (auch kurz als „Regler" bzw. „regulator" bezeichnet) ist dabei ausgelegt, um die Spannung an dem Gate-Anschluss des Regeltransistors 710 so einzustellen, dass der Regeltransistor 710 einen Versorgungsstrom I_VERS liefert, der an den Stromverbrauch eines durch die (interne) zweite Versorgungsspannungszuführung 718 versorgten Chips angepasst ist. Die Regeltransistor-Ansteuerschaltung 910 ist dabei bevorzugt ausgelegt, um die an der zweiten Versorgungsspannungszuführung 718 anliegende zweite Versorgungsspannung VDD auf einen konstanten Wert auszuregeln. Zu diesem Zweck kann die Regeltransistor-Ansteuerschaltung 910 beispielsweise eine Referenzspannungsquelle umfassen, oder ausgelegt sein, um eine feste Referenzspannung zu empfangen. Die Regeltransistor ansteuerschaltung 910 kann ferner einen Verstärker oder Operationsverstärker umfassen.
Bei der dritten Schaltungsanordnung 900 ist ferner die einstellbare Stromsenke 820 gemäß 8 durch eine schaltbare Stromquelle 920 ersetzt. Der Wert des gelieferten Stroms kann entweder einmal fest eingestellt sein oder während des Betriebs der Schaltungsanordnung 900 durch geeignete Steuersignale auf verschiedene Werte eingestellt werden. Ein Steuersignal 930 der schaltbaren Stromquelle 920, über das die schaltbare Stromquelle 920 ein- und ausgeschaltet werden kann, wird durch einen Schmitt-Trigger von der Spannung an der zweiten Kapazität 770 abgeleitet.
Die in den Schaltungsanordnungen 700, 800 gezeigte Stromquelle 730 ist in der Schaltungsanordnung 900 im übrigen durch eine schaltbare Stromquelle 940 ersetzt, so dass der bei den Schaltungsanordnungen 700, 800 mit I₁ bezeichnete Strom in Abhängigkeit von dem Steuersignal 930 auf zumindest zwei unterschiedliche Werte einstellbar ist. Die schaltbare Stromquelle 940, die wiederum mit einem Eingang der Anordnung 740 gekoppelt ist, ist ausgelegt, um einen ersten kleineren Stromwert zu liefern, wenn die schaltbare Stromquelle 920, die mit der zweiten Versorgungsspannungszuführung 718 gekoppelt ist, deaktiviert ist. Die schaltbare Stromquelle 940 ist ferner ausgelegt, um basierend auf dem Zustand des Steuersignals 930 einen großen bzw. größeren Stromwert zu liefern, wenn die schaltbare Stromquelle 920 aktiviert ist.
In anderen Worten, der Schwellen-Stromwert, mit dem der Versorgungsstrom I_VERS verglichen wird, um zu bestimmen, ob sich der Regeltransistor 710 an einen schwachen Arbeitspunkt befindet, wird gemäß der Ausgestaltung der Schaltungsanordnung 900 erhöht, wenn die schaltbare Stromquelle 920 aktiviert ist, um einen Strom I_SENKE (auch mit I_Shunt bezeichnet), von der zweiten Versorgungsspannungszuführung 718 (beispielsweise zu dem Bezugspotential GND hin) abzuleiten.
Der durch die schaltbare Stromsenke 920 in dem eingeschalteten Zustand gelieferte Strom I_SENKE und die beiden von der einstellbaren Stromquelle 740 alternativ gelieferten Ströme I_ADJUST und I_ADJUST + I_HYST sind bei der Schaltungsanordnung 900 so gewählt, dass durch das Umschalten der schaltbaren Stromquelle 940 eine Hysterese erzielt ist. Mit anderen Worten, die genannten Ströme sind so gewählt, dass ein schwacher Arbeitspunkt des Regeltransistors 710 erkannt wird, wenn der Versorgungsstrom I_VERS einen unteren Schwellen-Stromwert unterschreitet, dessen Größe durch den Strom I_ADJUST festgelegt ist. Unterschreitet somit der Versorgungsstrom I_VERS für eine ausreichend lange Zeit den unteren Schwellen-Stromwert (wobei die Zeit durch die Größe der zweiten Kapazität 770 bestimmt ist), so wird die schaltbare Stromsenke 920 aktiviert. Dadurch steigt der Versorgungsstrom I_VERS soweit an, dass sich der Regeltransistor 710 nicht mehr an einem schwachen Arbeitspunkt befindet. Gleichzeitig mit dem Aktivieren der schaltbaren Stromsenke 920 wird allerdings der von der schaltbaren Stromsenke 940 gelieferte Strom von I_ADJUST auf I_ADJUST + I_HYST umgeschaltet. Dadurch wird verhindert, dass sofort nach dem Aktivieren der schaltbaren Stromsenke 920 durch die Steuerleitung 930 ein starker Arbeitspunkt des Regeltransistors 710 signalisiert wird. Vielmehr erkennt die Schaltungsanordnung auch (direkt) im Anschluss an das Aktivieren der schaltbaren Stromsenke 920 einen schwachen Arbeitspunkt des Transistors, da der Versorgungsstrom I_VERS im aktivierten Zustand der schaltbaren Stromsenke 920 mit einem oberen Schwellen-Stromwert verglichen wird, der (zumindest betrags mäßig) größer als der untere Schwellenstromwert ist, und der durch den Gesamtstrom I_ADJUST + I_HYST festgelegt wird. Somit erkennt die Schaltungsanordnung 900 solange einen schwachen Arbeitspunkt des Regeltransistors 710, bis der Versorgungsstrom I_VERS durch Anstieg eines von dem restlichen System verbrauchten Strom I_SYSTEM über den oberen Schwellen-Stromwert ansteigt (wobei beispielsweise gelten kann: I_SYSTEM = I_LAST). Erst nach einem derartigen Anstieg wird die schaltbare Stromsenke 920 deaktiviert und gleichzeitig die schaltbare Stromquelle 940 wieder so eingestellt, das gilt: I₁ = I_ADJUST.
Durch die gezeigte Schaltungsanordnung 900, bei der eine Aktivierung der schaltbaren Stromsenke 920 mit einer Vergrößerung des Schwellen-Stromwerts (mit dem der Versorgungsstrom I_VERS verglichen wird) einhergeht, kann somit eine hohe Stabilität der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung erzielt werden. Eine Zeitkonstante des Regeltransistors 710 wird durch geeignete Wahl einer Größe der zweiten Kapazität 770 berücksichtigt. Kurzfristige Störungen werden durch den Schmitt-Trigger 950, der aus der Spannung der zweiten Kapazität 770 das Steuersignal 930 erzeugt, unterdrückt, und eine zusätzliche Hysterese wird durch die schaltbare Stromquelle 940 eingeführt.
Es wird weiterhin darauf hingewiesen, dass die zweite Kapazität 770 optional einstellbar bzw. umschaltbar ausgelegt sein kann. So kann die Kapazität 770 beispielsweise abhängig davon, ob gemäß dem Steuersignal 930 ein starker oder ein schwacher Arbeitspunkt vorliegt, eingestellt bzw. umgeschaltet werden. Dies ist vorteilhaft, da erkannt wurde, dass die Zeitkonstante der Regelung (bestehend aus dem Regeltransistor 710 und der Regeltransistor-Ansteuerschaltung 910) abhängig von dem Arbeitspunkt des Regeltransistors 710 ist. Es wird dabei bevorzugt, die Kapazität auf einen kleineren Wert einzustellen, wenn der Versorgungsstrom I_VERS einen hohen Wert annimmt (bzw. wenn das Steuersignal 930 einen starken Arbeitspunkt signalisiert).
Ferner kann der durch die schaltbare Stromsenke 920 im eingeschalteten Zustand gelieferte Strom I_SENKE beispielsweise abhängig von der Größe eines vorstehenden Lastwechsels eingestellt werden, wie dies schon oben beschrieben wurde.
