DE102016100800B4 - Mit vertikalem Sourcefolger erfasste Inversstromschutzschaltung - Google Patents

Mit vertikalem Sourcefolger erfasste Inversstromschutzschaltung Download PDF

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Abstract

Vorrichtung, die aufweist:eine monolithische integrierte Schaltung (100; 200), die aufweist:eine Niederspannungssteuerschaltung (130; 230);einen vertikalen Leistungstransistor (110; 210), der mindestens ein Drain aufweist; undeinen Sourcefolger (120; 220), der ein Drain, das mit dem Drain des vertikalen Leistungstransistors (110; 210) gekoppelt ist, ein Gate, das mit einem Begrenzungsspannungsknoten (N2) gekoppelt ist, und ein Source, das mit einem hochohmigen Knoten (N3) gekoppelt ist, aufweist, wobei der Sourcefolger (120; 220) derart ausgelegt ist, dass eine Sourcespannung am Source des Sourcefolgers (120; 220) eine spannungsbegrenzte Version einer Spannung am Drain des vertikalen Leistungstransistors (110; 210) ist, wobei die Niederspannungssteuerschaltung (130; 230) eine Treiber- und Schutzschaltung (131) aufweist, die dazu ausgelegt ist, die Sourcespannung zu erfassen, den vertikalen Leistungstransistor (110; 210) anzusteuern und wenigstens teilweise basierend auf der Sourcespannung einzustellen, wie der vertikale Leistungstransistor (110; 210) vorgespannt wird.

Description

  • Diese Offenbarung betrifft elektronische Schaltungen und insbesondere die Verwendung eines vertikalen Leistungstransistors in einer integrierten Schaltung, die außerdem Niederspannungslogik aufweist.
  • Intelligente Halbleiterschalter werden zunehmend verwendet, um elektromechanische Relais in Kraftfahrzeuganwendungen und einer großen Vielfalt anderer Anwendungen, wie beispielsweise Antriebsmotoren in automatischen Türen, zu ersetzen. In einigen Fällen kann ein intelligenter Leistungshalbleiter mit einem vertikalen Leistungstransistor, wie beispielsweise einem vertikalen Leistungs-DMOS, implementiert sein. Der vertikale Leistungs-DMOS kann mit einer Steuerschaltung in getrennte Wannen innerhalb des gleichen Siliziums integriert sein.
  • Die US 6 269 011 B1 beschreibt eine elektronische Schaltung mit einem Leistungstransistor, dessen Drain an eine Spannungsquelle angeschlossen ist und dessen Source an eine Last angeschlossen ist. Ein Drain eines weiteren Transistors ist an das Drain des Leistungstransistors angeschlossen und ein Source des weiteren Transistors ist über einen Widerstand an Masse angeschlossen. Ein Gate des Leistungstransistor und ein Gate des weiteren Transistors sind miteinander verbunden.
  • In einigen Beispielen weist eine monolithische integrierte Schaltung eine Niederspannungssteuerschaltung, einen vertikalen Leistungstransistor und einen Sourcefolger auf. Der vertikale Leistungstransistor weist ein Drain auf. Der Sourcefolger umfasst ein Drain, das mit dem Drain des vertikalen Leistungstransistors gekoppelt ist, ein Gate, das mit einem Begrenzungsspannungsknoten gekoppelt ist, und ein Source, das mit einem hochohmigen Knoten gekoppelt ist. Der Sourcefolger ist derart ausgelegt, dass eine Sourcespannung an dem Source des Sourcefolgers eine spannungsbegrenzte Version der Drainspannung des vertikalen Leistungstransistors ist. Die Niederspannungssteuerschaltung weist eine Treiber- und Schutzschaltung auf, die dazu ausgelegt ist, die Sourcespannung zu erfassen, den vertikalen Leistungstransistor anzusteuern und wenigstens teilweise basierend auf der Sourcespannung einzustellen, wie der vertikale Leistungstransistor vorgespannt wird.
  • In einigen Beispielen umfasst eine Vorrichtung eine monolithische integrierte Schaltung, bei der die monolithische integrierte Schaltung eine Niederspannungssteuerschaltung, einen vertikalen Leistungstransistor und einen Sourcefolger aufweist. Der vertikale Leistungstransistor weist ein Drain auf. Der Sourcefolger umfasst ein Drain, das mit dem Drain des vertikalen Leistungstransistors gekoppelt ist, ein Gate, das mit einem Begrenzungsspannungsknoten gekoppelt ist, und ein Source, das mit einem hochohmigen Knoten gekoppelt ist. Der Sourcefolger ist derart ausgelegt, dass eine Sourcespannung am Source des Sourcefolgers eine spannungsbegrenzte Version der Drainspannung des vertikalen Leistungstransistors ist. Die Niederspannungssteuerschaltung weist eine Treiber- und Schutzschaltung auf, die dazu ausgelegt ist, die Sourcespannung zu erfassen, den vertikalen Leistungstransistor anzusteuern und wenigstens teilweise basierend auf der Sourcespannung einzustellen, wie der vertikale Leistungstransistor vorgespannt wird.
  • In einigen Beispielen umfasst ein Verfahren das Verwenden einer hochohmigen Vorrichtung und eines Sourcefolgers, der ein Drain, das mit einem Drain eines vertikalen Leistungstransistors gekoppelt ist, und ein Source aufweist, um eine Sourcespannung am Source des Sourcefolgers derart auszugeben, dass die Sourcespannung eine spannungsbegrenzte Version einer Spannung am Drain eines vertikalen Leistungstransistors ist; das Erfassen der Sourcespannung; das Ansteuern des vertikalen Leistungstransistors; und das Einstellen wenigstens teilweise basierend auf der Sourcespannung, wie der vertikale Leistungstransistor vorgespannt wird.
  • In einigen Beispielen umfasst eine Vorrichtung Mittel zum Verwenden einer hochohmigen Vorrichtung und eines Sourcefolgers, der ein Drain, das mit einem Drain eines vertikalen Leistungstransistors gekoppelt ist, und ein Source aufweist, um eine Sourcespannung am Source des Sourcefolgers derart auszugeben, dass die Sourcespannung eine spannungsbegrenzte Version einer Spannung am Drain eines vertikalen Leistungstransistors ist; Mittel zum Erfassen der Sourcespannung; Mittel zum Ansteuern des vertikalen Leistungstransistors; und Mittel zum Einstellen wenigstens teilweise basierend auf der Sourcespannung, wie der vertikale Leistungstransistor vorgespannt wird.
  • Die Einzelheiten eines oder mehrerer Beispiele der Offenbarung sind in den beiliegenden Zeichnungen und der folgenden Beschreibung dargelegt. Andere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der Offenbarung sind aus der Beschreibung und den Zeichnungen ersichtlich.
  • Nicht einschränkende und nicht erschöpfende Beispiele der vorliegenden Offenbarung werden unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben.
    • 1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer monolithischen integrierten Schaltung veranschaulicht.
    • 2 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der monolithischen integrierten Schaltung von 1 veranschaulicht, die ferner eine Niederspannungsreferenz und eine hochohmige Vorrichtung aufweist.
    • 3 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Prozesses veranschaulicht.
    • 4 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der monolithischen integrierten Schaltung von 1 oder 2 veranschaulicht, die ferner zwei Schalttransistoren aufweist.
    • 5 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der monolithischen integrierten Schaltung von 4 veranschaulicht.
    • 6 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der monolithischen integrierten Schaltung von 4 veranschaulicht, wobei sich Transistoren M1, M2 und M3 einen gemeinsamen Drain teilen.
    • 7 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der monolithischen integrierten Schaltung von 4 mit einer alternativen Masseanordnung veranschaulicht.
    • 8 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel der monolithischen integrierten Schaltung von 4 gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht, wobei der vertikale Leistungs-DMOS direkt angesteuert wird.
