BE1023510B1

BE1023510B1 - Clipschakeling

Info

Publication number: BE1023510B1
Application number: BE2015/5649A
Authority: BE
Inventors: Ilse Paula Maria Backers; Olivier Marichal; Wijmeersch Sven Van
Original assignee: Sofics Bvba
Priority date: 2015-10-09
Filing date: 2015-10-09
Publication date: 2017-04-11
Also published as: BE1023510A1; EP3154198B1; EP3154198A1

Abstract

Een clipschakeling omvattende een shuntschakeling die ingericht is om een stroom te geleiden tussen een eerste knooppunt en een tweede knooppunt; een spanningscontroleschakeling die ingericht is om een stroom te veroorzaken in de shuntschakeling van het eerste knooppunt naar het tweede knooppunt, wanneer een spanningsverschil tussen het eerste knooppunt en het tweede knooppunt een voorafbepaalde eerste drempelspanning overschrijdt; en om een stroom te veroorzaken in de shuntschakeling van het tweede knooppunt naar het eerste knooppunt, wanneer een spanningsverschil tussen het tweede knooppunt en het eerste knooppunt een voorafbepaalde tweede drempelspanning overschrijdt.

Description

Clipschakeling

Vakgebied van de uitvinding

Het vakgebied van de uitvinding heeft betrekking op clipschakelingen. Bijzondere uitvoeringsvormen hebben betrekking op het vakgebied van clipschakelingen voor ontvangstschakelingen, en op elektronische chips omvattende een ontvangstschakeling en een clipschakeling.

Achtergrond

Communicatie gebeurt vaak door middel van draadloze verbindingen. Antennes worden gebruikt om signalen te verzenden en te ontvangen. Voorbeelden zijn radiofrequentie-identificatie (RFID) toepassingen of nabije veldcommunicatie (Near Field Communication, NFC) toepassingen. Een probleem bij ontvangers die dergelijke communicatietechnologie gebruiken, is dat het ontvangend vermogen (spanning, stroom) afhankelijk is van het vermogen van de zender en van de afstand vanaf de zender tot de ontvanger. Ook kunnen andere bronnen ruis of piekspanningen introduceren. Indien de ontvanger een CMOS chip ontwerp is, dan is de maximum spanning bij de pin vaak beperkt tot enkele volt, bijvoorbeeld 1-5 V. Indien de spanning te hoog of te laag wordt, kan de normale werking van de chip wijzigen of kan de chip zelfs vernietigd worden. Daartoe moet het vermogen (spanning of stroom) beperkt worden.

In de stand van de techniek worden diodeclipschakelingen gebruikt voor een veelheid van toepassingen voor het wijzigen van een ingangsgolfvorm gebruikmakend van diodes of voor het verschaffen van een overspanningsbescherming gebruikmakend van Zener diodes om te waarborgen dat de uitgangsspanning een bepaalde waarde niet overschrijdt. Dergelijke schakelingen hebben het nadeel dat de flexibiliteit en doeltreffendheid beperkt is.

Samenvatting

Het doel van uitvoeringsvormen van de uitvinding is het verschaffen van een clipschakeling die efficiënter en flexibeler is in vergelijking met de oplossingen van de stand van de techniek.

Volgens een eerste aspect van de uitvinding wordt een clipschakeling verschaft, omvattende: een shuntschakeling en een spanningscontroleschakeling. De shuntschakeling is ingericht om een stroom te geleiden tussen een eerste knooppunt en een tweede knooppunt. De spanningscontroleschakeling is ingericht om een stroom te laten lopen in de shuntschakeling vanaf het eerste knooppunt naar het tweede knooppunt, wanneer een spanningsverschil tussen het eerste knooppunt en het tweede knooppunt een voorafbepaalde eerste drempelspanning overschrijdt; en om een stroom te laten lopen in de shuntschakeling vanaf het tweede knooppunt naar het eerste knooppunt, wanneer een spanningsverschil tussen het tweede knooppunt en het eerste knooppunt een voorafbepaalde tweede drempelspanning overschrijdt.

Door de clipschakeling te voorzien van een shuntschakeling en een afzonderlijke spanningscontroleschakeling voor het controleren van de stroom in de shuntschakeling, kan het clippen zeer efficiënt gebeuren. Ook kan het verschil tussen de waarde van de spanning tussen het eerste en het tweede knooppunt bij het begin van het clippen, i.e. wanneer de clipschakeling begint te geleiden, en de waarde bij maximum stroomgeleiding van de clipschakeling, klein zijn in vergelijking met oplossingen van de stand van de techniek die één of meer diodes gebruiken.

Het eerste en tweede knooppunt kunnen een signaalpin zoals een ingang, een uitgang, of een ingang/uitgang zijn. Een voorbeelduitvoeringsvorm kan een differentiële in- en/of uitgangspin zijn waarbij het eerste knooppunt gekoppeld is met één van de differentiële pinnen, en het tweede knooppunt gekoppeld is met de andere differentiële pin. Een alternatieve configuratie kan zijn dat het eerste knooppunt gekoppeld is met een eerste signaalpin, en dat het tweede knooppunt gekoppeld is met een vermogens- of massapin. Een derde voorbeelduitvoeringsvorm kan zijn dat de clipschakeling gekoppeld is tussen twee vermogenspinnen, bijvoorbeeld een eerste voeding die verbonden is met het eerste knooppunt en een tweede voeding die verbonden is met het tweede knooppunt, of tussen een eerste voeding die verbonden is met het eerste knooppunt en een massapin die verbonden is met het tweede knooppunt.

In een voorbeelduitvoeringsvorm omvat de spanningscontroleschakeling een eerste spanningscontroletak en een tweede controletak. De eerste controletak is ingericht om een stroom te laten vloeien in de shuntschakeling vanaf het eerste knooppunt naar het tweede knooppunt, wanneer een spanningsverschil tussen het eerste knooppunt en het tweede knooppunt de voorafbepaalde eerste drempelspanning overschrijdt. De tweede spanningscontroletak is ingericht om een stroom te laten vloeien in de shuntschakeling vanaf het tweede knooppunt naar het eerste knooppunt, wanneer een spanningsverschil tussen het tweede knooppunt en het eerste knooppunt de voorafbepaalde tweede drempelspanning overschrijdt. Door een eerste en tweede spanningscontroletak te hebben, kan de spanning op efficiënte wijze geclipt worden in beide richtingen.

In een voorbeelduitvoeringsvorm omvat de shuntschakeling een eerste controleerbaar schakelelement dat verbonden is om gecontroleerd te worden door de eerste spanningscontroletak, en een tweede controleerbaar schakelelement dat verbonden is om gecontroleerd te worden door de tweede spanningscontroletak. De eerste en tweede controleerbare schakelelementen kunnen eerste en tweede veldeffecttransistoren zijn die in serie verbonden zijn tussen het eerste knooppunt en het tweede knooppunt.