Der Schmitt-Trigger 950 kann im übrigen optional entfallen und durch einen Schwellwert-Entscheider ohne Hysterese ersetzt werden. Ferner kann der Schmitt-Trigger 950 auch ersatzlos entfallen, wenn die in der schaltbaren Stromsenke 920 und der schaltbaren Stromquelle 940 enthaltenen Schalter eine direkte Ansteuerung durch die an der zweiten Kapazität 770 anliegende Kondensatorspannung erlauben. In diesem Falle bildet das an einem Anschluss der zweiten Kapazität 770 anliegende Signal direkt das Steuersignal 930. Der Schmitt-Trigger 950 kann auch durch einen linearen (ggfs. invertierenden) Verstärker ersetzt werden.
Weiterhin ist es möglich, die Schaltungsanordnung 900 in eine inaktiven Zustand bzw. Schlaf-Zustand (auch mit „Sleep-Zustand" bezeichnet) zu versetzen. Um einen Schlaf-Zustand zu erreichen, können beispielsweise die Gate-Anschlüsse der PMOS-Feldeffekttransistoren 742, 744, 746 mit der zweiten Versorgungspotentialzuführung 718 verbunden werden. Damit wird die Gate-Source-Spannung zumindest des ersten PMOS-Feldeffekttransistors 742 und des zweiten PMOS-Feldeffekttransistors 744 zu Null, wodurch ein Stromfluss durch die genannten Transistoren unterbunden wird (vorausgesetzt die PMOS-Feldeffekttransistoren sind selbstsperrend).
Zusätzlich ist es ferner möglich, den Stromspiegel 760 zu deaktivieren. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem die Gate-Anschlüsse der NMOS-Feldeffekttransistoren des NMOS-Stromspiegels 760 mit dem Bezugspotential verbunden werden. Bei der gezeigten Ausführung des Stromspiegels ist damit gewährleistet, dass der Stromspiegel 760 keinen Stromfluss mehr aus der zweiten Kapazität 770 ermöglicht. Ferner erlaubt in dem beschriebenen Zustand der zweite NMOS-Feldeffekttransistor 744 keinen Stromfluss mehr zu der zweiten Kapazität 770.
In dem Schlaf-Zustand ist somit von, parasitären Strömen abgesehen, ein Laden und/oder ein Entladen der zweiten Kapazität 770 unterbunden. Somit bleibt in dem Schlaf-Zustand, von parasitären Effekten abgesehen, ein Ladungszustand der zweiten Kapazität 770 unverändert erhalten. Gleichzeitig wird der Stromverbrauch der Schaltung deutlich reduziert. Die oben beschriebenen Schalter, mit denen die PMOS-Feldeffekttransistoren 742 und 744 bzw. der Stromspiegel 760 deaktiviert werden können, sind im übrigen mit 980 und 982 bezeichnet.
Zusammenfassend lässt sich die Funktionsweise der Schaltungsanordnung 900 kurz wie folgt beschreiben: Durch die gemeinsame Gate-Spannung des Regeltransistors 710 und des Arbeitspunkt-Bestimmungstransistors 750 wird zu einem virtuellen Versorgungsspannungs-Knoten (virtuelle VDD) an dem Source-Anschluss des Arbeitspunkt-Bestimmungstransistors 750 durch einen NMOS-Zweig ein Strom gespiegelt. Die Spiegelung des Stroms erfolgt ähnlich wie bei einer Strombegrenzung. Der entsprechende Strom, der einen Entladestrom I_ENTLADE bildet, beträgt einen vorgegebenen Bruchteil des Systemstroms I_SYSTEM (bzw. des Versorgungsstroms I_VERS) (und liegt beispielsweise in einem Bereich zwischen einem Zehntel des Systemstroms und einem Zehntausendstel des Systemstroms). Der Strom I_ENTLADE wird dabei über die Drain-Source-Strecke des dritten PMOS-Feldeffekttransistors weitergeleitet. Das entsprechende Verhältnis (bzw. der entsprechende vorgegebene Bruchteil) ergibt sich durch die Skalierung des Arbeitspunkt-Bestimmungstransistors 750 in Bezug auf den Regeltransistor 710. Eine Kanalbreite des Regeltransistors 710 beträgt nämlich beispielsweise ein vorgegebenes Vielfaches (beispielsweise in einem Bereich zwischen einem Zehnfachen und einem Zehntausendfachen) einer Kanalbreite des Arbeitspunkt-Bestimmungstransistors 750 (wobei das genannte Verhältnis von der tatsächlichen Implementierung abhängig ist).
Der Entladestrom I_ENTLADE entlädt die zweite Kapazität 770, die auch als C_WEAK bezeichnet ist. Durch die Bezeichnung C_WEAK (weak = schwach) kommt zum Ausdruck, dass die zweite Kapazität 770 für eine Erkennung eines schwachen Arbeitspunktes ausgelegt ist. Der Entladestrom I_ENTLADE wird über den Stromspiegel 760 an die zweite Kapazität 770 weitergeleitet.
Ein Ladestrom I_LADE ist durch eine Stromquelle (die schaltbare Stromquelle 940) einstellbar und lädt die zweite Kapazität 770. Der Ladestrom I_LADE ist konstant (solange die schaltbare Stromquelle 940 nicht umgeschaltet wird). Aufgrund der genannten Ströme (des Ladestroms I_LADE und des Entladestroms I_ENTLADE) ist die Ladung auf der zweiten Kapazität 770 (C_WEAK) von dem Systemstrom I_SYSTEM (der einen oder mehrere weitere Schaltungsteile versorgt) abhängig. Durch den Schmitt-Trigger 950 wird ein digitales Signal erzeugt, das signalisiert, wenn der NMOS-Regeltransistor 710 sich an einem schwachen Be triebspunkt befindet, was bedeutet, dass der Systemstrom I_SYSTEM niedriger als das eingestellte Minimum ist.
Ist der Systemstrom I_SYSTEM zu niedrig (beispielsweise niedriger als einstellbarer erster Stromwert bzw. unterer Schwellenstromwert I₁) so wird eine Stromquelle (die schaltbare Stromsenke 920) angeschaltet. Erreicht der Versorgungsstrom I_VERS einen zweiten Stromwert bzw. oberen Schwellenstromwert I₂, so wird die Strom-Last bzw. die schaltbare Stromsenke 920 ausgeschaltet. Eine Hysterese schaltet den Strom-Pegel für eine Aktivierung der Minimal-Last-Stromquelle (minload current source) beispielsweise auf den ersten Stromwert I₁.
Somit bleibt der Strom durch den NMOS-Regeltransistor 710 oberhalb des ersten Stromwerts I₁. Die Zeitkonstante der Minimale-Last-Schaltung (minload-circuit) kann schnell gewählt werden, da ein Stabilitätsproblem durch die Regelschleife entspannt ist. Die Zeitkonstante muss schneller als die Zeitkonstante des NMOS-Reglers sein. Die Zeitkonstante ist ferner bevorzugt langsamer als einige (z.B. 5 oder 10) Taktzyklen (einer durch die zweite Versorgungsspannungszuführung 718 versorgten getakteten Schaltung), um Takt-Spitzen auszugleichen bzw. abzuflachen. Der geschaltete Strom (der schaltbaren Stromsenke 920) ist ferner bevorzugt kleiner als die Hysterese der Schwellen (also des betragsmäßigen Abstands des oberen Schwellen-Stromwerts und des unteren Schwellen-Stromwerts), um eine Oszillation zu vermeiden.
10 zeigt eine graphische Darstellung eines beispielhaften Stromverlaufs in einer Spannungsversorgungsschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die graphische Darstellung der 10 ist mit 1000 bezeichnet.
An einer Abszisse 1010 ist die Zeit angetragen. Eine Ordinate 1020 zeigt ferner den Strom.