  • Verschiedene Beispiele dieser Offenbarung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen in allen Ansichten gleiche Teile und Anordnungen darstellen. Die Bezugnahme auf verschiedene Beispiele schränkt den Schutzbereich dieser Offenbarung nicht ein, die nur durch den Schutzbereich der hierzu angehängten Ansprüche beschränkt wird. Außerdem sollen die in dieser Spezifikation dargelegten Beispiele keineswegs einschränkend sein, sondern lediglich einige der vielen möglichen Beispiele dieser Offenbarung darlegen.
  • Die gesamte Spezifikation und alle Ansprüche hindurch haben die folgenden Begriffe zumindest die Bedeutungen, die hierin explizit assoziiert werden, sofern aus dem Kontext nicht etwas anders hervorgeht. Die nachstehend aufgezeigten Bedeutungen schränken die Begriffe nicht unbedingt ein, sondern stellen lediglich veranschaulichende Beispiele für die Begriffe bereit. Die Bedeutung von „ein, eine“ und „der, die das“ umfasst auch die Mehrzahl, und die Bedeutung von „in“ umfasst „in“ und „auf“. Der Ausdruck „in einer Ausführungsform“ oder „in einem Beispiel“, wie hierin verwendet, bezieht sich nicht unbedingt auf die gleiche Ausführungsform oder das gleiche Beispiel, obwohl dies der Fall sein kann. Ähnlich bezieht sich der Ausdruck „in einigen Ausführungsformen“ oder „in einigen Beispielen“, wie hierin verwendet, bei mehrmaliger Verwendung nicht unbedingt auf die gleiche Ausführungsform oder die gleichen Beispiele, obwohl dies der Fall sein kann. Wie hierin verwendet, ist der Begriff „oder“ ein einschließender „oder“-Operator und entspricht dem Begriff „und/oder“, sofern aus dem Kontext nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht. Der Begriff „teilweise basierend auf‟, „wenigstens teilweise basierend auf‟ oder „basierend auf“ ist nicht ausschließend, sondern lässt zu, dass etwas auch auf zusätzlichen Faktoren basiert, sofern aus dem Kontext nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht. Wo angemessen, soll der Begriff „Gate“ ein generischer Begriff sein, der sowohl „Gate“ als auch „Basis“ umfasst; der Begriff „Source“ soll ein generischer Begriff sein, der sowohl „Source“ als auch „Emitter“ umfasst; und der Begriff „Drain“ soll ein generischer Begriff sein, der sowohl „Drain“ als auch „Kollektor“ umfasst. Der Begriff „gekoppelt“ bezieht sich mindestens entweder auf eine direkte elektrische Verbindung zwischen den verbundenen Elementen oder eine indirekte Verbindung durch eine oder mehrere passive oder aktive dazwischen liegende Vorrichtungen. Der Begriff „Signal“ bezieht sich auf ein Strom-, Spannungs-, Ladungs-, Temperatur-, Daten- oder anderes Signal.
  • Kurzgefasst weist eine monolithische integrierte Schaltung eine Niederspannungssteuerschaltung, einen vertikalen Leistungstransistor und einen Sourcefolger auf. Der vertikale Leistungstransistor weist mindestens eine Drain auf. Der Sourcefolger umfasst ein Drain, das mit dem Drain des vertikalen Leistungstransistors gekoppelt ist, ein Gate, das mit einem Begrenzungsspannungsknoten gekoppelt ist, und ein Source, das mit einem hochohmigen Knoten gekoppelt ist. Der Sourcefolger ist derart ausgelegt, dass eine Sourcespannung am Source des Sourcefolgers eine spannungsbegrenzte Version der Drainspannung des vertikalen Leistungstransistors ist. Die Niederspannungssteuerschaltung weist eine Treiber- und Schutzschaltung auf, die so ausgelegt ist, dass sie die Sourcespannung erfasst, den vertikalen Leistungstransistor ansteuert und wenigstens teilweise basierend auf der Sourcespannung einstellt, wie der vertikale Leistungstransistor vorgespannt wird.
  • 1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer monolithischen integrierten Schaltung 100 gemäß Aspekten der Offenbarung veranschaulicht. Die monolithische integrierte Schaltung 100 weist eine Niederspannungssteuerschaltung 130, einen vertikalen Leistungstransistor 110 und einen Sourcefolger 120 auf. Der vertikale Leistungstransistor 110 umfasst mindestens ein Drain, das mit einem Knoten N1 gekoppelt ist, und ein Gate, das mit einem Knoten N4 gekoppelt ist. Der Sourcefolger 120 umfasst mindestens ein Drain, das mit dem Knoten N1 gekoppelt ist, ein Gate, das mit einem Begrenzungsspannungsknoten N2 gekoppelt ist, und ein Source, das mit einem hochohmigen Knoten N3 gekoppelt ist. Der Sourcefolger 120 ist derart ausgelegt, dass eine Sourcespannung Vs am Source des Sourcefolgers 120 eine spannungsbegrenzte Version der Drainspannung Vd des vertikalen Leistungstransistors 110 ist. Die Niederspannungssteuerschaltung 130 weist eine Treiber- und Schutzschaltung 131 auf, die so ausgelegt ist, dass sie die Sourcespannung Vs erfasst, den vertikalen Leistungstransistor 110 ansteuert und wenigstens teilweise basierend auf der Sourcespannung Vs einstellt, wie der vertikale Leistungstransistor 110 vorgespannt wird. Die Treiber- und Schutzschaltung 131 umfasst mindestens einen Eingang, der mit dem hochohmigen Knoten N3 gekoppelt ist, und einen Ausgang, der mit dem Knoten N4 gekoppelt ist. In einigen Beispielen ist die Treiber- und Schutzschaltung 131 so konfiguriert, dass sie die Spannung Vs am hochohmigen Knoten N3 erfasst und den vertikalen Leistungstransistor 110 am Knoten N4 ansteuert. Die Niederspannungssteuerschaltung 130 ist so konfiguriert, dass sie bei einem Spannungspegel funktioniert, der niedriger als die Maximalspannung für die Drainspannung Vd ist.
  • Verbindungen, die in 1 nicht dargestellt sind, sollen nicht unbedingt auf floatende Knoten hinweisen, sondern stattdessen Verbindungen aufzeigen, die in verschiedenen Beispielen auf verschiedene Weise verbunden sein können, oder die in einigen Beispielen mit externen Komponenten verbunden sein können. Das Drain des vertikalen Leistungstransistors 110 ist mit dem Knoten N1 gekoppelt, der in einigen Beispielen eine externe oder interne Spannung Vd erhalten kann. Das Source des Sourcefolgers 120 ist mit dem hochohmigen Knoten N3 gekoppelt, wobei der Knoten N3 in einigen Beispielen mit einer hochohmigen Vorrichtung gekoppelt ist, wie in 2 gemäß einigen Beispielen veranschaulicht. Die hochohmige Vorrichtung, die mit dem hochohmigen Knoten N3 gekoppelt sein kann, kann in verschiedenen Beispielen entweder außerhalb der monolithischen integrierten Schaltung (z. B. 100) oder innerhalb der monolithischen integrierten Schaltung sein.
  • 2 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer monolithischen integrierten Schaltung 200 veranschaulicht, die als ein Beispiel der monolithischen Schaltung 100 von 1 eingesetzt werden kann. Die monolithische integrierte Schaltung 200 kann ferner eine hochohmige Vorrichtung 240 und eine Niederspannungsreferenzschaltung 250 aufweisen.
  • Der vertikale Leistungstransistor 210 weist außerdem ein Source auf, das in einigen Beispielen mit einem Knoten N5 gekoppelt ist. Die hochohmige Vorrichtung 240 ist in einigen Beispielen zwischen Knoten N3 und N5 gekoppelt. Die Niederspannungsreferenz 250 ist so ausgelegt, dass sie in einigen Beispielen ein Niederspannungsreferenzsignal lv_ref am Knoten N2 bereitstellt.