In een voorbeelduitvoeringsvorm omvat de eerste spanningscontroletak een eerste weerstandsschakeling in serie met een spanningsbegrenzingsschakeling, waarbij een eerste intermediair knooppunt tussen de eerste weerstandsschakeling en de spanningsbegrenzingsschakeling verbonden is met de shuntschakeling; en omvat de tweede spanningscontroletak een tweede weerstandsschakeling in serie met de spanningsbegrenzingsschakeling, waarbij een tweede intermediair knooppunt tussen de tweede weerstansschakeling en de spanningsbegrenzingsschakeling verbonden is met de shuntschakeling. De spanningsbegrenzingsschakeling is ingericht en verbonden om het spanningsverschil (V1-V2) tussen het eerste knooppunt en het tweede knooppunt te beperken, wanneer het spanningsverschil de voorafbepaalde eerste drempelspanning overschrijdt, en om het spanningsverschil (V2-V1) tussen het tweede knooppunt en het eerste knooppunt te beperken, wanneer het spanningsverschil de voorafbepaalde tweede drempelspanning overschrijdt.

In een voorbeelduitvoeringsvorm omvat de spanningsbegrenzingsschakeling een eerste spanningsbegrenzer die verbonden is met de eerste weerstandsschakeling, en een afzonderlijke tweede spanningsbegrenzer die verbonden is met de tweede weerstandsschakeling. Een dergelijke uitvoeringsvorm heeft het voordeel dat de eerste drempelspanning verschillend kan zijn van de tweede drempelspanning. In een andere voorbeelduitvoeringsvorm omvat de spanningsbegrenzingsschakeling een gemeenschappelijke spanningsbegrenzingsschakeling die verbonden is met de eerste weerstandsschakeling en met de tweede weerstandsschakeling. Een dergelijke uitvoeringsvorm heeft het voordeel dat het aantal componenten beperkt kan zijn, en dat het verschil tussen de eerste en de tweede drempelspanning beperkt is voor beide richtingen.

De spanningsbegrenzingsschakeling kan één of meer van de volgende componenten omvatten: een diode die verbonden is om te fungeren als een voorwaartse diode, een Zener diode, een transistor, een diode die verbonden is om te fungeren als een omgekeerde diode. Wanneer een eerste en een tweede spanningsbegrenzer worden gebruikt, kan elke begrenzer één of meer van de volgende componenten omvatten: een diode die verbonden is om te fungeren als een voorwaartse diode, een Zener diode, een transistor, een diode die verbonden is om te fungeren als een omgekeerde diode.

In een voorbeelduitvoeringsvorm is de verbinding tussen het eerste intermediair knooppunt en de shuntschakeling zodanig dat een spanning de eerste weerstandsschakeling het eerste controleerbaar schakelelement controleert; en/of dat de verbinding tussen het tweede intermediair knooppunt en de shuntschakeling zodanig is dat een spanning over de weerstandsschakeling het tweede controleerbaar schakelelement controleert.

In een voorbeelduitvoeringsvorm omvat de clipschakeling verder in de eerste spanningscontroletak een eerste schakeling voor het creëren van een unidirectionele stroom van het eerste knooppunt naar het tweede knooppunt, en in de tweede spanningscontroletak een tweede schakeling voor het creëren van een unidirectionele stroom van het tweede knooppunt naar het eerste knooppunt. Met de uitdrukking “het creëren van een unidirectionele stroom” wordt bedoeld dat wanneer de eerste en tweede schakeling in een normale werkingsmodus werken, de stroom enkel kan stromen in één richting, terwijl in de andere richting slechts een zeer kleine lekstroom kan stromen. Omwille van het clippen van de spanning tussen het eerste en het tweede knooppunt, zullen de eerste en tweede schakeling niet kunnen doorslaan, zodanig dat ze hun functie kunnen vervullen bestaande uit het waarborgen van een unidirectionele stroom in de eerste en tweede spanningscontroletak. In andere uitvoeringsvormen kan deze functie vervuld worden door de eerste en tweede spanningsbegrenzer.

In een voorbeelduitvoeringsvorm omvat de clipschakeling verder een activeringsschakeling die ingericht is om de werking van de clipschakeling ten minste gedeeltelijk te activeren en deactiveren. Een dergelijke activeringsschakeling maakt het mogelijk om voor bepaalde toepassingen de clipfunctie uit te schakelen.

In een voorbeelduitvoeringsvorm kan de clipschakeling een activeringsschakeling omvatten die ingericht is om de werking van de spanningscontroleschakeling te activeren en deactiveren. In een verdere uitvoeringsvorm omvat de activeringsschakeling een eerste activeringsinrichting die ingericht is om de werking van de eerste spanningscontroletak te activeren en deactiveren en/of een tweede activeringsinrichting die ingericht is om de werking van de tweede spanningscontroletak te activeren en deactiveren. De eerste activeringsinrichting kan een eerste schakelinrichting in de eerste spanningscontroletak, bijvoorbeeld in serie verbonden met de eerste spanningsbegrenzer of opgenomen in de eerste spanningsbegrenzer, zijn en/of de tweede activeringsinrichting kan een tweede schakelinrichting in de tweede spanningscontroletak, in serie verbonden met de tweede spanningsbegrenzer of opgenomen in de tweede spanningsbegrenzer, zijn. In een andere uitvoeringsvorm is de eerste activeringsinrichting een eerste schakelinrichting die in parallel verbonden is met de eerste weerstandsschakeling, en/of is de tweede activeringsinrichting een tweede schakelinrichting die in parallel verbonden is met de tweede weerstandsschakeling.

In een voorbeelduitvoeringsvorm is de shuntschakeling verder ingericht om een stroom te geleiden tussen het eerste knooppunt en een derde knooppunt; en is de spanningscontroleschakeling verder ingericht om een stroom te veroorzaken in de shuntschakeling van het eerste knooppunt naar het derde knooppunt, wanneer een spanningsverschil tussen het eerste knooppunt en het derde knooppunt een voorafbepaalde derde drempelspanning overschrijdt. De spanningscontroleschakeling kan dan verder ingericht zijn om een stroom te veroorzaken in de shuntschakeling van het derde knooppunt naar het eerste knooppunt, wanneer een spanningsverschil tussen het derde knooppunt en het eerste knooppunt een voorafbepaalde vierde drempelspanning overschrijdt.

In een verdere uitvoeringsvorm met drie knooppunten omvat de spanningscontroleschakeling een derde spanningscontroletak die ingericht is om een stroom te veroorzaken in de shuntschakeling van het eerste knooppunt naar het derde knooppunt, wanneer een spanningsverschil tussen het eerste knooppunt en het derde knooppunt een voorafbepaalde derde drempelspanning overschrijdt; en een vierde spanningscontroletak die ingericht is om een stroom te veroorzaken in de shuntschakeling van het derde knooppunt naar het eerste knooppunt, wanneer een spanningsverschil tussen het derde knooppunt en het eerste knooppunt een voorafbepaalde vierde drempelspanning overschrijdt.

