DE19633971C2 - Stromversorgung zum Betrieb einer integrierten Schaltung - Google Patents
Stromversorgung zum Betrieb einer integrierten SchaltungInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Stromversorgung, die zum Betrieb einer integrierten
Halbleiterschaltung verwendet wird und dieser eine Betriebsspannung (oder einen
Betriebsstrom) liefert, um sie in einen Betriebszustand zu versetzen. Insbesondere bezieht sich
die Erfindung auf eine solche Stromversorgung, die in der Lage ist, Schwankungen der
Verzögerungszeit eines Verzögerungsschaltungsteils der integrierten Halbleiterschaltung infolge
von Änderungen der Temperatur und/oder der Speisespannung zu minimieren.
Bei einem IC-Testgerät, einem sogenannten IC-Tester, zum Testen von integrierten Halbleiter
schaltungen (nachfolgend als IC bezeichnet), beispielsweise Halbleiterspeichern, sind verschie
dene Arten von Zeittaktsignalen zur Erzeugung eines Testsignals eines vorbestimmten Musters,
das an einen zu testenden IC angelegt wird, verschiedene Steuersignale und ähnliches erforder
lich. Um diesem Erfordernis zu genügen, enthält das IC-Testgerät eine Zeittaktsignal-Generator
schaltung zur Erzeugung verschiedener Arten von Zeittaktsignalen. Die Zeittaktsignal-Generator
schaltung ist mit einer Verzögerungsschaltung versehen, die sich allgemein aus einer Anzahl
von Verzögerungselementen zusammensetzt, die in Reihe geschaltet sind
und aus logischen Verknüpfungsgliedern bestehen. Die Verzögerungsschaltung ist so aufgebaut,
daß Zeittaktsignale gewünschter Verzögerungszeiten von den Verbindungspunkten zwischen
zwei benachbarten Verzögerungselementen der in Reihe geschalteten Verzögerungselemente
bzw. von ihren Ausgängen abnehmbar sind.
Bislang wird solch eine Verzögerungsschaltung, die sich aus einer großen Anzahl in Reihe
geschalteter Verknüpfungsglieder zusammensetzt, von einer TTL-Schaltung (Transistor-Transi
stor-Logik) oder einer ECL-Schaltung (emitter-gekoppelte Logik) gebildet. TTL- oder ECL-Verzö
gerungsschaltungen sind in ihrer Verzögerungszeit für den Signaldurchlauf von Temperaturände
rungen und/oder Spannungsschwankungen relativ unbeeinflußt, weshalb solche Temperaturän
derungen und/oder Spannungsschwankungen für Verzögerungsschaltungen dieser Art kein
Problem darstellen.
In den letzten Jahren ist als Zeittaktsignal-Generatorschaltung für IC-Testgeräte eine Verzöge
rungsschaltung in Gebrauch gekommen, die mit dem Ziel eines möglichst niedrigen Leistungs
verbrauchs der Verzögerungsschaltung und einer weiteren Erhöhung oder Verbesserung der
Integrationsdichte des ICs von einem IC in MOS-Technik (MOS-IC) gebildet wird. Es war schon
eine Verzögerungsschaltung bekannt, bei der eine große Anzahl von in Reihe geschalteten logi
schen Verknüpfungsgliedern als IC in CMOS-Technik ausgebildet ist und Signale mit voneinan
der verschiedenen Verzögerungszeiten von den Verbindungspunkten zwischen zwei benachbar
ten CMOS-Gliedern der Reihenschaltung bzw. von ihren Ausgängen abgenommen werden (siehe
z. B. JP-A-143950/1994 bzw. die korrespondierende Druckschrift DE 44 45 311 A1, die Stand
der Technik gemäß § 3 Abs. 2 PatG ist).
Die von einem MOS-IC gebildete Verzögerungsschaltung ist insofern problematisch, als die
Verzögerungszeit, um die ein die Verzögerungsschaltung durchlaufendes Signal verzögert wird
(diese Verzögerungszeit wird in diesem Text auch als Signaldurchlauf-Verzögerungszeit
bezeichnet), sowohl mit einer Temperaturänderung als auch einer Spannungsschwankung relativ
stark variiert. Daher ist es unmöglich, Zeittaktsignale hoher Genauigkeit zu erzeugen. Wenn die
Zeittaktsignale nicht mit ausreichender Genauigkeit erzeugt werden können, können ICs auch
nicht mit hoher Genauigkeit getestet werden. Daher sind verschiedene Verfahren und Vorrich
tungen vorgeschlagen worden, um zu verhindern, daß die Verzögerungszeit einer von einem
MOS-IC gebildeten Verzögerungsschaltung von einer Temperaturänderung oder Spannungs
schwankung beeinflußt wird.
