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Dokumentenidentifikation DE102005051065A1 26.04.2007
Titel Integrierte Halbleiterschaltung und Verfahren zum Zuschalten einer Spannungsdomäne in einer integrierten Halbleiterschaltung
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Hober, Peter, 85521 Riemerling, DE;
Just, Knut, Dr., 85716 Unterschleißheim, DE
DE-Anmeldedatum 25.10.2005
DE-Aktenzeichen 102005051065
Offenlegungstag 26.04.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.04.2007
IPC-Hauptklasse H01L 23/58(2006.01)A, F, I, 20051025, B, H, DE
Zusammenfassung Eine integrierte Halbleiterschaltung weist eine an eine Spannungsquelle gekoppelte Schalteinheit (111) zum Zuschalten oder Abschalten einer Versorgungsspannung auf. Die Schalteinheit (111) umfasst ein erstes Einzel-Schaltelement (205, 211), ein zweites Einzel-Schaltelement (205, 213) und ein drittes Einzel-Schaltelement (210, 214). An das erste Einzel-Schaltelement (205, 211), das zweite Einzel-Schaltelement (205, 213) und das dritte Einzel-Schaltelement (210, 214) ist eine Steuereinheit (111) zum Steuern des Zuschaltens oder Abschaltens der Versorgungsspannung mittels eines Steuersignals gekoppelt. Zwischen der Steuereinheit und dem ersten Einzel-Schaltelement (205, 211), dem zweiten Einzel-Schaltelement (205, 213) und dem dritten Einzel-Schaltelement (210, 214) ist eine Verzögerungseinheit geschaltet. Die Verzögerungseinheit ist derart eingerichtet, dass sie das Steuersignal um ein erstes Zeitintervall verzögert an das erste Einzel-Schaltelement (205, 211) ausgibt und um ein von dem ersten Zeitintervall verschiedenes zweites Zeitintervall verzögert an das zweite Einzel-Schaltelement (205, 213) und an das dritte Einzel-Schaltelement (210, 214) ausgibt. Weiterhin ist ein Verfahren zum Zuschalten einer Spannungsdomäne (104, 105) in einer integrierten Halbleiterschaltung mit einer Schalteinheit (111) angegeben.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine integrierte Halbleiterschaltung, deren Spannungsversorgung ab- bzw. zugeschaltet werden kann, sowie ein Verfahren zum Zuschalten einer Spannungsdomäne in einer integrierten Halbleiterschaltung.

Eine Halbleiterschaltung umfasst eine oder mehrere Spannungsdomänen. Unter einer Spannungsdomäne wird ein Schaltungsblock der Halbleiterschaltung verstanden, der einen bestimmten Wert der Versorgungsspannung aufweist. Insbesondere bei integrierten Halbleiterschaltungen, die in mobilen Endgeräten zur Anwendung kommen, wird die Versorgungsspannung aus einer Batteriespannung abgeleitet. Üblicherweise wird die Versorgungsspannung einer Spannungsdomäne durch eine Schalteinheit abgeschaltet, die außerhalb der Halbleiterschaltung angeordnet ist. Dazu ist eine Spannungsquelle, wie beispielsweise eine Batterie, zum Bereitstellen der Versorgungsspannung über die Schalteinheit an einen Versorgungsanschluss beziehungsweise einen Versorgungspin der Halbleiterschaltung gekoppelt. Der Versorgungsanschluss ist in der Halbleiterschaltung mit einem Spannungsnetz verbunden und bildet eine Spannungsdomäne. Entsprechend eines gewählten Schaltzustands der Schalteinheit ist der Versorgungsanschluss mit der Spannungsquelle verbunden, beziehungsweise von ihr getrennt. Wenn der Versorgungsanschluss mit der Spannungsquelle verbunden ist, liegt an der Spannungsdomäne die Versorgungsspannung an.

In vielen Fällen wird ein Steuersignal zum Ab- bzw. Zuschalten der Versorgungsspannung der Spannungsdomäne in der Halbleiterschaltung erzeugt. Um mit dem Steuersignal die Schalteinheit steuern zu können, ist in der Halbleiterschaltung ein Steueranschluss vorgesehen, der es ermöglicht, das Steuersignal zu der Schalteinheit zu führen. Für jede Spannungsdomäne sind in diesem Konzept mindestens zwei Anschlüsse an der Halbleiterschaltung vorgesehen. Die Anzahl der Anschlüsse einer Halbleiterschaltung beziehungsweise der Pins eines Halbleiterbauteils ist jedoch begrenzt. Eine Vielzahl von Anschlüssen wird bereits für andere Funktionen benötigt. Somit ist dieses Konzept mit dem Nachteil verbunden, dass in der Halbleiterschaltung nur eine begrenzte Anzahl von Spannungsdomänen vorgesehen ist.

Zur Überwindung dieses Nachteils ist innerhalb der Halbleiterschaltung zu jeder Spannungsdomäne eine Schalteinheit vorgesehen, die ein Ab- oder Zuschalten der Versorgungsspannung an die Spannungsdomäne ermöglicht. Die Schalteinheit ist als ein im Verhältnis zu sonst in der Halbleiterschaltung verwendeten Bauelementen großes Schaltelement ausgeführt, um von ihr geschaltete Ströme ohne einen größeren Spannungsabfall in der Spannungsdomäne treiben. zu können. Das Schaltelement belegt daher eine größere Chipfläche als ein sonst verwendetes Bauelement. Zusätzlich befindet sich das Schaltelement in aller Regel in Bereichen der Halbleiterschaltung, die nicht mittels Standardzellen aufgebaut sind. Dadurch weist eine Versorgungsleitung zwischen dem Schaltelement und der betroffenen Spannungsdomäne oft eine Länge auf, die in nachteiliger weise einen großen Spannungsabfall der Versorgungsspannung auf der Versorgungsleitung verursacht.

Zur Vermeidung des Spannungsabfalls wird das große Schaltelement häufig durch eine Vielzahl mehrerer kleinerer Einzel-Schaltelemente ersetzt. Die kleineren Einzel-Schaltelemente sind beispielsweise wie sonst verwendete Bauelemente als Standardzellen entworfen. Eine vorgegebene Anzahl von Einzel-Schaltelementen wird parallel geschaltet, um den Strombedarf der Spannungsdomäne zu gewährleisten.

Üblicherweise sind mehrere Spannungsdomänen an die Spannungsversorgung gekoppelt. Bei einem Zuschaltvorgang einer ersten Spannungsdomäne fließt anfangs ein Strom, der Gatter- und/oder Kapazitäten in der Schaltungsdomäne auflädt. So entsteht bei dem Zuschaltvorgang zunächst eine größere Änderung eines Stromes ISUP in der Spannungsversorgung. Die zwischen der Spannungsversorgung und der Spannungsdomäne angeordneten Zuleitungen weisen Zuleitungsinduktivitäten L auf. Durch Eigeninduktion kommt es aufgrund der Änderung des Stroms ISUP zu einem Spannungsabfall &Dgr;USUP an den Zuleitungsinduktivitäten L

Es wird zusätzlich ein in den Zuleitungen vorhandener ohmscher Widerstand R berücksichtigt.

