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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung mit kapazitiven Elementen. Zudem ist ein Verfahren zum Prüfen derselben beschrieben.
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Immer häufiger wird an ICs (IC = integrated circuit = integrierte Schaltung) die Anforderung gestellt, elektronische Bauelemente, die heute außerhalb des integrierten Schaltkreises auf einer Platine befestigt sind, in diese zu integrieren. Dies führt zu einer Reduzierung des Platzbedarfs für eine Schaltung, die eine vorbestimmte Funktionalität ausführen soll. Dabei werden in zunehmenden Maße auch Kondensatoren beispielsweise in Silizium-Hochfrequenz-ICs integriert. Somit lässt sich die Anzahl der benötigten Bauelemente in einer Hochfrequenzschaltung bzw. einem Hochfrequenzsystem verringern.
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Die in dem Silizium-Hochfrequenz-IC bzw. Chip integrierten Kondensatoren werden dabei in der Regel so ausgelegt, dass das sie eine höhere Durchbruchsspannung aufweisen als die in der integrierten Schaltung verwendeten Halbleiter oder Wiederstandsbauelemente.
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Jedoch können die in dem Chip integrierten Kondensatoren bei einem Prüfen des Bauelements häufig nicht mit Spannungen in der Höhe ihrer Durchbruchsspannung beaufschlagt werden. Somit können Defektbehaftete Kondensatoren nicht mehr oder nur schlechter erkannt werden. Diese Defekt-behafteten Kondensatoren können dabei ein Zuverlässigkeitsrisiko für einen Betrieb der integrierten Schaltung darstellen.
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Dieses Zuverlässigkeitsrisiko führt dazu, dass die Gesamtgröße aller verwendeten Kondensatoren bei einer integrierten Schaltung auf einen Wert begrenzt wird, bei dem eine Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls eines der verwendeten Kondensatoren gering bleibt. Das führt dazu, dass größere Kondensatoren häufig als diskrete Kondensatoren an den externen Anschlüssen bzw. außerhalb der integrierten Schaltung auf einer Leiterplatte befestigt werden und mit diesen integrierten Schaltungen über deren externe Anschlüsse verbunden werden. Somit ergibt sich ein erhöhter Platzbedarf auf einer Leiterplatte für eine Schaltung mit einer vorbestimmten Funktionalität aufgrund der externen Kondensatoren, die auf der Leiterplatte vorzusehen sind.
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Die
US 6 259 268 B1 geht auf einen Überspannungstest einer zweifachen Kondensator-Struktur in einem integrierten Schaltkreis ein. Die Zweifach-Kondensator-Struktur besteht aus einem ersten und einem zweiten Kondensator, die in Serie geschaltet sind, und auf einer elektrisch isolierenden Schicht und auf einem Prüfanschluss aufgebracht sind. Der Prüfanschluss ist mit dem ersten und dem zweiten Kondensator elektrisch verbunden, wobei der Prüfanschluss zwischen den beiden Kondensatoren angeordnet ist. Bei einem Überspannungstest wird eine Spannung angelegt, die ausreicht, um die Zuverlässigkeit des ersten und des zweiten Kondensators sicherzustellen, ohne weitere elektronische Einrichtungen auf dem integrierten Schaltkreis einem kritischen Spannungspegel auszusetzen.
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Des Weiteren erläutert die
US 6 259 268 B1 ein Verfahren um die Zweifach-Kondensator-Struktur in dem integrierten Schaltkreis zu testen. Dabei wird eine erste Spannung an den Prüfanschluss angelegt, um ein erstes vorbestimmtes Feld an dem ersten Kondensator zu erzeugen. Der aus dem angelegten ersten elektrischen Feld resultierende Strom wird erfasst. Anschließend wird in gleicher Weise die Belastbarkeit des zweiten Kondensators ermittelt.
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Die
DE 19904608 A1 zeigt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Prüfung eines in einer Schaltung als Einzelbauelement eingebauten Kondensators, wobei der zu prüfende Kondensator und ein messbereichsbestimmendes Referenzteil eine Spannungsteilerschaltung für ein von einem vorgeschalteten Frequenzgenerator geliefertes Wechselspannungssignal bilden, wobei die Spannungsteilerschaltung ein unmittelbar erzeugtes oder hiervon abgeleitetes Mess-Signal liefert. Das Mess-Signal steuert die Betätigung eines der Spannungsteilerschaltung nachgeschalteten Anzeigenelements, wenn der Scheinwiderstand des zu prüfenden Kondensators einen durch das Referenzteil eingestellten entsprechenden Wert unterschreitet. Darüber hinaus erläutert die
DE 19904608 A1 ein Verfahren zur Prüfung eines in einer Schaltung als Einzelbauelement eingebauten Kondensators.