Allgemein wird die Zeittaktsignal-Generatorschaltung, die die von dem MOS-IC gebildete Verzö
gerungsschaltung enthält, zusammen mit anderen Schaltungen des IC-Testgeräts auf einem
einzigen IC-Chip (Ein-Chip-IC) ausgebildet. Fig. 2 zeigt ein Beispiel des IC-Layouts eines solchen
Chips, bei dem ein erster (Halbleiter-) Schaltungsteil 1 des IC-Testgeräts, der die Zeittaktsignal-
Generatorschaltung enthält, und ein zweiter (Halbleiter-) Schaltungsteil 2 des IC-Testgeräts, der
andere Schaltungen enthält, etwa logische Schaltungen und ähnliches, voneinander getrennt auf
dem einen Chip 3 ausgebildet sind. Die Zeittaktsignal-Generatorschaltung enthält eine von einer
CMOS-Schaltung gebildete Verzögerungsschaltung zur Lieferung einer hochgenauen Signal
durchlauf-Verzögerungszeit. Der erste und der zweite Schaltungsteil 1 bzw. 2 werden von einer
nicht gezeigten gemeinsamen Stromversorgung mit vorbestimmten Betriebsspannungen
versorgt.
Wenn bei dem IC-Chip 3 des oben beschriebenen Aufbaus der Nutzungsgrad (Betriebsrate oder
Arbeitsrate) des zweiten Schaltungsteils variiert, so daß sich sein Leistungsverbrauch ändert
(zunimmt oder abnimmt), dann variiert die (wärmeerzeugende) Verlustleistung in dem zweiten
Schaltungsteil 2, womit sich dessen Temperatur ändert. Die Temperaturänderung des zweiten
Schaltungsteils 2 bewirkt auch eine Temperaturänderung des ersten Schaltungsteils 1 auf
demselben Chip 3. Die CMOS-Schaltung, die die Verzögerungsschaltung in dem ersten Schal
tungsteil 1 bildet, wird durch diese Temperaturänderung beeinflußt, was zu einer relativ großen
Änderung der Signaldurchlauf-Verzögerungszeit führt. Somit kann ein die Verzögerungsschal
tung durchlaufendes Signal nicht mit hoher Genauigkeit verzögert werden.
Fig. 3 zeigt in Form einer Kennlinie, wie sich die Verzögerungszeit τ1 der Verzögerungsschal
tung in dem ersten Schaltungsteil 1 mit einer Änderung des Leistungsverbrauchs P2 des zweiten
Schaltungsteils 2 und demzufolge einer Änderung von dessen Temperatur T1 ändert. Man
entnimmt der Kennlinie, daß die Verzögerungszeit τ1 der CMOS-Verzögerungsschaltung in dem
ersten Schaltungsteil 1 zunimmt, wenn der Leistungsverbrauch P2 (und damit die Temperatur
T1) des zweiten Schaltungsteils 2 ansteigt.
Außerdem variiert die Verzögerungszeit τ1 der Verzögerungsschaltung in dem ersten Schal
tungsteil 1 auch mit einer Schwankung der ihr von der Stromversorgung gelieferten
Betriebsspannung. Fig. 4 zeigt ebenfalls in Form einer Kennlinie, wie sich die Verzögerungszeit
τ1 der CMOS-Verzögerungsschaltung in dem ersten Schaltungsteil 1 mit einer Änderung der
Betriebsspannung E1 ändert. Aus der Kennlinie geht hervor, daß die Verzögerungszeit τ1 der
Verzögerungsschaltung mit zunehmender Betriebsspannung E1 abnimmt.
Zum Betrieb solcher ICs bekannte Stromversorgungen sind so aufgebaut, daß eine gemeinsame
Stromversorgung eine Betriebsspannung jeweils an den ersten und den zweiten Schaltungsteil 1
und 2 liefert, oder daß zwei Stromversorgungen getrennte Betriebsspannungen unabhängig
voneinander an die beiden Schaltungsteile liefern.
Die US-A-5,396,116 offenbart eine Stromversorgung zum Betrieb einer auf einem Halbleiterchip
integrierten Schaltung. Mittels einer auf dem Halbleiterchip vorgesehenen
Stromversorgungsschaltung wird eine von einer externen Stromversorgung zugeführte
Speisespannung umgewandelt und an die integrierte Schaltung geliefert, wobei eine auf dem
Halbleiterchip vorgesehene Steuerschaltung die Stromversorgungsschaltung steuert. Die
Steuerschaltung enthält eine Erfassungseinrichtung für die Temperatur und steuert aufgrund
deren Signals die Speisespannung für die integrierte Schaltung. Dadurch wird die
Arbeitsgeschwindigkeit der integrierten Schaltung konstant gehalten.
