EP0645785A2 - Elektronische Schaltung - Google Patents

Abstract

Es wird eine elektronische Schaltung vorgeschlagen, bei der mit Schmelzsicherungen Q0...Qn+m in Serie geschaltete Widerstände R0...Rn+m vorgesehen sind, wobei wenigstens eine Schmelzsicherung Q0...Qn+m mittels eines Zusatzwiderstandes Rn+1', Rn+m' überbrückt ist. Die Schmelzsicherungen Q0...Qn+m sind von einem leitenden in einen nicht leitenden Zustand bringbar. Dadurch ist der Gesamtleitwert Ygesamt der elektronischen Schaltung über ein gezieltes Durchschmelzen einzelner Schmelzsicherungen Q0...Qn+m einstellbar. <IMAGE>

Description

Stand der Technik
• Die Erfindung geht aus von einer elektronischen Schaltung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist bereits bekannt, bei einer integrierten Schaltung eine elektronische Schaltung vorzusehen, die mehrere parallel geschaltete Widerstände aufweist, die je mit einer Schmelzsicherung, auch Brennstrecke genannt, in Serie geschaltet sind, so daß durch gezieltes Durchbrennen einzelner Brennstrecken ein einstellbarer Widerstand realisiert ist. Diese Schaltung ist insbesondere dort einsetzbar, wo erst bei Fertigstellung der kompletten integrierten Schaltung eine Festlegung eines bestimmten Widerstandswerts möglich ist. Um in einem großen Spielraum Widerstandswerte einstellen zu können, sind für diese elektronische Schaltung sehr große Widerstandswerte nötig, wodurch die Widerstände einen entsprechend großen Platz auf dem Substrat mit der integrierten Schaltung einnehmen. Weiter bekannt ist, die elektronische Schaltung als eine Serienschaltung von Widerständen mit kleineren Widerstandswerten auszuführen, die je mit einer Brennstrecke überbrückt sind, wobei aber ein erhöhter Schaltungsaufwand für die Brennstrecken und deren Beschaltung entsteht.
Vorteile der Erfindung
• Die erfindungsgemäße elektronische Schaltung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß ein geringer Schaltungsaufwand für Schmelzsicherungen und deren Beschaltung entsteht und gleichzeitig bereits kleine Widerstandswerte genügen, um einen einstellbaren Widerstand mit großer Variabilität zu realisieren.
• Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen elektronischen Schaltung möglich. Besonders vorteilhaft ist es, die Schmelzsicherungen mittels Schaltern an eine Strom- oder Spannungsquelle anzuschließen, da durch die Schalterstellungen eine einfache Programmierung der Schmelzsicherungen zwischen leitendem und nicht leitendem Zustand realisiert ist und nur eine einzige Strom- oder Spannungsquelle benötigt wird. Weiter vorteilhaft ist es, die Schalter als Thyristoren auszubilden, da diese zum einen ebenfalls integrierbar sind, zum anderen keinen Abnutzungs- oder Alterungseffekten ausgesetzt sind. Die Ansteuerung der Thyristoren über Ausgänge eines Schieberegisters bringt den Vorteil mit sich, daß für eine parallele Ansteuerung einer großen Anzahl von Thyristoren nur ein einziger Eingang