  • Obwohl 2 ein Beispiel veranschaulicht, das eine Niederspannungsreferenz 250 als eine separate Vorrichtung aufweist, wird in anderen Beispielen das Niederspannungsreferenzsignal lv_ref von einem bereits bestehenden Teil der Schaltung erhalten, so dass weder ein separates Niederspannungsreferenzsignal noch eine separate Niederspannungsreferenzschaltung notwendig ist. In einigen Beispielen ist der Knoten N2 mit der Versorgungsspannung für die Niederspannungssteuerschaltung 230 gekoppelt, so dass die Versorgungsspannung für die Niederspannungssteuerschaltung 230 lv_ref ist, und keine separate Niederspannungsreferenz 250 benötigt wird.
  • In einigen Beispielen fungieren der Sourcefolger 220 und die hochohmige Vorrichtung 240 zusammen als ein Spannungsteiler, wobei der Ein-Widerstand des Sourcefolgers 220 in Bezug auf die Impedanz der hochohmigen Vorrichtung 240 niedrig ist, wenn die Drainspannung Vd niedriger als Vlv_ref- Vth ist, wobei Vth die Schwellenspannung des Sourcefolgers 220 ist. Demgemäß entspricht in diesen Beispielen die Sourcespannung Vs im Wesentlichen der Drainspannung Vd, wenn die Drainspannung Vd niedriger als Vlv_ref- Vth ist. Wenn Vd jedoch höher als Vlv_ref- Vth ist, dann entspricht Vs in diesen Beispielen Vlv_ref- Vth. Demgemäß ist Vs eine spannungsbegrenzte Version von Vd.
  • Die Treiber- und Schutzschaltung 231 kann so ausgelegt sein, dass sie die Sourcespannung Vs erfasst und basierend auf der erfassten Sourcespannung Vs bestimmt, ob der vertikale Leistungstransistor 210 in Sperrrichtung vorgespannt wird oder nicht. Wenn die Treiber- und Schutzschaltung 231 erfasst, dass der vertikale Leistungstransistor 210 in Sperrrichtung vorgespannt wird, dann kann die Treiber- und Schutzschaltung 231 durch eines oder beides von Folgenden einstellen, wie der Transistor M1 vorgespannt wird: (1) Schalten der Wanne, welche die Niederspannungssteuerschaltung 230 enthält, auf die Spannung Vd; (2) direktes Einschalten und Ansteuern des vertikalen Leistungstransistors 210, um die Vorspannung in Sperrrichtung des vertikalen Leistungstransistors 210 zu verringern.
  • Da Vs so begrenzt wird, dass sie nicht höher als Vlv_ref- Vth ist, kann die Treiber- und Schutzschaltung 231 bestimmen, ob der vertikale Leistungstransistor 210 ohne Aussetzen der Treiber- und Schutzschaltung 231 oder irgendeines anderen Teils der Niederspannungssteuerschaltung 230 gegenüber einer hohen Spannung in Sperrrichtung vorgespannt ist oder nicht. Die Treiber- und Schutzschaltung 231 kann statt der Spannung Vd die Spannung Vs erfassen, wobei Vs eine spannungsbegrenzte Version von Vd ist, und wobei das direkte Erfassen von Vd zu einem Erfassen einer Spannung führen könnte, die für die Treiber- und Schutzschaltung 231 zu hoch ist.
  • In einigen Beispielen entspricht die Niederspannungsreferenzspannung Vlv_ref der Leistungsversorgungsspannung der Niederspannungslogikschaltung 240, wie beispielsweise 5 V in einigen Beispielen, oder ist dieser verhältnismäßig nahe. Die Offenbarung ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern es können auch andere geeignete Werte für Vlv_ref eingesetzt werden, solange Vlv_ref- Vth für die Treiber- und Schutzschaltung 231 sicher ist.
  • In einigen Beispielen kann der Knoten N5 an Masse geschaltet sein, aber die vorliegende Offenbarung ist nicht darauf beschränkt. Obwohl außerdem 2 ein Beispiel veranschaulicht, wobei die hochohmige Vorrichtung 240 und das Source des vertikalen Leistungstransistors 210 mit dem gleichen Knoten gekoppelt sind, ist die Offenbarung nicht darauf beschränkt, sondern die hochohmige Vorrichtung 240 und das Source des vertikalen Leistungstransistors 210 können in verschiedenen Beispielen innerhalb des Schutzbereichs und des Wesens der Offenbarung mit verschiedenen Knoten verbunden sein.
  • 3 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel eines Prozesses (390) veranschaulicht. In einem Beispiel läuft der Prozess 390 wie folgt ab. Nach einem Startblock geben eine hochohmige Vorrichtung (z. B. 240 von 2) und ein Sourcefolger (z. B. 220 von 2) eine Sourcespannung (z. B. Vs) am Source des Sourcefolgers (z. B. 220 von 2) derart aus, dass die Sourcespannung (z. B. Vs) eine spannungsbegrenzte Version einer Spannung (z. B. Vd) an einem Drain eines vertikalen Leistungstransistors (z. B. 210) ist (391). Als Nächstes erfasst die Treiber- und Schutzschaltung 231 die Sourcespannung (z. B. Vs) (392). Dann steuert die Treiber- und Schutzschaltung 231 den vertikalen Leistungstransistor (z. B. 210) an (393). Die Treiber- und Schutzschaltung 231 stellt wenigstens teilweise basierend auf der Sourcespannung (z. B. Vs) ein, wie der vertikale Leistungstransistor (z. B. 210) vorgespannt wird (394). Der Prozess geht dann zu einem Zurück-Block über, wo eine andere Verarbeitung fortgesetzt wird.
  • In einigen Beispielen kann der vertikale Leistungstransistor (z. B. 210) nach dem Erfassen der Sourcespannung (z. B. Vs) bei Block 392 bei Block 393 eingeschaltet werden. In einigen Beispielen kann nach dem Erfassen der Sourcespannung (Vs) bei Block 392 ein Wannenschalttransistor eingeschaltet werden, um die Analogwanne der monolithischen integrierten Schaltung (z. B. 200) mit dem niedrigsten Potenzial (d. h. dem Drainpotenzial am Knoten N1) zu verbinden, wie im Folgenden für einige Beispiele ausführlicher beschrieben wird.
  • 4 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer monolithischen integrierten Schaltung 400 veranschaulicht, die als ein Beispiel der monolithischen Schaltung 200 von 2 eingesetzt werden kann. In einigen Beispielen weist der vertikale Leistungstransistor 410 einen Leistungs-DMOS M1 auf, der Sourcefolger 420 weist einen Erfassungs- DMOS M2 auf, und die hochohmige Vorrichtung 440 weist einen Widerstand Rsense auf. In einigen Beispielen weist die monolithische integrierte Schaltung 400 ferner einen Wannenschalt-DMOS M3 und eine Masseschalttransistor M4 auf. In einigen Beispielen weist die Niederspannungssteuerschaltung 430 einen Leistungsversorgungseingang auf, der mit VDD gekoppelt ist. Die Niederspannungssteuerschaltung 430 kann ferner einen Widerstand Riso, eine primäre ESD-Vorrichtung PrimaryESD und eine sekundäre ESD-Vorrichtung SecondaryESD aufweisen. Die Treiber- und Schutzschaltung 431 kann ferner einen Treiber- und Schutzblock 434, einen Komparator 435 und einen Inverter 436 aufweisen.
  • In einigen Beispielen, wie in 5 veranschaulicht, sind gemäß einem Beispiel die Niederspanungssteuerschaltung 430/530 und der vertikale DMOS M1 in getrennte Wannen innerhalb des gleichen Siliziums integriert. 5 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer monolithischen integrierten Schaltung 500 veranschaulicht, die als ein Beispiel der monolithischen Schaltung 400 von 4 eingesetzt werden kann. In einigen Beispielen weist die Niederspannungssteuerschaltung 530 einen parasitären Transistor Q1 und einen parasitären Transistor Q2 auf.