In een verdere uitvoeringsvorm met drie knooppunten is de shuntschakeling verder ingericht om een stroom te geleiden tussen het tweede knooppunt en het derde knooppunt; en is de spanningscontroleschakeling verder ingericht om een stroom te veroorzaken in de shuntschakeling van het tweede knooppunt naar het derde knooppunt, wanneer een spanningsverschil tussen het tweede knooppunt en het derde knooppunt een voorafbepaalde vijfde drempelspanning overschrijdt; en om een stroom te veroorzaken in de shuntschakeling van het derde knooppunt naar het tweede knooppunt, wanneer een spanningsverschil tussen het derde knooppunt en het tweede knooppunt een voorafbepaalde zesde drempelspanning overschrijdt.

In een verdere uitvoeringsvorm met drie knooppunten omvat de spanningscontroleschakeling een vijfde spanningscontroletak die ingericht is om een stroom te veroorzaken in de shuntschakeling van het tweede knooppunt naar het derde knooppunt, wanneer een spanningsverschil tussen het tweede knooppunt en het derde knooppunt een voorafbepaalde vijfde drempelspanning overschrijdt; en een zesde spanningscontroletak die ingericht is om een stroom te veroorzaken in de shuntschakeling van het derde knooppunt naar het tweede knooppunt, wanneer een spanningsverschil tussen het derde knooppunt en het tweede knooppunt een voorafbepaalde zesde drempelspanning overschrijdt.

In een voorbeelduitvoeringsvorm is de clipschakeling een schakeling die ontworpen is met NMOS of PMOS MOSFET inrichtingen. In een voorbeelduitvoeringsvorm zijn de eerste en tweede controleerbare schakelelementen een eerste en tweede NMOS inrichtingen die in serie verbonden zijn tussen het eerste knooppunt en het tweede knooppunt, en zijn de eerste en tweede controleerbare schakelelementen eerste en tweede PMOS inrichtingen die in serie verbonden zijn tussen het eerste knooppunt en het tweede knooppunt.

Volgens een ander aspect van de uitvinding wordt een elektronische chip voorzien omvattende een ontvangstschakeling voor het ontvangen van een extern signaal en een clipschakeling volgens één der voorgaande uitvoeringsvormen. De ontvangstschakeling kan een antenne omvatten.

Korte beschrijving van de figuren

De tekeningen in bijlage worden gebruikt om onderhavige de voorkeur genietende niet-beperkende voorbeelduitvoeringsvormen van inrichtingen van de onderhavige uitvinding te illustreren. De hierboven genoemde en andere voordelen van de kenmerken en doelstellingen van de uitvinding zullen duidelijker blijken, en de uitvinding zal beter begrepen worden uit de volgende gedetailleerde beschrijving wanneer deze gelezen wordt samen met de tekeningen in bijlage, waarin:

Figuren 1A, 1B en 1C schakelschema’s van drie generieke voorbeelduitvoeringsvormen van een clipschakeling zijn;

Figuren 2A, 2B, 2C schakelschema’s van drie voorbeeldvarianten van de uitvoeringsvorm van figuur 1A met verschillende spanningsbegrenzers zijn;

Figuren 3A en 3B schakelschema’s van twee voorbeelduitvoeringsvormen met activeringsschakeling zijn;

Figuren 4A, 4B en 4C schakelschema’s van drie verdere voorbeelduitvoeringsvormen met activeringsschakeling zijn;

Figuren 5A en 5B schakelschema’s van twee voorbeelduitvoeringsvormen met een gemeenschappelijke spanningsbegrenzingsschakeling en een gemeenschappelijke activeringsschakeling voor de eerste en tweede spanningscontroletakken zijn;

Figuur 6 een schakelschema van een voorbeelduitvoeringsvorm met bijkomende gatebeschermingsschakelingen is;

Figuur 7 een schakelschema van een eerste voorbeelduitvoeringsvorm van een clipschakeling met drie pinnen is;

Figuur 8 een schakelschema van een tweede voorbeelduitvoeringsvorm van een clipschakeling met drie pinnen is;

Figuur 9 een schema van een eerste voorbeelduitvoeringsvorm van een elektronische chip met een clipschakeling is; en

Figuur 10 een grafiek is waarin de stroom van een eerste knooppunt naar een tweede knooppunt uitgezet is in functie van de spanning tussen het eerste knooppunt en het tweede knooppunt.

Beschrijving van uitvoeringsvormen

Elementen aangeduid in de figuren zijn genummerd in het volgend formaat XYYY, met X het figuurnummer en YYY het specifiek nummer voor een onderdeel van de figuren. In de verschillende figuren hebben gelijkaardige elementen hetzelfde YYY nummer. De variaties die beschreven worden voor een bepaald YYY nummer in één figuur, zijn eveneens van toepassing voor de andere figuren.

Figuur 1A toont een uitvoeringsvorm van een clipschakeling 1000 die gekoppeld is tussen eerste knooppunt 1001 en tweede knooppunt 1002. Eerste en tweede knooppunten 1001 en 1002 kunnen een signaal pin zoals een ingangspin, een uitgangspin, of een ingangs-/uitgangspin zijn. De term “ingangs-/uitgangspin” verwijst naar een pin die zowel kan fungeren als een ingangspin als als een uitgangspin. Bijvoorbeeld zijn de volgende combinaties mogelijk: ingangspin 1001 en ingangspin 1002; ingangspin 1001 en uitgangspin 1002; uitgangspin 1001 en uitgangspin 1002; ingangs-/uitgangspin 1001 en ingangs-/uitgangspin 1002; ingangs-/uitgangspin 1001 en ingangspin 1002; en ingangs-/uitgangspin 1001 en uitgangspin 1002. Een voorbeeldimplementatie kan een differentiële ingangs- en/of uitgangspin zijn waarbij eerste knooppunt 1001 gekoppeld is met één van de differentiële pinnen, en tweede knooppunt 1002 gekoppeld is met de andere differentiële pin. Een alternatieve configuratie kan zijn dat één van de twee knooppunten 1001, 1002 gekoppeld zijn met een signaalpin en dat de andere gekoppeld is met een vermogenspin, bijvoorbeeld een voeding, een massa, enz. Een derde voorbeeldimplementatie kan zijn dat de clipschakeling 1000 gekoppeld is tussen twee vermogenspinnen, bijvoorbeeld een eerste vermogenspin verbonden met eerste knooppunt 1001 en een tweede vermogenspin verbonden met tweede knooppunt 1002, of tussen een eerste vermogenspin verbonden met eerste knooppunt 1001 en een massapin verbonden met tweede knooppunt 1002.

Clipschakeling 1000 omvat een shuntschakeling 1003, en een spanningscontroleschakeling 1004. Shuntschakeling 1003 is ingericht om een stroom te geleiden tussen een eerste knooppunt 1001 en een tweede knooppunt 1002. Spanningscontroleschakeling 1004 omvat een eerste spanningscontroletak 1004a die ingericht is om een stroom te veroorzaken in shuntschakeling 1003 vanaf eerste knooppunt 1001 naar tweede knooppunt 1002, wanneer een spanningsverschil (V1 -V2) tussen eerste knooppunt 1001 en tweede knooppunt 1002 een voorafbepaalde eerste drempelspanning overschrijdt (V1 - V2 > Vthl); en een tweede spanningscontroletak 1004b is ingericht om een stroom te veroorzaken in shuntschakeling 1003 vanaf tweede knooppunt 1002 naar eerste knooppunt 1001, wanneer een spanningsverschil (V2 - V1) tussen tweede knooppunt 1002 en eerste knooppunt 1001 een voorafbepaalde tweede drempelspanning overschrijdt (V2 -V1 > Vth2). De eerste drempelspanning (Vth1) kan dezelfde zijn als of verschillend zijn van de tweede drempelspanning (Vth2), bijvoorbeeld al naargelang de toepassing waarvoor de clipschakeling 1000 wordt gebruikt. De eerste spanningscontroletak 1004a en de tweede spanningscontroletak 1001b kunnen afzonderlijke spanningscontroletakken zijn zoals getekend in figuur 1A, of kunnen bepaalde gemeenschappelijke componenten hebben, zie ook de uitvoeringsvorm van figuur 1C die hieronder zal worden besproken.