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Die
WO 00/17664 A1 zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur verfeinerten Anwendung des Prinzips des Ladungstransports über sogenannte Einerketten, um mehrere auf einem Chip integrierte Kondensatoren zu testen. Dabei wird das Einerkettenprinzip in vorteilhafter Weise mit einem Netzwerk von Schaltern und einem Komparator, der zur Bestimmung einer aus dem Ladungstransport resultierenden Ladung eingesetzt wird, kombiniert.
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Die
US 2004/0012044 A1 offenbart ein Halbleiterbauelement mit einem MIM-Kondensator, der aus einem Paar von seriell geschalteten MIM-Kondensatoren besteht. Jeder MIM-Kondensator ist durch zwei seriell geschaltete MIM-Kondensatoren implementiert, wobei für jeden MIM-Kondensator ein eigener Testanschluss vorhanden ist, so dass die Kondensatoren individuell einer Spannungsfestigkeitsuntersuchung unterzogen werden können.
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Die
JP 04207050 A zeigt ein Halbleiterbauelement, bei dem für eine Gruppe von neun Ausgangs-Pads eine Testschaltung vorhanden ist, die über ein Test-Pad mit einer Test-Nadel erreichbar ist. Die Testschaltung ist so ausgebildet, dass Test-Signale von dem Test-Pad seriell zu den einzelnen Schaltungs-Pads übertragen werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltung mit einem kapazitiven Element zu schaffen, die eine verbesserte Zuverlässigkeit aufweist, und ein Verfahren zum Prüfen der Schaltung, die eine verbesserte Zuverlässigkeit aufweist, zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch eine Schaltung gemäß Anspruch I gelöst.
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Die vorliegende Erfindung schafft eine Schaltung mit einem Eingangsanschluss in die Schaltung zum Einspeisen eines durch die Schaltung zu verarbeitenden Nutzsignals, einem Ausgangsanschluss aus der Schaltung zum Ausgeben eines durch die Schaltung verarbeiteten Nutzsignals, einer Nutzschaltung, die zwischen den Eingangsanschluss und den Ausgangsanschluss geschaltet ist, und ausgelegt ist, das Nutzsignal zu verarbeiten, einem Versorgungsspannungsanschluss zum Zuführen einer Versorgungsspannung zu der Nutzschaltung, und einem Masseanschluss, der mit der Nutzschaltung verbunden ist. Die Nutzschaltung weist ein kapazitives Element mit einem ersten und einem zweiten Kapazitätsanschluss auf, wobei das kapazitive Element eine Serienschaltung von zwei Serienkondensatoren aufweist, die an einem inneren Kapazitätsknoten miteinander verbunden sind. Die Schaltung weist ein weiteres kapazitives Element auf, das einen dritten und einen vierten Kapazitätsanschluss und eine Serienschaltung von zwei weiteren Serienkondensatoren aufweist, wobei die Serienkondensatoren an einem weiteren inneren Kapazitätsknoten miteinander verbunden sind. Der erste oder der zweite Kapazitätsanschluss ist mit einem Bezugsanschluss, der den Eingangsanschluss, den Ausgangsanschluss, den Versorgungsspannungsanschluss oder den Masseanschluss umfasst, so gekoppelt, dass zwischen dem ersten oder dem zweiten Kapazitätsanschluss und dem Bezugsanschluss bei Anlegen einer Spannung zwischen einem zusätzlichen Prüfanschluss und dem Bezugsanschluss ein Gleichstrom oder ein Wechselstrom mit einer Frequenz, bei der die Serienkondensatoren (29a, 29b) einen Widerstand haben, der größer als 500 Ω ist, fließen kann. Der dritte oder der vierte Kapazitätsanschluss ist mit dem Bezugsanschluss gekoppelt. Die Schaltung weist einen zusätzlichen Prüfanschluss auf, der mit dem inneren Kapazitätsknoten gekoppelt ist, und der so ausgebildet ist, dass bei Anlegen einer Spannung zwischen dem zusätzlichen Prüfanschluss und dem Bezugsanschluss eine Spannung an wenigstens einen der Serienkondensatoren angelegt wird. Der zusätzliche Prüfanschluss ist mit dem weiteren inneren Kapazitätsknoten gekoppelt, und so ausgebildet, dass bei Anlegen einer Spannung zwischen dem zusätzlichen Prüfanschluss und dem Bezugsanschluss eine Spannung an wenigstens einen der weiteren Serienkondensatoren angelegt wird, wobei ein Prüfanschlusswiderstand zwischen dem zusätzlichen Prüfanschluss und dem inneren Kapazitätsknoten angeordnet ist, der einen Prüfanschlusswiderstandswert hat, der größer als 500 Ohm ist, und wobei ein weiterer Prüfanschlusswiderstand zwischen dem zusätzlichen Prüfanschluss und dem weiteren inneren Kapazitätsknoten angeordnet ist, der einen weiteren Prüfanschlusswiderstandswert hat, der größer als 500 Ohm ist.