  • Wie in 5 veranschaulicht, sind die Niederspannungssteuerschaltung 530 und der vertikale DMOS M1 in einigen Beispielen in getrennte Wannen innerhalb des gleichen Siliziums integriert. In einigen Beispielen ist der Wannenschalt-DMOS M3 so ausgelegt, dass er die Wanne, welche die Niederspannungssteuerschaltung 530 enthält, auf das Drain (Substrat)-Potenzial des vertikalen DMOS M1 schaltet, wann immer der vertikale DMOS M1 in Sperrrichtung vorgespannt wird, und/oder den Leistungs-DMOS M1 aktiviert, um die Vorspannung in Sperrrichtung zu verringern. Das Schlie-ßen des Schalters M3, wenn M1 in Sperrrichtung vorgespannt ist, oder zum Verringern der Vorspannung in Sperrrichtung von M1 kann Stromleitung von der Logikwanne in das Substrat minimieren, um zu verhindern, dass Stromleitung von der Logikwanne in das Substrat Störung der Logik in der Niederspannungssteuerschaltung 530 verursacht.
  • Wenn zum Beispiel die Logikwanne in die N-Epitaxie In Durchlassrichtung vorgespannt wird, könnten die parasitären Bipolartransistoren Q1 und Q2 in der Niederspannungssteuerschaltung 530 beträchtlichen Strom leiten und die Logikversorgungs-VDD effektiv kurzschließen. Das Schließen des Schalters M3, wenn M1 in Sperrrichtung vorgespannt ist, oder zum Verringern der Vorspannung in Sperrrichtung von M1 kann Kurzschluss der Logikversorgungs-VDD verhindern.
  • Im Allgemeinen ist ein vertikaler Transistor, wobei der Laststrom (d. h. der Drain-Source-Strom im Falle eines MOSFET) von einer Unterseite (an der sich die Drainelektrode befindet) des Halbleiterkörpers in einer vertikalen Richtung durch den Halbleiterkörper zu einer Oberseite (an der sich die Sourceelektrode befindet) des Halbleiterkörpers geleitet wird. Vertikale Transistoren können zum Beispiel vom planaren oder Grabentyp sein. Es können auch vertikale Bipolartransistoren eingesetzt werden. Für grabenbasierte vertikale Transistoren werden Transistorzellen mit Gategräben gebildet, die sich von der Oberseite in die Epitaxieschicht des Halbleiterkörpers erstrecken. Die Halbleiterabschnitte zwischen zwei benachbarten Gräben bilden die Source- und Bodyregionen des Transistors, die z. B. durch Ionenimplantation oder Diffusion von Dotierungssubstanzen gebildet werden.
  • Zurück zu 4 ist die Treiber- und Schutzschaltung 431 in einigen Beispielen so ausgelegt, dass sie einen Zustand von Vorspannung in Sperrrichtung im Transistor M1 erfasst und dies ohne Hochspannungslogikvorrichtung tut, so dass die Logikwanne über Steuerung der Schalttransistoren M3 und M4 umgeschaltet und/oder der Leistungs-DMOS M1 eingeschaltet werden kann. Wenn der Transistor M1 in Sperrrichtung vorgespannt ist, ist die Bodydiode des Transistors M1 leitend.
  • In einigen Beispielen, wie in 4 dargestellt, empfängt der Transistor M2 eine feste Spannung von 5 V am Gate des Transistors M2. In einigen Beispielen ist die feste Spannung von 5 V VDD, und der Knoten N2 ist der gleiche Knoten wie VDD. In anderen Beispielen sind der Knoten N2 und VDD separate Knoten. Der Widerstand Rsense kann ein sehr hoher Widerstand, wie beispielsweise eine hundert Kiloohm oder Megaohm, sein. In einigen Beispielen minimiert der hohe Widerstand des Widerstands Rsense den Stromfluss vom Drain des Transistors M2 zur Source des Transistors M2, wenn die Spannung Vd auf einem hohen Potenzial ist.
  • In einigen Beispielen funktionieren der Widerstand Rsense und der Transistor M2 so wie folgt. Wenn Vd < 5V - Vth (wobei Vth die Schwellenspannung des Transistors M2 ist), dann entspricht das Sourcepotenzial Vs des Erfassungs-DMOS M2 beinahe Vd. Vs entspricht beinahe Vd, wenn Vd < (5V - Vth), da der Ein-Widerstand des Transistors M2 (RonM2) und der Widerstand Rsense zusammen als Spannungsteiler fungieren, und da Rsense >> RonM2, entspricht Vs beinahe Vd. Wenn jedoch Vd > (5V - Vth), dann wird Vs auf (5V - Vth) beschränkt, da der Transistor M2 bei Vd > (5V - Vth) abschaltet. Demgemäß ist Vs eine spannungsbegrenzte Version der Spannung Vd. Demgemäß sendet die Sourceverbindung des Erfassungs-DMOS M2 das Drainpotenzial Vd des Leistungs-DMOS M1 an die Niederspannungssteuerschaltung 430, wenn Vd auf niedrigen oder negativen Spannungen ist, aber sie sendet keine gefährlich hohen Spannungen. Der Erfassungs-DMOS M2 hält die hohe Drainspannung Vd aus.
  • In einigen Beispielen ist der Transistor M2 ein separater vertikaler DMOS in einer Sourcefolgerkonfiguration, derart, dass der Transistor M2 so ausgelegt ist, dass er den Drain des Leistungs-DMOS M1 (der auf einer hohen Spannung sein kann) sicher mit der Niederspannungslogik verbindet. In einigen Beispielen verhindert das Anlegen einer niedrigen Gate-Spannung Vg (z. B. 5 V, wie in 4 gemäß einem Beispiel dargestellt) an das Gate des vertikalen Erfassungs-DMOS M2 am Knoten N2 die Übertragung von Spannungen, die höher sind als (Vg - Vth), lässt aber immer noch Übertragung von Sperr- oder niedrigen Durchlassspannungen zur Niederspannungssteuerschaltung 430 zu.
  • In einigen Beispielen ist der Komparator 435 so ausgelegt, dass er die Spannung Vs mit einer verhältnismäßig niedrigen Spannung, wie beispielsweise Masse, vergleicht und basierend auf dem Ergebnis des Vergleichs ein Vergleichsausgabesignal Comp ausgibt. In einigen Beispielen werden die Schalter M3 und M4 basierend auf dem Ergebnis des vom Komparator 435 durchgeführten Vergleichs geöffnet oder geschlossen, was durch den logischen Pegel des Vergleichsausgabesignals Comp angezeigt werden kann. In den Beispielen, die in 4 veranschaulicht sind, steuert das Vergleichsausgabesignal Comp direkt das Öffnen und Schließen des Transistors M3, während der Inverter 436 eine invertierte Version des Vergleichsausgabesignals Comp bereitstellt, um das Öffnen und Schließen des Transistors M4 zu steuern.
  • Basierend auf dem Vergleichsausgabesignal Comp ist in einigen Beispielen entweder der Schalter M3 offen, und der Schalter M4 ist geschlossen, oder der Schalter M4 ist offen und der Schalter M3 ist geschlossen. In einigen Beispielen ist der analoge GND-Eingang der Treiber- und Schutzschaltung 434 mit Gnd verbunden, wenn der Schalter M4 geschlossen ist. In einigen Beispielen ist GND das Substratpotenzial. In einigen Beispielen ist der analoge GND-Eingang der Treiber- und Schutzschaltung 434 mit dem Knoten N1 verbunden, wenn der Schalter M3 geschlossen ist. In einigen Beispielen kann ein Umschaltschema mit Unterbrechung eingesetzt werden, um zu gewährleisten, dass die Schalter M3 und M4 nicht beide gleichzeitig eingeschaltet sind.