Met andere woorden zal spanningscontroleschakeling 1004 een minimum drempelspanning Vth1 instellen tussen knooppunt 1001 en knooppunt 1002, en een minimum drempelspanning Vth2 tussen knooppunt 2 en knooppunt 1. Wanneer het spanningsverschil (V1 - V2) Vth1 bereikt, of wanneer het spanningsverschil (V2 - V1) Vth2 bereikt, zal shuntschakeling 1003 aangezet worden om stroom te geleiden om de spanning tussen eerste knooppunt 1001 en tweede knooppunt 1002 te begrenzen, i.e. de spanning begint geclipt te worden wanneer V1 - V2 ~ Vth1 of V2 - V1 ~ Vth2, al naargelang de richting van de stroom. Zolang de drempelspanning voor beide richtingen niet bereikt wordt, geleidt shuntschakeling 1003 geen stroom.

Shuntschakeling 1003 omvat een eerste controleerbaar schakelelement 1005a dat verbonden is om gecontroleerd te worden door de eerste spanningscontroletak 1004a, en een tweede controleerbaar schakelelement 1005b dat verbonden is om gecontroleerd te worden door de tweede spanningscontroletak 1004b. De eerste en tweede controleerbare schakelelementen 1005a, 1005b zijn bij voorkeur in serie verbonden, en kunnen bijvoorbeeld eerste en tweede transistoren zijn die in serie verbonden zijn tussen eerste knooppunt 1001 en tweede knooppunt 1002. In een voorkeursuitvoeringsvorm zijn de transistoren MOSFETs, maar de vakman begrijpt dat andere types veldeffecttransistoren of bipolaire transistoren eveneens gebruikt kunnen worden in uitvoeringsvormen van de uitvinding. In een voorbeelduitvoeringsvorm zijn de eerste en tweede controleerbare schakelelementen 1005a, 1005b beide NMOS inrichtingen. In andere voorbeelduitvoeringsvormen zijn de eerste en tweede controleerbare schakelelementen 1005a, 1005b beide PMOS inrichtingen.

Eerste spanningscontroletak 1004a omvat een eerste weerstandsschakeling 1008a in serie met een eerste spanningsbegrenzer 1007a van spanningsbegrenzingsschakeling 1007. Een eerste intermediair knooppunt 1015a tussen eerste weerstandsschakeling 1008a en eerste spanningsbegrenzer 1007a is verbonden met shuntschakeling 1003, en in het bijzonder met eerste controleerbaar schakelelement 1005a. Tweede spanningscontroletak 1004b omvat een tweede weerstandsschakeling 1008b in serie met een eerste spanningsbegrenzer 1007b van spanningsbegrenzingsschakeling 1007. Een tweede intermediair knooppunt 1015b tussen tweede weerstandsschakeling 1008b en tweede spanningsbegrenzer 1007b is verbonden met shuntschakeling 1003, en in het bijzonder met tweede controleerbaar schakelelement 1005b. Spanningsbegrenzer 1007a is ingericht en verbonden om het spanningsverschil (V1 - V2) tussen eerste knooppunt 1001 en tweede knooppunt 1002 te begrenzen wanneer het spanningsverschil de voorafbepaalde eerste drempelspanning (Vth1) overschrijdt. Spanningsbegrenzer 1007b is ingericht en verbonden om het spanningsverschil (V2 - V1) tussen tweede knooppunt 1002 en eerste knooppunt 1001 te begrenzen wanneer het spanningsverschil de voorafbepaalde tweede drempelspanning (Vth2) overschrijdt.

In figuur 1A zijn eerste en tweede spanningscontroletakken 1004a en 1004b verbonden tussen eerste knooppunt 1001 en tweede knooppunt 1002. Figuur 1B illustreert een variant van de uitvoeringsvorm van figuur 1A die gelijkaardig is, met dit verschil dat eerste en tweede spanningscontroletakken 1004a en 1004b verbonden zijn met een intermediair knooppunt 1016 tussen eerste controleerbaar schakelelement 1005a en tweede controleerbaar schakelelement 1005b. Meer in het bijzonder is eerste spanningscontroletak 1004a verbonden tussen intermediair knooppunt 1016 en tweede knooppunt 1002, en is tweede spanningscontroletak 1004b verbonden tussen eerste knooppunt 1001 en intermediair knooppunt 1016. De uitvoeringsvorm van figuur 1B kan nuttig zijn indien het wenselijk is om de capacitieve belasting op de eerste en tweede knooppunten 1001, 1002 te beperken.

Figuur 1C illustreert een andere variant van de uitvoeringsvorm van figuur 1A. In de uitvoeringsvorm van figuur 1C hebben eerste spanningscontrole tak 1004a en tweede spanningscontroletak 1004b een gemeenschappelijke spanningscontroleschakeling 1007. Eerste spanningscontroletak 1004a omvat een eerste weerstandsschakeling 1008a, een diode 1011a, een spanningsbegrenzingsschakeling 1007, en een verdere diode 1006a, welke in serie zijn verbonden. Eerste intermediair knooppunt 1015a tussen eerste weerstandsschakeling 1008a en diode 1011a is verbonden met eerste controleerbaar schakelelement 1005a. Tweede spanningscontroletak 1004b omvat een tweede weerstandsschakeling 1008b, een diode 1011b, een spanningsbegrenzingsschakeling 1007, en een verdere diode 1006b, welke in serie zijn verbonden. Tweede intermediair knooppunt 1015b tussen tweede weerstandsschakeling 1008b en diode 1011b is verbonden met tweede controleerbaar schakelelement 1005b. Diodes 1011a en 1011b zullen voorkomen dat de eerste en tweede weerstandsschakelingen 1008a en 1008b in serie verbonden zijn tussen eerste knooppunt 1001 en tweede knooppunt 1002, en zullen dus voorkomen dat meer dan een lekstroom vloeit tussen het eerste knooppunt 1001 en het tweede knooppunt 1002 wanneer de spanningsbegrenzingsschakeling 1007 zich in een niet geleidende toestand bevindt. Diode 1006a en diode 1006b verbinden respectievelijk het eerste knooppunt 1001 en het tweede knooppunt 1002 met de spanningsbegrenzingsschakeling 1007. Verder waarborgen diodes 1006a en 1006b dat de stroom unidirectioneel is. Indien bijvoorbeeld een positief spanningsverschil (V1 -V2) aanwezig is tussen eerste knooppunt 1001 en tweede knooppunt 1002, dan wordt de eerste drempelspanning bepaald door diode 1006a, spanningsbegrenzingsschakeling 1007, diode 1011a en eerste controleerbaar schakelelement 1005a, en behalve een lekstroom zal er geen stroom vloeien doorheen diode 1006b, 1011b en tweede weerstandsschakeling 1008b. Op gelijkaardige wijze, indien een positief spanningsverschil (V2 - V1) aanwezig is tussen tweede knooppunt 1002 en eerste knooppunt 1001, dan wordt de tweede drempelspanning bepaald door diode 1006b, spanningsbegrenzingsschakeling 1007, diode 1011b en tweede controleerbaar schakelelement 1005b, en behalve een lekstroom zal er geen stroom vloeien doorheen diode 1006a, diode 1011a en tweede weerstandsschakeling 1008a. De vakman begrijpt dat, in plaats van diodes 1006a, 1006b, ook andere elektronische schakelingen gebruikt kunnen worden voor het creëren van een unidirectionele stroom, bijvoorbeeld op geschikte wijze verbonden MOSFETs, voor het vervullen van de functie van het vermijden van stroom in omgekeerde richting in de spanningscontroletakken 1004a, 1004b. Ook kunnen diodes 1011a en 1011b vervangen worden door andere elektronische componenten die dezelfde functie vervullen, bijvoorbeeld op geschikte wijze verbonden MOSFETs.