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Der zusätzliche Prüfanschluss kann mit dem inneren Kapazitätsknoten gekoppelt sein, und kann ausgebildet sein, so dass stromflussmäßig zwischen dem Prüfanschluss und dem Eingangsanschluss wenigstens einer der Serienkondensatoren positioniert ist.
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Des Weiteren ist hierin ein Verfahren zum Prüfen einer Schaltung beschrieben, wobei die Schaltung einen Eingangsanschluss in die Schaltung zum Einspeisen eines durch die Schaltung zu verarbeitenden Nutzsignals, einen Ausgangsanschluss aus der Schaltung zum Ausgeben eines durch die Schaltung verarbeiteten Nutzsignals, eine Nutzschaltung, die zwischen den Eingangsanschluss und den Ausgangsanschluss geschaltet ist, und ausgelegt ist, das Nutzsignal zu verarbeiten, einen Versorgungsspannungsanschluss zum Zuführen einer Versorgungsspannung zu der Nutzschaltung, einen Masseanschluss, der mit der Nutzschaltung verbunden ist, wobei die Nutzschaltung ein kapazitives Element mit einem ersten und einem zweiten Kapazitätsanschluss aufweist, wobei das kapazitive Element eine Serienschaltung von zwei Serienkondensatoren aufweist, die an einem inneren Kapazitätsknoten miteinander verbunden sind, und der erste oder der zweite Kapazitätsanschluss mit einem Bezugsanschluss, der den Eingangsanschluss, den Ausgangsanschluss, den Versorgungsspannungsanschluss oder den Masseanschluss umfasst, so gekoppelt ist, dass ein Gleichstrom oder ein Wechselstrom mit einer Frequenz, bei dem die Serienkondensatoren einen Widerstand haben, der größer als 500 Ω ist, fließen kann, und einem zusätzlichen Prüfanschluss, der mit dem inneren Kapazitätsknoten gekoppelt ist, und der ausgebildet ist, dass stromflussmäßig zwischen dem Prüfanschluss und dem Bezugsanschluss wenigstens einer der Serienkondensatoren positioniert ist, aufweist, das ein Anlegen eines Potentialunterschieds zwischen den Bezugsanschluss und den zusätzlichen Prüfanschluss und ein Ermitteln eines Prüfergebnisses, basierend auf einem Strom, der aufgrund des Anlegens des Potentialsunterschieds an dem zusätzlichen Prüfanschluss in die Schaltung fließt, aufweist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein kapazitives Element in einer Schaltung in Form einer Serienschaltung zweier Kondensatoren ausgeführt werden kann, so dass ein innerer Kapazitätsknoten, an dem die beiden Serienkondensatoren miteinander verbunden sind, mit einem Prüfanschluss verbunden werden kann. Ein Anschluss an einem der beiden Serienkondensatoren, der nicht unmittelbar mit dem inneren Kapazitätsknoten verbunden ist, kann dann mit einem Bezugsanschluss, der z. B. einen Eingangsanschluss, einen Ausgangsanschluss, einen Versorgungsspannungsanschluss oder einen Masseanschluss umfasst, gekoppelt werden, so dass an einem der beiden Serienkondensatoren bei einem Prüfen des Serienkondensators direkt eine Spannung angelegt werden kann, die auch höher sein kann als eine Spannungsfestigkeit eines weiteren Bauelements in der Schaltung.
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Ein Serienkondensator kann somit mit einer höheren Spannung bzw. einer höheren Durchbruchspannung getestet werden als ein anderes z. B. nicht kapazitives Bauelement in der Schaltung.