Die US-A-3,646,428 offenbart einen Spannungsregler zum Liefern zweier bezüglich des
Erdpotentials symmetrischer Spannungen identischer Höhe, von denen jeweils eine an eine von
zwei Lasten anzulegen ist. Das Anlegen der symmetrischen Spannungen erfolgt jeweils über
eine erste bzw. eine zweite Stromversorgungsschaltung, deren Ausgangsspannungen an der
ersten bzw. zweiten Last anliegen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Stromversorgung zum Betrieb eines ICs zu
schaffen, die in weitestgehendem Umfang in der Lage ist, eine temperaturänderungsbedingte
Änderung der Verzögerungszeit einer als integrierter Schaltungsteil ausgebildeten Verzö
gerungsschaltung zu verhindern.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Stromversorgung mit den Merkmalen des
Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der
Unteransprüche.
Wie oben beschrieben, wird bei dem Stand der Technik die Verzögerungszeit der Verzögerungs
schaltung in dem ersten Schaltungsteil 1 relativ deutlich sowohl von einer Temperaturänderung
als auch einer Betriebsspannungsänderung beeinflußt, womit es unmöglich wird, ein diese
Verzögerungsschaltung durchlaufendes Signal mit hoher Genauigkeit um eine bestimmte Verzö
gerungszeit zu verzögern. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Stromversorgung
dazu benutzt werden kann, eine temperaturbedingte Änderung der Verzögerungszeit τ1 der
Verzögerungsschaltung in dem ersten Schaltungsteil 1 zu verhindern, indem der Tempe
ratureinfluß auf die Verzögerungszeit über den Spannungseinfluß kompensiert wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläu
tert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 2 eine schematische Draufsicht, die ein Beispiel eines IC-Layouts auf einem IC-Chip
darstellt,
Fig. 3 in einer Kennlinie den Zusammenhang zwischen der Verzögerungszeit τ1 einer Verzö
gerungsschaltung in einem ersten Schaltungsteil und dem Leistungsverbrauch P2
eines zweiten Schaltungsteils bei dem in Fig. 2 dargestellten IC,
Fig. 4 in einer Kennlinie den Zusammenhang zwischen der Verzögerungszeit τ1 der Verzö
gerungsschaltung in dem ersten Schaltungsteil und dessen Betriebsspannung E1 bei
dem in Fig. 1 gezeigten IC,
Fig. 5 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 6 ein Schaltbild eines speziellen Betriebsbeispiels des zweiten Ausführungsbeispiels von
Fig. 5,
Fig. 7 eine Kennlinie des Zusammenhangs zwischen der Ausgangsspannung E1 einer ersten
Stromversorgungsschaltung 5 und dem Leistungsverbrauch P2 des zweiten Schal
tungsteils 2 bei den in den Fig. 4 und 5 gezeigten Ausführungsbeispielen,
Fig. 8 ein Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung, und
Fig. 9 ein Blockschaltbild eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Aus Gründen der Kürze wird die vorliegende Erfindung nachfolgend als bei einem IC-Testgerät
angewendet beschrieben. Obwohl eine Verzögerungsschaltung der Zeittaktsignal-Generator
schaltung als von einem MOS-IC, insbesondere CMOS-IC, gebildet beschrieben wird, ist die
Erfindung nicht speziell darauf beschränkt.
Fig. 1 zeigt in Blockform ein erstes Ausführungsbeispiel der Stromversorgung gemäß der
vorliegenden Erfindung zum Betrieb eines ICs. Auf einem IC-Chip 3, der mit der Stromver
sorgung betrieben wird, sind gemäß Darstellung in Fig. 1 der erste Schaltungsteil 1 und der
zweite Schaltungsteil 2 ausgebildet. Der erste Schaltungsteil 1 enthält eine Zeittaktsignal-
Generatorschaltung, die mit einer Verzögerungsschaltung versehen ist, welche zur Erzielung
einer Signaldurchlauf-Verzögerungszeit mit hoher Genauigkeit von einer CMOS-Schaltung
gebildet wird. Der zweite Schaltungsteil 2 enthält andere Schaltungen wie logische Schaltungen
und ähnliches.
Bei der vorliegenden Erfindung ist die Stromversorgung zum Betrieb des IC-Chips 3 in eine erste
Stromversorgungsschaltung 5 zur Lieferung einer Betriebsspannung für den ersten
Schaltungsteil 1 und eine zweite Stromversorgungsschaltung 6 zur Lieferung einer Betriebs
spannung für den zweiten Schaltungsteil 2 aufgeteilt. Darüberhinaus wird die zweite Stromver
sorgungsschaltung 6 auch dazu benutzt, die erste Stromversorgungsschaltung 5 über eine
Steuerleitung 7 zu steuern, um die Ausgangsspannung E1 der ersten Stromversorgungsschal
tung 5 (die für den ersten Schaltungsteil 1 die Betriebsspannung darstellt) zu ändern. Die Steue
rung durch die zweite Stromversorgungsschaltung 6 bewirkt folgendes. Wenn sich die Verzöge
rungszeit der Verzögerungsschaltung in dem ersten Schaltungsteil 1 ändert, weil sich die
Temperatur des zweiten Schaltungsteils 2 infolge einer Änderung in dessen Leistungsverbrauch
P2 geändert hat, wird die Ausgangsspannung E1 der ersten Stromversorgungsschaltung 5 in
einer solchen Richtung geändert, daß die Änderung der Verzögerungszeit infolge der geänderten
Betriebsspannung diejenige infolge der Temperaturänderung kompensiert. Anders ausgedrückt,
die zweite Stromversorgungsschaltung 6 steuert die Ausgangsspannung E1 der ersten Strom
versorgungsschaltung 5 in einer solchen Weise, daß Verzögerungszeitschwankungen der
Verzögerungsschaltung des ersten Schaltungsteils 1, die von Änderungen des Leistungsver
brauchs P2 des zweiten Schaltungsteils 2 herrühren, kompensiert werden.