Figuur 2A illustreert een andere voorbeelduitvoeringsvorm van een clipschakeling 2000. Clipschakeling 2000 van figuur 2A is gelijkaardig aan de uitvoeringsvorm van figuur 1A en omvat een shuntschakeling 2003, en een spanningscontroleschakeling met een eerste spanningscontroletak 2004a en een tweede spanningscontroletak 2004b. Shuntschakeling 2003 omvat een eerste controleerbaar schakelelement 2005a dat verbonden is om gecontroleerd te worden door eerste spanningscontroletak 2004a, en een tweede controleerbaar schakelelement 2005b dat verbonden is om gecontroleerd te worden door tweede spanningscontroletak 2004b. In de uitvoeringsvorm van figuur 2A omvatten de controleerbare schakelelementen 2005a, 2005b, ook genaamd shuntelementen, een NMOS inrichting. Een vakman begrijpt dat de controleerbare schakelelementen ten minste één van een NMOS, een PMOS, een cascode NMOS, een cascode PMOS, een NPN, een PNP, een JFET, een SCR, enz. kunnen omvatten. Verder kan het eerste controleerbaar schakelelement 2005a identiek zijn aan of verschillend zijn van het tweede controleerbaar schakelelement 2005b. Eerste controleerbaar schakelelement 2005a is ontworpen om stroom te geleiden van het eerste knooppunt 2001 naar het tweede knooppunt 2002 indien het spanningsverschil (V2 - V1) de minimum drempelspanning Vthl die gedefinieerd is door de eerste spanningscontroletak 2004 overschrijdt. In deze situatie controleert de tweede controletak 2004b tweede controleerbaar schakelelement 2005b zodanig dat dit element eveneens geleidt. Dus zal stroom vloeien in de shuntschakeling 2003 vanaf knooppunt 2001 naar knooppunt 2002, en zal het spanningsverschil geclipt worden. Een gelijkaardige redenering is van toepassing wanneer het spanningsverschil (V1 - V2) de minimum drempelspanning Vthl gedefinieerd door tweede spanningscontroletak 2004b overschrijdt.

Eerste spanningscontroletak 2004a omvat een serie verbindingen van een eerste weerstandsschakeling 2008a, een eerste spanningsbegrenzer 2007a omvattende meerdere diodes 2007ad1 ... 2007adn die in serie zijn verbonden, en een diode 2006a. Eerste intermediair knooppunt 2015a tussen eerste weerstandsschakeling 2008a en eerste spanningsbegrenzer 2007a is verbonden met eerste controleerbaar schakelelement 2005a. Tweede spanningscontroletak 2004b omvat een serie verbindingen van een tweede weerstandsschakeling 2008b, een tweede spanningsbegrenzer 2007b omvattende meerdere diodes 2007bd1 .. 2007bdn die in serie zijn verbonden, en een diode 2006b. Tweede intermediair knooppunt 2015b tussen tweede weerstandsschakeling 2008b en tweede spanningsbegrenzer 2007b is verbonden met tweede controleerbaar schakelelement 2005b.

Diode 2006a en de meerdere diodes 2007ad1 . 2007adn waarborgen een unidirectionele stroom in de eerste controletak 2004a van eerste knooppunt 2001 naar tweede knooppunt 2002. Op gelijkaardige wijze waarborgen diode 2006b en de meerdere diodes 2007bd1 ... 2007bd een unidirectionele stroom in de tweede controletak 2004b, vanaf tweede knooppunt 2002 naar eerste knooppunt 2001. Indien bijvoorbeeld een positief spanningsverschil (V1 - V2) aanwezig is tussen eerste knooppunt 2001 en tweede knooppunt 2002, dan wordt de eerste drempelspanning bepaald door de componenten in de eerste spanningscontroletak 2004a, en zal ten hoogste een lekstroom vloeien in de tweede spanningscontroletak 2004b.

Zoals uitgelegd met verwijzing naar figuur 1C, kunnen in plaats van diodes 2006a, 2006b ook andere elektronische schakelingen gebruikt worden voor het creëren van een unidirectionele stroom, bijvoorbeeld op een geschikte wijze verbonden MOSFETs. Aangezien in de uitvoeringsvorm van figuur 2 voorwaarts geleidende diodes gebruikt worden voor het realiseren van de eerste en tweede spanningsbegrenzers 2007a, 2007b, wordt de unidirectionele stroom in de spanningscontroletakken 2004a, 2004b reeds gewaarborgd, en dus kunnen diodes 2006a en 2006b weggelaten worden. Met andere woorden, elektronische schakelingen voor het creëren van een unidirectionele stroom kunnen onderdeel zijn van spanningsbegrenzers 2007a, 2007b.

