DE4131170A1 - Vorrichtung zur erzeugung von zwischenspannungen - Google Patents
Vorrichtung zur erzeugung von zwischenspannungenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung einer
Zwischenspannung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs
sowie eine bevorzugte Verwendung gemäß dem Oberbegriff des
ersten Verwendungsanspruchs.
Für bestimmte Schaltungsanwendungen ist es notwendig, daß
neben den von außen angelegten maximalen positiven und negati
ven Spannungen Zwischenspannungen mit vorgegebenen Zwischen
werten zur Verfügung stehen. Das kann beispielsweise aus
schaltungstechnischen Gründen der Fall sein.
Es ist auch allgemein bekannt, daß Halbleiterbauelemente auf
grund des verwendeten Herstellungsprozesses für bestimmte
Sperrspannungen ausgelegt sind. Damit ergibt sich, daß Span
nungsdifferenzen innerhalb eines Bauelementes, das nach einem
solchen Herstellungsprozeß hergestellt wurde, die entsprechen
den Sperrspannungswerte nicht überschreiten dürfen.
Das gilt beispielsweise bei einem Bipolar-npn-Transistor, der
in integrierter Technik hergestellt ist, insbesondere für die
Differenzen von Spannungen, die zwischen seinem Basis-Gebiet,
seinem Isolations-/Substratanschluß und seinem Kollektoran
schluß, d. h. seinen Epitaxiegebieten, anliegen.
Der Aufbau von Halbleiterbauelementen ist bekannt und auf sie
soll an dieser Stelle nicht weiter eingegangen werden.
Bisher bekannte Systeme, die über einen weiten Bereich von
von außen angelegten Spannungen Zwischenspannungen abgeben,
deren Werte zwischen denen der von außen angelegten Spannun
gen liegen, können beispielsweise als Spannungsteiler reali
siert sein. Sie zeichnen sich jedoch durch eine relativ hohe
Verlustleistung oder durch eine geringe dynamische Stabili
tät, beispielsweise durch kapazititve Verkopplungen zwischen
Epitaxiegebieten und dem Substrat, aus.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schal
tung zu realisieren, die bei geringer Verlustleistung und
guter dynamischer Stabilität über einen weiten Bereich von
von außen angelegten Spannungen (Vpos, Vneg) Zwischenspannun
gen abgibt, deren Werte zwischen denen der von außen angeleg
ten Spannungen liegen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtung gemäß den
Merkmalen des Hauptanspruchs.
Erfindungsgemäß wird eine Schaltung vorgestellt, die als Teil
einer integrierten Schaltung realisiert werden kann und deren
Verlustleistung unterhalb eines vorgegebenen Wertes liegt.
Wesentlich bei der vorliegenden Erfindung ist Folgendes.
Wird an die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Gleichspannung
angelegt, deren Absolutwert steigt, so wird die Zwischenspan
nung bezüglich des positiven Potentials der Gleichspannung
zunächst absinken.
In Abhängigkeit von dem Absolutwert der von außen angelegten
Gleichspannung wird ein Strom durch eine Anordnung aus Halb
leiterbauelementen, die im wesentlichen die Wirkung einer
Zenerdiode realisieren, derart gesteuert, daß die Zwischen
spannung nicht unterhalb eines vorgegebenen Wertes fällt,
d. h. betragsmäßig den vorgegebenen Wert nicht überschreitet.
Durch die erfindungsgemäß erzeugte Zwischenspannung können
zum einen gewünschte Schaltungsfunktionen realisiert werden.
Zum anderen erlaubt es die erfindungsgemäße Vorrichtung auch,
das Potential von Anschlüssen eines Bauelementes, beispiels
weise des Substratanschlusses eines Bipolar-npn-Transistors,
auf einen derartigen Wert zu legen, daß die Spannungsdifferen
zen zwischen den einzelnen Gebieten des Bauelementes vorgege
bene Werte nicht überschreiten.