  • In einigen Beispielen ist die Treiber- und Schutzschaltung 431 so ausgelegt, dass sie so funktioniert, wie folgt. Die Treiber- und Schutzschaltung 431 ist so ausgelegt, dass sie die Spannung Vs über den Komparator 435 erfasst. Die Ausgabe des Komparators 435, das Vergleichsausgabesignal Comp, ist auf dem H- oder L-Pegel je nachdem, ob erfasst wird oder nicht, dass der Leistungs-DMOS M1 in Sperrrichtung vorgespannt ist oder nicht, was durch Erfassen der Sourcespannung Vs abgetastet wird, wobei die Spannung Vs eine spannungsbegrenzte Version der Spannung Vd ist. Wenn die Spannung Vs eine Schwelle überschreitet, dann ist das Vergleichsausgabesignal Comp auf einem aktiven logischen Pegel, der anzeigt, dass ein Zustand von Vorspannung in Sperrrichtung für den Transistor M1 erfasst wird, so dass der Schalter M3 geschlossen ist (und der Schalter M4 offen ist). Wie bereits erwähnt, kann das Schließen des Schalters M3, wenn der vertikale Leistungstransistor M1 in Sperrrichtung vorgespannt ist, oder zum Verringern der Vorspannung in Sperrrichtung des vertikalen Leistungstransistors M1 Stromleitung von der Logikwanne in das Substrat minimieren, um zu verhindern, dass Stromleitung von der Logikwanne in das Substrat Störung der Logik in der Niederspannungssteuerschaltung 430 verursacht. Wenn dagegen die Spannung Vs die Schwelle nicht überschreitet, dann ist das Vergleichsausgabesignal Comp auf einem inaktiven logischen Pegel, der anzeigt, dass kein Zustand von Vorspannung in Sperrrichtung für den Transistor M2 erfasst wird, so dass der Schalter M4 geschlossen ist (und der Schalter M3 offen ist).
  • In einigen Beispielen basiert das korrekte Funktionieren der Erfassungs-DMOS-Schaltung M2 darauf, dass der Ein-Widerstand des Transistors M2 wesentlich niedriger als Rsense ist, statt auf dem exakten Verhältnis dieser Widerstände. In einigen Beispielen weist der Widerstand Rsense einen hohen Wert von Rsense auf, um Stromfluss durch den Erfassungs-DMOS M2 zu minimieren, wenn Vd ist auf einer hohen Spannung ist. Der Widerstand Rsense kann in verschiedenen Beispielen ein aktiver Widerstand oder ein passiver Widerstand sein. Obwohl der Widerstand Rsense ein Beispiel für die hochohmige Vorrichtung 440 ist, kann Rsense in verschiedenen Beispielen durch jede geeignete Vorrichtung mit einer verhältnismäßig hohen Impedanz ersetzt werden. Als ein Beispiel kann Rsense durch eine in Sperrrichtung vorgespannte Polysiliziumdiode ersetzt werden. Ein derartiges Verwenden eines Polysiliziumdioden-Kriechstroms bietet eine erhebliche Platzersparnis bei gleichzeitiger Erfüllung der Bedingung, dass RonM2 << Rsense.
  • Die Niederspannungssteuerschaltung 430 kann eine Vielfalt von Schutzfunktionen aufweisen. Zum Beispiel wirken in einigen Beispielen der Niederspannungssteuerschaltung 430 der Widerstand Riso, die primäre ESD-Vorrichtung 432 und die sekundäre ESD-Vorrichtung 433 zusammen, um ESD-Schutz für die Niederspannungssteuerschaltung 430 bereitzustellen.
  • Der Treiber- und Schutzblock 434 kann so ausgelegt sein, dass er den DMOS M1 ansteuert und Schutz für den DMOS M1 bereitstellt. In einigen Beispielen schaltet der Treiber- und Schutzblock 434 den Transistor M1 unter einer oder mehreren Schutzbedingungen aus, wie beispielsweise wenn der Transistor M1 in einen Übertemperaturzustand, einen Überstromzustand, einen Überspannungszustand und/oder dergleichen eintritt. In einigen Beispielen umfasst der Treiber- und Schutzblock 434 Logik zum Bestimmen, wann der vertikale Leistungs-DMOS-Transistor M1 angesteuert werden sollte, und ferner Schaltungsanordnung zum Ansteuern des vertikalen Leistungs-DMOS-Transistors M1, wenn die Logik anzeigt, dass der vertikale Leistungs-DMOS-Transistor M1 angesteuert werden sollte.
  • In einigen Beispielen stellt die Schaltungsanordnung von 4 Schutz für die Bedingung bereit, dass der vertikale Leistungs-DMOS-Transistors M1 in einem Zustand von Vorspannung in Sperrrichtung ist, das heißt Schutz für die Bedingung, dass die Bodydiode des vertikalen Leistungs-DMOS-Transistors M1 leitend ist.
  • Der Transistor M1 kann in verschiedenen geeigneten Anwendungen eingesetzt werden. In einigen Beispielen kann der Transistor M1 als ein „intelligenter“ Halbleiterschalter, zum Beispiel als ein Ersatz für ein elektromechanisches Relais, eingesetzt werden. Als ein Ersatz für ein elektromechanisches Relais kann der Transistor M1 in Anwendungen wie beispielsweise Kraftfahrzeuganwendungen und einer großen Vielfalt anderer Anwendungen, wie beispielsweise Antriebsmotoren in automatischen Türen, wie etwa Supermarkttüren, die automatisch schließen, eingesetzt werden.
  • In einigen Beispielen müssen der Erfassungs-DMOS M2 und (falls vorhanden) der Wannenschalt-DMOS M3 mindestens die gleiche Spannung wie der Leistungs-DMOS M1 aushalten. Da alle 3 DMOS, M1, M2 und M3, in diesen Beispielen eine gemeinsame Drainverbindung aufweisen, kann dies durch Integrieren aller DMOS-Transistoren, M1, M2 und M3, als separate vertikale DMOS-Transistoren innerhalb des gleichen Siliziums erreicht werden, wie in 6 gemäß einem Beispiel dargestellt. In diesem Kontext bedeutet „separat“, dass etwas Spannung zwischen den verschiedenen Sourceverbindungen ausgehalten werden kann, wenn auch nicht unbedingt die gesamte Leistungs-DMOS-Durchschlagspannung. In einigen Beispielen, wie in 6 veranschaulicht, kann eine planare Struktur eingesetzt werden. In anderen Beispielen kann eine Grabenstruktur eingesetzt werden. Obwohl ferner zuvor verschiedene Beispiele von vertikalen Leistungs-DMOS-Transistoren für den Transistor M1 beschrieben wurden, kann der Transistor M1 in verschiedenen Beispielen jeder geeignete Typ von vertikalem Leistungstransistor, wie beispielsweise ein Bipolartransistor, ein IGBT und/oder dergleichen, sein.
  • Das zuvor erörterte Wannenschalten kann nicht nur für vertikale Störungsunterdrückung, sondern auch spätere Störungsunterdrückung verwendet werden. Zum Beispiel kann für einen lateralen npn in einer p-Substrat-Technologie, wobei zwei n-Epitaxieregionen übergangsisoliert sind, laterale Störungsunterdrückung durch das Wannenschalten erreicht werden.