In den meisten Fällen liegt wenigstens eine zweite Spannungsdomäne an den gleichen Zuleitungen an, so dass dieser die gleiche Versorgungsspannung zugeführt ist. Befindet sich die zweite Spannungsdomäne bereits in einem Betriebszustand, während die erste Spannungsdomäne eingeschaltet wird, dann ist der Spannungsabfall &Dgr;USUP in einigen Fällen so groß, dass dieser in der zweiten Spannungsdomäne zu einer lokalen Fehlfunktion führt. Die lokale Fehlfunktion führt zu einer globalen Fehlfunktion der gesamten integrierten Halbleiterschaltung. Einem Nutzer der Halbleiterschaltung ist das Vorhandensein einer globalen Fehlfunktion oft nicht unmittelbar offensichtlich.

Zur Vermeidung der lokalen Fehlfunktion sollte ein überhöhter Spannungsabfall &Dgr;USUP verhindert werden. Dies geschieht am einfachsten durch eine Begrenzung der zeitlichen Stromänderung des Stromes ISUP bei einem Zuschaltvorgang, aber auch bei einem Abschaltvorgang der Spannungsdomäne.

Aus den Dokumenten [1] und [2] ist bekannt, den Strom ISUP zu begrenzen, indem zwischen der Spannungsquelle und der integrierten Halbleiterschaltung oder einer Spannungsdomäne der integrierten Halbleiterschaltung eine Schalteinheit zum Zuschalten oder Abschalten einer Versorgungsspannung vorgesehen ist. Die Schalteinheit umfasst eine Vielzahl von Einzel-Schaltelementen, die parallel geschaltet sind. Die Einzel-Schaltelemente werden schrittweise nacheinander geschaltet. Sowohl Dokument [1] wie auch Dokument [2] beschreiben ein sukzessives beziehungsweise zeitlich versetztes Zuschalten der Einzel-Schaltelemente. Eine solche Struktur wird auch als „Daisy Chain" bezeichnet.

Da die Einzel-Schaltelemente als Transistoren ausgeführt sind, ist der durch die Einzel-Schaltelemente fließende Strom in seinem Maximalwert durch den Saturationsstrom des Transistors beschränkt. Bei dem Zuschaltvorgang ist die Änderung des Stromes ISUP anfangs durch den Saturationsstrom des zuerst geschlossenen Einzel-Schaltelements begrenzt.

Die derart eingerichtete Schalteinheit weist jedoch den Nachteil auf, dass der Zuschaltvorgang durch das sukzessive Zuschalten der Einzel-Schaltelemente verzögert stattfindet, er ist erst nach Zuschalten aller Einzel-Schaltelemente abgeschlossen. Je nach Größe der Schaltungsdomäne benötigt der Zuschaltvorgang mehrere Takte.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine integrierte Halbleiterschaltung, sowie ein Verfahren zum Zuschalten einer Spannungsdomäne in einer integrierten Halbleiterschaltung bereitzustellen, bei der ein schnelles Durchführen des Zuschaltvorgangs bei gleichzeitiger Limitierung der maximalen Stromänderung an den Zuleitungen für die Versorgungsspannung möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch eine integrierte Halbleiterschaltung sowie ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 bzw. dem unabhängigen Patentanspruch 9 gelöst.

Die integrierte Halbleiterschaltung weist eine an eine Spannungsquelle gekoppelte Schalteinheit zum Zuschalten oder Abschalten einer Versorgungsspannung auf. Die Schalteinheit umfasst ein erstes Einzel-Schaltelement, ein zweites Einzel-Schaltelement und ein drittes Einzel-Schaltelement. Weiterhin weist die integrierte Halbleiterschaltung eine an das erste Einzel-Schaltelement, das zweite Einzel-Schaltelement und das dritte Einzel-Schaltelement gekoppelte Steuereinheit zum Steuern des Zuschaltens oder Abschaltens der Versorgungsspannung mittels eines Steuersignals, und eine zwischen der Steuereinheit und dem ersten Einzel-Schaltelement, dem zweiten Einzel-Schaltelement und dem dritten Einzel-Schaltelement angeordnete Verzögerungseinheit auf. Die Verzögerungseinheit ist derart eingerichtet, dass sie das Steuersignal um ein erstes Zeitintervall verzögert an das erste Einzel-Schaltelement ausgibt und um ein vom dem ersten Zeitintervall verschiedenes zweites Zeitintervall verzögert an das zweite Einzel-Schaltelement und das dritte Einzel-Schaltelement ausgibt.

Das Verfahren zum Zuschalten einer Spannungsdomäne in einer integrierten Halbleiterschaltung mit einer Schalteinheit, die ein erstes Einzel-Schaltelement, ein zweites Einzel-Schaltelement und ein drittes Einzel-Schaltelement umfasst die folgenden Schritte:

  • – Schließen des ersten Einzel-Schaltelements zu einem ersten Zeitpunkt,
  • – Schließen des zweiten Einzelschaltelements und des dritten Einzel-Schaltelements zu einem zweiten Zeitpunkt.

Grundgedanke der Erfindung ist es, dass ein oder mehrere Einzel-Schaltelemente, die zunächst zugeschaltet werden, der Strombegrenzung dienen. Anschaulich kann die Wirkung der erfindungsgemäßen Vorrichtung so erklärt werden, dass bei einem Zuschalten der Versorgungsspannung zunächst die Gatter in der integrierten Halbleiterschaltung oder in einem Schaltungsbereich der integrierten Halbleiterschaltung durch einen begrenzten Strom vorgeladen werden. Erst wenn in den Gattern bereits Ladung vorhanden ist, wird die komplette Schaltung möglichst schnell an die Versorgungsspannung geschaltet. Dabei fließen höhere Ströme durch die Spannungsversorgung einer Spannungsdomäne, wobei dennoch die zeitliche Änderung des Stroms begrenzt bleibt.

Die erfindungsgemäße Halbleiterschaltung weist den Vorteil auf, dass die Versorgungsspannung schnell zugeschaltet werden kann. Diese Eigenschaft ist insbesondere bei Systemen günstig, bei denen die Spannungsversorgung häufig ab- bzw. zugeschaltet wird. Durch häufiges Zuschalten entsteht ein Sparpotential bei der Versorgungsspannung. Dieses Sparpotential ist bei einem durch eine Batterie gespeisten System, wie beispielsweise einem tragbaren Computer, einem Handy oder allgemein einem mobilen Endgerät, besonders vorteilhaft zu nutzen, weil damit die Reserven der Spannungsquelle geschont bleiben.

Ein weiterer wichtiger Vorteil ergibt sich daraus, dass ein Ab- bzw. Zuschalten schnell erfolgt. Damit ist die Erfindung insbesondere in Kommunikationssystemen günstig einsetzbar, da dort durch ein schnelles Umschalten eine schnelle und genaue Verarbeitung übertragener Daten erfolgen kann.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.