Wie zuvor im Hinblick auf die bekannte Stromversorgungsschaltung zum Betrieb eines ICs
beschrieben, ändert sich die Verzögerungszeit τ1 der CMOS-Verzögerungsschaltung gemäß
Darstellung in Fig. 3, wenn sich der Leistungsverbrauch P2 des zweiten Schaltungsteils 2
ändert, und ändert sich außerdem gemäß Darstellung in Fig. 4, wenn sich die von der ersten
Stromversorgungsschaltung 5 an den ersten Schaltungsteil 1 angelegte Betriebsspannung E1
ändert.
Wenn bei dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Verzögerungszeit τ1
der Verzögerungsschaltung in dem ersten Schaltungsteil 1 beispielsweise mit einem Anstieg der
Temperatur des zweiten Schaltungsteils 2 infolge einer Zunahme von dessen Leistungsver
brauch P2 ansteigt, wird daher die Betriebsspannung E1, die von der ersten Stromversorgungs
schaltung 5 an den ersten Schaltungsteil 1 angelegt wird, erhöht. Damit nimmt die Verzöge
rungszeit τ1 der Verzögerungsschaltung gemäß Darstellung in Fig. 4 ab. Somit wird eine
Zunahme der Verzögerungszeit τ1 der Verzögerungsschaltung infolge eines Temperaturanstiegs
des zweiten Schaltungsteils durch eine Erhöhung der Betriebsspannung E1 kompensiert. Somit
kann ein die Verzögerungsschaltung durchlaufendes Signal mit hoher Genauigkeit um eine
gewünschte Verzögerungszeit verzögert werden, und ein gewünschtes Zeittaktsignal kann mit
hoher Genauigkeit erzeugt werden.
Während bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eine Spannung E von einer Gleich
stromquelle 4 an Eingangsanschlüsse IN1 und IN2 der ersten bzw. der zweiten Stromversor
gungsschaltung 5 und 6 angelegt wird und die Ausgangsspannungen E1 und E2 von Ausgangs
anschlüssen OUT1 und OUT2 der ersten bzw. der zweiten Stromversorgungsschaltung 5 und 6
als Betriebsspannung an den jeweiligen der beiden Schaltungsteile 1 und 2 angelegt werden, ist
auch ein Aufbau möglich, bei dem die von der Gleichstromquelle 4 gelieferte Spannung E nur an
die zweite Stromversorgungsschaltung 6 angelegt wird und eine vorbestimmte Gleichspannung
von der zweiten Stromversorgungsschaltung 6 über eine Steuerleitung 7a, die zugleich als
Stromquellenleitung verwendet wird, an den Eingangsanschluß IN1 der ersten Stromversor
gungsschaltung 5 angelegt wird, wie dies bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung
der Fall ist, das in Fig. 5 dargestellt ist.
Fig. 6 zeigt spezielle Beispiele der bei dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung verwen
deten beiden Stromversorgungsschaltungen 5 und 6. Die zweite Stromversorgungsschaltung 6
umfaßt eine Transistorschaltung 11 mit einem npn-Transistor Q, einem Differenzverstärker 12,
einem Strom/Spannungs-Wandler 8 und einem Tiefpaßfilter 9 aus einem Widerstand R und
einem Kondensator C. Der Kollektor des Transistors Q ist mit dem Eingangsanschluß IN2 der
zweiten Stromversorgungsschaltung 6 verbunden, sein Emitter ist mit dem Eingang des
Strom/Spannungs-Wandlers 8 sowie mit dem Eingang des Tiefpaßfilters 9 verbunden, und seine
Basis ist mit dem Ausgang des Differenzverstärkers 12 verbunden. Der Ausgang des
Strom/Spannungs-Wandlers 8 (in der Zeichnung beispielhaft als Widerstand R1 dargestellt) ist
mit dem Ausgangsanschluß OUT2 der zweiten Stromversorgungsschaltung 6 sowie mit dem
invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 12 verbunden.