  • 7 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer monolithischen integrierten Schaltung 700 veranschaulicht, die als ein Beispiel der monolithischen Schaltung 400 von 4 mit einer alternativen Masseanordnung veranschaulicht. In dem Beispiel, das in 7 veranschaulicht ist, ist eine Analogwannenmasse mit der Wanne verbunden, die bei Vorspannung in Sperrrichtung des Leistungs-DMOS M1 auf das Drainpotenzial des Leistungs-DMOS M1 geschaltet wird, da das Drain von M1 stets auf dem niedrigsten Potenzial ist. Andererseits ist in dem Beispiel, das in 7 veranschaulicht ist, die Analogversorgungsmasse stets mit der Gesamtmasseleitung verbunden, wodurch ein stabiles Massepotenzial zum Vorspannen des Treiber- und Schutzblocks 734 gewährleistet wird.
  • Der Treiber- und Schutzblock 734 kann u.a. Schaltungsanordnung zum Ansteuern des Leistungs-DMOS M1, Logik zum Bestimmen, wann der Leistungs-DMOS M1 angesteuert werden soll, Schutze zum Bestimmen von Bedingungen, unter welchen der Leistungs-DMOS M1 nicht angesteuert werden sollte, und Logik zum entsprechenden Ansteuern des Leistungs-DMOS-Transistors unter diesen Bedingungen, wie beispielsweise Überspannungsbedingungen, Übertemperaturbedingungen, Überstrombedingungen und/oder dergleichen, aufweisen. Zum Beispiel kann der DMOS M1 entweder durch sein Einschalten (z. B. bei einer Überspannungsbedingung) oder durch geeignetes Steuern des DMOS M1 (z. B. durch Begrenzen des DMOS M1 auf einen sicheren Maximalstrom) geschützt werden.
  • 8 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispiel einer monolithischen integrierten Schaltung 800 veranschaulicht, die als ein Beispiel der monolithischen Schaltung 400 von 4 eingesetzt werden kann, wobei der vertikale Leistungs-DMOS-Transistor M1 direkt angesteuert wird. Die Treiber- und Schutzschaltung 831 kann einen Schutzblock 839, einen Komparator 835, ein ODER-Gate 837 und einen Treiber 838 aufweisen.
  • In einigen Beispielen der Schaltung 800 wird die Vorspannung in Sperrrichtung durch Einschalten des Leistungs-DMOS M1 begrenzt, statt die Wanne mit einem dedizierten separaten Wannenschalt-DMOS umzuschalten. Das Einschalten des Leistungs-DMOS M1 anstelle des Umschaltens der Wanne mit einem Wannenschalt-DMOS hat zwar den Vorteil des Vermeidens der Notwendigkeit eines Wannenschalt-DMOS, aber auch den Nachteil, dass eine wesentlich höhere Kapazität zum Schalten benötigt werden kann, wodurch die Spannungsanstiegsgeschwindigkeit beschränkt wird. Es muss auch darauf geachtet werden, Schwingungen zu vermeiden, da das Einschalten des Leistungs-DMOS M1 den Zustand von Vorspannung in Sperrrichtung aufheben könnte.
  • Der Treiber 838 ist so ausgelegt, dass er den vertikalen Leistungs-DMOS-Transistor M1 ansteuert, wenn die Ausgabe des ODER-Gates 837 auf dem H-Pegel ist, und den vertikalen Leistungs-DMOS-Transistor M1 nicht ansteuert, wenn die Ausgabe des ODER-Gates 837 auf dem L-Pegel ist.
  • Der Schutzblock 839 kann Überspannungsschutz, Überstromschutz, Übertemperaturschutz und/oder dergleichen aufweisen.
  • 8 veranschaulicht ein Beispiel für Logik in Verbindung mit dem Vergleichsausgabesignal Comp; in anderen Beispielen kann andere vergleichbare Logik statt der spezifischen Logik verwendet werden, die in 8 veranschaulicht wird.
  • Wie bereits erwähnt, wird die Wanne in einigen Beispielen mit einem separaten Wannenschalt-DMOS umgeschaltet, statt den Leistungs-DMOS-Transistor M1 direkt einzuschalten, um die Vorspannung in Sperrrichtung zu begrenzen. In anderen Beispielen wird der Leistungs-DMOS-Transistor M1 direkt eingeschaltet, um die Vorspannung in Sperrrichtung des Leistungs-DMOS-Transistors M1 zu begrenzen, statt einen Wannenschalt-DMOS zu verwenden. In anderen Beispielen wird ein Wannenschalt-DMOS verwendet, und der Leitungs-DMOS-Transistor M1 wird eingeschaltet, um die Vorspannung in Sperrrichtung zu begrenzen. Diese und andere Beispiele fallen in den Schutzbereich und unter das Wesen der Offenbarung.
  • Beispiel 1. Vorrichtung, die aufweist: eine monolithische integrierte Schaltung, die aufweist: eine Niederspannungssteuerschaltung; einen vertikalen Leistungstransistor, der mindestens ein Drain aufweist; und einen Sourcefolger, der ein Drain, das mit dem Drain des vertikalen Leistungstransistors gekoppelt ist, ein Gate, das mit einem Begrenzungsspannungsknoten gekoppelt ist, und ein Source, das mit einem hochohmigen Knoten gekoppelt ist, aufweist, wobei der Sourcefolger dazu ausgelegt ist, dass eine Sourcespannung am Source des Sourcefolgers eine spannungsbegrenzte Version einer Spannung am Drain des vertikalen Leistungstransistors ist, wobei die Niederspannungssteuerschaltung eine Treiber- und Schutzschaltung aufweist, die dazu ausgelegt ist, die Sourcespannung zu erfassen, den vertikalen Leistungstransistor anzusteuern, und wenigstens teilweise basierend auf der Sourcespannung einzustellen, wie der vertikale Leistungstransistor vorgespannt wird.
  • Beispiel 2. Vorrichtung nach Beispiel 1, bei der der Sourcefolger ein vertikaler Transistor ist.
  • Beispiel 3. Vorrichtung nach einer beliebigen Kombination von Beispiel 1 bis 2, bei der die Niederspannungssteuerschaltung einen Leistungsversorgungseingang aufweist, der mit dem Begrenzungsspannungsknoten gekoppelt ist.
  • Beispiel 4. Vorrichtung nach einer beliebigen Kombination von Beispiel 1 bis 3, bei der der vertikale Leistungstransistor ein erster vertikaler doppelt diffundierter Metalloxidhalbleiter-(DMOS)-Transistor ist, der Sourcefolger ein zweiter vertikaler DMOS-Transistor ist, und wobei sich der erste vertikale DMOS-Transistor und der zweite vertikale DMOS-Transistor ein gemeinsames Drain teilen.
  • Beispiel 5. Vorrichtung nach einer beliebigen Kombination von Beispiel 1 bis 4, bei der die monolithische integrierte Schaltung ferner eine hochohmige Vorrichtung aufweist, und bei der der Sourcefolger und die hochohmige Vorrichtung so ausgelegt sind, dass sie zusammen als ein Spannungsteiler fungieren.
  • Beispiel 6. Vorrichtung nach Beispiel 5, bei der die hochohmige Vorrichtung mindestens eine der folgenden ist: ein aktiver Widerstand, ein passiver Widerstand mit einem Widerstand von mindestens 50 Kiloohm oder eine in Sperrrichtung vorgespannten Polysiliziumdiode.
  • Beispiel 7. Vorrichtung nach einer beliebigen Kombination von Beispiel 1 bis 6, bei der die Niederspannungssteuerschaltung außerdem einen Komparator aufweist, der so ausgelegt ist, dass er ein Vergleichsausgabesignal derart ausgibt, dass das Vergleichsausgabesignal einen ersten logischen Pegel aufweist, wenn die Sourcespannung eine Spannungsschwelle überschreitet, und derart, dass das Vergleichsausgabesignal andernfalls einen zweiten logischen Pegel aufweist.
  • Beispiel 8. Vorrichtung nach Beispiel 7, bei der die Treiber- und Schutzschaltung so ausgelegt ist, dass sie den vertikalen Leistungstransistor einschaltet, wenn das Vergleichsausgabesignal dem zweiten logischen Pegel entspricht.