Eine erste Kurve 1050, die gestrichelt gezeichnet ist, beschreibt dem Systemstrom I_SYSTEM, der von der durch die zweite Versorgungsspannungszuführung 718 versorgten Schaltungsanordnung aufgenommen wird. Eine zweite Kurve 1060 beschreibt ferner den zeitlichen Verlauf des durch die Regelschaltung bzw. den Regeltransistor 710 fließenden Versorgungsstroms I_VERS. Es sei diesbezüglich darauf hingewiesen, dass die erste Kurve 1050 und die zweite Kurve 1060 teilweise zusammenfallen, wie im Folgenden noch beschrieben wird. Eine dritte Kurve 1070 beschreibt ferner den zeitlichen Verlauf eines von der schaltbaren Stromsenke 920 gelieferten Stroms I_SENKE. Zu dem Anfangszeitpunkt (t = 0), liefert die schaltbare Stromsenke 920 einen Strom I_SENKE = I_SENKE,1 an die zweite Versorgungsspannungszuführung. Somit entspricht der Versorgungsstrom I_VERS näherungsweise in einer Summe aus dem Systemstrom I_SYSTEM und dem Strom I_SENKE der schaltbaren Stromsenke 920. Der Versorgungsstrom I_VERS folgt dabei dem Systemstrom I_SYSTEM mit einem Offset, der durch die schaltbare Stromsenke 920 festgelegt ist, bis der Versorgungsstrom I_VERS einen Wert von I₂ (den oberen Schwellen-Stromwert) erreicht, wobei der entsprechende Zeitpunkt mit t1 bezeichnet ist. Zu diesem Zeitpunkt erkennt die Schaltungsanordnung 900 den Übergang von dem schwachen Arbeitspunkt an den starken Arbeitspunkt. Die schaltbare Stromsenke 920 wird daraufhin deaktiviert, wodurch der Strom I_SENKE auf 0 zurückgeht. Der Versorgungsstrom I_VERS stimmt nunmehr (abgesehen von einem Stromverbrauch der Schaltungsanordnung bzw. Ansteuerschaltungsanordnung 900) mit dem Eigenstromverbrauch bzw. mit dem Systemstrom I_SYSTEM überein. Erreicht der Versorgungsstrom I_VERS nun die Schwelle von I₁ (Zeitpunkt t2), so wird die zweite Kapazität 770 aufgeladen.
Zu einem Zeitpunkt t3 wird daher die schaltbare Stromsenke 920 wieder aktiviert (I_SENKE = I_SENKE,1), und der durch den NMOS-Regeltransistor 710 fließende Versorgungsstrom I_VERS nimmt um den entsprechenden Wert von I_SENKE zu. Die zeitliche Differenz Δt = t₃ – t₂ wird dabei durch die Größe der zweiten Kapazität 770 sowie durch den tatsächlichen Wert von I_VERS während des Zeitintervalls zwischen t₂ und t₃ bestimmt.
Mit anderen Worten, unmittelbar (bzw. mit einer geringen Verzögerung) nachdem der Versorgungsstrom I_VERS den unteren Schwellenwert I unterschreitet, wird die schaltbare Stromsenke 920 aktiviert, so dass der Versorgungsstrom I_VERS wiederum oberhalb von I (das heißt oberhalb des unteren Schwellen-Stromwerts) liegt.
Somit ist sichergestellt, dass der Versorgungsstrom durch den Regeltransistor 710 zu jedem Zeitpunkt (abgesehen von dem kurzen Zeitintervall zwischen den Zeitpunkten t₂ und t₃) oberhalb des unteren Schwellenwerts liegt.
Es wird hierbei darauf hingewiesen, dass der Stromwert der einstellbaren Stromsenke 920 größer oder gleich dem unteren Schwellen-Stromwert (in dem gezeigten Beispiel: I₁) ist. Eine Hysterese ist im übrigen durch eine Differenz zwischen dem oberen Schwellen-Stromwert (in dem gezeigten Beispiel: I₂) und im unteren Schwellen-Stromwert definiert.
11a und 11b zeigen ferner ein detailliertes Schaltbild einer erfindungsgemäßen Spannungsversorgungsschaltung. Das Schaltbild der 11a und 11b ist in seiner Gesamtheit mit 1100 bezeichnet. Ferner wird darauf hingewiesen, dass die in den 12 bis 15 gezeigten Simulationsergebnisse unter Ver wendung der in den 11a und 11b gezeigten Schaltungsanordnung 1100 erzeugt wurden.
Die Schaltungsanordnung 1100 entspricht dabei im Wesentlichen der Schaltungsanordnung 900, so dass gleiche Einrichtungen und Größen in den Schaltungsanordnungen 900 und 1100 mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind und hier nicht separat erläutert werden.
Die 11a zeigt im übrigen den Regler (insbesondere den Regeltransistor 710) und ein Lastmodell 1150. Das Lastmodell 1150 umfasst bei der Simulation einfache Stromsenken. Ein geringer Basis-Strom bzw. Grundstrom ist stets eingeschaltet. Das Lastmodell umfasst ferner eine Last, die ausgeschaltet wird, wenn eine Strombegrenzung einen hohen Strom erkennt. In anderen Worten, wenn die Strombegrenzung erkennt, dass der Versorgungsstrom I_VERS größer als ein zulässiger Schwellwert ist, so wird die Last abgeschaltet, und es bleibt nur noch der geringe Basisstrom bzw. Grundstrom in dem Lastmodell angeschaltet. Im übrigen wird darauf hingewiesen, dass das Lastmodell mit der zweiten Versorgungsspannungszuführung 718 gekoppelt ist, wobei die auf der zweiten Versorgungsspannungszuführung 718 vorliegende Versorgungsspannung durch den Regeltransistor 710 geregelt ist.
Die 11b zeigt ferner ein detailliertes Schaltbild der sog. Minload-Schaltung bzw. Minimale-Last-Schaltung (minload circuit), die ausgelegt ist, um stets einen minimalen Stromfluss durch den Regeltransistor 710 (also einen minimalen Versorgungsstrom I_VERS) zu gewährleisten. Die Minload-Schaltung kann somit auch als Grundlast-Schaltung aufgefasst werden, die eine minimale Grundlast für den Regeltransistor 710 sicherstellt.
Eine Strom-Detektierungs-Schaltung umfasst im übrigen den Arbeitspunkt-Bestimmungstransistor 750 sowie den zweiten PMOS-Transistor 744, den dritten PMOS-Transistor 746 und den Stromspiegel 760. Die Strom-Detektierungsschaltung umfasst ferner die zweite Kapazität 770. Es wird darauf hingewiesen, dass die Strom-Detektierungs-Schaltung in ihrer Gesamtheit mit 1160 bezeichnet ist.
Die in der 11b dargestellte Schaltungsanordnung 1100 umfasst ferner einen Schmitt-Trigger 1170, der den Schmitt-Trigger 950 der Schaltungsanordnung 900 entspricht. Der Schmitt-Trigger 1170 liefert ein Steuersignal 930, das die geschaltete Stromquelle 940 ansteuert. Die geschaltete Stromquelle 940 dient dabei zur Einstellung von Schaltschwellen bzw. Pegeln (auch als unterer Schwellen-Stromwert und oberer Schwellen-Stromwert bezeichnet). Die einstellbare Stromquelle 940 ermöglicht somit die Bereitstellung einer Hysterese für die Strom-Detektierungs-Schaltung 1160.
Die Schaltungsanordnung 1100 umfasst ferner noch eine geschaltete Stromsenke 920, die durch das Steuersignal 930 angesteuert wird. Die geschaltete Stromsenke 920 kann dabei als Stromquelle zur Bereitstellung eines minimalen Grundstroms (Minload-Strom) aufgefasst werden.