Bei dem beschriebenen Aufbau bewirkt das Anlegen der Gleichspannung E von der Stromquelle
4 an den Kollektor des Transistors Q, daß ein Emitterstrom fließt, da der Transistor Q von einer
Basisvorspannung V0 leitend gehalten wird. Der Emitterstrom wird dem Ausgangsanschluß
OUT2 der zweiten Stromversorgungsschaltung 6 über den Strom/Spannungs-Wandler 8 zuge
führt, wo er in eine Spannung umgesetzt wird. Diese Spannung wird als Speisespannung E3
dem Eingangsanschluß IN1 der ersten Stromversorgungsschaltung 5 über das Tiefpaßfilter 9
zugeführt. Dabei ist der Strom, der über das Tiefpaßfilter 9 zur ersten Stromversorgungsschal
tung 5 fließt, vernachlässigbar klein, da eine Pufferschaltung 10 in dieser ersten Stromversor
gungsschaltung 5 eine sehr hohe Eingangsimpedanz aufweist. Deshalb fließt der Emitterstrom
des Transistors Q überwiegend über den Strom/Spannungs-Wandler 8 zum Ausgangsanschluß
OUT2. Dieser zum Ausgangsanschluß OUT2 fließende Strom wird nachfolgend als Emitterstrom
I2 bezeichnet.
Da an dem nicht-invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 12 eine Referenzspannung Vr
anliegt, verstärkt er die Differenzspannung (Vr - E2) zwischen der Referenzspannung Vr und der
Spannung an seinem invertierenden Eingang, das heißt der Ausgangsspannung E2 der zweiten
Stromversorgungsschaltung 6 (Betriebsspannung des zweiten Schaltungsteils 2). Die verstärkte
Differenzspannung vom Ausgang des Differenzverstärkers liegt als Vorspannung V0 an der
Basis des Transistors Q an. Da die Verstärkung des Differenzverstärkers 12 sehr groß ist, kann
die Ausgangsspannung E2 der zweiten Stromversorgungsschaltung 6 mittels der den Transistor
Q, den Strom/Spannungs-Wandler 8 und den Differenzverstärker 12 enthaltenden Regelschal
tung auf einen festen Wert geregelt werden, der im wesentlichen gleich der Referenzspannung
Vr ist.
Dieser Regelvorgang der zweiten Stromversorgungsschaltung 6 soll nachfolgend im einzelnen
beschrieben werden.
Bezeichnet man die Verstärkung des Differenzverstärkers 12 mit A, dann gilt folgenden Glei
chung (1):
(Vr - E2)A = V0. (1)
Bezeichnet man die Basis-Emitter-Spannung mit Vbe, dann ergibt sich die Emitterspannung Ve
wie folgt:
Ve = V0 - Vbe
= (Vr - E2)A - Vbe. (2)
= (Vr - E2)A - Vbe. (2)
Bezeichnet man die Eingangsimpedanz des Strom/Spannungs-Wandlers 8 mit Z (Z = R bei
diesem Beispiel), dann ergibt sich die Spannung I2Z an seinem Eingang wie folgt:
I2Z = Ve - E2 = (Vr - E2)A - Vbe - E2
= VrA - E2(A + 1) - Vbe. (3)
= VrA - E2(A + 1) - Vbe. (3)
Bezeichnet man die Gesamtlastimpedanz des zweiten Schaltungsteils 2 Mit Z2, gilt:
E2 = Z2I2. (4)
E2 = Z2I2. (4)
Das Einsetzen von Gleichung (4) in Gleichung (3) führt zu:
I2Z = VrA - Z2I2(A + 1) - Vbe;
daher gilt
I2 = (VrA - Vbe)/{Z + Z2(A + 1)} = (Vr - Vbe/A)/{Z/A + Z2(1 + 1/A)}. (5)
Da, wie oben erwähnt, die Verstärkung A des Differenzverstärkers 12 sehr groß ist, kann man
davon ausgehen, daß Vbe/A ≈ 0, Z/A ≈ 0 und 1/A ≈ 0.
Damit ergibt sich
I2 ≈ Vr/Z2,
und
Vr ≈ I2Z2 = E2. (6)
Aus Gleichung (6) entnimmt man, daß die Ausgangsspannung E2 der zweiten Stromversor
gungsschaltung 6 so geregelt wird, daß sie nahezu gleich der Referenzspannung Vr wird.
Der Leistungsverbrauch P2 des zweiten Schaltungsteils 2 ergibt sich wie folgt:
P2 = E2I2 ≈ VrI2. (7)
Damit ist der Leistungsverbrauch P2 im wesentlichen proportional dem Emitterstrom I2.
Der Emitterstrom I2 wird von dem Strom/Spannungs-Wandler 8 in eine Spannung umgewandelt,
die mittels des Tiefpaßfilters 9 gefiltert wird und dann als Spannung E3 von der zweiten Strom
versorgungsschaltung 6 ausgegeben wird. Die Spannung E3 ist bei diesem Beispiel gleich
strommäßig gleich der Emitterspannung Ve. Daher gilt die folgende Gleichung:
E3 = Ve = ZI2 + E2 ≈ ZI2 + Vr ≈ ZP2/Vr + Vr. (8)
Gleichung (8) zeigt, daß der ersten Stromversorgungsschaltung 5 eine Spannung E3 geliefert
wird, die sich mit dem Leistungsverbrauch P2 des zweiten Schaltungsteils 2 ändert, welcher
sich aus der Pufferschaltung 10 und einer Zenerdiode Dz zusammensetzt. Folglich ergibt sich
die Betriebsspannung E1, die von der ersten Stromversorgungsschaltung 5 als Betriebsspannung
an den ersten Schaltungsteil 1 angelegt wird, aus der nachstehenden Gleichung (9), wenn man
den Spannungsabfall über der Zenerdiode Dz mit Vz bezeichnet.