Dabei gilt es zu beachten, daß alle Schaltungsteile, die
potentialmäßig unterhalb der Zwischenspannung betrieben wer
den, mit ihren Epitaxiegebieten (Kollektor bei einem npn-Tran
sistor, Basis bei einem pnp-Transistor, sowie Epitaxiewanne
für Widerstände) potentialmäßig über oder allenfalls auf der
Zwischenspannung liegen.
Damit können durch integrierte Schaltungsanordnungen von
außen angelegte Spannungen verarbeitet werden, die Werte
oberhalb der durch einen verwendeten Herstellungsprozeß vorge
gebenen Sperrspannungswerte aufweisen. Das hat zum einen den
Vorteil, daß ein Herstellungsprozeß mit größerer Integrations
dichte verwendet werden kann. Zum anderen steigt die Betriebs
sicherheit der betrachteten integrierten Schaltungsanordnung.
Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung als Teil der integrier
ten Schaltung realisiert wird, die auch die Schaltungsanord
nung enthält, der die Zwischenspannung zur Verfügung gestellt
werden soll, so ergibt sich weiterhin der Vorteil, daß auf
zusätzliche Anschlußmittel, wie Gehäuseanschlüsse oder Bond
verbindungen, verzichtet werden kann.
Wird die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Stufenschal
tung, beispielsweise einer Kaskodeschaltung, zusammengeschal
tet, so ergibt sich eine spannungsfeste Ausgangsstufe zur An
steuerung weiterer Stufen.
Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt und
werden im folgenden näher beschrieben.
Es zeigt
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung,
Fig. 2 Spannungsverläufe bei dem Ausführungsbeispiel gemäß
Fig. 1,
Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden
Erfindung,
Fig. 4 das Ausführungsbeispiel der Fig. 3 mit zusätzli
chen Schaltungsblöcken,
Fig. 5 ein bevorzugtes Anwendungsbeispiel für die Anordnung
nach Fig. 4.
Bevor auf die Beschreibung der Ausführungsbeispiele näher
eingegangen wird, sei darauf hingewiesen, daß die in den
Figuren einzeln dargestellten Blöcke lediglich zum besseren
Verständnis der Erfindung dienen. Üblicherweise sind einzelne
oder mehrere dieser Blöcke zu Einheiten zusammengefaßt. Es
ist jedoch auch möglich, daß die in den einzelnen Stufen
enthaltenen Vorrichtungen und Elemente getrennt ausgeführt
werden können.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 hat eine erste Anschluß
klemme 20, an der eine positive Spannung Vpos anliegt, und
die verbunden ist mit einem ersten Anschluß einer Spannungs
quelle 21 und einem ersten Ende eines Widerstandes 22. Der
Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß Vpos ein Potential
mit dem höchsten in der betrachteten Schaltungsanordnung
vorkommenden Wert darstellt. Bezogen auf einen Masseanschluß
oder auf ein weiteres Potential, wie beispielsweise Vneg, das
das Potential mit dem niedrigsten in der betrachteten Schal
tungsanordnung vorkommenden Wert darstellt, ist die Bezeich
nung "Spannung", auch für andere Potentiale, zu verstehen.
Der Widerstand 22 ist mit seinem zweiten Ende an einen ersten
Eingang 23 einer Vergleichsstufe 24 angeschlossen. Ein zwei
ter Eingang 25 der Vergleichsstufe 24 liegt an einem zweiten
Anschluß der Spannungsquelle 21. Das zweite Ende des Wider
standes 22 und der erste Eingang 23 der Vergleichsstufe 24
sind an die Kathode einer Zenerdiode 26 angeschlossen. Die
Anode dieser Zenerdiode 26 ist mit einer zweiten Anschlußklem
me 27, sowie an einen ersten Eingang einer Stromquelle 28
angeschlossen. Der zweite Anschluß dieser Stromquelle 28
liegt an einer dritten Anschlußklemme 29, und ein Steuerein
gang der Stromquelle 28 ist mit dem Ausgang der Vergleichsstu
fe 24 verbunden. An der zweiten Anschlußklemme 27 steht eine
Zwischenspannung Vzw zur Verfügung und an die dritte Anschluß
klemme 29 wird die negative Spannung Vneg angelegt.