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Durch ein Testen eines Serienkondensators mit einer höheren Durchbruchspannung lassen sich frühzeitig Schwächen in der Durchbruchsfestigkeit des Serienkondensators erkennen. Dies kann dazu führen, dass Chips, auf denen die implementierten Serienkondensatoren beim Testen Schwächen einer Durchbruchsfestigkeit zeigen, nicht mehr ausgeliefert werden, oder nur noch in Geräten eingesetzt werden, in denen geringere Qualitätsanforderungen an die Chips gestellt werden. Somit ist eine Zuverlässigkeit des Serienkondensators, und damit des kapazitiven Elements, das den Serienkondensator aufweist, aufgrund der verbesserten getesteten Durchbruchsfestigkeit erhöht.
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Die erhöhte Zuverlässigkeit der Serienkondensatoren fuhrt dazu, dass mehr Kondensatoren in einem Chip integriert werden können, da die Serienkondensatoren jetzt ein erheblich niedrigeres Zuverlässigkeitsrisiko darstellen für einen einwandfreien Betrieb der auf dem Chip implementierten Schaltung. Dies ermöglicht einen Platzbedarf für eine Schaltung, die eine vorbestimmten Funktionalität aufweist, zu reduzieren, da jetzt mehr Kondensatoren in einem Chip integriert werden können. Ein reduzierter Platzbedarf einer Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bietet damit z. B. flexiblere Einsatzmöglichkeiten in tragbaren Geräten.
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Zugleich können jetzt auf einem Chip Kondensatoren bzw. Serienkondensatoren mit einer größeren Kapazität und damit einer größeren Fläche integriert werden, da ein Zuverlässigkeitsrisiko der Kondensatoren mit größerer Fläche aufgrund des verbesserten Testens der Durchbruchsfestigkeit der Serienkondensatoren reduziert ist.
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Darüber hinaus ergibt sich ein verbesserter Schutz für die übrigen Bauelemente in einer integrierten Schaltung, in der die Serienkondensatoren mit einer erhöhten Durchbruchsfestigkeit eingesetzt werden, da die Serienkondensatoren jetzt direkt an zwei Anschlüsse, zwischen den ein Potentialunterschied zum Testen der Serienkondensatoren anliegt, angeschlossen werden können in einer Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Die Spannung zum Testen der Durchbruchsfestigkeit der Serienkondensatoren fällt dann in der Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung nicht mehr an den übrigen Bauelementen, die eine geringere Durchbruchsfestigkeit aufweisen, ab. Somit ist eine Wahrscheinlichkeit, dass die übrigen Bauelemente mit einer geringeren Durchbruchsfestigkeit beim Testen der Serienkondensatoren durch die höheren Spannungen zum Testen der Serienkondensatoren zerstört werden, reduziert.
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Selbst eine nachteilhafte Erhöhung des Zuverlässigkeitsrisikos aufgrund einer Anordnung eines kapazitiven Elements in Form der beiden Serienkapazitaten, die eine Erhöhung der auf dem Chip implementierten Kapazitätswerte nach sich zieht, wird aufgewogen durch eine höhere Zuverlässigkeit der Serienkondensatoren in Folge des verbesserten Prüfens der Serienkondensatoren.
