EP0271595A1

EP0271595A1 - On-Chip-Spannungsstabilisierungsschaltung

Info

Publication number: EP0271595A1
Application number: EP86117494A
Authority: EP
Inventors: Gerhard Dipl.-Ing. Achtstätter (FH)
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1986-12-16
Filing date: 1986-12-16
Publication date: 1988-06-22
Also published as: US4775829A

Abstract

Zur weitgehenden Unterdrückung des Rauschens von integrierten Konstantspannungsquellen sieht die Erfindung einen RC-Tiefpaß vor, dessen Kondensator (c) über den äußeren Chipanschluß (ca) mit dem äußeren Schaltungsnullpunkt (sn) verbunden ist, während der Rest der Schaltung auf dem Chip angeordnet ist. Der Widerstand (r) des RC-Tiefpaßes liegt an der Konstantspannung (u) der Konstantspannungsquelle und der Ausgang des RC-Tiefpasses an der Basis eines Darlington-artig Emitterfolgern (te1...tem) vorgeschalteten Transistors (t), deren Emittern die Vorsorgungsspannungen (v1, vm) entnommen werden können. Ferner ist die vom Ausgang des RC-Tiefpasses über den Widerstand (r2) angesteuerte Konstantstromquelle (s) vorgesehen, die als Stromsenke für die Konstantströme (i1, iy) dient.

Description

Üblicherweise werden in integrierten Schaltungen intern benötigte Versorgungsspannungen mittels einer mitintegrierten Konstantspannungsquelle gewonnen. Eine häufig verwendete derartige Konstantspannungsquelle ist die sogenannte Bandabstand-Referenzschaltung. Es hat sich jedoch gezeigt, daß in bestimmten Anwendungsfällen, wie z.B. bei Analog-Digital-Wandlern für hochwertige Audioanwendungen, das Rauschen der üblichen Konstantspannungsquellen in den Audiokanal gelangt und somit hörbar wird.
Das der Erfindung zugrundeliegende Problem besteht daher darin, mittels Schaltungsmaßnahmen das Rauschen der üblichen Konstantspannungsquellen so weitgehend zu unterbinden, daß Audiokanäle niche mehr hörbar gestört werden. Ferner soll mit der Erfindung erreicht werden, daß aus der Spannung der Konstantspannungsquelle mehrere Versorgungsspannungen und Konstantströme abgeleitet werden können, die zum Betrieb der einzelnen Chip-Teilschaltungen dienen. Die Lösung dieser Problemstellung ist in den Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung wird nun anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, und
Fig. 2 zeigt eine Weiterbildung und eine Ausgestaltung der Erfindung.

Das in Fig. 1 durch sein Schaltbild wiedergegebene Ausführungsbeispiel der Erfindung bezieht sich auf die Realisierung mittels bipolarer Transistoren ein und desselben Leitungstyps, nämlich mittels npn-Transistoren. Es liegt jedoch im Rahmen fachmännischer Abwandlung der Erfindung, wenn anstatt npn-Transistoren pnp-Transistoren verwendet werden. Es ist jedoch auch möglich, anstatt Bipolartransistoren MOS-Transistoren zu verwenden und dann entweder n-Kanal- oder p-Kanal-Transistoren einzusetzen.
Die bereits erwähnte Konstantspannungsquelle ist in den Figuren der Zeichnung nicht angegeben, sondern es ist lediglich diejenige Leitung gezeichnet, an die die Konstantspannung u der Konstantspannungsquelle gelegt ist. Von dieser Leitung aus führt der zum RC-Tiefpaß gehörende Widerstand r zur Basis des Transistors t. Dieser ist nach Art der bekannten Darlington-Schaltung den Emitterfolgertransistoren te1, tem vorgeschaltet, deren Basen gemeinsam am Emitter des Transistors t und deren Kollektoren zusammen mit dem des Transistors t an der Konstantspannung u liegen und an deren Emittern jeweils eine der Vorsorgungsspannungen v1...vm abzunehmen ist; diese sind untereinander entkoppelt.
Die Basis des Transistors t ist ferner über den äußeren Chipanschluß ca mit dem zum RC-Tiefpaß gehörenden Kondensator c verbunden, dessen anderes Ende am äußeren Schaltungsnullpunkt sn liegt. Dieser ist über den weiteren äußeren Chipanschluß caʹ am inneren Schaltungsnullpunkt snʹ angeschlossen.
In Fig. 1 ist ferner die Stromspiegelschaltung s vorgesehen, mit der die Konstantströme i1, iy erzeugt werden. Hierzu besteht sie aus dem ersten Transistor t1, dessen Emitter über den ersten Widerstand r1 am inneren Schaltungsnullpunkt snʹ und dessen Kollektor über den zweiten Widerstand r2 am Ausgang des RC-Tiefpasses und somit auch an der Basis des Transistors t liegt.
Ferner ist der zweite Transistor t2 vorgesehen, dessen Basis am Kollektor und dessen Emitter an der Basis des ersten Transistors t1 sowie dessen Kollektor an einem eine geeignete Spannung führenden Punkt angeschlossen ist. Dies kann beispielsweise die Konstantspannung u ober aber auch der Emitter des Transistors t sein. Schließlich liegen an der Basis des Transistors t1 die Basen der Ausgangstransistoren ta1, tay, deren Emitter direkt oder über jeweils einen Emitterwiderstand re am inneren Schaltungsnullpunkt snʹ liegen.
In der Weiterbildung nach Fig. 2 sind der die Transistoren t, te1, tem enthaltende Schaltungsteil sowie die Stromspiegelschaltung ein zweites Mal vorgesehen. Der Schaltungsteil enthält die entsprechenden Transistoren tʹ, te1ʹ, temʹ. Dabei liegt die Basis des Transistors tʹ an der Basis des Transistors t. Durch diese Erweiterung werden weitere Versorgungsspannungen v1ʹ, vmʹ erzeugt, die gegenüber den Versorgungsspannungen v1, vm besser entkoppelt sind als diese untereinander. Eine derartige Anordnung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn in der integrierten Schaltung zwei Audiokanäle, z.B. Stereokanäle, vorgesehen sind, die sich möglichst wenig gegenseitig beeinflussen sollen. Die weitere Stromspiegelschaltung sʹ besteht aus den Transistoren t1ʹ, t2ʹ, ta1ʹ, tayʹ und den Widerständen r1ʹ, r2ʹ, reʹ. Nach Bedarf können noch weitere derartige Teil- und Stromspiegelschaltungen vorgesehen werden. Dabei ist deren jeweilige Anzahl frei wählbar; d.h. die Fig. 2 mit zwei Teilschaltungen und zwei Stromspiegelschaltungen zeigt lediglich ein mögliches Ausführungsbeispiel.
In Fig. 2 ist schließlich die bereits erwähnte Ausgestaltung eingezeichnet, bei der der Kollektor des Transistors t2 der Konstantstromquelle s am Emitter des Transistors t liegt.
Zusätzlich zu den bereits oben erwähnten Varianten bei der Realisierung der Erfindung mittels verschiedener Transistortypen ist es auch möglich, einen Teil der Schaltung mittels npn-, den anderen Teil jedoch mittels pnp-Transistoren zu realisieren. Ebenso können n-Kanal- und p-Kanal-Feldeffekttransistoren gemischt verwendet werden. Dies wird insbesondere dann zutreffen, wenn die Konstantstromquelle nicht schaltungsnullpunktbezogen sein, also wie in den Ausführungsbeispielen der Fig. 1 und 2 als Stromsenke wirken soll, sondern gerade umgekehrt aus der Konstantspannung u konstante Ströme erzeugt werden sollen, die in weitere Teilschaltungen fließen.
Für die Bemessung des RC-Tiefpasses ist es vorteilhaft, wenn seine Grenzfrequenz unterhalb 50 Hz liegt, was bedeutet, daß die Kapazität des Kondensators c im allgemeinen zwischen 2 und 20 Mikro-Farad liegen wird.