Die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird mit Hilfe
von Fig. 2 erläutert. Dort ist mit einer durchgezogenen
Linie als Funktion der Zeit der Wert der Spannungsdifferenz
Vpos - Vneg und gestrichelt der Wert der Spannungsdifferenz
Vpos - Vzw aufgetragen.
Wird an die erste Anschlußklemme 20 der positive Anteil einer
Gleichspannung und an die dritte Anschlußklemme 29 der negati
ve Anteil dieser Gleichspannung angelegt, und weiterhin der
Absolutwert dieser Gleichspannung mit der Zeit erhöht, so
fließt durch den Widerstand 22, die Zenerdiode 26 und die
Stromquelle 28 ein Strom zu der dritten Anschlußklemme 29.
Bei geringeren Spannungswerten sperrt die Zenerdiode 26 zu
nächst noch, so daß durch den Widerstand 22 nur ein sehr
geringer Strom fließt und damit an ihm auch nur eine geringe
Spannung abfällt. Bei höheren Spannungswerten, das heißt
oberhalb der Durchbruchsspannung der Zenerdiode 26, wird
diese leitend und es fließt durch sie, durch den Widerstand
22 und durch die Stromquelle 28 zunächst ein wesentlich größe
rer Strom, dessen Wert von der Stromquelle 28 vorgegeben
wird. Der Wert der Zwischenspannung Vzw entspricht im wesent
lichen, d. h. bis auf die Sättigungsspannung der Stromquelle
28, der negativen Spannung Vneg.
Das heißt weiterhin, daß an dem Widerstand 22 eine Spannung
abfällt, deren Wert höher ist als der einer durch die Span
nungsquelle 21 vorgegebenen Spannung. Die Spannungsquelle 21
kann als Sollwertstufe, die von ihr abgegebene Spannung als
Sollspannung, oder allgemein als Sollsignal, und deren Wert
als Sollwert angesehen werden.
Durch die Vergleichsstufe 24 wird erkannt, daß die an dem
Widerstand abfallende Spannung höher ist als die Sollspan
nung, und sie gibt daraufhin ein Steuersignal an die Strom
quelle 28 ab, so daß diese den von ihr eingeprägten Strom
zurückregelt. Diese stellt darauf einen Stromwert derart ein,
daß die Zwischenspannung Vzw im wesentlichen der Zenerdioden
sperrspannung und die an dem Widerstand 22 abfallende Span
nung der von der Spannungsquelle 21 abgegebenen Spannung
entspricht.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 3
dargestellt. Dabei wurden Bauelemente ihrer Funktion entspre
chend zu Baugruppen zusammengefaßt. Mittel, Bauelemente und
Baugruppen, die die gleiche Funktion ausführen wie entspre
chende Mittel des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 wurden mit
denselben Bezugszahlen versehen und auf sie soll im folgenden
nur insofern eingegangen werden, wie es für das Verständnis
der vorliegenden Erfindung wichtig ist.
Die an der ersten Anschlußklemme 20 anliegende Spannung Vpos
wird über den Widerstand 22 an den ersten Eingang 23 der Ver
gleichsstufe 24 weitergeleitet. Die Vergleichsstufe 24 ent
hält einen ersten Vergleichstransistor 24a, einen zweiten
Vergleichstransistor 24b und einen an den Emitter des ersten
Vergleichstransistors 24a mit einem ersten Ende angeschlosse
nen Vergleichswiderstand 24c, dessen zweites Ende zu dem
ersten Eingang 23 führt.