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Konkret ausgedrückt bedeutet dies z. B., dass zur Implementierung eines kapazitiven Elements mit einem Wert von 1 nF zwei Serienkondensatoren in einer Reihenschaltung angeordnet werden, die jeweils einen Wert von 2 nF aufweisen. Hierbei ist eine Wahrscheinlichkeit, dass einer der beiden Kondensatoren mit einem Kapazitätswert von 2 nF eine Schwache bezüglich seiner Durchbruchsfestigkeit aufweist, höher als in einem Chip mit nur einem Kondensator mit einem Wert von 1 nF. Jedoch kann der innere Kapazitätsknoten, an dem die beiden Serienkondensatoren mit dem Wert von 2 nF verbunden sind, direkt mit einem Prüfanschluss verbunden werden, so dass eine Spannung zum Testen der Durchbruchsfestigkeit direkt an die Serienkondensatoren angelegt werden kann. Da der innere Knoten unmittelbar mit dem externen zusätzlichen Prüfanschluss verbunden werden kann, können höhere Spannungen an dem Prüfanschluss und damit an die Serienkondensatoren mit einem Wert von 2 nF angelegt werden, als an den Kondensator mit einem Kapazitätswert von 1 nF. Daher ist die Zuverlässigkeit des kapazitiven Elements, das sich aus den beiden Serienkondensatoren von jeweils 2 nF zusammensetzt aufgrund des verbesserten Testens der Durchbruchsfestigkeit mit einer erhöhten Spannung höher als in dem kapazitiven Element, das nur einen Kondensator von 1 nF aufweist.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine Hochfrequenzschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In 1 ist eine Hochfrequenzschaltung 11 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Hochfrequenzschaltung 11 bzw. Schaltung weist einen Prüfanschluss 13, einen Versorgungsspannungsanschluss 15, einen Ausgangsanschluss 17, einen Eingangsanschluss 19 und einen Masseanschluss 21 auf. Des Weiteren umfasst die Hochfrequenzschaltung 11 einen ersten ESD-Schutztransistor 23 (ESD Electro-Static-Discharge = elektrostatische Entladung), einen Verstärkertransistor 25 und einen zweiten ESD-Schutztransistor 27. Darüber hinaus weist die Hochfrequenzschaltung einen ersten Serienkondensator 29a, einen zweiten Serienkondensator 29b, einen dritten Serienkondensator 31a und einen vierten Serienkondensator 31b auf. Zugleich sind in der Hochfrequenzschaltung 11 ein erster Prüfanschlusswiderstand 33, ein zweiter Prüfanschlusswiderstand 35, ein Eingangswiderstand 37, ein Ausgangswiderstand 39, ein erster Bias-Widerstand 41a, ein zweiter Bias-Widerstand 41b, eine Bias-Induktivität 42, ein erster Einstellwiderstand 43 und ein zweiter Einstellwiderstand 45 angeordnet.
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Der Eingangsanschluss 19 ist über den Eingangswiderstand 37 mit dem Masseanschluss 21 verbunden und an einen Kollektoranschluss des ersten ESD-Schutztransistors 23 und einen ersten Anschluss des ersten Serienkondensators 29a angeschlossen. Ein zweiter Anschluss des ersten Serienkondensators 29a ist mit einem ersten Anschluss des zweiten Serienkondensators 29b verbunden und über den ersten Prüfanschlusswiderstand 33 an den Prüfanschluss 13 angeschlossen. Ein zweiter Anschluss des zweiten Serienkondensators 29b ist über den ersten Bias-Widerstand 41a mit dem Versorgungsspannungsanschluss 15 verbunden und über den zweiten Bias-Widerstand 41b mit dem Masseanschluss 21 verbunden und an einen Basisanschluss des Verstärkertransistors 25 angeschlossen.
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Ein Kollektoranschluss des Verstärkertransistors 25 ist über die Bias-Induktivität 42 mit dem Versorgungsspannungsanschluss 15 gekoppelt, und an einen ersten Anschluss des dritten Serienkondensators 31a angeschlossen. Ein zweiter Anschluss des dritten Serienkondensators 31a ist mit einem ersten Anschluss des vierten Serienkondensators 31b verbunden und über den zweiten Prüfanschlusswiderstand 35 an den Prüfanschluss 13 angeschlossen. Ein zweiter Anschluss des vierten Serienkondensators 31b ist über den Ausgangswiderstand 39 mit dem Masseanschluss 21 verbunden und an den Ausgangsanschluss 17 und einen Kollektoranschluss des zweiten ESD-Schutztransistors 27 angeschlossen.
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Der Versorgungsspannungsanschluss 15 ist über den ersten Einstellwiderstand 43 mit einem Basisanschluss des ersten ESD-Schutztransistors 23 und über den zweiten Einstellwiderstand 45 mit einem Basisanschluss des zweiten ESD-Schutztransistors 27 elektrisch leitend verbunden. Ein Emitteranschluss des ersten ESD-Schutztransistors 23, ein Emitteranschluss des Verstärkertransistors 25 und ein Emitteranschluss des zweiten ESD-Schutztransistors 27 sind jeweils mit dem Masseanschluss 21 elektrisch leitend verbunden.