für die serielle Eingabe des Programmierdatenbitmusters vorgesehen ist, wodurch insbesondere bei bereits fertig montierten integrierten Schaltungen nur ein Pin für die Ansteuerung aller Thyristoren genügt. Die Ausführung der elektronischen Schaltung als integrierte Schaltung bietet den Vorteil, mit weiteren Schaltungen auf einem Halbleitersubstrat gemeinsam integrierbar zu sein, wodurch der Herstellungsaufwand minimiert ist. Außerdem können sich z.B. temperaturbedingte Effekte gleichermaßen auf die elektronische Schaltung und die weiteren Schaltungen auswirken, wodurch eine Kompensation erreichbar ist. Die elektronische Schaltung ist insbesondere für ohmsche Widerstände einsetzbar, da insbesondere bei diesen durch die elektronische Schaltung das Raumproblem verringert und das Verhalten der Widerstände im Vergleich zueinander verbessert wird. Zu diesem Verhalten sind insbesondere Abhängigkeiten von Temperatureffekten und piezoelektrischen Effekten als auch eine durch die Vorspannung des Substrats bewirkte Spannungsmodulation zu zählen. Es erweist sich außerdem als Vorteil, wenn die Widerstände voneinander abweichende Werte aufweisen, da so verschiedene Kombinationen von leitenden und nicht leitenden Schmelzsicherungen zu unterschiedlichen Gesamtwiderstandswerten führen, was die Variabilität der elektronischen Schaltung erhöht. Die Ausbildung der Widerstände in Form von diffundierten Widerständen verschiedener Länge und gleicher Breite und Tiefe führt zu dem Vorteil, daß für die Widerstände bezüglich der zur Herstellung verwendeten Photolithographie annähernd gleiche Belichtungsparameter wählbar sind, wodurch sich Vorteile bezüglich Maskenvielfalt, lateraler Diffusion und Layout ergeben. Außerdem ist der Vorteil vorhanden, daß annähernd gleiche Kontaktwiderstände zu anschließenden Kontakten vorliegen. Die Dimensionierungsvorschrift, in der Form, daß sich der Gesamtleitwert der elektronischen Schaltung, bei der alle Schmelzsicherungen im leitenden Zustand sind, vom Gesamtleitwert der elektronischen Schaltung, bei der genau eine Schmelzsicherung in nicht leitendem Zustand ist um eine Zweierpotenz eines Einheitswiderstandswerts unterscheidet und daß der Exponent, bei einer Durchnumerierung der Widerstände von 0 bis zur um 1 verminderten Anzahl der Widerstände gleich der negierten Nummer des mit der genau einen nicht leitenden Schmelzsicherung in Serie geschalteten Widerstands ist, birgt den Vorteil in sich, daß eine Umsetzung des Binärsystems auf die elektronische Schaltung erfolgt ist, wodurch zwischen niedrigstem und höchstem Gesamtleitwert ohne Lücke jede Stufe des Gesamtleitwerts mit einem Stufenabstand des Einheitsleitwerts auswählbar ist. Die Dimensionierung des Widerstands, der in Serie mit der Schmelzsicherung geschaltet ist, die dem Zusatzwiderstand parallel geschaltet ist mit dem Wert ${\text{1 / (1 / (2}}^{\text{i}}{\text{x R}}_{\text{D}}{\text{) + 1 / (m x R}}_{\text{A}}\text{))}$