Der Kollektor des ersten Vergleichstransistors 24a ist mit
dem Emitter des zweiten Vergleichstransistors 24b verbunden
und dessen Kollektor bildet den Ausgang der Vergleichsstufe
24. Die Basis des zweiten Vergleichstransistors 24b ist mit
der zweiten Anschlußklemme 27 verbunden, an der die Zwischen
spannung Vzw anliegt. Somit bilden die Transistoren 24a, 24b
eine Kaskodestufe.
Der erste Eingang 23 und die erste Anschlußklemme 20 sind wei
terhin an einen ersten Zenerblock 26′ angeschlossen, dessen
Funktion der der Zenerdiode 26 entspricht. Dieser Block 26′
enthält Zenertransistoren 26a, . . ., 26e, sowie einen Zenerwi
derstand 26f.
Zwischen der zweiten Anschlußklemme 27 und dem Ausgang der
Vergleichsstufe 24 ist ein Kondensator 37 zur Frequenzgangkom
pensation angeordnet.
Die Stromquelle 28 wird gebildet durch eine Darlington-Stufe,
bestehend aus einem ersten Stromquellentransistor 28a, einem
zweiten Stromquellentransistor 28b und geeigneten Stromquel
lenwiderständen 28c, 28d.
Die Funktion des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3 entspricht
im wesentlichen der des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1.
Anzumerken sei jedoch, daß der Zenerblock 26′ aufgrund der
gewählten Schaltungsanordnung eine Zenerspannung Vz reali
siert, die den Wert
Vz = 4 *Vzt + VBE
entspricht, wobei
Vzt der Zenerspannung der Zenertransistoren 26a, . . . 26d und
VBE der Basis-Emitter-Spannung des Transistors 26e entspricht.
Vz = 4 *Vzt + VBE
entspricht, wobei
Vzt der Zenerspannung der Zenertransistoren 26a, . . . 26d und
VBE der Basis-Emitter-Spannung des Transistors 26e entspricht.
Bei einer anderen Anzahl von Zenertransistoren ist der Faktor
"4" entsprechend zu ändern.
Weiterhin sei erwähnt, daß durch das Anlegen der Zwischenspan
nung Vzw an die Basis des zweiten Vergleichstransistors 24b
bei den beiden pnp-Transistoren 24a, 24b, die eine Kaskodes
tufe bilden, die Sperrspannung VCEO nicht überschritten wird.
Weitere mögliche Varianten der genannten Ausführungsbeispiele
können zumindest einzelne der Stufen enthalten, die in Fig.
4 angedeutet sind.
Außer diesen zusätzlichen Stufen sind die bereits genannten
Blöcke und Bauelemente in Fig. 4 dargestellt. Auf sie soll
im folgenden jedoch nur insoweit eingegangen werden, wie es
für das Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlich
ist.
Zusätzlich zu den bereits genannten Stufen ist in Fig. 4 an
die Stromquelle 28, die Anode eines zweiten Zenerblocks 32,
der Zenertransistoren 32a, . . . 32d enthält, und an die An
schlußklemme 27 dessen Kathode angeschlossen.
Dieser Zenerblock 32 stellt eine Schutzschaltung für den Fall
dar, daß die von außen angelegte Spannung (Vpos, Vneg) vorge
gebene Werte überschreitet. In diesem Ausführungsbeispiel
würde die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung als Zenerdiode
wirken und die an den Anschlußklemmen 20, 29 angelegte Span
nung auf einen Wert von
8 * Vzt + 2 * VBE
begrenzen. Dabei muß beachtet werden, daß der Strom durch die Schaltungsanordnung vorgegebene Werte nicht überschreitet.
8 * Vzt + 2 * VBE
begrenzen. Dabei muß beachtet werden, daß der Strom durch die Schaltungsanordnung vorgegebene Werte nicht überschreitet.