In einer Weiterbildung der integrierten Halbleiterschaltung sind das zweite Einzel-Schaltelement und das dritte Einzel-Schaltelement in Reihe geschaltet. Durch die Reihenschaltung des zweiten Einzel-Schaltelements und des dritten Einzel-Schaltelements entsteht insgesamt ein Einzel-Schaltelement, dessen Gesamtwiderstand gegenüber einem einzelnen Einzel-Schaltelement erhöht ist.

Bei einem Zuschalten der Versorgungsspannung über das zweite und das dritte Einzel-Schaltelement ist ein durch die beiden Einzel-Schaltelemente fließender Anfangs-Strom stärker begrenzt, als ein durch ein einzelnes Einzel-Schaltelement fließender Anfangs-Strom. Der Anfangsstrom dient zum Vorladen des Schaltungsbereichs beziehungsweise der Spannungsdomäne der integrierten Halbleiterschaltung. Durch das weitere Zuschalten des ersten Einzel-Schaltelements wird ein größerer Strom in der Spannungsversorgung getrieben, so dass schneller eine für einen sicheren Betrieb hinreichende Versorgungsspannung anliegt.

In einer anderen Weiterbildung der integrierten Halbleiterschaltung weist das erste Einzel-Schaltelement in einem Geschlossen-Schaltzustand einen ersten Widerstandswert auf und das zweite Einzel-Schaltelement in einem Geschlossen-Schaltzustand einen von dem ersten Widerstandwert verschiedenen zweiten Widerstandwert auf. Durch die unterschiedliche Ausführung der Einzel-Schaltelemente können verschiedene Strombegrenzungen beim Schließen des ersten Einzel-Schaltelements beziehungsweise des zweiten Einzel-Schaltelements erreicht werden.

Beispielsweise ist der erste Widerstandswert größer als der zweite Widerstandswert. Dies ist besonders vorteilhaft in einer integrierten Halbleiterschaltung bei der in einem Einschaltvorgang zunächst das erste Einzel-Schaltelement und anschließend das zweite Einzel-Schaltelement geschlossen werden. Durch den höheren ersten Widerstandswert des ersten Einzel-Schaltelements ist ein anfänglicher Strom in der Schalteinheit zunächst auf einen niedrigen Wert begrenzt. Ein durch das Schließen des zweiten Einzel-Schaltelements zusätzlicher Beitrag zum Strom in der Schalteinheit kann höher ausfallen, wodurch der Einschaltvorgang insgesamt schneller ausfallen kann.

In einer Ausgestaltung weist das dritte Einzel-Schaltelement in einem Geschlossen-Schaltzustand den zweiten Widerstandswert auf. Dadurch kann eine Ausgestaltung von zweitem und drittem Einzel-Schaltelement im Wesentlichen gleichermaßen erfolgen. Das Layout der integrierten Halbleiterschaltung vereinfacht sich.

In einer weiteren Ausgestaltung weist die integrierte Halbleiterschaltung mindestens eine an die Schalteinheit gekoppelten Spannungsdomäne auf, deren Versorgungsspannung durch die Schalteinheit zu- und/oder abschaltbar ist. Dadurch können in der Halbleiterschaltung unterschiedliche Bereich vorgesehen sein, in denen die Versorgungsspannung unabhängig von weiteren Bereichen der integrierten Halbleiterschaltung zu- bzw. abgeschaltet wird.

Vorteilhafterweise ist die Schalteinheit innerhalb der Spannungsdomäne angeordnet. Dadurch können Versorgungsleitungen zwischen der Schalteinheit und der Spannungsdomäne kurz ausgebildet sein. Unnötige Störeffekte durch Induktivitäten und Kapazitäten in den Versorgungsleitungen können derart verhindert werden.

In einer Ausgestaltung sind das erste Einzel-Schaltelement, das zweite Einzel-Schaltelement und das dritte Einzel-Schaltelement gleichmäßig über Bereichen der integrierten Halbleiterschaltung verteilt angeordnet, in denen mindestens eine Spannungsdomäne liegt, deren Spannungsversorgung zu schalten ist. Damit kann bei einem Zuschaltvorgang ein schnelles und gleichmäßiges Aufladen der Schaltungselemente in der Spannungsdomäne erfolgen.

In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt der zweite Zeitpunkt nach dem ersten Zeitpunkt.

In einer anderen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt der zweite Zeitpunkt vor dem ersten Zeitpunkt.

Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen

1 eine schematische Darstellung einer Spannungsversorgung einer Halbleiterschaltung mit zwei Spannungsdomänen gemäß der vorliegenden Erfindung,

2 eine schematische Darstellung einer Schalteinheit in einer Spannungsversorgung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

3 eine schematische Darstellung einer Schalteinheit in einer Spannungsversorgung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

4 eine schematische Darstellung einer Schalteinheit in einer Spannungsversorgung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,

5 eine schematische Darstellung einer Schalteinheit in einer Spannungsversorgung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und

6 eine schematische Darstellung einer Schalteinheit in einer Spannungsversorgung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Spannungsversorgung einer Halbleiterschaltung mit zwei Spannungsdomänen gemäß der vorliegenden Erfindung. Dabei weist die Spannungsversorgung einen ersten Eingang 101 auf, an den ein erstes Versorgungspotential oder ein Massepotential bereitgestellt ist. Das Versorgungspotential wird durch eine Spannungsquelle wie beispielsweise durch eine Batterie bereitgestellt, die in der 1 nicht dargestellt ist.

Die Spannungsversorgung weist ebenfalls einen zweiten Eingang 102 auf, an dem ein zweites Versorgungspotential, beispielsweise eine Vorspannung, bereitgestellt ist. Der erste Eingang 101 über eine erste Versorgungsleitung 103 mit einer ersten Spannungsdomäne 104 (gestrichelt dargestellt) und einer zweiten Spannungsdomäne 105 (gestrichelt dargestellt) verbunden. Die Versorgungsspannung der beiden Spannungsdomänen ergibt sich aus der Differenz des ersten Versorgungsspannungspotentials mit dem zweiten Versorgungsspannungspotential. Die erste Versorgungsleitung weist aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften eine erste Eigeninduktivität 106 und einen ersten ohmschen Widerstand 107 auf. Der zweite Eingang 102 ist über eine zweite Versorgungsleitung 108 mit der ersten Spannungsdomäne 104 und der zweiten Spannungsdomäne 105 verbunden. Die zweite Versorgungsleitung 108 weist aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften eine zweite Eigeninduktivität 109 und einen zweiten ohmschen Widerstand 110 auf. Die zweite Versorgungsleitung 108 ist mit der ersten Spannungsdomäne 104 über eine Schalteinheit 111 verbunden.