Claims

1. On-Chip-Spannungsstabilisierungsschaltung
- mit einer Konstantspannungsquelle,
- mit nach Art eines Emitterfolgers betriebenen Transistoren (= Emitterfolgertransistoren) (te1, tem), die aus deren Konstantspannung (u) Versorgungsspannungen (v1, vm; v1ʹ, vmʹ) für Chip-Teilschaltungen ableiten,
- mit einer auf die Konstantspannung (u) bezogenen Stromspiegelschaltung (s), die Konstantströme (i1, iy) zur Speisung von Chip-Teilschaltungen abgibt, und
- mit einem RC-Tiefpaß, dessen Widerstand (r) zwischen dem Ausgang der Konstantspannungsquelle (u) und der Steuerelektrode eines den Emitterfolgertransistoren in Darlington-artig vorgeschalteten Transistors (t) liegt und dessen Kondensator (c) von dieser Steuerelektrode über einen äußeren Chip-Anschluß (ca) zum äußeren Schaltungsnullpunkt (sn) führt.

2. Schaltung nach Anspruch 1 mit einer oberen Grenzfrequenz des RC-Tiefpasses, die kleiner als 50 Hz ist.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2 mit mindestens einem weiteren, Darlington-artig weiteren Emitterfolgertransistoren (teʹ, temʹ) vorgeschalteten Transistor (tʹ), dessen Steuerelektrode am Ausgang des RC-Tiefpasses liegen.

4. Bipolare Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 mit einer Stromspiegelschaltung (s) aus
- einem ersten Transistor (t1), dessen Emitter über einen ersten Widerstand (r1) am inneren Schaltungsnullpunkt (snʹ) und dessen Kollektor über einen zweiten Widerstand (r2) am Ausgang des RC-Tiefpasses liegt,
- einem zweiten Transistor (t2), dessen Basis am Kollektor und dessen Emitter an der Basis des ersten Transistors (t1) sowie dessen Kollektor an einem eine geeignete Spannung führenden Punkt, insbesondere am Emitter eines der Emitterfolgertransistoren (t, tʹ), liegt, und
- Ausgangstransistoren (ta1, tay), deren Basen an der Basis des ersten Transistors (t1) sowie deren Emitter direkt oder über jeweils einen Emitterwiderstand (re) am inneren Schaltungsnullpunkt (snʹ) liegen und an deren Kollektoren die Konstantströme (i1, iy) abzugreifen sind.

5. Bipolare Schaltung nach den Ansprüchen 3 und 4 mit mindesten einer weiteren Stromspiegelschaltung (sʹ), bei der der Kollektor von deren zweitem Transistor (t2ʹ) am Emitter des weiteren Transistors (tʹ) liegt.