Bei einer weiteren Variante ist ein dritter Zenerblock 33
vorgesehen, dessen Anode mit dem dritten Anschluß 29 und
dessen Kathode mit einer vierten Anschlußklemme 34 und einem
Stromspiegel 35 verbunden ist. An die vierte Anschlußklemme
34 wird eine Spannung Vepi abgegeben, deren Wert 5 * Vz ober
halb der Spannung Vneg liegt. Durch den Stromspiegel 35, der
zwei Transistoren 35a, 35b sowie Widerstände 35c, 35d ent
hält, wird der dritte Zenerblock 33 mit einem kleinen Strom
gespeist.
Die Spannung Vepi ist besonders dann von Interesse, wenn die
abgegebenen Spannungen dazu dienen, daß Spannungsdifferenzwer
te an einem Bauelement, wie beispielsweise einem Widerstand,
vermieden werden sollen, die oberhalb von zulässigen Werten
(VCBO) liegen. Auf eine solche Anwendung wird weiter unten
noch eingegangen.
Zusätzlich kann in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
eine Vorspannungsstufe 36 vorgesehen sein, die eine Vorspan
nung Vvs mit einem vorgegebenen Wert, beispielsweise
VBE+0,6 Volt, bezogen auf die Zwischenspannung Vzw, an eine
vierte Anschlußklemme 37 abgibt.
Die von der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugten Ausgangs
spannungen, wie die Zwischenspannung Vzw, die Spannung Vepi,
die Vorspannung Vvs, dienen bevorzugt dazu, eine weitere
Schaltungsanordnung spannungsfester gegenüber den von außen
angelegten Spannungen Vpos, Vneg zu machen.
Eine mögliche nachgeschaltete Schaltungsanordnung, die einer
seits den vollen Spannungshub (Vpos, Vneg) an ihre Ausgangs
klemmen bringt und die andererseits in integrierter Form
realisiert ist und deren Herstellungsprozeß für Sperrspannun
gen ausgelegt ist, die unterhalb der Spannungsdifferenz Vpos
- Vneg liegen, ist in Fig. 5 angegeben.
Dort ist eine Kaskodestufe bestehend aus einem ersten Kasko
detransistor 41 und einem zweiten Kaskodetransistor 42 darge
stellt. Der Kollektor des ersten Kaskodetransistors 41 ist
mit einem ersten Ende eines Kollektorwiderstandes 43 verbun
den, dessen zweites Ende zu einem ersten Versorgungsanschluß
44 führt, an dem die Spannung Vpos angelegt wird. Der erste
Versorgungsanschluß 44 ist weiterhin mit dem Emitter eines
ersten Treibertransistors 45 verbunden, dessen Basis zu einem
Kaskodeeingangsanschluß 46 führt.
Der Kollektor des ersten Treibertransistors 45 ist mit dem
Emitter eines zweiten Treibertransistors 47, der Basis des
ersten Kaskodetransistors 41 und der Basis eines weiteren
Transistors 48 verbunden, die außerdem an dem Kollektor des
Transistors 48 angeschlossen ist. Dessen Emitter ist zum
einen mit einem zweiten Versorgungsanschluß 49 und mit einem
Eingang eines Stromspiegels 50 verbunden. Dessen Ausgang
führt zu der Basis des zweiten Treibertransistors 47, dessen
Kollektor an der Basis des zweiten Kaskodetransistors 42 und
an ein erstes Ende eines Widerstandes 51 angeschlossen ist,
dessen zweites Ende zu dem Emitter des Transistors 42 führt.
Weiterhin ist der Emitter des Transistors 42 mit einem Aus
gangsanschluß 52, an dem eine von der Eingangsspannung Vein
abhängige Ausgangsspannung Vaus zur Verfügung gestellt wird
und einem ersten Ende eines Emitterwiderstands 53 verbunden,
der aus einer Reihenschaltung der Widerstände 53a und 53b
gebildet wird, und dessen zweites Ende zu einem dritten Ver
sorgungsanschluß 54 führt, an dem die negative Spannung Vneg
angelegt wird.