Aus der Schaltungsanordnung 1100 der 11b ist ferner ersichtlich, dass ein Schaltpegel der Minload-Schaltung in einer einfachen Rückkopplungs-Schleife eingestellt wird. Der durch die schaltbare Stromquelle 940 bestimmte Schaltpegel hängt dabei von dem Wert des Steuersignals 930 ab. In anderen Worten, in Abhängigkeit von dem Wert des Steuersignals 930 liefert die geschaltete Stromquelle 940 zumindest zwei ver schiedene Ströme an den ersten PMOS-Feldeffekttransistor 742, wobei der von der schaltbaren Stromquelle 940 gelieferte Strom zur Einstellung einer Schaltschwelle der Strom-Detektierungs-Schaltung 1160 dient. Die Schaltschwelle der Strom-Detektierungs-Schaltung 1160 bezieht sich dabei auf den durch den Regeltransistor 710 gelieferten Versorgungsstrom I_VERS. Die Strom-Detektierungsschaltung 1160 in Kombination mit dem Schmitt-Trigger 1170 liefert somit in Abhängigkeit von dem Versorgungsstrom I_VERS und von dem durch die schaltbare Stromquelle 940 gelieferten Strom das Steuersignal 930, das wiederum auf die schaltbare Stromquelle 940 zurückwirkt.
12 zeigt eine graphische Darstellung von Spannungs- und Stromverläufen bei einem Einschalten einer Last, mit und ohne Verwendung des erfindungsgemäßen Konzepts. Die graphische Darstellung der 12 ist in ihrer Gesamtheit mit 1200 bezeichnet. An einer Abszisse 1210 ist die Zeit aufgetragen.
Eine erste Ordinate 1220 beschreibt eine Spannung an der zweiten Versorgungspotentialzuführung 718 (also eine durch den Regeltransistor 710 geregelte Spannung). Eine zweite Ordinate 1230 zeigt einen durch den Regeltransistor 710 fließenden Versorgungsstrom I_VERS.
Die graphische Darstellung 1200 beschreibt insgesamt das Einschalten einer Last in Verbindung mit einer Strombegrenzung.
Ein erster Kurvenverlauf 1250 beschreibt die zweite Versorgungsspannung auf der zweiten Versorgungsspannungszuführung, die sich ergibt, wenn das erfindungsgemäße Konzept nicht verwendet wird, wenn also keine Schaltungsanordnung zur Einstellung einer minimalen Last (Minload-Schaltung) verwendet wird.
Ein zweiter Kurvenverlauf 1252 beschreibt den zeitlichen Verlauf des Versorgungsstroms I_VERS, der sich ergibt, wenn ohne Verwendung einer Schaltung zur Einstellung eines minimalen Grundstroms (Minload-Schaltung) ein entsprechender Lastwechsel auftritt.
Ein dritter Kurvenverlauf 1260 beschreibt den zeitlichen Verlauf der zweiten Versorgungsspannung auf der zweiten Versorgungsspannungszuführung beim Einschalten einer Last mit einer gleichen Stromaufnahme, wenn das erfindungsgemäße Konzept einer Schaltung zur Einstellung eines minimalen Grundstroms bzw. Basisstroms (Minload-Schaltung) verwendet wird. Ein vierter Kurvenverlauf 1262 beschreibt ferner den zugehörigen zeitlichen Verlauf des Versorgungsstroms I_VERS.
Mit anderen Worten, die graphische Darstellung 1200 zeigt eine transiente Antwort auf eine Veränderung einer Last mit und ohne Verwendung einer Schaltung zur Einstellung eines minimalen Grundstroms bzw. Basisstroms.
Wie aus der 12 ersichtlich ist, wird durch das erfindungsgemäße Konzept in dem statischen Fall sichergestellt, dass vor einer Erhöhung der Stromaufnahme (also vor dem Zeitpunkt t₁) ein minimaler Versorgungsstrom von etwa I_min,1 vorliegt. Ohne Verwendung des erfindungsgemäßen Konzepts hingegen ergibt sich ein minimaler Versorgungsstrom I_VERS von I_min,2, der beispielsweise nur ein Sechstel von I_min,1 beträgt (vgl. zweiter Kurvenverlauf 1252 und vierter Kurvenverlauf 1262).
Ferner ist aus der graphischen Darstellung 1200 ersichtlich, dass die zweite Versorgungsspannung bei dem beschriebenen Lastwechsel deutlich stärker einbricht, wenn eine Schaltung zur Einstellung eines minimalen Grundstroms nicht verwendet wird. Wird die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung verwendet, so bricht die zweite Versorgungsspannung im Vergleich dazu weniger stark ein. In anderen Worten, durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Schaltung zur Sicherstellung eines minimalen Grundstroms bzw. Basisstroms kann ein Einbruch der zweiten, geregelten Versorgungsspannung auf der zweiten Versorgungsspannungszuführung verringert werden. Dadurch ist ein zuverlässiger Betrieb der durch die zweite Versorgungsspannung versorgten Schaltung gewährleistet.
13 zeigt eine graphische Darstellung von Spannungs- und Stromverläufen bei einem schnellen Ein- und Ausschalten eines Laststroms mit und ohne Verwendung des erfindungsgemäßen Konzepts.
Die graphische Darstellung der 13 ist in ihrer Gesamtheit mit 1300 bezeichnet. An einer Abszisse 1310 ist die Zeit angetragen, wobei der absolute Zeitwert keine Bedeutung hat, während hingegen Zeitdifferenzen von Bedeutung sind.
An einer ersten Ordinate ist die zweite Versorgungsspannung VDD angetragen. An einer zweiten Ordinate 1330 ist der Versorgungsstrom I_VERS, der durch den Regeltransistor in den fließt, angetragen. Ein erster Kurvenverlauf 1350 beschreibt den zeitlichen Verlauf der zweiten Versorgungsspannung VDD als Funktion der Zeit bei einem Lastwechsel, wenn eine Schaltungsanordnung zur Einstellung eines minimalen Grundstroms bzw. Basisstroms nicht vorhanden bzw. zumindest nicht aktiviert ist. Ein zweiter Kurvenverlauf 1352 beschreibt analog einen zeitlichen Verlauf der zweiten Versorgungsspannung VDD mit einer aktivierten Schaltungsanordnung zur Einstellung eines minimalen Grundstroms (also beispielsweise einer Schaltungsanordnung 800, 900 oder 1100). Es wird hierbei darauf hingewiesen, dass der erste Kurvenverlauf 1350 und der zweite Kurvenverlauf 1352 teilweise zusammenfallen.
Ein dritter Kurvenverlauf 1360 beschreibt den Versorgungsstrom I_VERS als Funktion der Zeit bei deaktivierter oder nicht-vorhandener Schaltung zur Einstellung eines minimalen Grundstroms (Minload-Schaltung). Ein vierter Kurvenverlauf 1362 zeigt schließlich analog einen zeitlichen Verlauf des Versorgungsstroms I_VERS bei aktivierter bzw. vorhandener Schaltung zur Einstellung eines minimalen Grundstroms.
Zu einem Zeitpunkt t₁ wird dabei ein Laststrom deaktiviert, woraufhin der Laststrom zum Zeitpunkt t₂ wieder aktiviert wird. Die Kurvenverläufe 1350, 1352 zeigen dabei, dass im Anschluss an das Deaktivieren des Laststroms zum Zeitpunkt t₁ die zweite Versorgungsspannung VDD ansteigt. Nach dem erneuten Aktivieren des Laststroms fällt die zweite Versorgungsspannung VDD dann wieder ab. Es sei hierbei darauf hingewiesen, dass der gezeigte Stromverlauf als schnelles Strom-aus-ein-Schalten bezeichnet wird. Der zeitliche Abstand zwischen dem Einschalten und dem Ausschalten ist so gering, dass die Regelung die Spannung nicht ausregeln kann. Ist die Schaltungsanordnung zur Einstellung eines Minimalen Grundstroms (Minload-Schaltung) allerdings aktiv, so beginnt die Schaltungsanordnung zur Einstellung eines minimalen Grundstroms kurze Zeit nach dem Abfallen des von der Last aufgenommenen Stroms, den gesamten durch den Regeltransistor fließenden Versorgungsstrom I_VERS zu erhöhen. Dies ist beispielsweise aus dem vierten Kurvenverlauf 1362 zwischen den Zeiten t₃ und t₂ ersichtlich. Wenn der von der Last aufgenommene Strom wieder ansteigt (ab dem Zeitpunkt t₂) so wird der durch die Schaltungsanordnung zur Einstellung eines minimalen Grundstroms (Minload-Schaltung) gelieferte Strom (z.B. der Strom I_SENKE) sofort bzw. mit einer geringen zeitlichen Verzögerung abgeschaltet (vgl. vierter Kurvenverlauf 1362 zwischen den Zeitpunkten t₄ und t₅).