E1 = E3 - Vz = (ZP2/Vr + Vr) - Vz. (9)
Somit ändert sich die Betriebsspannung E1 des ersten Schaltungsteils 1 mit dem Leistungsver
brauch P2 des zweiten Schaltungsteils 2 gemäß Darstellung in Fig. 7. Fig. 7 zeigt, daß
beispielsweise eine Zunahme des Leistungsverbrauchs P2 des zweiten Schaltungsteils 2 eine
proportionale Zunahme der Betriebsspannung E1 bewirkt, während eine Abnahme des
Leistungsverbrauchs P2 des zweiten Schaltungsteils 2 eine proportionale Abnahme der Betriebs
spannung E1 hervorruft.
Wenn also die Ausgangsspannung E1 der ersten Stromversorgungsschaltung 5 (also. die
Betriebsspannung des ersten Schaltungsteils 1) entsprechend einer Zunahme (Abnahme) des
Leistungsverbrauchs P2 des zweiten Schaltungsteils 2 hoch (niedrig) wird, nimmt die Verzöge
rungszeit τ1 der Verzögerungsschaltung in dem ersten Schaltungsteil 1 ab (zu), wie in Fig. 4
dargestellt, womit die Zunahme (Abnahme) der Verzögerungszeit τ1, die durch eine Zunahme
(Abnahme) des Leistungsverbrauchs P2 bewirkt wird, kompensiert werden kann.
Dabei existiert eine gewisse Zeitverzögerung τd zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Leistungs
verbrauch P2 des zweiten Schaltungsteils 2 um ΔP2 zunimmt (oder abnimmt), und dem Zeit
punkt, zu dem die Temperatur T1 des ersten Schaltungsteils 1 um ΔT1 zunimmt (oder abfällt)
und dementsprechend auch die Verzögerungszeit τ1 der Verzögerungsschaltung um Δτ1
zunimmt (oder abnimmt). Es ist daher wünschenswert, daß die zweite Stromversorgungsschal
tung 6 die Ausgangsspannung E1 der ersten Stromversorgungsschaltung 5 mit einer Zeitkon
stante steuert, die nahezu gleich einer Temperaturzeitkonstante ist, welche dieser Zeitverzöge
rung τd entspricht. Um dies zu erreichen, ist bei dem Ausführungsbeispiel das Tiefpaßfilter 9 in
der zweiten Stromversorgungsschaltung 6 vorgesehen, durch das die der ersten Stromversor
gungsschaltung 5 zugeführte Spannung E3 sich mit einer Zeitkonstante ändert, die im wesentli
chen gleich der Temperaturzeitkonstante entsprechend der Zeitverzögerung τd ist, so daß die
Spannung E3 der ersten Stromversorgungsschaltung 5 im wesentlichen um τd geliefert wird.
Die Pufferschaltung 10 in der ersten Stromversorgungsschaltung 5 ist ein Puffer (Spannungs
folgerschaltung) mit einer Verstärkung 1 und ist dazu vorgesehen, daß die erste Stromversor
gungsschaltung 5 eine Stromversorgungskapazität als Spannungsquelle besitzt.
Dieselben Ergebnisse, wie sie oben beschrieben wurden, können auch mit einem Aufbau
erreicht werden, bei dem das Tiefpaßfilter 9 am Eingang der ersten Stromversorgungsschaltung
5 (vor oder nach der Pufferschaltung 10 zum Beispiel) vorgesehen wird, die Ausgangsspannung
von dem Strom/Spannungs-Wandler 8 unverändert als Spannung E3 von der zweiten
Stromversorgungsschaltung 6 an die erste Stromversorgungsschaltung 5 angelegt wird, und
eine Zeitkonstante im wesentlichen gleich der Temperaturzeitkonstante in dem ersten
Schaltungsteil 1 von dem Tiefpaßfilter der der ersten Stromversorgungsschaltung 5 gelieferten
Spannung E3 verliehen wird, wodurch eine Änderung der Ausgangs- bzw. Betriebsspannung E1
um im wesentlichen τd verzögert wird.