De eerste spanningsbegrenzer 2007a zal de minimum drempelspanning Vthl bepalen waarvoor de shuntinrichting 2003 aangezet kan worden. In de uitvoeringsvorm van figuur 2A omvat de eerste spanningsbegrenzer 2007a meerdere diodes 2007ad1 ... 2007adn die in serie zijn verbonden, maar de vakman begrijpt dat de eerste spanningsbegrenzer 2007avolgens een alternatief of bijkomend daaraan een omgekeerde diode, een MOS transistor, een bipolaire transistor, enz. kan omvatten. Eerste spanningsbegrenzer 2007a is zodanig ontworpen dat geen stroom vloeit onder een bepaalde drempelspanning Vthl, en dat wel stroom vloeit boven deze drempelspanning Vthl. Wanneer de spanning tussen knooppunt 2001 en knooppunt 2002 boven deze drempelspanning Vthl gelegen is, zal stroom vloeien door de eerste spanningsbegrenzer 2007a en dus door de weerstandsschakeling 2008a. De weerstandsschakeling 2008a kan een weerstand of een andere schakeling die fungeert als een weerstandselement zoals een transistor, een diode, enz. omvatten. De stroom door weerstandsschakeling 2008a zal een spanningsverschil veroorzaken over weerstandsschakeling 2008a. De weerstandsschakeling 2008a is gekoppeld met shuntschakeling 2003, en in het bijzonder met een controle-ingang, die overeenstemt met intermediair knooppunt 2015a, van het eerste schakelbaar controle-element 2005a, hier een MOSFET inrichting 2005a. Het veroorzaakte spanningsverschil zet de shuntschakeling 2003 aan. In de uitvoeringsvorm van figuur 2A is de weerstandsschakeling 2008 gekoppeld met de gate van de MOSFET inrichting 2005a. Een spanningsverschil over de weerstandsschakeling 2008a zorgt ervoor dat de gate source van de MOSFET inrichting 2005a onder een voorwaartse spanning komt te staan, waardoor de MOSFET 2005a in een geleidende toestand wordt geplaatst. Merk op dat op dit ogenblik de stroom kan vloeien vanaf eerste knooppunt 2001 naar tweede knooppunt 2002: MOSFET inrichting 2005a is in een geleidende modus en de drain-bulk diode van MOSFET transistor 2005b is voorwaarts ingesteld.

In figuur 2A worden voorwaartse diodes 2007ad1 ... 2007adn, 2007bd1 ... 2007bdn gebruikt voor de eerste en tweede spanningsbegrenzer 2007a, 2007b. Het aantal diodes zal de inschakelspanning, i.e. de spanning waarvoor stroom begint te vloeien in de respectievelijke eerste en tweede spanningscontroletakken 2004a, 2004b, bepalen. Deze inschakelspanning zal gelijk zijn aan het totaal aantal diodes waaronder de diode 2006a, 2006b vermenigvuldigd met de voorwaartse ingebouwde spanning van een diode. Indien bijvoorbeeld spanningsbegrenzers 2007a, 2007b elk drie diodes omvatten, en de unidiretionele schakelingen elk één diode 2006a, 2006b omvat, dan kan stroom vloeien indien de spanning tussen het eerste knooppunt 2001 en het tweede knooppunt groter is dan Vturn-on 1 = Vturn-on 2 = (3 + 1) x 0.7 V = 2.8 V, waarbij aangenomen wordt dat de voorwaartse inbouwspanning van een diode 0.7 V is. Typisch zal de inbouwspanning van de diode gelegen zijn tussen 0.65 V en 0.8 V. Vanaf dit ogenblik zal stroom vloeien, en wanneer de spanning over de weerstandsschakeling 2008a, 2008b boven de drempelspanning van de MOSFET inrichting 2005a, 2005b ligt, zal stroom beginnen vloeien door de shuntschakeling 2003. De eerste en tweede drempelspanning zijn in dit voorbeeld: Vth1 = Vth2 = Vturn-on1 + VT1 = Vturn-on2 + VT2 = 2.8V + VT, waarbij VT de drempelspanning van de MOSFET inrichtingen 2005a, 2005b, i.e. de gate-source spanning waarvoor de MOSFET inrichting geleidend wordt, is.

Een voordeel van de voorbeelduitvoeringsvorm van figuur 2A is dat de eerste en tweede drempelspanning Vth1, Vth2 ingesteld kan worden onafhankelijke van de stroom, voor het begrenzen van de spanning tussen het eerste knooppunt 2001 en het tweede knooppunt 2002. In vergelijking met oplossingen van de stand van de techniek, maakt dit een kleiner verschil mogelijk tussen de eerste/tweede drempelspanning Vth1, Vth2 en de werkelijke clipspanning. Dit is geïllustreerd in figuur 10. Figuur 10 geeft de stroom weer tussen een eerste knooppunt en een tweede knooppunt in functie van het spanningsverschil (V2 - V1) tussen het eerste knooppunt en het tweede knooppunt voor : - een voorbeelduitvoeringsvorm van een clipschakeling van figuur 2A met drie diodes 2006a, 2007ad1, 2007ad2 in de eerste spanningscontroletak 2004a, met drie diodes, 2006b, 2007bd1, 2007bd2 in de tweede spanningscontroletak 2004b, en met een eerste en tweede MOSFET inrichting als het eerste en tweede controleerbaar schakelelement, zie curve 10300; - een eerste eerdere clipschakeling bestaande uit drie diodes die in serie verbonden zijn tussen een eerste knooppunt en een tweede knooppunt; zie curve 10301; en - een tweede clipschakeling bestaande uit vier diodes die in serie verbonden zijn tussen een eerste knooppunt en een tweede knooppunt, zie curve 10302.

Voor curve 10300 is de drempelspanning gelijk aan Vth1 = Vth2 ~ 3*0.7 V + VT ~ 3*0.7 V + 0.6 V ~ 2.7 V (merk op dat de stroom getoond is op een lineaire schaal, en dat de kleine hoeveelheid stroom die vloeit wanneer V2 - V1 gelegen is tussen 2.7 V en 2.8 V dus nauwelijks zichtbaar is voor curve 10300 in figuur 10). Omwille van eenvoud werd in dit voorbeeld aangenomen dat de inbouwspanning 0.7 V is en dat de drempelspanning van een MOSFET 0.6 V is, maar de vakman begrijpt dat deze waarden in de praktijk niet exact 0.7 V en 0.6 V zullen zijn. Ook zullen deze waarden afhankelijk zijn van de werkwijze die gebruikt wordt om deze waarden te berekenen. Verder is dit louter een voorbeeld, en in andere voorbeelduitvoeringsvormen kunnen de inbouwspanning en de drempelspanning verschillend zijn, bijvoorbeeld respectievelijk 0.8 V en 0.5 V. De stroom (die stroomt door de shuntschakeling 2003 en door één van de spanningscontroletakken 2004a of 2004b) neem snel toe boven deze drempelspanning, zodanig dat de werkelijke clipspanning, bijvoorbeeld de spanning bij een maximum stroom van 0.01 A, hier bij benadering 3.3 V, niet veel hoger is dan de drempelspanning van ongeveer 2.7 V. Voor curve 10301 is de drempelspanning Vth ~ 3*0.7 V ~ 2.1V (merk op dat de stroom getoond is op een lineaire schaal, en dat de kleine hoeveelheid stroom die vloeit wanneer V2 - V1 gelegen is tussen 2.1 V en 2.5 V dus niet zichtbaar is voor curve 10301 in figuur 10). De stroom (die vloeit door de serieverbinding van de drie diodes) neemt toe boven de drempelspanning, maar niet even snel als voor curve 30100. De werkelijke clipspanning, bijvoorbeeld de spanning bij een maximum stroom van 0.01 A, hier meer dan 4 V, is veel hoger dan de drempelspanning van ongeveer 2.1 V. Voor 10302 is de drempelspanning Vth ~ 4*0.7 V ~ 2.8 V. De stroom (die stroomt door de serieverbinding van de vier diodes) neemt toe boven deze drempelspanning, maar niet even snel als voor curve 30100. De werkelijke clipspanning, bijvoorbeeld de spanning bij een maximum stroom van 0.01 A, hier meer dan 5 V, is veel hoger dan de drempelspanning van ongeveer 2.8 V. Dit vergelijkend meetvoorbeeld illustreert dat er een kleiner verschil is tussen de eerste/tweede drempelspanning Vth1, Vth2 en de werkelijke clipspanning (bij een maximum stroom) in vergelijking met oplossingen van de stand van de techniek.