  

  sowie des Zusatzwiderstands mit dem Wert ${\text{m x R}}_{\text{A}}{\text{- 1 / (1 / (2}}^{\text{k}}{\text{x R}}_{\text{D}}{\text{) + 1 / (m x R}}_{\text{A}}\text{))}$

  

  und des Widerstands der parallel zu der zum Widerstand in Serie geschalteten Schmelzsicherung keinen Zusatzwiderstand aufweist mit dem Wert 2ⁱ x R_D bringt den Vorteil mit sich, daß durch diese Formeln eine einfache Realisierung der binären Stufen erfolgt ist. Die Auswahl der Anzahl der Zusatzwiderstände in dem Umfang, daß m x R_A ungefähr gleich dem Wert des Widerstands ist der parallel zu der zum Widerstand in Serie geschalteten Schmelzsicherung keinen Zusatzwiderstand aufweist und die höchste Nummer aufweist, dient der vorteilhaften Dimensionierung der Schaltung, dergestalt, daß ein optimales Verhältnis von Zusatzwiderständen zu den Widerständen erzielt ist, dergestalt, daß die Widerstandswerte der einzelnen Widerstände und Zusatzwiderstände dabei nahe beieinander liegen, wodurch derselbe Aufbau und ähnliche geometrische Maße für die Widerstände und Zusatzwiderstände wählbar sind, wodurch sich der Vorteil ergibt, daß die Widerstände und Zusatzwiderstände, wenn sie als integrierte Widerstände ausgeführt sind, ähnliches Verhalten bezüglich Spannungsmodulation, Temperaturabhängigkeit, piezoelektrischen Effekten aufweisen.
Zeichnung
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
• Es zeigen Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der elektronischen Schaltung mit vier Widerständen,
  Figur 2 ein zweites Ausführungsbeispiel der Schaltung mit einem Widerstand und zwei Schaltern,
  Figur 3 ein drittes Ausführungsbeispiel der Schaltung mit Thyristoren und einem Schieberegister.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
• In Figur 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der elektronischen Schaltung dargestellt. Zwischen zwei Klemmen A, B ist eine Serienschaltung aus einer ersten Schmelzsicherung Q₀ und einem ersten Widerstand R₀ angeschlossen. Zu dieser Serienschaltung ist parallel eine weitere Serienschaltung aus einem weiteren Widerstand R₁ und einer weiteren Schmelzsicherung Q₁ parallel geschaltet. Weiter parallel geschaltet ist eine dritte Serienschaltung mit einer dritten Schmelzsicherung Q₂ und einem dritten Widerstand R₂ sowie eine vierte Serienschaltung mit einem vierten Widerstand R₃ und einer vierten Schmelzsicherung Q₃. Die dritte Schmelzsicherung Q₂ ist mittels eines ersten Zusatzwiderstandes R₂' überbrückt. Ebenso ist die vierte Schmelzsicherung Q₃ mittels eines zweiten Zusatzwiderstandes R₃' überbrückt.
• Diese Schaltung ist insbesondere als integrierte Schaltung vorgesehen, wobei durch gezieltes Durchschmelzen einzelner Schmelzsicherungen Q₀, Q₁, Q₂, Q₃ unterschiedliche Werte für den zwischen den Klemmen A, B meßbaren Gesamtleitwert Y_gesamt einstellbar sind. Schaltungen dieser Art werden insbesondere dann eingesetzt, wenn ein genaues Einstellen eines Leitwerts bzw. Widerstands zum Zeitpunkt des Schaltungsentwurfs oder Schaltungsaufbaus noch nicht möglich ist. Vorzugsweise bei integrierten Schaltungen, die von einem Gehäuse umgeben sind, kann durch gezieltes Durchschmelzen ein zelner Schmelzsicherungen Q₀, Q₁, Q₂, Q₃ noch nach bereits erfolgter Montage in ein Gehäuse ein Einstellen eines Widerstands erfolgen. Somit können z.B. durch das Gehäuse beinflußte Schaltkreise so abgeglichen werden, daß der Einfluß des Gehäuses kompensiert oder minimiert ist.
• Figur 2 zeigt die Darstellung einer elektronischen Schaltung mit zwei Schaltern. Zwischen den Klemmen A, B ist die Serienschaltung aus der ersten Schmelzsicherung Q₀ und dem ersten Widerstand R₀ angeschlossen. Zusätzlich ist die Klemme A über einen ersten Schalter N einen Anschluß an eine positive Programmierspannung V prog angeschlossen, während der gemeinsame Anschluß von Schmelzsicherung Q₀ und Widerstand R₀ über einen weiteren Schalter M an das negative Betriebspotential V_SS gelegt ist.