Darüberhinaus ist es möglich, die Zeitverzögerung τd in der Verzögerungsschaltung des ersten
Schaltungsteils 1 mit hoher Genauigkeit zu kompensieren, wenn ein Temperaturfühler 14 zur
Erfassung der Temperatur des IC-Chips 3 vorgesehen wird und das Ausgangssignal des Tempe
raturfühlers 14 der ersten Stromversorgungsschaltung 5 der Fig. 1 oder 5 zugeführt wird, um
die Ausgangsspannung E1 der ersten Stromversorgungsschaltung 5 mittels der Fühlerausgangs
signals zu steuern und damit feineinzustellen. Fig. 8 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung, bei der der Temperaturfühler 14 dem ersten Ausführungsbeispiel von
Fig. 1 hinzugefügt ist. Fig. 9 zeigt ein Beispiel, wo der Temperaturfühler 14 dem zweiten
Ausführungsbeispiel von Fig. 5 hinzugefügt ist. Während beide Ausführungsbeispiele so ausge
bildet sind, daß die Ausgangsspannung der ersten Stromversorgungsschaltung 5 mittels des
Ausgangssignals von dem Temperaturfühler 14 korrigiert wird, kann die Anordnung auch so
getroffen werden, daß die Eingangsspannung (E3) der ersten Stromversorgungsschaltung 5 mit
dem Ausgangssignal vom Temperaturfühler 14 korrigiert wird.
Obwohl bei jedem der obigen Ausführungsbeispiele die Verzögerungsschaltung des ersten
Schaltungsteils 1 von einem CMOS-IC gebildet ist, bedarf es keiner Erwähnung, daß die vorlie
gende Erfindung auch anwendbar auf eine Stromversorgung zur Speisung eines ICs ist, bei dem
die Verzögerungsschaltung von einem MOS-IC oder irgendeinem anderen IC als einem MOS-IC
gebildet wird und dieselben funktionalen Wirkungen erhalten werden, wie sie oben beschrieben
wurden.
In dem Fall, wo der die Verzögerungsschaltung bildende IC Kennlinien aufweist, die zu den in
den Fig. 3 und 4 gezeigten Kennlinien invers sind (wo eine Zunahme des Leistungsverbrauchs
P2 eine Abnahme der Verzögerungszeit τ1 bewirkt und eine Zunahme der Betriebsspannung E1
eine Zunahme der Verzögerungszeit τ1 bewirkt), wird die Betriebsspannung E1 der ersten
Stromversorgungsschaltung 5 so gesteuert, daß eine Kennlinie erhalten wird, die zu der in Fig.
7 gezeigten gerade umgekehrt verläuft. Diese Steuerung kann beispielsweise durch Benutzung
eines pnp-Transistors als Transistor Q der Transistorschaltung 11 in Fig. 6 erreicht werden.
Der Begriff "Verzögerungsschaltung", so wie er hier verwendet wird, schließt alle Schaltungen
ein, die ein an sie angelegtes Eingangssignal um eine bestimmte Verzögerungszeit verzögert
ausgeben, selbst wenn sie nicht Verzögerungsschaltung genannt werden.
Claims (7)
1. Stromversorgung zum Betrieb einer auf einem einzelnen Halbleiterchip (3)
integrierten Schaltung, die einen ersten und einen zweiten Schaltungsteil (1, 2) umfaßt, wobei
der erste Schaltungsteil (1) eine Verzögerungsschaltung aufweist, deren Verzögerungszeit sich
sowohl mit einer Temperaturänderung, die von einer Änderung des Leistungsverbrauchs des
zweiten Schaltungsteils (2) herrührt, als auch mit einer Änderung der Betriebsspannung (E1)
ändert, die an dem ersten Schaltungsteil (1) anliegt, umfassend:
eine erste Stromversorgungsschaltung (5), deren Ausgangsspannung als Betriebsspan nung (E1) an dem ersten Schaltungsteil (1) anliegt; und
eine zweite Stromversorgungsschaltung (6) zur Lieferung einer Betriebsspannung (E2) an den zweiten Schaltungsteil (2),
wobei die Ausgangsspannung der ersten Stromversorgungsschaltung (5) durch die zweite Stromversorgungsschaltung (6) abhängig vom Leistungsverbrauch des zweiten Schal tungsteils (2) in einer solchen Weise steuerbar ist, daß eine Änderung der Verzögerungszeit infolge eines geänderten Leistungsverbrauchs kompensiert wird.
eine erste Stromversorgungsschaltung (5), deren Ausgangsspannung als Betriebsspan nung (E1) an dem ersten Schaltungsteil (1) anliegt; und
eine zweite Stromversorgungsschaltung (6) zur Lieferung einer Betriebsspannung (E2) an den zweiten Schaltungsteil (2),
wobei die Ausgangsspannung der ersten Stromversorgungsschaltung (5) durch die zweite Stromversorgungsschaltung (6) abhängig vom Leistungsverbrauch des zweiten Schal tungsteils (2) in einer solchen Weise steuerbar ist, daß eine Änderung der Verzögerungszeit infolge eines geänderten Leistungsverbrauchs kompensiert wird.