  • Beispiel 9. Vorrichtung nach einer beliebigen Kombination von Beispiel 7 bis 8, bei der die Niederspannungssteuerschaltung in mindestens eine Wanne integriert ist, die monolithische integrierte Schaltung ferner einen Wannenschalttransistor aufweist, der zwischen mindestens eine Wanne und den Drain des vertikalen Leistungstransistors gekoppelt ist, und bei der der Wannenschalttransistor so ausgelegt ist, dass er wenigstens teilweise basierend auf dem Vergleichsausgabesignal öffnet und schließt.
  • Beispiel 10. Vorrichtung nach Beispiel 9, bei der die monolithische integrierte Schaltung ferner einen Masseschalttransistor aufweist, der zwischen die mindestens eine Wanne und einen Masseknoten gekoppelt ist, wobei der Masseschalttransistor so ausgelegt ist, dass er wenigstens teilweise basierend auf dem Vergleichsausgabesignal öffnet und schließt, derart, dass der Masseschalttransistor offen ist, wenn der Wannenschalttransistor geschlossen ist.
  • Beispiel 11. Vorrichtung nach einer beliebigen Kombination von Beispiel 9 bis 10, bei der der vertikale Leistungstransistor ein erster vertikaler Transistor ist, der Sourcefolger ein zweiter vertikaler Transistor ist, der Wannenschalttransistor ein dritter vertikaler Transistor ist, und bei der sich der erste, zweite und dritte vertikale Transistor ein gemeinsames Drain teilen.
  • Beispiel 12. Verfahren das aufweist: Verwenden einer hochohmigen Vorrichtung und eines Sourcefolgers, der mindestens ein Drain, das mit einem Drain eines vertikalen Leistungstransistors gekoppelt ist, und ein Source aufweist, um eine Sourcespannung am Source des Sourcefolgers derart auszugeben, dass die Sourcespannung eine spannungsbegrenzte Version einer Spannung am Drain eines vertikalen Leistungstransistors ist; Erfassen der Sourcespannung; Ansteuern des vertikalen Leistungstransistors; und Einstellen, wie der vertikale Leistungstransistor vorgespannt wird, wenigstens teilweise basierend auf der Sourcespannung.
  • Beispiel 13. Verfahren nach Beispiel 12, bei der der Sourcefolger ein vertikaler Transistor ist.
  • Beispiel 14. Verfahren nach einer beliebigen Kombination von Beispiel 12 bis 13, bei dem das wenigstens teilweise auf der Sourcespannung basierende Einstellen, wie der vertikale Leistungstransistor vorgespannt wird, aufweist: Ausgeben eines Vergleichsausgabesignals, derart, dass das Vergleichsausgabesignal einen ersten logischen Pegel aufweist, wenn die Sourcespannung eine Spannungsschwelle überschreitet, und derart, dass das Vergleichsausgabesignal andernfalls einen zweiten logischen Pegel aufweist; und Einstellen, wie der vertikale Leistungstransistor vorgespannt wird, wenigstens teilweise basierend auf dem Vergleichsausgabesignal.
  • Beispiel 15. Verfahren nach Beispiel 14, bei dem das wenigstens teilweise auf dem Vergleichsausgabesignal basierende Einstellen, wie der vertikale Leistungstransistor vorgespannt wird, ein Einschalten des vertikalen Leistungstransistors aufweist, wenn das Vergleichsausgabesignal dem zweiten logischen Pegel entspricht.
  • Beispiel 16. Verfahren nach einer beliebigen Kombination von Beispiel 14 bis 15, bei dem das wenigstens teilweise auf dem Vergleichsausgabesignal basierende Einstellen, wie der vertikale Leistungstransistor vorgespannt wird, ein Öffnen und Schlie-ßen eines Wannenschalttransistors wenigstens teilweise basierend auf dem Vergleichsausgabesignal aufweist, wobei der Wannenschalttransistor zwischen mindestens eine Wanne und einen Masseknoten gekoppelt ist.
  • Beispiel 17. Verfahren nach Beispiel 16, bei dem das wenigstens teilweise auf dem Vergleichsausgabesignal basierende Einstellen, wie der vertikale Leistungstransistor vorgespannt wird, ferner ein Öffnen und Schließen eines Masseschalttransistors wenigstens teilweise basierend auf dem Vergleichsausgabesignal derart aufweist, dass der Masseschalttransistor offen ist, wenn der Wannenschalttransistor geschlossen ist, wobei der Masseschalttransistor zwischen die mindestens eine Wanne und einen Masseknoten gekoppelt ist.
  • Beispiel 18. Vorrichtung, die aufweist: Mittel zum Verwenden einer hochohmigen Vorrichtung und eines Sourcefolgers, der mindestens ein Drain, das mit einem Drain eines vertikalen Leistungstransistors gekoppelt ist, und ein Source aufweist, um eine Sourcespannung am Source des Sourcefolgers derart auszugeben, dass die Sourcespannung eine spannungsbegrenzte Version einer Spannung am Drain eines vertikalen Leistungstransistors ist; Mittel zum Erfassen der Sourcespannung; Mittel zum Ansteuern des vertikalen Leistungstransistors; und Mittel zum wenigstens teilweise auf der Sourcespannung basierenden Einstellen, wie der vertikale Leistungstransistor vorgespannt wird.
  • Beispiel 19. Vorrichtung nach Beispiel 18, bei der das Mittel zum wenigstens teilweise auf der Sourcespannung basierenden Einstellen, wie der vertikale Leistungstransistor vorgespannt wird, aufweist: Mittel zum Ausgeben eines Vergleichsausgabesignals, derart, dass das Vergleichsausgabesignal einen ersten logischen Pegel aufweist, wenn die Sourcespannung eine Spannungsschwelle überschreitet, und derart, dass das Vergleichsausgabesignal andernfalls einen zweiten logischen Pegel aufweist; und Mittel zum wenigstens teilweise auf dem Vergleichsausgabesignal basierenden Einstellen, wie der vertikale Leistungstransistor vorgespannt wird.
  • Beispiel 20. Vorrichtung nach Beispiel 19, bei der das Mittel zum wenigstens teilweise auf dem Vergleichsausgabesignal basierenden Einstellen, wie der vertikale Leistungstransistor vorgespannt wird, Mittel zum Einschalten des vertikalen Leistungstransistors, wenn das Vergleichsausgabesignal dem zweiten logischen Pegel entspricht, aufweist.
  • Diese und andere Beispiele fallen in den Schutzbereich der folgenden Ansprüche. Die vorstehende Spezifikation sowie die vorstehenden Beispiele und Daten stellen eine Beschreibung zur Herstellung und Verwendung der Zusammensetzung der Offenbarung dar.