Mittels der Schalteinheit 111 kann das zweite Versorgungsspannungspotential an der ersten Spannungsdomäne 104 bereitgestellt werden. Die Schalteinheit 111 ist mit einer Steuereinheit 112 verbunden. Die Steuereinheit 112 ist derart eingerichtet, dass sie einen Schaltzustand in der Schalteinheit 111 über ein Steuersignal reguliert. Bei einem Zuschaltvorgang der Versorgungsspannung an der ersten Spannungsdomäne 104 wird durch die Schalteinheit 111 das zweite Versorgungsspannungspotential an der ersten Spannungsdomäne 104 bereitgestellt. Es fließen sowohl in der ersten Versorgungsleitung 103 als auch in der zweiten Versorgungsleitung 108 Ströme, die benötigt werden, um die verschiedenen Elemente der ersten Spannungsdomäne 104 wie beispielsweise Gatter oder Kapazitäten aufzuladen. Die Stromänderungen induzieren in der ersten Versorgungsleitung 103 aufgrund der ersten Eigeninduktivität 106 und in der zweiten Versorgungsleitung 108 aufgrund der zweiten Eigeninduktivität 109 Spannungen, die insgesamt zu einem Spannungsabfall der Versorgungsspannung führen. Der Spannungsabfall führt zu einem Absinken der Versorgungsspannung an der zweiten Spannungsdomäne 105, so dass dort eine Fehlfunktion entstehen kann.

Die Schalteinheit 111 ist erfindungsgemäß derart eingerichtet, dass ein durch die Steuereinheit 112 gesteuerter Zuschaltvorgang an der Schalteinheit 111 maximal begrenzte, in der ersten Versorgungsleitung 103 und der zweiten Versorgungsleitung 108 fließende Ströme und Stromänderungen sicherstellt. Die Einrichtung der Schalteinheit 111 wird in den folgenden Figuren beispielhaft an mehreren Ausführungsformen erläutert.

2 zeigt eine schematische Darstellung einer Schalteinheit 201 in einer Spannungsversorgung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Schalteinheit 201 weist einen Steuersignaleingang 202 auf, der zum Aufnehmen eines Steuersignals geeignet ist. Das Steuersignal kann beispielsweise durch eine wie in 1 vorgesehene Steuereinheit bereitgestellt sein. Der Steuereingang 202 ist mit einem Eingang eines ersten Verzögerungselements 203 verbunden. Ein Ausgang des ersten Verzögerungselementes 203 ist an ein erstes Einzel-Schaltelement 205 gekoppelt, um einen Schaltzustand des ersten Einzel-Schaltelements 205 zu regulieren. Zusätzlich ist der Ausgang des ersten Verzögerungselementes 203 mit einem Eingang eines zweiten Verzögerungselementes 204 verbunden. Das erste Einzel-Schaltelement 205 ist zwischen eine dritte Versorgungsleitung 207 und eine vierte Versorgungsleitung 208 geschaltet.

Befindet sich das erste Einzel-Schaltelement 205 in einem Geschlossen-Schaltzustand, so kann zwischen der dritten Versorgungsleitung 207 und der vierten Versorgungsleitung 208 ein Ausgleichsstrom fließen, bis sich in beiden Versorgungsleitungen das Potential angleicht. Die dritte Versorgungsleitung 207 kann beispielsweise der zweiten Versorgungsleitung 108 aus 1 entsprechen.

Ein Ausgang des zweiten Verzögerungselementes 204 ist mit dem Eingang eines dritten Verzögerungselementes 206 verbunden sowie an ein zweites Einzel-Schaltelement 210 gekoppelt, um den Schaltzustand des zweiten Einzel-Schaltelementes 210 festzulegen. Der Ausgang des dritten Verzögerungselementes 206 ist an ein drittes Einzel-Schaltelement 211 gekoppelt sowie über weitere Verzögerungselemente an ein viertes Verzögerungselement 209 gekoppelt (gestrichelt dargestellt). Ein Ausgang des vierten Verzögerungselementes 209 ist an ein viertes Einzel-Schaltelement 213 gekoppelt. Der Eingang des vierten Verzögerungselements 209 ist an den Eingang eines fünften Verzögerungselements 212 geschaltet. Der Ausgang des fünften Verzögerungselementes 212 ist an ein sechstes Einzel-Schaltelement 214 gekoppelt.

Sowohl das zweite Einzel-Schaltelement 210, das dritte Einzel-Schaltelement 211, das vierte Einzel-Schaltelement 213 und das fünfte Einzel-Schaltelement 215 sind jeweils zwischen die dritte Versorgungsleitung 207 und die vierte Versorgungsleitung 208 geschaltet, so dass jedes in einem Geschlossen-Schaltzustand die dritte Versorgungsleitung 207 mit der vierten Versorgungsleitung 208 verbindet. Befindet sich eines der Einzel-Schaltelemente in einem Geschlossen-Schaltzustand, erfolgt ein Angleichen der Potentiale auf der ersten Versorgungsleitung 207 und der zweiten Versorgungsleitung 208. Durch den Aufbau werden kompakte Einheitszellen geschaffen, die jeweils aus einem Verzögerungselement und einem Einzel-Schaltelement bestehen.

Die Einzel-Schaltelemente können beispielsweise als n-MOS-Transistoren oder p-MOS-Transistoren ausgeführt sein.

Durch den Aufbau der Schalteinheit 201 ist es möglich, das Zuschalten der Spannungsdomäne sukzessive durchzuführen. Dazu wird am Steuereingang 202 ein Steuersignal bereitgestellt, das beispielsweise durch ein hohes Spannungspotential, also eine logische "1", die einzelnen Einzel-Schaltelemente schließt. Es ist denkbar, dass die Verzögerungselemente Inverter-Elemente umfassen. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weisen das erste Verzögerungselement 203, das zweite Verzögerungselement 204 usw. jeweils eine Serienschaltung von zwei Inverterelementen auf. Das Steuersignal wird somit durch ein Verzögerungselement in seiner Wertigkeit oder seiner Polarität nicht verändert.

Bei einem Zuschaltvorgang schließt das am Steuereingang bereitgestellte Steuersignal zuerst das erste Einzel-Schaltelement 205. Nach einer durch das zweite Verzögerungselement 204 festgelegten Zeit erreicht das Steuersignal den Steuereingang des zweiten Einzel-Schaltelements 210 und schließt dieses. Derart wird zunächst das erste Einzel-Schaltelement 205 geschlossen, anschließend wird das zweite Einzel-Schaltelement 210, das dritte Einzel-Schaltelement 211, etc. geschlossen. Das vierte Einzel-Schaltelement 213 und das fünfte Einzel-Schaltelement 214 werden gleichzeitig geschlossen.