• Durch Schließen des weiteren Schalters M und des ersten Schalters N wird ein Strompfad vom positiven Programmierpotential V prog zum negativen Betriebspotential V_SS über die erste Schmelzsicherung Q₀ hergestellt. Der dabei fließende große Strom I bewirkt ein Durchschmelzen der ersten Schmelzsicherung Q₀, wodurch der Strompfad zwischen den Klemmen A, B unterbrochen wird. Durch das Schließen der Schalter M, N wurde somit eine Widerstandsänderung zwischen den Klemmen A, B bewirkt. Für die integrierte Form dieser Schaltung ist es vorgesehen, den ersten Schalter N nach dem weiteren Schalter M zu betätigen, um Schalterbetätigungen des weiteren Schalters M vor dem gewünschten Programmiervorgang unwirksam zu machen. Erst durch Schließen des ersten Schalters N ist die dann vorhandene Schalterstellung des weiteren Schalters M für die Programmierung relevant.
• Die in Figur 3 dargestellte elektronische Schaltung weist ebenfalls die Klemmen A, B auf zwischen denen die erste Serienschaltung mit der ersten Schmelzsicherung Q₀ und dem ersten Widerstand R₀ angeschlossen ist. Parallel zu dieser Serienschaltung folgen weitere Serienschaltungen mit je einer weiteren Schmelzsicherung Q₁...Q_n+m und mit je einem weiteren Widerstand R₁...R_n+m, wobei einer Anzahl von m Schmelzsicherungen Q_n+1...Q_n+m je ein Zusatzwiderstand R_n+1'...R_n+m' parallel geschaltet ist. Zwischen den Schmelzsicherungen Q₀...Q_n+m und den Widerständen R₀...R_n+m zweigt in jeder Serienschaltung ein Anschluß zu einem Thyristor T₀...T_n+m ab. Die Kathodenanschlüsse der Thyristoren T₀...T_n+m sind an das negative Betriebspotential V_SS angeschlossen. Zwischen einem positiven Programmierpotential V prog und der Klemme A ist ein Programmierschalter S prog angeordnet. Ein Schieberegister S weist einen Dateneingang E, einen Takteingang T sowie Reseteingänge X₀...X_n+m auf. Das Schieberegister S besitzt n+m+1 Stufen, deren Ausgänge A₀...A_n+m jeweils an Steuereingänge der Thyristoren T₀...T_n+m geführt sind. Eine Resetleitung ist mit jedem Reseteingang X₀...X_n+m verbunden.
• Zur Einstellung einer Programmierung in Form einer bestimmten Folge von sich in leitendem oder nicht leitendem Zustand befindlichen Schmelzsicherungen Q₀...Q_n+m wird bei noch geöffnetem Programmierschalter S prog ein Bitmuster über den Dateneingang E in das Schieberegister vom Takt T gesteuert geschoben. Zu Beginn dieses Schiebevorgangs wird ein Resetimpuls über den Reseteingang R an alle Reseteingänge R₀...R_n+m des Schieberegisters S geleitet. Dadurch wird der Inhalt des gesamten Schieberegisters auf logisch 0 gesetzt, wodurch alle Thyristoren T₀...T_n+m+1 im gesperrten Zustand sind. Nach dem Einschieben des Bitmusters in das Schieberegister S wird der Programmierschalter S prog geschlossen und das Programmierpotential V prog liegt an der Klemme A an. Durch Zündung mittels der Programmierspannung V prog und des Bitmusters gerät jeder der Thyristoren T₀...T_n+m, an dem über einen der Ausgänge A₀...A_n+m eine 1 anliegt, in den leitenden Zustand. Dadurch ist ein leitender Pfad zwischen dem positiven Programmierpotential V prog und dem negativen Betriebspotential V_SS über die Schmelzsicherungen Q₀...Q_n+m geschaltet, für die der zugehörige Thyristor T₀...T_n+m durch das Bitmuster des Datensignals gezündet wurde. Der dabei fließende Schmelzstrom bewirkt ein Durchschmelzen der ausgewählten Schmelzsicherungen Q₀...Q_n+m. Es ist vorgesehen, die Programmierspannung so langsam auf ihren Maximalwert hochzufahren, daß ein unbeabsichtigtes Überkopfzünden vermieden wird. Um eine exakte Einstellung des Gesamtleitwerts Y_gesamt zwischen den Klemmen A, B zu ermöglichen weisen die Widerstände R₀...R_n+m folgende Werte auf: Jeder der Widerstände R₀...R_n+m die in Serie zu einer der Schmelzsicherungen Q₀...Q_n+m geschaltet sind, die nicht mittels eines Zusatzwiderstands R_n+1'...R_n+m' überbrückt ist weist den Wert 2ⁱ x R_D auf. Die restlichen Widerstände R_n+1...R_n+m sind mit dem Wert ${\text{1 / (1 / (2}}^{\text{i}}{\text{x R}}_{\text{D}}{\text{) + 1 / (m x R}}_{\text{A}}\text{)}$