In anderen Worten, die Schaltungsanordnung zur Einstellung des minimalen Grundstroms (Minload-Schaltung) ist schneller als der Regler und langsamer als eine Strombegrenzung. Die Geschwindigkeit der genannten Schaltungsanordnung ist beispielsweise durch die Größe der zweiten Kapazität 770 und durch die Schaltzeit der schaltbaren Stromsenke 820 bestimmt.
14 zeigt eine graphische Darstellung von simuliertem Spannungs- und Stromverläufen im Falle von Lastwechseln unter Verwendung einer herkömmlichen Spannungsversorgungsschaltung.
Die graphische Darstellung der 14 ist in ihrer Gesamtheit mit 1400 bezeichnet und zeigt die Ergebnisse einer System-Simulation ohne eine sog. Minload-Schaltung.
Eine Abszisse 1410 beschreibt dabei die Zeit. Eine erste Ordinate beschreibt einen durch den Regeltransistor 710 fließender Versorgungsstrom I_VERS. In anderen Worten, die graphische Darstellung 1400 beschreibt durch einen ersten Kurvenverlauf 1424 einen zeitlichen Verlauf eines Stroms, der von einem Kartenleser an eine Chipkarte mit einer darauf befindlichen Spannungs-Regel-Schaltung zur Erzeugung einer zweiten, internen Versorgungsspannung auf einer zweiten Versorgungsspannungszuführung, geliefert wird. An einer zweiten Ordinate 1430 ist ferner die zweite Versorgungsspannung VDD angetragen. Ein entsprechender zweiter Kurvenverlauf 1434 beschreibt daher den zeitlichen Verlauf der zweiten, internen Versorgungsspannung VDD, bei dem durch den ersten Kurvenverlauf 1424 gezeigten Lastwechsel.
Der erste Kurvenverlauf 1424, welcher den Versorgungsstrom I_VERS beschreibt, zeigt, dass das System von einer verschwindenden Stromaufnahme bis zu einem Systemstrom hochgefahren (gerampt) wird. Bei einem ersten Lastwechsel, der etwa zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₂ auftritt, fällt die zweite Versorgungsspannung VDD auf einen minimalen Wert U₁ ab. Nach dem Lastwechsel, also etwa nach dem Zeitpunkt t2, ist die zweite Versorgungsspannung zu hoch, das heißt größer als die anfängliche Spannung. Bei einem zweiten Lastwechsel, der etwa zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 auftritt, bricht die zweite Versorgungsspannung VDD hingegen sehr weit zusammen (vgl. erster und zweiter Kurvenverlauf 1424, 1434).
Somit zeigt sich, dass insbesondere bei dem zweiten gezeigten Lastwechsel ohne Verwendung der erfindungsgemäßen Minload-Schaltung die zweite, geregelte Versorgungsspannung zu tief einbricht, so dass ein zuverlässiger Betrieb der durch die zweite Versorgungsspannung VDD versorgten Schaltung nicht mehr gewährleistet ist (da die durch die zweite Versorgungsspannung VDD versorgte Schaltung beispielsweise eine Mindestspannung für einen zuverlässigen Betrieb benötigt).
15 zeigt eine graphische Darstellung von simulierten Spannungs- und Stromverläufen im Falle von Lastwechseln unter Verwendung einer Spannungsversorgungsschaltung mit einer erfindungsgemäßen Minload-Schaltung. Die graphische Darstellung der 15 ist mit 1500 bezeichnet. An einer Abszisse 1510 ist die Zeit aufgetragen. Eine erste Ordinate 1520 beschreibt den Versorgungsstrom I_VERS. Ein erster Kurvenverlauf 1524 beschreibt den zeitlichen Verlauf des Versorgungsstroms I_VERS als Funktion der Zeit, wobei ein Stromverbrauch des Systems (der beispielsweise in der Schaltungsanordnung 900 der 9 mit I_SYSTEM bezeichnet ist) von 0 (keine Stromaufnahme) auf einen Systemstrom hochgefahren (gerampt) wird. Ein erster Lastwechsel erfolgt dabei etwa zwischen den Zeitpunkten t1 und t2, wobei der erste Lastwechsel sowohl einen Anstieg des Stromverbrauchs (bis etwa zum Zeitpunkt t3) als auch einen Abfall der Stromaufnahme (etwa zwischen den Zeitpunkten t3 und t2) beschreibt.
Ein zweiter Lastwechsel, der lediglich eine Zunahme des von dem System aufgenommenen Systemstroms I_SYSTEM umfasst, findet etwa zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 statt.
Im übrigen wird darauf hingewiesen, dass der Kurvenverlauf 1524 somit einen Strom beschreibt, der von einem (Karten)-Leser an eine Chipkarte mit einer erfindungsgemäßen Stromversorgungsschaltung geliefert wird.
Eine zweite Ordinate 1530 beschreibt ferner eine interne Regelspannung bzw. die interne, zweite geregelte Versorgungsspannung VDD. Somit beschreibt ein zweiter Kurvenverlauf 1534 den zeitlichen Verlauf der geregelten zweiten Versorgungsspannung VDD als Funktion der Zeit.
Es ist aus der graphischen Darstellung 1500 ersichtlich, dass bei dem ersten Lastwechsel unter Verwendung der erfindungsgemäßen Minload-Schaltung ein bestimmter Spannungsabfall auftritt. Ohne Verwendung einer Minload-Schaltung hingegen ergibt sich ein größerer (beispielsweise etwa doppelt so großer) Spannungseinbruch. Nach dem ersten Lastwechsel wird die Spannung unter Verwendung der erfindungsgemäßen Minload-Schaltung wieder auf die anfängliche Spannung ausgeregelt. Ohne die Minload-Schaltung hingegen ergibt sich nach dem ersten Lastwechsel eine geregelte Versorgungsspannung, die deut lich größer als die anfängliche Spannung ist. Bei dem zweiten Lastwechsel tritt unter Verwendung der erfindungsgemäßen Minload-Schaltung ein bestimmter Spannungsabfall auf. Ohne die erfindungsgemäße Minload-Schaltung ergibt sich hingegen ein wesentlich größerer Spannungsabfall.
Es zeigt also, dass durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Minload-Schaltung das Regelverhalten der beschriebenen Spannungsregel-Schaltung wesentlich verbessert werden kann. Durch die Erzielung eines Grundstroms, der auch dann vorliegt, wenn das durch die geregelte Versorgungsspannung versorgte System eine sehr geringe oder gar keine Stromaufnahme I_SYSTEM aufweist, kann erreicht werden, dass ein Anstieg der Stromaufnahme schnell und bei vergleichsweise geringem Spannungseinbruch ausgeregelt werden kann. Der entsprechende Regeltransistor wird durch den Grundstrom an einen starken Arbeitspunkt gebracht, an dem er ein besseres Regelverhalten aufweist als an einem schwachen Arbeitspunkt mit einem geringeren Versorgungsstrom. Durch die Bereitstellung eines minimalen Grundstroms wird ferner gewährleistet, dass eine durch ein Überschwingen der Spannungsregelung vorliegende zu große geregelte Versorgungsspannung zuverlässig innerhalb kurzer Zeit abgebaut wird. Durch den minimalen Grundstrom wird nämlich eine Stützkapazität, die zwischen die zweite, interne Versorgungsspannungszuführung und das Bezugspotential GND geschaltet ist, entladen, auch wenn ein von dem versorgten System aufgenommener Systemstrom I_SYSTEM sehr klein oder gar gleich Null ist.