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Der erste ESD-Schutztransistor 23 und der zweite ESD-Schutztransistor 27 werden jeweils in Sperrrichtung betrieben, das heißt, an dem pn-Übergang von dem Emitteranschluss zu dem Basisanschluss wird jeweils eine Spannung in Sperrrichtung angelegt. Beim Anlegen eines positiven Spannungspulses z. B. infolge eines ESD-Entladungspulses an den Kollektoranschlüssen des ersten oder des zweiten ESD-Schutztransistors 23, 27 über den Eingangsanschluss 19 oder den Ausgangsanschluss 17 werden dabei in den Kollektorbereichen der ESD-Schutztransistoren jeweils so viele Löcher erzeugt, dass diese zu einem hohen Strom zu dem Masseanschluss 21 und damit zu einem Zusammenbrechen des ESD-Überspannungspulses führen. Über den ersten Bias-Widerstand 41a und den zweiten Bias-Widerstand 41b wird ein Arbeitspunkt des Verstärkertransistors 25 eingestellt. Die Bias-Induktivität 42 dient dazu, die hochfrequenten Wechselsignalanteile herauszufiltern und damit die Arbeitspunkteinstellung und die Verstärkung des Verstärkertransistors 25 zu stabilisieren.
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Der erste Serienkondensator 29a und der zweite Serienkondensator 29b bilden ein erstes Koppelelement bzw. einen ersten Koppelkondensator, der zwischen den Eingangsanschluss 19 und den Basisanschluss des Verstärkertransistors 25 geschaltet ist. Das erste Koppelelement dient dazu, die Gleichstromanteile bzw. Gleichsignalanteile herauszufiltern, so dass zwischen dem Eingangsanschluss 19 und dem Basisanschluss des Verstärkertransistors 25 nur ein Wechselstrom fließen kann. Eine Reihenschaltung aus dem dritten Serienkondensator 31a und dem vierten Serienkondensator 31b bildet ein zweites Koppelelement bzw. eine zweite Koppelkapazität, die wieder dazu dient, die Gleichsignalanteile bzw. die Gleichstromanteile herauszufiltern, so dass zwischen dem Ausgangsanschluss 17 und dem Kollektoranschluss des Verstärkertransistors 25 nur ein Wechselstrom fließen kann.
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Zwischen den Prüfanschluss 13 und den Eingangsanschluss 19 kann beim Testen bzw. Prüfen der Hochfrequenzschaltung 11 eine hohe Spannung bzw. ein hoher Potentialunterschied angelegt werden, um die Durchbruchsfestigkeit des ersten Serienkondensators 29a zu prüfen. Die übrigen Schaltungselemente außer dem ersten Prüfanschlusswiderstand 33 und dem Serienkondensator 29a sind dabei so geschaltet, dass an ihnen kein Spannungsabfall bzw. nur ein geringer Spannungsabfall auftritt. Die übrigen Schaltungselemente sind damit gegen die beim Prüfen angelegte hohe Spannung an dem Prüfanschluss 13 geschützt und werden daher während dem Prufen nicht zerstört.
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Eine Durchbruchsfestigkeit des zweiten Serienkondensators 29b kann überprüft werden, indem ein hoher Potentialunterschied zwischen den Prüfanschluss 13 und den Versorgungsspannungsanschluss 15 sowie den Masseanschluss 21 angelegt wird. Der Versorgungsspannungsanschluss 15 und der Masseanschluss 21 sind dabei vorzugsweise auf demselben Potential, so dass ein Strom von dem Prüfanschluss 13 über den ersten Prüfanschlusswiderstand 33, den zweiten Serienkondensator 29b und eine Parallelschaltung aus dem ersten Bias-Widerstand 41a und dem zweiten Bias-Widerstand 41b abfließt. An den übrigen Schaltungselementen tritt wiederum beim Prüfen des zweiten Serienkondensators 29b kein hoher Spannungsabfall auf, so dass diese entsprechend geschützt sind.
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Zum Prüfen des dritten Serienkondensators 31a wird ein Potentialunterschied zwischen den Prüfanschluss 13 und den Versorgungsspannungsanschluss 15 angelegt. Beim Testen des dritten Serienkondensators 31a fließt ein Strom über den zweiten Prüfanschlusswiderstand 35, den dritten Serienkondensator 31a und die Bias-Induktivität 42 zu dem Versorgungsspannungsanschluss 15. An den übrigen Schaltungselementen tritt kein Stromfluss auf, wobei an diesen damit auch kein hoher Spannungsabfall auftritt. Somit sind diese gegen den zum Testen der Durchbruchsfestigkeit des dritten Serienkondensators 31a angelegten hohen Potentialunterschied entsprechend geschützt.