  

  ) belegt. Dabei bezeichnet i den Index, d.h. die Nummer des Widerstands R₀...R_n+m, wenn die Widerstände R₀...R_n+m von 0 ausgehend bis zur um 1 verminderten Anzahl der Widerstände R₀...R_n+m numeriert wurden. Die Zusatzwiderstände R_n+1'...R_n+m' sind mit dem Wert ${\text{1 / (1 /(m x R}}_{\text{A}}{\text{- 2}}^{\text{i}}{\text{x R}}_{\text{D}}{\text{) + 1 / (m x R}}_{\text{A}}\text{))}$

  

  versehen. m ist dabei die Anzahl der Zusatzwiderstände R_n+1'...R_n+m'. Durch diese Dimensionierung ist gewährleistet, daß der minimal erreichbare Grenzwert Y_min für den Gesamtleitwert Y_gesamt, der zwischen den Klemmen A, B gemessen werden kann, gleich dem reziproken Wert von R_A ist. Der maximal erreichbare Grenzwert Y_max für den Gesamtleitwert Y_gesamt bei einer unendlichen Anzahl von Serienschaltungen beträgt ${\text{1 / R}}_{\text{A}}{\text{+ 2 / R}}_{\text{D}}$

  

  . Durch die Vorgabe der gewünschten Werte für den maximal erreichbaren Grenzwert Y_max und den minimal erreichbaren Grenzwert Y_min sowie des gewünschten Maximalaufwandes in Form der Anzahl der Serienschaltungen n+m+1 dient somit der Festlegung der Werte für R_A, R_D und n+m. Außerdem ändert sich der Gesamtleitwert Y_gesamt beim Durchschmelzen der Schmelzsicherung Q_i um den Wert ${\text{1 /(2}}^{\text{i}}{\text{x R}}_{\text{D}}\text{)}$

  

  . Eine Optimierung des Verhältnisses von n zu m erhält man vorzugsweise bei dem Verhältnis, bei dem der Wert des Widerstands R₀...R_n+m, der parallel zu der zum Widerstand R₀...R_n+m in Serie geschalteten Schmelzsicherung Q₀...Q_n+m keinen Zusatzwiderstand R_n+1'...R_n+m' aufweist und der die höchste Nummer aufweist, gleich dem Wert m x R_A ist.
  Bei ohmschen diffundierten Widerständen ist durch die Optimierung ein Layout erreichbar, bei dem die Widerstände R₀...R_n+m und Zusatzwiderstände R_n+1'...R_n+m' annähernd gleiche Größenordnungen aufweisen, wodurch ein identischer Aufbau der Widerstände R₀...R_n+m und Zusatzwiderstände R_n+1'...R_n+m' bezüglich Breite und Tiefe wählbar ist und die unterschiedlichen Werte lediglich durch Verändern der Länge erreicht werden. Dadurch ist das Verhalten der Widerstände R₀...R_n+m und Zusatzwiderstände R_n+1'...R_n+m' annähernd identisch, was für den Schaltungsentwurf von Vorteil ist. Dasselbe Schaltungsprinzip ist ebenfalls für komplexe Widerstände einsetzbar, also z.B. Kondensatoren oder auch Induktivitäten. Ein Beispiel für ein Einsatzgebiet der elektronischen Schaltung ist ein integrierter Drucksensor.