15a zeigt ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Versorgen einer Schaltung mit einer Versorgungsspannung unter Verwendung eines Regeltransistors.
Das Verfahren der 15a ist in seiner Gesamtheit mit 1580 bezeichnet. Bei der Durchführung des Verfahrens 1580 wird davon ausgegangen, dass ein Regeltransistor zwischen eine erste Versorgungsspannungszuführung und eine zweite Versorgungsspannungszuführung geschaltet ist, wobei der Regeltransistor ausgelegt ist, um basierend auf einer auf der ersten Versorgungsspannungszuführung vorhandenen ersten Versorgungsspannung eine auf der zweiten Versorgungsspannungszuführung vorhandene zweite Versorgungsspannung zu regeln. Der Regeltransistor ist ausgelegt, um einen Versorgungsstrom an die zweite Versorgungsspannungszuführung zu liefern.
Ein schwacher Arbeitspunkt des Regeltransistors liegt im übrigen dann vor, wenn der Versorgungsstrom unter einem gegebenen Strom ist. Im Falle eines schwachen Arbeitspunktes würde im übrigen die zweite Versorgungsspannung betragsmäßig vorübergehend unter einen vorgegebenen zulässigen Mindest-Spannungswert fallen, wenn der auf der zweiten Versorgungsspannungszuführung vorliegende Strom (z.B. der Strom I_SYSTEM) innerhalb einer vorgegeben Zeit um einen vorgegebenen Strombetrag anstiege. Ferner ist unterhalb des vorgegebenen zulässigen Mindest-Spannungswerts ein zuverlässiger Betrieb einer durch die zweite Versorgungsspannung versorgten Schaltung nicht mehr gewährleistet.
Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst in einem ersten Schritt 1590 ein Bestimmen, ob sich der Regeltransistor an einem schwachen Arbeitspunkt befindet. Das Bestimmen erfolgt basierend auf einer Information, die ein Maß für einen durch den Regeltransistor an die zweite, interne Versorgungsspannungszuführung gelieferten aktuellen Versorgungsstrom ist.
Ein zweiter Schritt 1592 des erfindungsgemäßen Verfahrens 1580 umfast ein Verhindern, dass ausgehend von dem schwachen Arbeitspunkt ein Anstieg des Versorgungsstroms um zumindest den vorgegeben Strombetrag innerhalb der vorgegebenen Zeit stattfindet, falls sich der Regeltransistor an einem schwachen Arbeitspunkt befindet.
Mit anderen Worten, durch das erfindungsgemäße Verfahren wird sichergestellt, dass ausgehend von dem schwachen Arbeitspunkt der Versorgungsstrom nicht so schnell ansteigt, dass die Regelung (einschließlich des Regeltransistors) überfordert ist. Dadurch wird erreicht, dass die zweite Versorgungsspannung nicht unter den vorgegebenen zulässigen Mindest-Spannungswert fällt.
Das erfindungsgemäße Verfahren 1580 kann ferner diejenigen Schritte umfassen kann, die im Rahmen der Beschreibung der entsprechenden Vorrichtungen erläutert wurden. In anderen Worten, das erfindungsgemäße Verfahren kann so ergänzt werden, das die Funktionalität der beschriebenen Schaltungsanordnungen erreicht wird.
Es sei hier ferner darauf hingewiesen, dass die vorstehend beschriebenen Schaltungsanordnungen 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900 und 1100 miteinander kombiniert werden können. Dabei kann eine Koordinationseinrichtung, die einzelnen Maßnahmen (Aktivieren eines Grundstroms, Einstellen einer Taktfrequenz für eine Schaltungskomponente, Aktivieren nur eines Teils des durch die zweite Versorgungsspannung des versorgten Systems) koordinieren.
Die vorliegende Erfindung schafft somit ein Konzept zur Versorgung einer Schaltungsanordnung mit einer geregelten Ver sorgungsspannung unter Verwendung eines Längs-Regel-Transistors, durch das unzulässig tiefe Einbrüche der geregelten Versorgungsspannung verhindert werden. Somit ist zu jedem Zeitpunkt ein zuverlässiger Betrieb einer durch die geregelte Versorgungsspannung versorgten Schaltungsanordnung gewährleistet.

100: Graph
110: Abszisse
120: erste Ordinate
122: zweite Ordinate
130: Spannungsverlauf
140: Stromverlauf
150: graphische Darstellung
160: Spannungsverlauf
170: Stromverlauf
180: graphische Darstellung
182: Abszisse
184: Ordinate
190: erster Kurvenverlauf
192: zweiter Kurvenverlauf
194: dritter Kurvenverlauf
200: graphische Darstellung
210: erste graphische Darstellung
220: Abszisse
222: Ordinate
224: Kurvenverlauf
230: zweite graphische Darstellung
232: Ordinate
234: Kurvenverlauf
300: Spannungsversorgungsschaltung
310: Regeltransistor
312: erste Versorgungsspannungszuführung
314: zweite Versorgungsspannungszuführung
320: Last
330: Regeltransistor-Ansteuerschaltung
340: Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung
342: Information
350: Verhinderungseinrichtung
360: Information
400: Spannungsversorgungsschaltung
430: erster Schaltungsteil
440: zweiter Schaltungsteil
450: Aktivierungssignal
500: Spannungsversorgungsschaltung
520: Verhinderungseinrichtung
530: Takt-Eingangssignal
540: Takt-Ausgangssignal
550: Takt-Einstelleinrichtung
600: Spannungsversorgungsschaltung
620: Verhinderungseinrichtung
630: schaltbare Stromsenke
640: Signalisierungssignal (optional)
700: Schaltungsanordnung
710: Regeltransistor
714: erste Versorgungsspannungszuführung
718: zweite Versorgungsspannungszuführung
720: Kapazität
730: Stromquellenschaltung
740: Anordnung
742: erster PMOS-Feldeffekttransistor
744: zweiter PMOS-Feldeffekttransistor
746: dritter PMOS-Feldeffekttransistor
750: Arbeitspunkt-Bestimmungstransistor
760: Stromspiegel
770: erste Kapazität
800: Schaltungsanordnung
820: einstellbare Stromsenke
830: Steuersignal
840: NMOS-Feldeffekttransistor
842: Widerstand
900: Schaltungsanordnung
910: Regeltransistor-Ansteuerschaltung
920: schaltbare Stromsenke
930: Steuersignal
940: schaltbare Stromquelle
950: Schmitt-Trigger
980: erster Schalter
982: zweiter Schalter
1000: graphische Darstellung
1010: Abszisse
1020: Ordinate
1050: erster Kurvenverlauf
1060: zweiter Kurvenverlauf
1070: dritter Kurvenverlauf
1100: Schaltungsanordnung
1110: Gate-Signal
1150: Last-Modell
1160: Strom-Detektions-Schaltung
1170: Schmitt-Trigger
1200: graphische Darstellung
1210: Abszisse
1220: erste Ordinate
1230: zweite Ordinate
1250: erster Kurvenverlauf
1252: zweiter Kurvenverlauf
1260: dritter Kurvenverlauf
1264: vierter Kurvenverlauf
1300: graphische Darstellung
1310: Abszisse
1320: erste Ordinate
1330: zweite Ordinate
1350: erster Kurvenverlauf
1352: zweiter Kurvenverlauf
1360: dritter Kurvenverlauf
1362: vierter Kurvenverlauf
1400: graphische Darstellung
1410: Abszisse
1420: erste Ordinate
1424: erster Kurvenverlauf
1430: zweite Ordinate
1434: zweiter Kurvenverlauf
1500: graphische Darstellung
1510: Abszisse
1520: erste Ordinate
1524: erster Kurvenverlauf
1530: zweite Ordinate
1534: zweiter Kurvenverlauf
1580: Verfahren