Die Widerstände 53a, 53b sind, wie in einer integrierten
Schaltung üblich, derart gestaltet, daß Gebiete einer Basis
diffusion, die in einer Epitaxiewanne, auch "Box" genannt,
eingebettet sind, die elektrischen Werte des jeweiligen Wider
standes bestimmen.
Die Epitaxiewanne 55 des Widerstandes 53b ist elektrisch mit
einem vierten Versorgungsanschluß 56 verbunden, an den die
Spannung Vepi angelegt wird.
An die Masse der Schaltungsanordnung nach Fig. 5, die, wie
bei einer integrierten Schaltung üblich, mit dem Substrat-/Iso
lationsanschluß identisch ist, wird die Zwischenspannung Vzw
über den fünften Versorgungsanschluß 57 gelegt.
Die Zwischenspannung Vvz hat bevorzugt einen Wert, der im we
sentlichen die Hälfte der Spannungen Vpos und Vneg beträgt,
also
Vvz = 1/2 (Vpos - Vneg).
Vvz = 1/2 (Vpos - Vneg).
Folgende Gesichtspunkte sind bei der Schaltungsanordnung
gemäß Fig. 5 besonders wesentlich.
Da die Ausgangsspannung Vaus auch Werte annehmen kann, die im
wesentlichen Vpos entsprechen, liegt dann an dem Emitterwider
stand 53 eine Spannungsdifferenz von angenähert Vpos-Vneg.
Wie vorausgesetzt, liegt diese Spannungsdifferenz oberhalb
zulässiger durch den Herstellungsprozeß vorgegebener Sperr
spannungswerte, wie beispielsweise VCBO.
Damit der Emitterwiderstand 53 bei dem verwendeten Herstel
lungsprozeß dennoch die Spannungsdifferenz verarbeiten kann,
wird er aufgeteilt in die beiden Widerstände 53a und 53b, die
in diesem Ausführungsbeispiel die gleichen Widerstandswerte
besitzen. Damit fällt an beiden Widerständen jeweils eine
Spannung ab, die dem halben Spannungsdifferenzwert (Vpos -
Vneg) entspricht. Damit sichergestellt wird, daß die Epitaxi
ewanne 55 des Widerstandes 53b auf einem Spannungswert liegt,
der sowohl zu der Spannung Vpos als auch zu der Spannung Vneg
einen zulässigen Abstand hat, wird sie auf ein Potential
entsprechend der Spannung Vepi gelegt. Die Spannung Vepi ist
dabei so gewählt, daß zum einen die Differenz zu den Spannun
gen Vpos und Vneg nicht zu hoch ist und zum anderen ihr Wert
nicht unterhalb der Zwischenspannung Vzw liegt, die an das
Substrat angelegt ist.
Weiterhin ist wesentlich, daß an dem Kollektoranschluß und
damit an der Epitaxiewanne des zweiten Kaskodetransistors 42
eine Spannung anliegt, die einen Wert hat, der oberhalb oder
gleich dem der Substratspannung Vzw ist. Das wird erreicht
durch die Vorspannung Vvs, die an dem zweiten Versorgungsan
schluß 49 anliegt und die über die Basis-Emitter-Dioden der
Transistoren 48, 41 zu dem Kollektoranschluß des Transistors
42 geführt wird, wo sie einen Wert größer dem der Substrat
spannung aufweist. Dadurch können parasitäre Effekte, wie ein
Zünden eines parasitären Triacs, bestehend aus dem Substrat,
dem Epitaxiegebiet von Transistor 42, der Basis von Transi
stor 42 und dem Emitter von Transistor 42, vermieden werden.
Eine Variante der bisher beschriebenen Schaltungsanordnung
der Fig. 5 kann einen vierten Zenerblock 58 enthalten, wie
er in Fig. 5 gestrichelt eingezeichnet ist. Dieser hat einen
ähnlichen Aufbau wie die bereits beschriebenen Zenerblöcke
und besteht aus vier Zenertransistoren 58a, . . ., 58d.