Ein Ausgleichsstrom von der ersten Versorgungsleitung 207 hin zur zweiten Versorgungsleitung 208 ist während des Zuschaltvorgangs durch die Anzahl der geschlossenen Einzel-Schaltelemente begrenzt. Derart ist auch die zeitliche Änderung des Einschaltstromes begrenzt, da zu einem gewissen Zeitpunkt nach Beginn des Einschaltvorgangs das Steuersignal lediglich an einer definierten Anzahl von Einzel-Schaltelementen anliegt, so dass diese geschlossen sind. Die Anzahl der geschlossenen Einzel-Schaltelemente definiert den maximal zulässigen Einschaltstrom durch die Summe der Saturationsströme der geschlossenen Einzel-Schaltelemente. In anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, dass nur der von den geschlossenen Einzel-Schaltelementen getriebene Strom fließen kann. Durch die zeitliche Abfolge des Schließens der Einzel-Schaltelemente ist die maximale Änderung des Einschaltstroms über der Zeit ebenfalls limitiert. In Konsequenz wird verhindert, dass ein zu großer Spannungsabfall in den Zuleitungen der Spannungsversorgung entsteht.

3 zeigt eine schematische Darstellung einer Schalteinheit in einer Spannungsversorgung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3 unterscheidet sich nur in einigen Elementen von 2, so dass bei 3 für gleichermaßen verwendete Elemente dieselben Bezugszeichen wie in 2 verwendet sind. Die in 3 gezeigte Schalteinheit 301 weist einen Steuereingang 202 auf, der zum Aufnehmen eines Steuersignals geeignet ist. Das Steuersignal kann wie in 2 beispielsweise durch ein wie in 1 vorgesehene Steuereinheit bereitgestellt sein. Der Steuereingang 202 ist mit einem Eingang eines ersten Verzögerungselements 203 verbunden. Der Steuereingang ist ebenfalls mit dem Eingang eines zweiten Verzögerungselements 204 verbunden. Ein Ausgang des ersten Verzögerungselements 203 ist an ein erstes Einzel-Schaltelement 205 gekoppelt. Der Ausgang des zweiten Verzögerungselements 204 ist an ein zweites Einzel-Schaltelement 210 gekoppelt. Zusätzlich ist der Ausgang des zweiten Verzögerungselements 204 mit dem Eingang eines dritten Verzögerungselements 206 verbunden. Das erste Einzel-Schaltelement 205 und das zweite Einzel-Schaltelement 210 sind in Serie zwischen eine dritte Versorgungsleitung 207 und eine vierte Versorgungsleitung 208 geschaltet. Befinden sich das erste Einzel-Schaltelement 205 und das zweite Einzel-Schaltelement 210 jeweils in einem Geschlossen-Schaltzustand, so kann zwischen der dritten Versorgungsleitung 207 und der vierten Versorgungsleitung 208ein Ausgleichsstrom fließen, bis sich in beiden Versorgungsleitungen die jeweiligen Potentiale aneinander angleichen. Der durch das erste Einzel-Schaltelement 205 und das zweite Einzel-Schaltelement 210 fließende Strom ist durch die jeweiligen Saturationsströme des ersten Einzel-Schaltelements 205 und des zweiten Einzel-Schaltelements 210 begrenzt. Insgesamt weisen die beiden Einzel-Schaltelemente durch ihre Serienschaltung einen höheren Widerstand und damit einen niedrigen Strom, der durch beide Einzel-Schaltelemente fließt, auf, als wenn nur ein einzelnes Einzel-Schaltelement vorgesehen wäre, wie es beispielsweise in 2 der Fall ist.

Ein Ausgang des dritten Verzögerungselements 206 ist mit einem dritten Einzel-Schaltelement 211 verbunden. Der Ausgang des dritten Verzögerungselements 206 ist ebenfalls über weitere Verzögerungselemente an ein viertes Verzögerungselement 209 gekoppelt (gestrichelt dargestellt). Ein Ausgang des vierten Verzögerungselements 209 ist an ein viertes Einzel-Schaltelement 213 und an den Eingang eines fünften Verzögerungselements 212 gekoppelt. Ein Ausgang des fünften Verzögerungselements 212 ist an ein sechstes Einzel-Schaltelement 214 gekoppelt.

Das dritte Einzel-Schaltelement 211, das vierte Einzel-Schaltelement 213 und das fünfte Einzel-Schaltelement 214 sind jeweils zwischen die dritte Versorgungsleitung 207 und die vierte Versorgungsleitung 208 geschaltet, so dass jedes in einem geschlossenen Schaltzustand die dritte Versorgungsleitung 207 mit der vierten Versorgungsleitung 208 verbinden. Befindet sich eines der Einzel-Schaltelemente in einem geschlossenen Schaltzustand, so erfolgt ein Angleichen der Potentiale auf der ersten Versorgungsleitung 207 und der zweiten Versorgungsleitung 208. Wie in 2 können die Einzel-Schaltelemente beispielsweise als n-MOS-Transistoren oder als p-MOS-Transistoren ausgeführt sein.

Ein Einschaltvorgang erfolgt in analoger Weise wie in 2. Wesentlicher Unterschied ist, dass bei einem Einschaltvorgang zunächst das erste Einzel-Schaltelement 205 und das zweite Einzel-Schaltelement 210 geschlossen werden. Der Strom, der durch die Serienschaltung der beiden Einzel-Schaltelemente fließen kann, ist geringer als ein Strom der durch ein einzelnes Einzel-Schaltelement, wie beispielsweise das dritte Einzel-Schaltelement 211, das vierte Einzel-Schaltelement 213 oder das fünfte Einzel-Schaltelement 214 fließen kann. Der Strom ist damit anfangs stärker begrenzt als zu einem späteren Zeitpunkt, was wesentlich ist, um eine zeitliche Änderung des Stromflusses zu limitieren. Dennoch erfolgt gleichzeitig eine maximal geforderte Änderung des Stromflusses, so dass die an die Schalteinheit gekoppelte Spannungsdomäne schnellst möglich bei gleichzeitiger Sicherstellung der Funktionsweise der übrigen Schaltungsdomänen eingeschaltet wird. In dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist insbesondere vorteilhaft, dass die Einzel-Schaltelemente sämtlich als eine Standardzelle ausgeführt sein können und nicht unterschiedliche Auslegungen der Schaltelemente erforderlich sind.

4 zeigt eine schematische Darstellung einer Schalteinheit in einer Spannungsversorgung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 4 unterscheidet sich nur in einigen Elementen von 2, so dass bei 4 für gleichermaßen verwendete Elemente dieselben Bezugszeichen wie in 2 verwendet sind. Die in 4 gezeigte Schalteinheit 401 weist einen Steuereingang 202 auf, der zum Aufnehmen eines Steuersignals geeignet ist. Das Steuersignal kann, wie in 2 beispielsweise durch eine wie in 1 gezeigte Steuereinheit bereitgestellt sein. Der Steuereingang 202 ist mit einem Eingang eines ersten Verzögerungselement 203 verbunden. Ein Ausgang des ersten Verzögerungselements 203 ist mit einem Eingang eines zweiten Verzögerungselements 204 verbunden. Zusätzlich ist der Ausgang des ersten Verzögerungselements 203 an ein erstes Einzel-Schaltelement 205 geschaltet. Dadurch kann das erste Ein-Schaltelement durch das Steuersignal in einen Geschlossen-Schaltzustand oder einen Geöffnet-Schaltzustand gesetzt werden.