1590: erster Schritt
1592: zweiter Schritt
1600: graphische Darstellung
1610: erste graphische Darstellung
1620: Spannungsverlauf
1630: Abszisse
1632: Ordinate
1650: zweite graphische Darstellung
1680: Abszisse
1690: Stromverlauf
GND: Bezugspotential
I₁: Konstantstrom
I_CAP: Strom
I_D,p1: Strom
I_D,p2: Strom
I_D,p3: Strom
I_G: AP-Strom
I_LAST: Laststrom
I_SENKE: Strom
I_VERS: Versorgungsstrom
t₁: erster Zeitpunkt
t₂: zweiter Zeitpunkt
t₃: dritter Zeitpunkt
VDDP: erste Versorgungsspannung
VDD: zweite Versorgungsspannung

Claims

Spannungsversorgungsschaltung (300, 400; 500; 600; 700; 800; 900; 1100) mit folgenden Merkmalen: einer Reglerschaltung (310; 710), die zwischen eine erste Versorgungsspannungszuführung (312; 714) und eine zweite Versorgungsspannungszuführung (314; 718) geschaltet ist, und die ausgelegt ist, um basierend auf einer auf der ersten Versorgungsspannungszuführung vorhandenen ersten Versorgungsspannung (VDDP) eine auf der zweiten Versorgungsspannungszuführung vorhandene zweite Versorgungsspannung (VDD) zu regeln, wobei die Reglerschaltung ausgelegt ist, um einen Versorgungsstrom (I_VERS) an die zweite Versorgungsspannungszuführung zu liefern; einer Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung (340; 730, 740, 750, 760, 770; 740, 750, 760, 770, 940, 950), die ausgelegt ist, um basierend auf einer Information, die ein Maß für den Versorgungsstrom (I_VERS) ist, zu bestimmen, ob sich die Reglerschaltung an einem schwachen Arbeitspunkt befindet, bei dem der Versorgungsstrom unter einem gegeben Wert ist, wobei bei einem Versorgungsstrom unter dem gegebenen Wert die zweite Versorgungsspannung betragsmäßig vorübergehend unter einen vorgegebenen zulässigen Mindest-Spannungswert, unterhalb dessen ein zuverlässiger Betrieb einer durch die zweite Versorgungsspannung versorgten Schaltung (320) nicht gewährleistet ist, fallen würde, wenn der auf der zweiten Versorgungsspannungszu führung vorliegende Strom innerhalb einer vorgegebenen Zeit um einen vorgegeben Strombetrag anstiege; und einer Verhinderungseinrichtung (350; 520; 620; 820; 920), die ausgelegt ist, um zu verhindern, dass ausgehend von dem schwachen Arbeitspunkt ein Anstieg des Versorgungsstroms um zumindest den vorgegebenen Strombetrag innerhalb der vorgegebenen Zeit stattfindet.
Spannungsversorgungsschaltung (300, 400; 500; 600; 700; 800; 900; 1100) gemäß Anspruch 1, bei der die Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung (340; 730, 740, 750, 760, 770; 740, 750, 760, 770, 940, 950) ausgelegt ist, um von dem Versorgungsstrom (I_VERS) einen Strom (I_D,P3) abzuleiten, der einskaliertes Abbild des Versorgungsstroms (I_VERS) ist, um den abgeleiteten Strom mit einem Referenzstrom (I_D,P2) zu vergleichen, und um ein Vorliegen eines schwachen Arbeitspunktes zu erkennen, wenn der abgeleitete Strom kleiner als der Referenzstrom ist.
Spannungsversorgungsschaltung (300, 400; 500; 600; 700; 800; 900; 1100) gemäß Anspruch 2, bei der die Reglerschaltung einen Regeltransistor umfasst, der zwischen die erste Versorgungsspannungszuführung und die zweite Versorgungsspannungszuführung geschaltet ist, und bei der die Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung (340; 730, 740, 750, 760, 770; 740, 750, 760, 770, 940, 950) einen Arbeitspunkt-Bestimmungstransistor (750), umfasst, der gleichartig wie der Regeltransistor (710) aufgebaut ist, und der gegenüber dem Regeltransistor derart skaliert ist, dass ein durch den Arbeitspunkt-Bestimmungstransistor fließender Strom (I_D,AP0) bei gleichen anliegenden Spannungen an dem Regeltransistor und dem Arbeitspunkt-Bestimmungstransistor, von parasitären Abweichungen abgesehen, proportional zu dem Versorgungsstrom (I_VERS) ist, wobei der Regeltransistor ferner so ausgelegt ist, dass ein Strom durch den Arbeitspunkt-Bestimmungstransistor kleiner als der Versorgungsstrom ist.
Spannungsversorgungsschaltung (300, 400; 500; 600; 700; 800; 900; 1100) gemäß Anspruch 2 oder 3, bei der die Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung (340; 730, 740, 750, 760, 770; 740, 750, 760, 770, 940, 950) einen Kondensator (770) umfasst, wobei die Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung so ausgelegt ist, dass ein Ladestrom (I_CAP) des Kondensators durch eine Differenz zwischen den abgeleiteten Strom (I_D,P3) und dem Referenzstrom (I_D,P2) festgelegt ist, und wobei die Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung ferner ausgelegt ist, um basierend auf einer Kondensator-Spannung des Kondensators zu entscheiden, ob sich die Reglerschaltung an einem schwachen Arbeitspunkt befindet.
Spannungsversorgungsschaltung (300, 400; 500; 600; 700; 800; 900; 1100) gemäß Anspruch 4, bei der die Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung (340; 730, 740, 750, 760, 770; 740, 750, 760, 770, 940, 950) einen Schmitt-Trigger (950) umfasst, der ausgelegt ist, um die Kondensatorspannung des Kondensators (770) zu empfangen, und dessen Ausgangssignal (930) eine Information dar über bildet, ob sich die Reglerschaltung an einen schwachen Arbeitspunkt befindet.
Spannungsversorgungsschaltung (300, 400; 500; 600; 700; 800; 900; 1100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, die ferner eine schaltbare Stromsenke aufweist, die so mit der zweiten Versorgungsspannungszuführung gekoppelt ist, dass sich durch ein Einschalten der schaltbaren Stromsenke der Versorgungsstrom erhöht, wobei die Spannungsversorgungsschaltung ausgelegt ist, um eine Information (640) über eine bevorstehende Erhöhung eines von einer mit der zweiten Versorgungsspannungszuführung gekoppelten Last (320) aufgenommenen Stroms (I_LAST) zu empfangen, und um die schaltbare Stromsenke (630) einzuschalten, wenn eine Information vorliegt, die eine bevorstehende Erhöhung des von der Last aufgenommenen Stroms (I_LAST) anzeigt, und sich der Regeltransistor (310; 710) an einem schwachen Arbeitspunkt befindet, und um andernfalls die schaltbare Stromsenke abzuschalten.
Spannungsversorgungsschaltung (300, 400; 500; 600; 700; 800; 900; 1100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Verhinderungseinrichtung (350; 520) ausgelegt ist, um eine durch die zweite Versorgungsspannung (VDD) versorgte Schaltung (320) so anzusteuern, dass ein von der versorgten Schaltung aufgenommener Strom innerhalb der vorgegebenen Zeit um weniger als den vorgegebenen Strombetrag ansteigt, wenn die Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung (340; 730, 740, 750, 760, 770; 740, 750, 760, 770, 940, 950) anzeigt, dass sich der Regeltransistor (310) an einem schwachen Arbeitspunkt befindet.