Durch den vierten Zenerblock wird eine Spannungsdifferenz
zwischen dem Kollektor- und dem Basisgebiet des Transistors
42 auf einen Wert von 4 * Vzt begrenzt, wobei Vzt der Zener
spannung der Transistoren 58a, . . ., 58d entspricht.
Es sei an dieser Stelle jedoch nochmals darauf hingewiesen,
daß die Verwendung der erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeu
gung einer Zwischenspannung nicht darauf beschränkt ist, die
Spannungsfestigkeit einer integrierten Schaltung zu erhöhen,
sondern daß es sich hierbei lediglich um eine bevorzugte
Anwendung handelt.
Andererseits können die Zwischenspannungen, die zur Erhöhung
der Spannungsfestigkeit eines Bauelementes, wie beispielswei
se einer integrierten Schaltung, führen, auch von anderen
geeigneten Vorrichtungen abgegeben werden.
Somit wird insgesamt eine Vorrichtung zur Erzeugung von Zwi
schenspannungen und eine bevorzugte Anwendung der erfindungs
gemäßen Vorrichtung vorgestellt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung gibt in einer ersten Version
eine Zwischenspannung ab, deren Wert zwischen denen von außen
angelegten Spannungen Vpos, Vneg liegt und die erzeugt wird
durch einen Strom durch eine Anordnung aus Bauelementen, die
die Funktion einer Zenerdiode realisieren (Zenerdiode 26;
Zenerblock 26′), der von einer regelbaren Stromquelle einge
prägt wird. Die Stromquelle wird dabei in Abhängigkeit von
Vergleichswerten angesteuert, die sich aus einem Vergleich
einer Sollspannung (Sollwert) mit einer an einem Bauelement,
das in Reihe geschaltet ist mit der Zenerdiode (bzw. dem
Zenerblock) und der Stromquelle, abfallenden Spannung ergeben.
Weitere Versionen der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthalten
weitere Bauelemente und Blöcke, wodurch zusätzliche Spannun
gen erzeugt werden, deren Werte zwischen denen der außen
angelegten Spannungen Vpos, Vneg liegen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich bei geringer
Verlustleistung durch gute dynamische Stabilität aus.
Bei einer bevorzugten Verwendung der erfindungsgemäßen Vor
richtung werden die erzeugten Spannungen bevorzugt an eine in
integrierter Technik realisierten Schaltungsanordnung gelegt,
genauer gesagt an einzelne Diffusionsbereiche, wodurch die
Spannungsfestigkeit der integrierten Schaltung erhöht wird.
Zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit werden sowohl einzelne
Stufen, die Teil der Vorrichtung zur Erzeugung von Zwischen
spannungen sind, als auch nachgeschaltete Stufen, entspre
chend realisiert, wie beispielsweise durch Kaskadierung oder
Reihenschaltung von Widerständen.
Sowohl bei den einzelnen Stufen der Vorrichtung zur Erzeugung
von Zwischenspannungen, als auch bei den nachgeschalteten Stu
fen (Bauelementen) gilt es zu beachten, daß alle Schaltungs
teile, die potentialmäßig unterhalb der Zwischenspannung Vzw
betrieben werden, die entsprechenden Epitaxiegebiete (Kollek
tor bei npn-Transistoren, Basis bei pnp-Transistoren, sowie
Box für.Widerstand) potentialmäßig über oder allenfalls auf
der Zwischenspannung Vzw liegen.