2. Stromversorgung nach Anspruch 1, bei der die zweite Stromversorgungsschaltung
(6) eine Zeitkonstantenschaltung (9) enthält, deren Zeitkonstante im wesentlichen gleich einer
Temperaturzeitkonstante des ersten Schaltungsteils (1) entsprechend einer Zeitverzögerung (τd)
ist, von dem Zeitpunkt, zu dem eine Änderung des Leistungsverbrauchs des zweiten
Schaltungsteils (2) auftritt, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem eine Änderung der Temperatur des
ersten Schaltungsteils (1) auftritt, so daß die zweite Stromversorgungsschaltung (6) die
Ausgangsspannung der ersten Stromversorgungsschaltung (5) um ein der Zeitkonstante
entsprechendes Zeitintervall verzögert steuert.
3. Stromversorgung nach Anspruch 1, bei der die erste Stromversorgungsschaltung
(5) eine Zeitkonstantenschaltung enthält, die eine Zeitkonstante aufweist, welche im
wesentlichen gleich einer Temperaturzeitkonstante des ersten Schaltungsteils entsprechend
einer Zeitverzögerung (τd) ist, von dem Zeitpunkt, zu dem eine Änderung in dem
Leistungsverbrauch des zweiten Schaltungsteils (2) auftritt, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem eine
Änderung der Temperatur des ersten Schaltungsteils (1) auftritt, so daß, wenn die
Speisespannung von der zweiten Stromversorgungsschaltung (6) geliefert wird, die erste
Stromversorgungsschaltung (5) ihre Ausgangsspannung um ein Zeitintervall entsprechend der
Zeitkonstante verzögert ändert.
4. Stromversorgung nach Anspruch 1, ferner umfassend einen Fühler (14) zur
Erfassung der Temperatur des Halbleiterchips (3), wobei das Ausgangssignal des Fühlers (14)
zur Steuerung der Ausgangsspannung der ersten Stromversorgungsschaltung (5) verwendet
wird.
5. Stromversorgung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die zweite
Stromversorgungsschaltung (6) enthält:
eine Transistorschaltung (11) mit einem Transistor (Q), dessen Kollektor mit einer Gleichstromquelle (4) verbunden ist und dessen Emitter über einen Strom/Spannungs-Wandler (8) mit einem Ausgangsanschluß der zweiten Stromversorgungsschaltung (6) zur Lieferung der Betriebsspannung an den zweiten Schaltungsteil (2) verbunden ist, und
einen Differenzverstärker (12), der eine Differenzspannung zwischen der Betriebsspan nung von dem Ausgangsanschluß der zweiten Stromversorgungsschaltung (6) und einer Refe renzspannung (Vr) verstärkt und seine Ausgangsspannung an die Basis des Transistors (Q) anlegt, um diesen so zu steuern, daß die Betriebsspannung von dem Ausgangsanschluß der zweiten Stromversorgungsschaltung (6) nahezu gleich der Referenzspannung (Vr) wird,
wobei die von dem Strom/Spannungs-Wandler (8) umgesetzte Spannung der ersten Stromversorgungsschaltung (5) zur Steuerung von deren Ausgangsspannung geliefert wird.
eine Transistorschaltung (11) mit einem Transistor (Q), dessen Kollektor mit einer Gleichstromquelle (4) verbunden ist und dessen Emitter über einen Strom/Spannungs-Wandler (8) mit einem Ausgangsanschluß der zweiten Stromversorgungsschaltung (6) zur Lieferung der Betriebsspannung an den zweiten Schaltungsteil (2) verbunden ist, und
einen Differenzverstärker (12), der eine Differenzspannung zwischen der Betriebsspan nung von dem Ausgangsanschluß der zweiten Stromversorgungsschaltung (6) und einer Refe renzspannung (Vr) verstärkt und seine Ausgangsspannung an die Basis des Transistors (Q) anlegt, um diesen so zu steuern, daß die Betriebsspannung von dem Ausgangsanschluß der zweiten Stromversorgungsschaltung (6) nahezu gleich der Referenzspannung (Vr) wird,
wobei die von dem Strom/Spannungs-Wandler (8) umgesetzte Spannung der ersten Stromversorgungsschaltung (5) zur Steuerung von deren Ausgangsspannung geliefert wird.
6. Stromversorgung nach Anspruch 5, bei der die zweite Stromversorgungsschaltung
(6) ferner ein Tiefpaßfilter (9) enthält, das eine Zeitkonstante aufweist, die im wesentlichen
gleich der Temperaturzeitkonstante des ersten Schaltungsteils (1) ist, wobei das Tiefpaßfilter an
der Ausgangsseite des Strom/Spannungs-Wandlers (8) zur ersten Stromversorgungsschaltung
(5) angeordnet ist.
7. Stromversorgung nach Anspruch 5, bei der die erste Stromversorgungsschaltung
(5) ferner ein Tiefpaßfilter mit einer Zeitkonstanten im wesentlichen gleich der
Temperaturzeitkonstante des ersten Schaltungsteils (1) aufweist.
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