Claims (20)

  1. Vorrichtung, die aufweist: eine monolithische integrierte Schaltung (100; 200), die aufweist: eine Niederspannungssteuerschaltung (130; 230); einen vertikalen Leistungstransistor (110; 210), der mindestens ein Drain aufweist; und einen Sourcefolger (120; 220), der ein Drain, das mit dem Drain des vertikalen Leistungstransistors (110; 210) gekoppelt ist, ein Gate, das mit einem Begrenzungsspannungsknoten (N2) gekoppelt ist, und ein Source, das mit einem hochohmigen Knoten (N3) gekoppelt ist, aufweist, wobei der Sourcefolger (120; 220) derart ausgelegt ist, dass eine Sourcespannung am Source des Sourcefolgers (120; 220) eine spannungsbegrenzte Version einer Spannung am Drain des vertikalen Leistungstransistors (110; 210) ist, wobei die Niederspannungssteuerschaltung (130; 230) eine Treiber- und Schutzschaltung (131) aufweist, die dazu ausgelegt ist, die Sourcespannung zu erfassen, den vertikalen Leistungstransistor (110; 210) anzusteuern und wenigstens teilweise basierend auf der Sourcespannung einzustellen, wie der vertikale Leistungstransistor (110; 210) vorgespannt wird.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Sourcefolger (120; 220) ein vertikaler Transistor ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Niederspannungssteuerschaltung (130; 230) einen Leistungsversorgungseingang aufweist, der mit dem Begrenzungsspannungsknoten gekoppelt ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der der vertikale Leistungstransistor (110; 210) ein erster vertikaler DMOS-Transistor ist, der Sourcefolger (120; 220) ein zweiter vertikaler DMOS-Transistor ist, und bei der sich der erste vertikale DMOS-Transistor und der zweite vertikale DMOS-Transistor ein gemeinsames Drain teilen.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die monolithische integrierte Schaltung (200) außerdem eine hochohmige Vorrichtung (240) aufweist, und bei der der Sourcefolger (220) und die hochohmige Vorrichtung (240) so ausgelegt sind, dass sie zusammen als ein Spannungsteiler fungieren.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei der die hochohmige Vorrichtung (240) mindestens eines der folgenden ist: ein aktiver Widerstand, ein passiver Widerstand mit einem Widerstand von mindestens 50 Kiloohm oder eine in Sperrrichtung vorgespannten Polysiliziumdiode.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Niederspannungssteuerschaltung (130; 230) ferner einen Komparator aufweist, der so ausgelegt ist, dass er ein Vergleichsausgabesignal derart ausgibt, dass das Vergleichsausgabesignal einen ersten logischen Pegel aufweist, wenn die Sourcespannung eine Spannungsschwelle überschreitet, und derart, dass das Vergleichsausgabesignal andernfalls einen zweiten logischen Pegel aufweist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Treiber- und Schutzschaltung(130; 230) so ausgelegt ist, dass sie den vertikalen Leistungstransistor (110; 210) einschaltet, wenn das Vergleichsausgabesignal dem zweiten logischen Pegel entspricht.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Niederspannungssteuerschaltung (130; 230) in mindestens eine Wanne integriert ist, bei der die monolithische integrierte Schaltung (130; 230) ferner einen Wannenschalttransistor aufweist, der zwischen die mindestens eine Wanne und das Drain des vertikalen Leistungstransistors (110; 210) gekoppelt ist, und bei der der Wannenschalttransistor so ausgelegt ist, dass er wenigstens teilweise basierend auf dem Vergleichsausgabesignal öffnet und schließt.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der die monolithische integrierte Schaltung (100; 200) außerdem einen Masseschalttransistor aufweist, der zwischen die mindestens eine Wanne und einen Masseknoten gekoppelt ist, bei der der Masseschalttransistor so ausgelegt ist, dass er wenigstens teilweise basierend auf dem Vergleichsausgabesignal derart öffnet und schließt, dass der Masseschalttransistor offen ist, wenn der Wannenschalttransistor geschlossen ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der der vertikale Leistungstransistor (110; 210) ein erster vertikaler Transistor ist, der Sourcefolger (120; 220) ein zweiter vertikaler Transistor ist, der Wannenschalttransistor ein dritter vertikaler Transistor ist, und bei der sich der erste, zweite und dritte vertikale Transistor ein gemeinsames Drain teilen.
  12. Verfahren, das aufweist: Verwenden einer hochohmigen Vorrichtung (240) und eines Sourcefolgers (120; 220), der mindestens ein Drain, das mit einem Drain eines vertikalen Leistungstransistors (110; 210) gekoppelt ist, und ein Source aufweist, um eine Sourcespannung am Source des Sourcefolgers (120; 220) derart auszugeben, dass die Sourcespannung eine spannungsbegrenzte Version einer Spannung am Drain des vertikalen Leistungstransistors (110; 210) ist; Erfassen der Sourcespannung; Ansteuern des vertikalen Leistungstransistors (210); und Einstellen, wie der vertikale Leistungstransistor (110; 210) vorgespannt wird, wenigstens teilweise basierend auf der Sourcespannung.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, bei dem der Sourcefolger (110; 210) ein vertikaler Transistor ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, bei dem: das wenigstens teilweise auf der Sourcespannung basierende Einstellen, wie der vertikale Leistungstransistor (110; 210) vorgespannt wird, aufweist: Ausgeben eines Vergleichsausgabesignals, derart, dass das Vergleichsausgabesignal einen ersten logischen Pegel aufweist, wenn die Sourcespannung eine Spannungsschwelle überschreitet, und derart, dass das Vergleichsausgabesignal andernfalls einen zweiten logischen Pegel aufweist; und Einstellen, wie der vertikale Leistungstransistor (110; 120) vorgespannt wird, wenigstens teilweise basierend auf dem Vergleichsausgabesignal.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem das wenigstens teilweise auf dem Vergleichsausgabesignal basierende Einstellen, wie der vertikale Leistungstransistor (110; 210) vorgespannt wird, ein Einschalten des vertikalen Leistungstransistors (110; 210) aufweist, wenn das Vergleichsausgabesignal dem zweiten logischen Pegel entspricht.
  16. Verfahren nach Anspruch 14, bei dem das wenigstens teilweise auf dem Vergleichsausgabesignal basierende Einstellen, wie der vertikale Leistungstransistor (110; 210) vorgespannt wird, ein Öffnen und Schließen eines Wannenschalttransistors wenigstens teilweise basierend auf dem Vergleichsausgabesignal aufweist, wobei der Wannenschalttransistor zwischen mindestens eine Wanne und einen Masseknoten gekoppelt ist.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, bei dem das wenigstens teilweise auf dem Vergleichsausgabesignal basierende Einstellen, wie der vertikale Leistungstransistor (110; 210) vorgespannt wird, außerdem ein Öffnen und Schließen eines Masseschalttransistors wenigstens teilweise basierend auf dem Vergleichsausgabesignal derart aufweist, dass der Masseschalttransistor offen ist, wenn der Wannenschalttransistor geschlossen ist, wobei der Masseschalttransistor zwischen die mindestens eine Wanne und einen Masseknoten gekoppelt ist.
  18. Vorrichtung, die aufweist: Mittel zum Verwenden einer hochohmigen Vorrichtung (240) und eines Sourcefolgers (120; 220), der mindestens ein Drain, das mit einem Drain eines vertikalen Leistungstransistors (110; 210) gekoppelt ist, und eine Source aufweist, um eine Sourcespannung am Source des Sourcefolgers derart auszugeben, dass die Sourcespannung eine spannungsbegrenzte Version einer Spannung am Drain eines vertikalen Leistungstransistors (110; 210) ist; Mittel zum Erfassen der Sourcespannung; Mittel zum Ansteuern des vertikalen Leistungstransistors (110; 210); und Mittel zum wenigstens teilweise auf der Sourcespannung basierenden Einstellen, wie der vertikale Leistungstransistor (110; 210) vorgespannt wird.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 18, bei der das Mittel zum wenigstens teilweise auf der Sourcespannung basierenden Einstellen, wie der vertikale Leistungstransistor (110; 210) vorgespannt wird, aufweist: Mittel zum Ausgeben eines Vergleichsausgabesignals, derart, dass das Vergleichsausgabesignal einen ersten logischen Pegel aufweist, wenn die Sourcespannung eine Spannungsschwelle überschreitet, und derart, dass das Vergleichsausgabesignal andernfalls einen zweiten logischen Pegel aufweist; und Mittel zum wenigstens teilweise auf dem Vergleichsausgabesignal basierenden Einstellen, wie der vertikale Leistungstransistor (110; 210) vorgespannt wird.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der das Mittel zum wenigstens teilweise auf dem Vergleichsausgabesignal basierenden Einstellen, wie der vertikale Leistungstransistor (110; 210) vorgespannt wird, Mittel zum Einschalten des vertikalen Leistungstransistors, wenn das Vergleichsausgabesignal dem zweiten logischen Pegel entspricht, aufweist.
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