Claims (11)
1. Vorrichtung zur Erzeugung einer Zwischenspannung (Vzw),
deren Spannungswert zwischen einer angelegten ersten
Spannung (Vpos) und einer angelegten niedrigeren zweiten
Spannung (Vneg) liegt, dadurch gekennzeichnet,
- - daß Mittel (22, 26; bzw. 26′) vorgesehen sind, die einerseits in Abhängigkeit von dem Wert der Diffe renz der angelegten Spannungen (Vpos, Vneg) ein Signal an einen ersten Eingang (23) einer Ver gleichsstufe (24) abgeben und durch die anderer seits ein Strom fließt, dessen Wert abhängig ist von der Differenz der angelegten Spannungen (Vpos, Vneg) und der vorgegeben wird durch eine Stromquel le (28), die angesteuert wird durch ein Ausgangssi gnal der Vergleichsstufe (24), an deren zweiten Eingang (25) ein von einer Sollwertstufe (21) abge gebenes Sollsignal anliegt und die das abgegebene Signal der Mittel (22, 26; bzw. 26′) mit dem Sollsi gnal vergleicht, und
- daß die erzeugte Zwischenspannung (Vzw) von dem
Spannungsabfall an den Mitteln (22, 26; bzw. 26′)
abhängig ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
sie als Teil einer integrierten Schaltung ausgebildet
ist.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die Mittel (22, 26; bzw. 26′), die
in Abhängigkeit von dem Wert der Differenz der angeleg
ten Spannungen (Vpos, Vneg) ein Signal abgeben, weitere
Mittel enthalten,
- - die die Funktion einer Zenerdiode mit vorgegebener Schwellspannung realisieren (26; 26′), und
- - die (22) mit den Mitteln (26; 26′), die die Funkti on einer Zenerdiode realisieren, in Reihe geschal tet sind und durch die ein Strom fließt, wodurch eine Spannung verursacht wird, deren Wert ein Maß ist für das von den Mitteln (22, 26; bzw. 26′) an den ersten Eingang (23) der Vergleichsstufe (24) abgegebene Signal.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch
gekennzeichnet, daß weitere Mittel vorgesehen sind, die
weitere Spannungen (Vepi, Vvs) erzeugen, deren Werte
zwischen denen der angelegten Spannungen (Vpos, Vneg)
liegen und die um vorgebene Werte von dem Wert der Zwi
schenspannung (Vzw) oder dem Wert einer der angelegten
Spannungen (Vpos, Vneg) abweichen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch
gekennzeichnet, daß zumindest einzelne ihrer Stufen (24)
als Kaskodestufe ausgebildet sind und daß bei keinem
ihrer Epitaxigebiete das Potential unterhalb der Zwi
schenspannung (Vzw) liegt.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-5, dadurch
gekennzeichnet, daß an Diffusionsbereiche einzelner
ihrer Bauelemente (24b) eine der erzeugten Spannungen
(Vzw, Vepi, Vvs) angelegt ist, so daß die Spannungsfe
stigkeit der entsprechenden Stufe erhöht ist.
7. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6,
dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenspannung
(Vzw) an Diffusionsbereiche eines Halbleiterbauelementes
angelegt wird, so daß dieses Halbleiterbauelement ange
legte Spannungen verarbeiten kann, deren Differenzwert
durch einen Herstellungsprozeß vorgegebene Sperrspan
nungswerte überschreitet.
8. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6,
gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die
Zwischenspannung (Vzw) an einen Isolations-/Substratan
schluß einer integrierten Schaltung angeschlossen wird.
9. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6,
gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekenn
zeichnet, daß die weiteren Spannungen (Vepi, Vvs) an
weitere Diffusionsbereiche des Halbleiterbauelementes
angeschlossen werden, so daß einerseits Spannungsdiffe
renzen zwischen weiteren Diffusionsbereichen herabgesetzt
werden und daß andererseits parasitäre Effekte vermieden
werden.
10. Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6,
gemäß einem der Ansprüch 8 oder 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß zumindest einzelne der Stufen einer nachge
schalteten Schaltung als Kaskodestufe realisiert sind
(41, 42) und daß bei diesen das Potential keines ihrer
Epitaxiegebiete unterhalb der Zwischenspannung (Vzw)
liegt.
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