Claims (11)

1. Elektronische Schaltung mit mehreren parallel geschalteten Serienschaltungen mit wengistens je einem Widerstand und je einer Schmelzsicherung, die mittels eines daran angelegten Schmelzstromes in einen nicht leitenden Zustand bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer Schmelzsicherung (Q₀...Q_n+m) wenigstens ein Zusatzwiderstand (R_n+1'...R_n+m') parallel geschaltet ist.
2. Elektronische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmelzsicherungen (Q₀...Q_n+m) über Anschlußleitungen an wenigstens eine Strom- oder Spannungsquelle (V_DD, V_SS) angeschlossen sind und in wenigstens einer der Anschlußleitungen jeder Schmelzsicherung (Q₀...Q_n+m) wenigstens ein Schalter (M) vorgesehen ist, mit dem der Schmelzstrom ein- und ausschaltbar ist.
3. Elektronische Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter (M) Thyristoren (T₀...T_n+m) sind.
4. Elektronische Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansteuerung der Thyristoren über Ausgänge (A₀...A_n+m) eines Schieberegisters (S) erfolgt.
5. Elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltung eine integrierte Schaltung ist.
6. Elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (R₀...R_n+m) und der wenigstens eine Zusatzwiderstand (R_n+1'...R_n+m') ohmsche Widerstände sind.
7. Elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (R₀...R_n+m) voneinander abweichende Werte aufweisen.
8. Elektronische Schaltung nach den Ansprüchen 5, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (R₀...R_n+m) und der wenigstens eine Zusatzwiderstand (R_n+1'...R_n+m') diffundierte Widerstände sind und sich nur in ihrer Länge unterscheiden.
9. Elektronische Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (R₀...R_n+m) und der wenigstens eine Zusatzwiderstand (R_n+1'...R_n+m') so dimensioniert sind, daß sich der Gesamtleitwert der elektronischen Schaltung, bei der alle Schmelzsicherungen (Q₀...Q_n+m) im leitenden Zusatz sind, vom Gesamtleitwert der elektronischen Schaltung, bei der genau eine Schmelzsicherung (Q₀...Q_n+m) im nicht leitenden Zustand ist, um eine Zweierpotenz eines Einheitswiderstandswerts (R_D) unterscheidet und daß der Exponent, bei einer Durchnumerierung der Widerstände (R₀...R_n+m) von Null bis zur um Eins verminderten Anzahl der Widerstände (R₀...R_n+m) gleich der negierten Nummer des mit der genau einen nicht leitenden Schmelzsicherung (Q₀...Q_n+m) in Serie geschalteten Widerstands (R₀...R_n+m) ist.
10. Elektronische Schaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß

    a) der wenigstens eine Widerstand (R₀...R_n+m), der in Serie mit der wenigstens einen Schmelzsicherung (Q₀...Q_n+m) geschaltet ist, die dem wenigstens einen Zuatzwiderstand (R_n+1'...R_n+m') parallel geschaltet ist, den Wert

    

    aufweist, wobei i die Nummer des Widerstands (R₀...R_n+m) ist, m die gesamte Anzahl der Zusatzwiderstände (R_n+1'...R_n+m') ist und R_A der Gesamtwiderstand der elektronischen Schaltung, bei der alle Schmelzsicherungen (Q₀...Q_n+m) im nicht leitenden Zustand sind,

    b) der wenigstens eine Zusatzwiderstand (R_n+1'...R_n+m') den Wert

    

    aufweist, wobei k die Nummer des zum Zusatzwiderstand (R_n+1'...R_n+m') in Serie geschalteten Widerstands (R₀...R_n+m) ist,

    c) der wengistens eine Widerstand (R₀...R_n+m) der parallel zu der zum Widerstand (R₀...R_n+m) in Serie geschalteten Schmelzsicherung (Q₀...Q_n+m) keinen Zusatzwiderstand (R_n+1'...R_n+m') aufweist, den Wert 2ⁱ x R_D aufweist.
11. Elektronische Schaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Zusatzwiderstände (R_n+1'...R_n+m') so groß ist, daß m x R_A ungefähr gleich dem Wert des Widerstands (R₀...R_n+m) ist, der parallel zu der zum Widerstand (R₀...R_n+m) in Serie geschalteten Schmelzsicherung (Q₀...Q_n+m) keinen Zusatzwiderstand (R_n+1'...R_n+m') aufweist und die höchste Nummer aufweist.

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