Ein Ausgang des zweiten Verzögerungselements 204 ist an ein zweites Einzel-Schaltelement 210, ein drittes Einzel-Schaltelement 211, ein viertes Einzel-Schaltelement 211 und an einen Eingang eines vierten Verzögerungselements 209 geschaltet. Ein Ausgang des vierten Verzögerungselements 209 ist an ein viertes Einzel-Schaltelement 213, an ein fünftes Einzel-Schaltelement 214 und den Eingang eines fünften Verzögerungselements 212 angeschlossen. Ein Ausgang des fünften Verzögerungselements 212 ist an ein sechstes Einzel-Schaltelements 216 angeschlossen.

Das erste Einzel-Schaltelement 205, das zweite Einzel-Schaltelement 210, das dritte Einzel-Schaltelement 211, das vierte Einzel-Schaltelement 213, das fünfte Einzel-Schaltelement 214 und das sechste Einzel-Schaltelement 216 sind jeweils zwischen eine dritte Versorgungsleitung 207 und eine vierte Versorgungsleitung 208 geschaltet. Jedes der genannten Einzel-Schaltelemente koppelt jeweils für sich in einem Geschlossen-Schaltzustand die dritte Versorgungsleitung 207 elektrisch an die vierte Versorgungsleitung 208. Dadurch kann das Potential auf den Versorgungsleitungen angeglichen werden.

Ein Einschaltvorgang der gezeigten Schalteinheit in 4 erfolgt derart, dass zunächst das erste Einzel-Schaltelement 205 geschlossen wird. Dadurch fließt ein durch einen Potentialunterschied zwischen der dritten Versorgungsleitung 207 und der vierten Versorgungsleitung 208 verursachter elektrischer Strom. Der Strom ist durch den Saturationsstrom bzw. den Innenwiderstand des ersten Einzel-Schaltelements 205 beschränkt. Ist das erste Einzelschaltelement 205 als Feldeffekttransistor ausgeführt, ergibt sich diese Beschränkung auch aus einer Kanallänge bzw. Kanalbreite eines Gate-Bereichs des Feldeffekttransistors.

Das zweite Verzögerungselement 204 verzögert die Laufzeit des Steuersignals um ein vorgegebenes Zeitintervall, nach dem das zweite Einzel-Schaltelement 210 geschlossen wird. Das zweite Einzelschaltelement 210 ist derart ausgelegt, dass es einen höheren Strom zum ausgleichen der Potentiale auf der dritten Versorgungsleitung 207 und der vierten Versorgungsleitung 208 treiben kann. Dazu weist es beispielsweise einen höheren Saturationsstrom oder einen geringeren Innenwiderstand auf.

Zusammen mit dem zweiten Einzel-Schaltelement 210 wird das dritte Einzel-Schaltelement 211 geschlossen. Anschließend wird nach einem durch das dritte Verzögerungselement 209 bestimmten Zeitintervall das vierte Einzel-Schaltelement 213 geschlossen.

Zusammen mit dem vierten Einzel-Schaltelement 213 wird das fünfte Einzel-Schaltelement 214 geschlossen. Anschließend wird nach einem durch das vierte Verzögerungselement 209 bestimmten Zeitintervall das sechste Einzel-Schaltelement 216 geschlossen.

Die Einzel-Schaltelemente sind paarweise angeordnet. So ist das erste Einzel-Schaltelement 205 räumlich in der Nähe des zweiten Einzel-Schaltelements 210 angeordnet. Das dritte Einzel-Schaltelement 211 ist räumlich in der Nähe des vierten Einzel-Schaltelements 213 angeordnet. Das fünfte Einzel-Schaltelement 214 ist räumlich in der Nähe des sechsten Einzel-Schaltelements 216 angeordnet. Dadurch sind Einzel-Schaltelement-Paare aus einem Einzel-Schaltelement, die einen geringen Strom treiben, und einem Einzel-Schaltelement, die einen höheren Strom treiben, gebildet. Diese Paare sind vorzugsweise räumlich über der Spannungsdomäne verteilt. Lokal wird so zunächst ein Einzel-Schaltelement geschlossen, dass einen kleinen Strom zum Vorladen einer Umgebung treiben kann. Im Anschluss wird für ein schnelleres Aufladen das Einzel-Schaltelement geschlossen, dass einen höheren Strom treibt.

Um den Aufladevorgang insgesamt zu beschleunigen, wird mit dem „stärkeren" Einzel-Schaltelement bereits ein „schwächeres" Einzel-Schaltelement eines anderen Einzel-Schaltelement-Paares geschlossen, das bereits eine andere Umgebung in der Spannungsdomäne vorladen kann. Sind das zweite Einzel-Schaltelement 210 und das erste Einzel-Schaltelement 205 als Feldeffekttransistoren ausgeführt, so ist beispielsweise die Kanalbreite des zweiten Einzel-Schaltelements 210 größer als die Kanalbreite des ersten Einzel-Schaltelements 205.

5 zeigt eine schematische Darstellung einer Schalteinheit in einer Spannungsversorgung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie bei den anderen Figuren sind für gleiche Elemente der verschiedenen Ausführungsformen dieselben Bezugszeichen gewählt.

Eine Schalteinheit 501 weist einen Steuersignaleingang 202 auf, der zum Aufnehmen eines Steuersignals wie in 2, 3 oder auch in 4 geeignet ist. Das Steuersignal ist beispielsweise durch eine wie in 1 vorgesehene Steuereinheit bereitgestellt. Der Steuereingang 202 ist mit einem Eingang eines ersten Verzögerungselements 203 verbunden. Ein Ausgang des ersten Verzögerungselements 203 ist mit einem Eingang eines zweiten Verzögerungselements 204 und dem Eingang eines siebten Verzögerungselements 502 gekoppelt. Der Ausgang des zweiten Verzögerungselements 204 ist an ein erstes Einzel-Schaltelement 205 gekoppelt. Ein Ausgang des siebten Verzögerungselements 502 ist mit einem Eingang eines achten Verzögerungselements 503 gekoppelt. Ein Ausgang des achten Verzögerungselements 503 ist mit einem Eingang eines neunten Verzögerungselements 504 gekoppelt. Der Ausgang des achten Verzögerungselements 503 ist zusätzlich an ein siebtes Einzel-Schaltelement 505 gekoppelt. Der Ausgang des neunten Verzögerungselements 504 ist an ein achtes Einzel-Schaltelement 506 gekoppelt. Der Ausgang des neunten Verzögerungselements 504 ist an den Eingang eines zehnten Verzögerungselements 507 und Eingang eines elften Verzögerungselements 508 gekoppelt. Der Ausgang des elften Verzögerungselements 508 ist an einen Eingang eines zwölften Verzögerungselements 511 sowie an weitere Verzögerungselemente gekoppelt. Der Ausgang des zehnten Verzögerungselements 507 ist an ein neuntes Einzel-Schaltelement 509 gekoppelt. Der Ausgang des elften Verzögerungselements 508 ist an ein zehntes Einzel-Schaltelement 510 gekoppelt. Der Ausgang des zwölften Verzögerungselements 511 ist an ein elftes Einzel-Schaltelement 512 gekoppelt. Die Ausgänge des zweiten Verzögerungselements 204, des achten Verzögerungselements 503, des neunten Verzögerungselements 504, des zehnten Verzögerungselements 507, des elften Verzögerungselements 508, und des zwölften Verzögerungselements 511, kann jeweils Ausgangpunkt für eine weitere "Daisy Chain" sein.