Spannungsversorgungsschaltung (300, 400; 500; 600; 700; 800; 900; 1100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Verhinderungseinrichtung (350; 520) ausgelegt ist, um eine durch die zweite Versorgungsspannung (VDD) versorgte Schaltung (320) so anzusteuern, dass eine Veränderung eines von der versorgten Schaltung aufgenommenen Stroms (I_LAST), die größer als eine vorgegebenen Schranke ist, schrittweise erfolgt, wenn die Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung (340; 730, 740, 750, 760, 770; 740, 750, 760, 770, 940, 950) signalisiert, dass sich der Regeltransistor (310) an einem schwachen Arbeitspunkt befindet, und um andernfalls eine Veränderung des von der versorgten Schaltung aufgenommenen Stroms nicht zu beeinflussen.
Spannungsversorgungsschaltung (300, 400; 500; 600; 700; 800; 900; 1100) gemäß Anspruch 7 oder 8, bei der die Verhinderungseinrichtung (520) ausgelegt ist, um eine Taktfrequenz eines Taktsignals (540), das der versorgten Schaltung (320) zugeführt wird, auf einen niedrigen Wert einzustellen, wenn sich der Regeltransistor (310) an einem schwachen Arbeitspunkt befindet, und um die Taktfrequenz des Taktsignals auf einen hohen Wert einzustellen, wenn sich der Regeltransistor nicht an einem schwachen Arbeitspunkt befindet, wobei die Taktfrequenz des Taktsignals einen Einfluss auf eine Stromaufnahme (I_LAST) der versorgten Schaltung hat.
Spannungsversorgungsschaltung (300, 400; 500; 600; 700; 800; 900; 1100) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, bei der die Verhinderungseinrichtung (350) ausgelegt ist, um mindestens einen inaktiven Schaltungsteil (430) der durch die zweite Versorgungsspannung (VDD) versorgten Schaltung (320) zu blockieren, solange sich der Regeltransistor (310) an einem schwachen Arbeitspunkt befindet, und um den blockierten Schaltungsteil für eine Aktivierung freizugeben, wenn sich der Regeltransistor nicht an einem schwachen Arbeitspunkt befindet.
Spannungsversorgungsschaltung (300, 400; 500; 600; 700; 800; 900; 1100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, die ferner eine schaltbare Stromsenke (630; 820; 920) umfasst, die so mit der zweiten Versorgungsspannungszuführung (314; 718) gekoppelt ist, dass sich durch Einschalten der schaltbaren Stromsenke der Versorgungsstrom (I_VERS) erhöht, wobei die Stromversorgungsschaltung ausgelegt ist, um die schaltbare Stromsenke einzuschalten, wenn die Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung (340;730, 740, 760, 770) signalisiert, dass sich der Regeltransistor (310; 710) an einem schwachen Arbeitspunkt befindet, und um andernfalls die schaltbare Stromsenke auszuschalten; und wobei ein von der schaltbaren Stromsenke in dem eingeschalteten Zustand aufgenommener Strom (I_SENKE) so gewählt ist, dass sich der Regeltransistor in einem eingeschalteten Zustand der schaltbaren Stromsenke nicht an einem schwachen Arbeitspunkt befindet.
Spannungsversorgungsschaltung (300, 400; 500; 600; 700; 800; 900; 1100) gemäß Anspruch 11, bei der die Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung (340; 730, 740, 750, 760, 770; 740, 750, 760, 770, 940, 950) ausgelegt ist, um ansprechend auf ein Erkennen, dass ein von dem Versorgungsstrom (I_VERS) abgeleiteter Strom (I_D,P3) dessen Betrag monoton mit einem Betrag des Versorgungsstroms steigt, betragsmäßig kleiner als ein erster Referenzstrom ist, die schaltbare Stromsenke (630; 820, 920) einzuschalten, und um ansprechend auf ein Erkennen, dass der von dem Versorgungsstrom abgeleitete Strom betragsmäßig größer als ein zweiter Referenzstrom ist, die schaltbare Stromsenke abzuschalten, wobei der zweite Referenzstrom betragsmäßig größer als der erste Referenzstrom ist, und wobei der erste Referenzstrom und der zweite Referenzstrom so gewählt sind, dass der von dem Versorgungsstrom abgeleitete Strom unmittelbar nach einem Einschalten der geschalteten Stromsenke betragsmäßig kleiner als der zweite Referenzstrom ist.
Spannungsversorgungsschaltung (300, 400; 500; 600; 700; 800; 900; 1100) gemäß Anspruch 12, bei der die Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung (340; 730, 740, 750, 760, 770; 740, 750, 760, 770, 940, 950) einen Kondensator (770) umfasst, wobei die Spannungsversorgungseinrichtung so ausgelegt ist, dass ein Ladestrom (I_CAP) des Kondensators durch eine Differenz aus einem der Referenzströme und dem abgeleiteten Stroms festgelegt ist, und wobei die Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung ausgelegt ist, um basierend auf einer auf dem Kondensator anliegenden Spannung zu entscheiden, ob sich der Regeltransistor (310, 710) an einen schwachen Arbeitspunkt befindet.
Spannungsversorgungsschaltung (300, 400; 500; 600; 700; 800; 900; 1100) gemäß Anspruch 12 oder 13, die ferner eine schaltbare Stromquelle (940) umfasst, die ausgelegt ist, um den ersten Referenzstrom zu liefern, wenn die Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung (340; 730, 740, 750, 760, 770; 740, 750, 760, 770, 940, 950) einen starken Arbeitspunkt signalisiert, und um den zweiten Referenzstrom zu liefern, wenn die Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung einen schwachen Arbeitspunkt signalisiert.
Spannungsversorgungsschaltung (300, 400; 500; 600) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, die ferner eine steuerbare Stromsenke aufweist, die so mit der zweiten Versorgungsspannungszuführung gekoppelt ist, dass durch ein Ansteuern der steuerbaren Stromsenke eine Gesamtstromaufnahme eines mit der zweiten Versorgungsspannungszuführung gekoppelten Systems einstellbar ist, und wobei die Arbeitspunkt-Bestimmungseinrichtung mit der einstellbaren Stromsenke gekoppelt ist, und ausgelegt ist, um die steuerbare Stromsenke anzusteuern, um eine konstante Gesamtstromaufnahme einzustellen.
Verfahren (1580) zum Versorgen einer Schaltung mit einer Versorgungsspannung (VDD) unter Verwendung eines Regeltransistors, der zwischen eine erste Versorgungs-Spannungszuführung (312; 714) und eine zweite Versorgungsspannungszuführung (314; 718) geschaltet ist, und der angesteuert wird, um basierend auf einer auf der ersten Versorgungsspannungszuführung vorhandenen ersten Versorgungsspannung (312; 714) eine auf der zweiten Versorgungsspannungszuführung vorhandene zweite Versorgungsspannung (314; 718) zu regeln, wobei der Regeltransistor einen Versorgungsstrom an die zweite Versorgungsspannungszuführung liefert, mit folgenden Schritten: Bestimmen, ob sich der Regeltransistor an einem schwachen Arbeitspunkt befindet, basierend auf einer Information, die ein Maß für den Versorgungsstrom ist, wobei sich der Regeltransistor an einem schwachen Arbeitspunkt befindet, wenn der Versorgungsstrom unter einem vorgegebenen Wert ist, wobei bei einem Versorgungsstrom unter dem vorgegebenen Wert die zweite Versorgungsspannung betragsmäßig vorübergehend unter einen vorgegebenen zulässigen Mindest-Spannungswert, unterhalb dessen ein zuverlässiger Betrieb einer durch die zweite Versorgungsspannung versorgten Schaltung nicht gewährleistet ist, fallen würde, wenn der auf der zweiten Versorgungsspannungszuführung vorliegende Strom innerhalb einer vorgegeben Zeit um einen vorgegebenen Strombetrag anstiege; und Verhindern, dass ausgehend von dem schwachen Arbeitspunkt ein Anstieg des Versorgungsstroms um zumindest den vorgegebenen Strombetrag innerhalb der vorgegebenen Zeit stattfindet.