Figuren 2B en 2C tonen voorbeelduitvoeringsvormen die gelijkaardig zijn aan de uitvoeringsvorm van figuur 2A, maar met andere spanningsbegrenzers 2007a, 2007b. In figuur 2B omvatten spanningsbegrenzers 2007a, 2007b elk een omgekeerde diode of een Zener diode 2007az, 2007bz. Wanneer de omgekeerde doorslagspanning van diode 2007az, 2007bz wordt bereikt, begint stroom te vloeien in de respectievelijke spanningscontroletakken 2004a, 2004b. De spanningsbegrenzers 2007a, 2007b kunnen eveneens meerdere omgekeerde diodes in serie omvatten om hogere doorslagspanningen te bereiken. In figuur 2C omvatten spanningsbegrenzers 2007a, 2007b elk een MOSFET inrichting 2007an, 2007bn (NMOS of PMOS). In dit voorbeeld is de gate van MOSFET inrichting 2007an, 2007bn gekoppeld met de bron daarvan. Wanneer de drain-bulk diode de avalanche begint, kan de NPN in de MOS ingeschakeld worden en stroom geleiden.

Figuren 3A en 3B illustreren twee voorbeelduitvoeringsvormen van een clipschakeling 3000 met activeringsschakeling 3009a, 3009b die ingericht is om ten minste gedeeltelijk de werking van de clipschakeling 3000 te activeren en deactiveren, en in het bijzonder om de werking van de spanningscontroleschakeling 3004a, 3004b te activeren en deactiveren. De activeringsschakeling 3009a omvat een eerste activeringsinrichting 3010a die ingericht is om de werking van de eerste spanningscontroletak 3004a te activeren en deactiveren, en een tweede activeringsinrichting 3010b die ingericht is om de werking van de tweede spanningscontroletak 3004b te activeren en deactiveren. In een andere uitvoeringsvorm kan slechts één van de spanningscontroletakken 3004a, 3004b voorzien zijn van een activeringsschakeling 3009a, 3009b. De eerste activeringsinrichting 3010a kan een eerste schakelinrichting die in serie verbonden is met de eerste spanningsbegrenzer 3007a zijn, en de tweede activeringsinrichting 3010b kan een tweede schakelinrichting die in serie verbonden is met de tweede spanningsbegrenzer 3007b zijn.

Het eerste en/of tweede knooppunt 3001, 3002, bijvoorbeeld IO pinnen, kunnen soms verschillende werkingsmodi hebben al naargelang de toepassing of de tijd. Een pin kan bijvoorbeeld gebruikt worden om gelijktijdig een zender-ontvanger en ontvanger te zijn, of een pin kan geherprogrammeerd worden tijdens ontwikkeling of werking. Het clippen zal niet altijd wenselijk zijn, al naargelang de toepassing, en dus kan de clipschakeling gedeactiveerd worden door het toevoegen van activeringsschakelingen 3009a, 3009b. Activeringsschakelingen 3009a, 3009b kunnen als activeringsinrichting 3010a, 3010b één van de volgende of een combinatie daarvan omvatten: een enkelvoudige MOSFET inrichting (NMOS, PMOS), een passgate, een bipolaire transistor, enz. Al naargelang het ingangssignaal op een controlepin van de activeringsschakelingen 3009a, 3009b, kan de spanningscontroletak 3004a, 3004b al dan niet geactiveerd worden. Wanneer een tak 3004a, 3004b gedeactiveerd is, zal een signaal tussen eerste knooppunt 3001 en tweede knooppunt 3002 niet gezien worden over spanningsbegrenzer 3007a, 3007b. Deze worden dus niet aangezet. Wanneer activeringsschakeling 3009a, 3009b geactiveerd is, zal de spanning gezien worden over spanningsbegrenzer 3007a, 3007b, en kan de clipschakeling 3000 ingeschakeld worden wanneer de spanning de respectievelijke drempelspanningen Vth1 of Vth2 overschrijdt.

Figuur 3A toont een uitvoeringsvorm met twee NMOS inrichtingen als eerste en tweede controleerbare schakelelementen 2005a, 2005b. Figuur 3B toont een alternatieve uitvoeringsvorm met twee PMOS inrichtingen als eerste en tweede controleerbare schakelelementen 2005a, 2005b.

In de uitvoeringsvormen van figuren 3A en 3B zijn de eerste en tweede activeringsschakeling 3009a, 3009b aangebracht in de eerste en tweede spanningscontroletak 3004a, 3004b, in serie met respectievelijk de eerste en tweede spanningsbegrenzer 3007a, 3007b. In niet geïllustreerde voorbeeldvarianten kan de eerste activeringsschakeling 3009a opgenomen zijn tussen het eerste knooppunt 3001 en de diode 3006a, of in de eerste spanningsbegrenzer 3007a, bijvoorbeeld tussen tweede diodes van de eerste spanningsbegrenzer, en meer algemeen in elke geschikte positie in de eerste spanningscontroletak 3004a. Hetzelfde geldt voor de tweede activeringsschakeling 3009b. In deze uitvoeringsvormen zijn de eerste en tweede spanningscontroletak 3004a, 3004b voorzien tussen het eerste knooppunt 3001 en het tweede knooppunt 3002.

Figuur 4A toont een alternatieve uitvoeringsvorm die gelijkaardig is aan de uitvoeringsvorm van figuur 1B, waarbij de eerste en tweede activeringsschakeling 4009a, 4009b aangebracht zijn in respectievelijk de eerste en tweede spanningscontroletak 4004a, 4004b, in serie met de eerste en tweede spanningsbegrenzer 4007a, 4007b, en waarbij de eerste en tweede spanningscontroletakken 4004a en 4004b verbonden zijn met een intermediair knooppunt 4016 tussen eerste controleerbaar schakelelement 4005a en tweede controleerbaar schakelelement 4005b. In de uitvoeringsvorm van figuur 4A kan de bulk-drain diode van de MOSFET inrichtingen 4005a, 4005b gebruikt worden. Deze uitvoeringsvorm is mogelijk indien de combinatie van de spanningsbegrenzer 4007a en activeringsschakeling 4009a, en de combinatie van spanningsbegrenzer 4007b en activeringsschakeling 4009 unidirectioneel zijn, zodanig dat omgekeerde doorslag of het geleiden stroom slechts kan starten bij hogere spanningen. Een voordeel van deze uitvoeringsvorm is dat de capacitieve belasting bij eerste knooppunt 4001 en bij tweede knooppunt 4002 lager is aangezien geen diodes nodig zijn in de eerste en tweede spanningscontroletak 4004a, 4004b.