Bei einem Einschaltvorgang der Schalteinheit nach 5 wird zunächst das erste Einzel-Schaltelement 205 geschlossen, um die Spannungsdomäne vorzuladen. Anschließend werden sukzessive das siebte Einzel-Schaltelement 505 und das achte Einzel-Schaltelement 506 geschlossen. Anschließend wird parallel das neunte Einzel-Schaltelement 509 und gleichzeitig das zehnte Einzel-Schaltelement 510 geschlossen. Im Anschluss wird das elfte Einzel-Schaltelement 512 und eventuell eine Reihe weiterer Schaltelemente über der Spannungsdomäne geschlossen. Durch diese Vorkehrung ist es möglich, dass bei einem Einschaltvorgang zunächst ein einzelnes Einzel-Schaltelement, nämlich das erste Einzel-Schaltelement 205, geschlossen ist. Anschließend wird das zweite Einzel-Schaltelement 210 geschlossen, dessen Ausführung derart sein kann, dass es mehr Strom, also einen höheren Saturationsstrom als das erste Einzel-Schaltelement 205 aufweist. Dies ist in der Zeichnung dadurch dargestellt, dass das zweite Einzel-Schaltelement 210 dicker gezeichnet ist als das erste Einzel-Schaltelement 205. Auch das achte Einzel-Schaltelement 506, das anschleißend geschlossen wird, ist in der Lage, einen höheren Strom zu treiben als das erste Einzel-Schaltelement 205. Idealerweise ist es genauso ausgelegt wie das siebte Einzel-Schaltelement 505. Anschließend werden zwei Einzel-Schaltelemente gleichzeitig geschlossen, so dass in Summe ein höherer Strom getrieben werden kann, als zuvor. In. abschließenden Teil werden mehrere Einzel-Schaltelemente parallel geschlossen, so dass der Aufladevorgang insgesamt schneller abläuft, als wenn die Einzel-Schaltelemente sukzessive geschlossen würden. Gleichzeitig wird sichergestellt, dass gerade beim Aufladen der Strom, der zum Aufladen der Spannungsdomäne benötigt wird, durch die Saturationsströme der Einzel-Schaltelemente limitiert ist.

6 zeigt eine schematische Darstellung einer Schalteinheit in einer Spannungsversorgung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Wie bei den anderen Figuren sind für gleiche Elemente der verschiedenen Ausführungsformen dieselben Bezugszeichen gewählt.

Eine Schalteinheit weist einen Steuersignaleingang 202 auf, der zum Aufnehmen eines Steuersignals wie in 2, 3, 4 oder auch in 5 geeignet ist. Das Steuersignal ist beispielsweise durch eine wie in 1 vorgesehene Steuereinheit bereitgestellt.

Der Steuereingang 202 ist mit einem Eingang eines ersten Verzögerungselements 203 verbunden. Ein Ausgang des ersten Verzögerungselements 203 ist an ein erstes Einzel-Schaltelements 205 und an ein zweites Einzel-Schalt-Element 210 gekoppelt. Weiterhin ist der Ausgang des ersten Verzögerungselements 203 an einen Eingang eines dritten Verzögerungselements 206 geschaltet. Ein Ausgang des dritten Verzögerungselements 206 ist an einen Eingang eines vierten Verzögerungselements 209 geschaltet. Ein Ausgang des vierten Verzögerungselements 209 ist an ein drittes Einzel-Schaltelements 211 und an ein viertes Einzel-Schalt-Element 213 gekoppelt. weiterhin ist der Ausgang des vierten Verzögerungselements 209 an einen Eingang eines fünften Verzögerungselements 212 geschaltet. Diese Schaltkette kann entsprechend weitergeführt werden, so dass weitere Einzel-Schaltelemente vorgesehen sind, denen das Steuersignal über weitere Verzögerungselemente zugeführt wird. Vorteilhaft erweist es sich dabei, dass die Verzögerungselemente als Inverterelemente angeführt sind, wie es in diesem Ausführungsbeispiel der Fall ist. Dadurch wird eine sehr kompakte Ausgestaltung der Schaltkette erzielt.

Bei einem Einschaltvorgang der Schalteinheit gemäß 6 werden zunächst das erste Einzel-Schaltelement 205 und das zweite Einzel-Schaltelement 210 geschlossen. Anschließend werden das dritte Einzelschaltelement 211 und das vierte Einzel-Schaltelement 213 geschlossen. Dabei sind beispielsweise das erste Einzel-Schaltelement 205 und das zweite Einzel-Schaltelement 210 derart ausgelegt, dass durch sie ein kleiner Strom getrieben wird. Dagegen können das dritte Einzelschaltelement 211 und das vierte Einzel-Schaltelement 213 derart eingerichtet sein, dass sie einen höheren Strom treiben. Die Einzel-Schaltelemente sind beispielsweise über eine Spannungsdomäne verteilt, so dass zunächst ein Strom zum Vorladen der Spannungsdomäne eingeschaltet wird, der kleiner ausfällt, als der Strom, der zum Zuschalten der Spannungsdomäne erforderlich ist.

Grundgedanke der Erfindung ist es, dass nicht die Einzel-Schaltelemente sukzessive geschlossen werden, sondern dass ein Einschalten möglichst maximal in der Nähe einer Stromänderung möglich ist, die ein schnelles Aufladen der Spannungsdomäne erlaubt und gleichzeitig die Versorgungsspannung auf den Zuleitungen nicht wesentlich abfallen lässt. Vorteilhaft ist dabei, dass das Steuersignal über Verzögerungselemente an die Einzel-Schaltelemente gegeben wird, wobei die Verzögerungselemente ebenfalls durch die Versorgungsspannung versorgt werden. Fällt die Versorgungsspannung durch einen zu schnellen Einschaltvorgang zu stark ab, ist an den Ausgängen. der Verzögerungselemente kein hinreichendes Signal bereitgestellt, so dass das Steuersignal nicht weitergeleitet wird. Zusätzliche Einzel-Schaltelemente in der Schaltkette (Daisy chain) werden nicht geschlossen. Damit ist gewährleistet, dass sich die Spannungsdomäne insgesamt schnell auflädt, ohne dass die Versorgungsspannung auf der Spannungsversorgung einbricht und eine Fehlfunktion der gesamten integrierten Halbleiterschaltung, in der sich die Spannungsdomäne befindet, verursacht.