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Zum Testen der Durchbruchsfestigkeit des vierten Serienkondensators 31b wird ein hoher Potentialunterschied zwischen den Prüfanschluss 13 und den Ausgangsanschluss 17 angelegt. Der dabei fließende Strom fließt von dem Prüfanschluss 13 über den zweiten Prüfanschlusswiderstand 35 und den vierten Serienkondensator 31b zu dem Ausgangsanschluss 17. Somit fließt beim Prüfen des vierten Serienkondensators 31b über die übrigen Bauelemente in der Hochfrequenzschaltung 11 kein Strom, und diese sind gegen die Auswirkungen des zwischen dem Prüfanschluss 13 und dem Ausgangsanschluss anliegenden hohen Potentialsunterschieds geschützt.
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Der erste Prüfanschlusswiderstand 33 und der zweite Prüfanschlusswiderstand 35 dienen dazu, in einem regulären Betrieb des Bauelements, bei dem an dem Prüfanschluss 13 kein Potential angeschlossen ist, den zweiten Anschluss des ersten Serienkondensators 29a und den zweiten Anschluss des Serienkondensators 31a bzw. den inneren Kapazitätsknoten des ersten Koppelelements und den inneren Kapazitatsknoten des zweiten Koppelelements voneinander zu entkoppeln. Anders ausgedrückt, werden der erste Prüfanschlusswiderstand 33 und der zweite Prüfanschlusswiderstand 35 so gewählt, dass ein Potential an dem zweiten Anschluss des ersten Serienkondensators 29a ein Potential an dem zweiten Anschluss des dritten Serienkondensators 31a in dem regulären Betrieb der Hochfrequenzschaltung nicht bzw. nur geringfügig beeinflusst.
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Im Folgenden wird ein Prüfen der Serienkondensatoren 29a, 29b, 31a, 31b erläutert, bei dem die Serienkondensatoren 29a, 29b, 31a, 31b nicht zeitlich versetzt zueinander geprüft werden. Zum Prüfen der in 1 gezeigten Hochfrequenzschaltung wird ein hohes Potential an den Prüfanschluss 13 angelegt und ein niedriges Potential bzw. eine Schaltungsmasse an den Versorgungsspannungsanschluss 15, den Ausgangsanschluss 17, den Eingangsanschluss 19 und den Masseanschluss 21 angelegt. Dabei wird ein Strom, der während dem Prüfen bzw. dem Testen an dem Prüfanschluss 13 in die Hochfrequenzschaltung fließt, ermittelt, und anhand des so ermittelten Stroms ein Prüfergebnis bestimmt. Aus dem Prüfergebnis kann man Rückschlüsse ziehen über die Durchbruchsfestigkeit der Serienkondensatoren 29a, 29b, 31a, 31b, und damit über die Qualität der Hochfrequenzschaltung 11.
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Wenn der Strom an dem Prüfanschluss 13 dabei einen vorbestimmten Wert überschreitet, so kann die Hochfrequenzschaltung 11 beispielsweise verworfen werden, oder wenn verschiedene Qualitätsklassen gebildet worden sind, kann die Hochfrequenzschaltung 11, bei der der Strom an dem Prüfanschluss einen vorbestimmten Wert überschreitet, beispielsweise nur noch in einer niedrigeren bzw. schlechteren Qualitätsklasse verkauft werden. Die Hochfrequenzschaltungen in einer niedrigern Qualitätsklasse können dann beispielsweise in Geräten eingesetzt werden, in denen an die Durchbruchsfestigkeit der Serienkondensatoren bzw. der Koppelelemente geringere Anforderungen bzw. Qualitätsanforderungen gestellt werden.
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In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist jedes kapazitive Element bzw. jedes Koppelelement durch eine Serienschaltung von zwei Kondensatoren, also durch eine Serienschaltung des ersten Serienkondensators 29a und des zweiten Serienkondensators 29b sowie durch eine Serienschaltung des dritten Serienkondensators 31a und des vierten Serienkondensators 31b ausgeführt.
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In der Schaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung könnten alternativ auch beliebig viele Koppelelemente bzw. kapazitive Elemente in der Hochfrequenzschaltung angeordnet sein, die dann durch eine Serienschaltung aus zwei oder mehr Serienkondensatoren ausgeführt sein könnten.