Die gezeigten Ausführungsformen können beliebig und entsprechend der Gegebenheiten einer Spannungsdomäne kombiniert werden. Insbesondere ist es denkbar, dass unterschiedliche Zweige der Schaltkette vorgesehen sein können.

So kann eine Baumstruktur der „Daisy chain" gewollt sein, die verschiedene Zweige aufweist. Beispielsweise kann jeder Zweig gleichermaßen ausgelegt sein. Es können aber auch in einzelnen oder allen Zweigen unterschiedliche Strukturen der Schaltkette vorgesehen sein.

Die Einzel-Schaltelemente sind über die Spannungsdomäne verteilt, so dass eine lokale Aufladung von Schaltungselementen vor einem umfassenden Zuschalten der Versorgungsspannung stattfindet.

In diesem Dokument sind die folgenden Veröffentlichungen zitiert:

  • [1] Kim, Suhwan et al., "Understanding and Minimizing Ground Bounce during Mode Transition of Power Gating Structures", ISLPED 2003, Seite 25 bis 27, August 2003.
  • [2] Royannez, Philippe et al., "90 nm Low Leakage SoC Design Techniques for Wireless Applications", IEEE International Solid-State Circuits Conference, Seite 138 bis 139 und Seite 589; Nob Hill, Februar 2005.

101
Erster Eingang
102
Zweiter Eingang
103
Erste Versorgungsleitung
104
Erste Spannungsdomäne
105
Zweite Spannungsdomäne
106
Erste Eigeninduktivität
107
Erster ohmscher Widerstand
108
Zweite Versorgungsleitung
109
Zweite Eigeninduktivität
110
Zweiter ohmscher Widerstand
111
Schalteinheit
112
Steuereinheit
201
Schalteinheit
202
Steuereingang
203
Erstes Verzögerungselement
204
Zweites Verzögerungselement
205
Erstes Einzel-Schaltelement
206
Drittes Verzögerungselement
207
Dritte Versorgungsleitung
208
Vierte Versorgungsleitung
209
Viertes Verzögerungselement
210
Zweites Einzel-Schaltelement
211
Drittes Einzel-Schaltelement
212
Fünftes Verzögerungselement
213
Viertes Einzel-Schaltelement
214
Fünftes Einzel-Schaltelement
216
Sechstes Einzel-Schaltelement
501
Schalteinheit
502
Siebtes Verzögerungselement
503
Achtes Verzögerungselement
504
Neuntes Verzögerungselement
505
Siebtes Einzel-Schaltelement
506
Achtes Einzel-Schaltelement
507
Zehntes Verzögerungselement
508
Elftes Verzögerungselement
509
Neuntes Einzel-Schaltelement
510
Zehntes Einzel-Schaltelement
511
Zwölftes Verzögerungselement
512
Elftes Einzel-Schaltelement


Anspruch[de]
Integrierte Halbleiterschaltung mit

– einer an eine Spannungsquelle gekoppelten Schalteinheit (111, 201, 301, 401, 501) zum Zuschalten oder Abschalten einer Versorgungsspannung, wobei die Schalteinheit ein erstes Einzel-Schaltelement (205, 211), ein zweites Einzel-Schaltelement (205, 213) und ein drittes Einzel-Schaltelement (210, 214) umfasst,

– einer an das erste Einzel-Schaltelement, das zweite Einzel-Schaltelement und das dritte Einzel-Schaltelement gekoppelte Steuereinheit (112) zum Steuern des Zuschaltens oder Abschaltens der Versorgungsspannung mittels eines Steuersignals, und

– einer zwischen der Steuereinheit (112) und dem ersten Einzel-Schaltelement (205, 211), dem zweiten Einzel-Schaltelement (205, 213) und dem dritten Einzel-Schaltelement (210, 214) geschalteten Verzögerungseinheit,

wobei die Verzögerungseinheit derart eingerichtet ist, dass sie das Steuersignal um ein erstes Zeitintervall verzögert an das erste Einzel-Schaltelement (205, 211) ausgibt und um ein von dem ersten Zeitintervall verschiedenes zweites Zeitintervall verzögert an das zweite Einzel-Schaltelement (205, 213) und an das dritte Einzel-Schaltelement (210, 214) ausgibt.
Integrierte Halbleiterschaltung nach Patentanspruch 1, wobei das zweite Einzel-Schaltelement (205, 213 ) und das dritte Einzel-Schaltelement (210, 214) in Reihe geschaltet sind. Integrierte Halbleiterschaltung nach einem der voranstehenden Patentansprüche, wobei das erste Einzel-Schaltelement (205, 211) in einem Geschlossen-Schaltzustand einen ersten Widerstandswert aufweist und das zweite Einzel-Schaltelement (205, 213) in einem Geschlossen-Schaltzustand einen von dem ersten Widerstandswert verschiedenen zweiten Widerstandswert aufweist. Integrierte Halbleiterschaltung nach Patentanspruch 3, wobei der erste Widerstandswert größer als der zweite Widerstandswert ist. Integrierte Halbleiterschaltung gemäß Patentanspruch 4, wobei das dritte Einzel-Schaltelement (210, 214) in einem geschlossenen Schaltzustand den zweiten Widerstandswert aufweist. Integrierte Halbleiterschaltung gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, mit mindestens einer an die Schalteinheit gekoppelten Spannungsdomäne (104, 105), deren Versorgungsspannung durch die Schalteinheit (111) zu- und/oder abschaltbar ist. Integrierte Halbleiterschaltung gemäß Patentanspruch 6, wobei die Schalteinheit (111) innerhalb der Spannungsdomäne (104, 105) angeordnet ist. Integrierte Halbleiterschaltung gemäß einem der Patentansprüche 6 oder 7, wobei das erste Einzel-Schaltelement (205, 211), das zweite Einzel-Schaltelement (205, 213) und das dritte Einzel-Schaltelement (210, 214) gleichmäßig über Bereichen der integrierten Halbleiterschaltung verteilt angeordnet sind, in denen mindestens eine Spannungsdomäne (104, 104) liegt, deren Spannungsversorgung zu schalten ist. Verfahren zum Zuschalten einer Spannungsdomäne (104, 105) in einer integrierten Halbleiterschaltung mit einer Schalteinheit (111, 201, 301, 401, 501), die ein erstes Einzel-Schaltelement (205, 211), ein zweites Einzel-Schaltelement (205, 213) und ein drittes Einzel-Schaltelement (210, 214) umfasst, mit den Schritten:

– Schließen des ersten Einzel-Schaltelements (205, 211) zu einem ersten Zeitpunkt,

– Schließen des zweiten Einzelschaltelements (205, 213) und des dritten Einzel-Schaltelements (210, 214) zu einem zweiten Zeitpunkt.
Verfahren gemäß Patentanspruch 9, bei dem der zweite Zeitpunkt nach dem ersten Zeitpunkt liegt. Verfahren gemäß Patentanspruch 9, bei dem der zweite Zeitpunkt vor dem ersten Zeitpunkt liegt.






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