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In dem obigen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist die Hochfrequenzschaltung vorzugsweise ausgelegt, um ein Nutzsignal mit einer Frequenz in einem Bereich größer als 500 MHz zu verarbeiten. Jedoch sind beliebige Schaltungen, wie auch Schaltungen, die im Niederfrequenzbereich eingesetzt werden können, hierzu Alternativen. In dem obigen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise die gesamte Schaltung auf einem Chip angeordnet, jedoch sind beliebige Anordnungen der Bauelemente der Schaltung bzw. der Serienkondensatoren beispielsweise auf einer Leiterplatte oder auf mehreren Chips hierzu Alternativen, solange zwei Serienkondensatoren an einem gemeinsamen Anschluss mit einem Prüfanschluss gekoppelt sind. In dem obigen Ausführungsbeispiel sind die Zwischenkontakte zwischen den Kondensatorpärchen bzw. den in Serie geschalteten beiden Serienkondensatoren vorzugsweise galvanisch von der übrigen Schaltung getrennt. Die übrigen Schaltungsknoten, also z. B. der erste Anschluss des ersten Serienkondensators und der zweite Anschluss des zweiten Serienkondensators sind mit den Eingängen bzw. Versorgungsspannungsanschlüssen galvanisch verbunden bzw. leitend verbunden. Jedoch könnten der erste Anschluss des ersten Serienkondensators und der zweite Anschluss des zweiten Serienkondensators auch über einen Widerstand, der z. B. hochohmig ausgelegt werden kann, mit einem der Eingänge bzw. dem Versorgungsspannungsanschluss verbunden werden.
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In dem obigen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung sind die Zwischenkontakte zwischen den Kondensatorpärchen, also die Anschlüsse, an denen die Serienkondensatoren jeweils miteinander verbunden sind, über die Prüfanschlusswiderstände mit dem Prüfkontakt verbunden. Der Wert der Prüfanschlusswiderstände ist dabei z. B. größer als 500 Ω und vorzugsweise größer als 10 kΩ, um eine Funktion der Schaltung in einem regulären Betrieb, also wenn kein Potential an dem Prüfeingang angelegt ist, nicht zu beeinträchtigen.
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In dem obigen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird an dem Prüfanschluss 13 bzw. Prüfkontakt eine Prüfspannung angelegt, während alle anderen Anschlüsse, wie der Ausgangsanschluss 17, der Eingangsanschluss 19, der Masseanschluss 21 und der Versorgungsspannungsanschluss 15 auf 0 Volt gelegt werden, so dass vorzugsweise alle Serienkondensatoren mit der gleichen Spannung belastet werden. Durch eine Auswertung einer Strom-Spannungs-Kennlinie eines Stroms an dem Prüfanschluss 13 kann festgestellt werden, ob ein defekter Serienkondensator in der Schaltung vorhanden ist.
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Jedoch könnte auch alternativ hierzu die Spannung zwischen dem Prüfanschluss, und dem Versorgungsspannungsanschluss, dem Masseanschluss und dem Eingangsanschluss und dem Ausgangsanschluss so eingestellt werden, dass an nur einem der Serienkondensatoren zum Prüfen während einem bestimmten Zeitraum eine erhöhte Spannung angelegt wird, so dass in Abhängigkeit von dem ermittelten Stromwert bestimmt werden kann, welcher Serienkondensator in der Schaltung defekt ist.
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In dem obigen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Spannungsfestigkeit bzw. Durchbruchsfestigkeit der Serienkondensatoren 29a, 29b, 31a, 31b vorzugsweise höher als eine Spannungsfestigkeit aller übrigen Bauelemente der Hochfrequenzschaltung. Jedoch könnte die Spannungsfestigkeit der Serienkondensatoren alternativ hierzu nur höher sein, als eine Spannungsfestigkeit eines übrigen Bauelements in der Hochfrequenzschaltung oder einer bestimmten Anzahl von den übrigen Bauelementen in der Hochfrequenzschaltung.
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Bezugszeichenliste
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- 11
- Hochfrequenzschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
- 13
- Prüfanschluss
- 15
- Versorgungsspannungsanschluss
- 17
- Ausgangsanschluss
- 19
- Eingangsanschluss
- 21
- Masseanschluss
- 23
- Erster ESD-Schutztransistor
- 25
- Verstärkertransistor
- 27
- Zweiter ESD-Schutztransistor
- 29a
- Erster Serienkondensator
- 29b
- Zweiter Serienkondensator
- 31a
- Dritter Serienkondensator
- 31b
- Vierter Serienkondensator
- 33
- Erster Prüfanschlusswiderstand
- 35
- Zweiter Prüfanschlusswiderstand
- 37
- Eingangswiderstand
- 39
- Ausgangswiderstand
- 41a
- Erster Bias-Widerstand
- 41b
- Zweiter Bias-Widerstand
- 42
- Bias-Induktivität
- 43
- Erster Einstellwiderstand
- 45
- Zweiter Einstellwiderstand