Alternatieve manieren om de activeringsschakeling 4009a, 4009b te koppelen zijn getoond in figuren 4B en 4C. In de uitvoeringsvorm van figuur 4B wordt een intermediair knooppunt 4017a, 4017b tussen spanningsbegrenzer 4007a, 4007b en unidirectionele schakeling 4006a, 4006b naar een spanningsreferentiepotentiaal getrokken, bijvoorbeeld een massaspanning of een voedingsspanning. Dit zal ervoor zorgen dat de potentiaal over de spanningsbegrenzer 4007a, 4007b op een vaste potentiaal ligt. Indien deze vaste potentiaal zodanig is dat de inschakelspanning van de unidirectionele schakeling 4006a, 4006b niet wordt bereikt, dan blijft de clipschakeling 4000gedeactiveerd. Een tweede alternatieve clipschakeling 4000 met activeringsschakeling 4009a, 4009b is getoond in figuur 4C. In deze uitvoeringsvorm wordt weerstandsschakeling 4008a, 4008b geshunt door activeringsschakeling 4009a, 4009b. Door het shunten van weerstansschakeling 4008a, 4008b zal het pad tussen de gate van controleerbaar schakelelement 4005a, 4005b en de source ervan een lage weerstand hebben, waardoor het moeilijker wordt om controleerbaar schakelelementen 4005a, 4005b in te schakelen. Anders verwoord is meer stroom nodig om de drempelspanning Vth1 of Vth2 te bereiken.

Figuren 5A en 5B tonen een uitvoeringsvorm van een clipschakeling 5000 die gelijkaardig is aan de uitvoeringsvorm van figuur 1C, maar waar, in serie met de spanningsbegrenzingsschakeling 5007, ook een activeringsschakeling 5009 gedeeld wordt tussen de eerste en tweede spanningscontroletak 5004a, 5004b. Merk op dat bijkomende diodes 5011a, 5011b voorzien zijn om een lekkagepad tussen eerste knooppunt 5001 en tweede knooppunt 5002 door weerstandsschakelingen 5008a en 5008b te vermijden, zoals in de uitvoeringsvorm van figuur 1C. Figuur 5A toont een uitvoeringsvorm met twee NMOS inrichtingen als eerste en tweede controleerbare schakelelementen 5005a, 5005b. Figuur 5B toont een alternatieve uitvoeringsvorm met twee PMOS inrichtingen als eerste en tweede controleerbare schakelelementen 5005a, 5005b.

Figuur 6 illustreert een voorbeelduitvoeringsvorm die gelijkaardig is aan de uitvoeringsvorm van figuur 3A, maar met een bijkomende gatebeschermingsschakeling 6018a, 6018b in parallel met de weerstandsschakeling 6008a, 6008b. Een reeks voorwaartse diodes wordt gebruikt, maar andere gatebeschermingsschakelingen kunnen eveneens gebruikt worden, zoals één of meer van de volgende, of een combinatie daarvan: omgekeerde diode, Zener diode, MOSFET inrichting. Voor bepaalde toepassingen kan dubbelstroom vloeien door weerstansschakeling 6008a, 6008b. Indien controleerbaar schakelelement 6005a, 6005b een MOSFET inrichting is, kan de gate-isolatie van deze laatste beschadigd worden tussen gate en source/bulk. Door het toevoegen van een gatebeschermingsschakeling 6018a, 6018b kan dit worden vermeden.

Uitvoeringsvormen van de uitvinding zijn niet beperkt tot clipschakelingen met twee pinnen. Meer dan twee pinnen zijn eveneens mogelijk. Een voorbeelduitvoeringsvorm van een clipschakeling 7000 met drie pinnen is geïllustreerd in figuur 7. De clipschakeling 7000 heeft een eerste gedeelte tussen eerste knooppunt 7001 en tweede knooppunt 7002, een tweede gedeelte tussen eerste knooppunt 7001 en derde knooppunt 7013, en een derde gedeelte tussen tweede knooppunt 7002 en derde knooppunt 7013. Eerste, tweede en derde knooppunten 7001, 7002 en 7013 kunnen een signaalpin zoals een ingang, een uitgang, of een ingang/uitgang zijn. Clipschakeling 7000 omvat een shuntschakeling 7003 en een spanningscontroleschakeling 7004a, 7004b, 7004c, 7004d, 7004e, 7004f. Shuntschakeling 7003 is ingericht om een stroom te geleiden tussen eerste knooppunt 7001 en tweede knooppunt 7002, tussen eerste knooppunt 7001 en derde knooppunt 7013, en tussen tweede knooppunt 7002 en derde knooppunt 7013. De spanningscontroleschakeling omvat tussen het eerste knooppunt 7001 en het tweede knooppunt 7002 een eerste spanningscontroletak 7004a die ingericht is om een stroom te laten vloeien in shuntschakeling 7003 wanneer een spanningsverschil tussen het eerste knooppunt 7001 en het tweede knooppunt een voorafbepaalde eerste drempelspanning Vth1 overschrijdt; en een tweede spanningscontrole 7004b die ingericht is om een stroom te laten vloeien in shuntschakeling 7003, wanneer een spanningsverschil tussen het tweede knooppunt 7002 en het eerste knooppunt 7001 een voorafbepaalde tweede drempelspanning Vth2 overschrijdt. De spanningscontroleschakeling omvat tussen het eerste knooppunt 7001 en het derde knooppunt 7013 een derde spanningscontroletak 7004c die ingericht is om een stroom te laten vloeien in shuntschakeling 7003, wanneer een spanningsverschil tussen het eerste knooppunt 7001 en het derde knooppunt 7013 een voorafbepaalde derde drempelspanning Vth3 overschrijdt; en een vierde spanningscontroletak 7004d die ingericht is om een stroom te laten vloeien in shuntschakeling 7003, wanneer een spanningsverschil tussen het derde knooppunt en het eerste knooppunt een voorafbepaalde vierde drempelspanning Vth4 overschrijdt. De spanningscontroleschakeling omvat tussen het tweede knooppunt 7002 en het derde knooppunt 7013 een vijfde spanningscontroletak 7004e die ingericht is om stroom te laten vloeien in shuntschakeling 7003, wanneer een spannningsverschil tussen het tweede knooppunt 7001 en het derde knooppunt 7013 een voorafbepaalde vijfde drempelspanning Vth5 overschrijdt; en een zesde spanningscontroletak 7004f die ingericht is om stroom te laten vloeien in shuntschakeling 7003, wanneer een spannningsverschil tussen het derde knooppunt en het tweede knooppunt een voorafbepaalde zesde drempelspanning Vth6 overschrijdt. De eerste, tweede, derde, vierde, vijfde en zesde drempelspanningen Vth1, Vth2, Vth3, Vth4, Vth5, Vth6 van de verschillende spanningscontroletakken 7004a, 7004b, 7004c, 7004d, 7004e, 7004f kunnen dezelfde of verschillend zijn.

Shuntschakeling 7003 omvat een eerste controleerbaar schakelelement 7005a dat verbonden is om gecontroleerd te worden door de spanningscontroletakken 7004a, 7004f, een tweede controleerbaar schakelelement 7005b dat verbonden is om gecontroleerd te worden door de spanningscontroletakken 7004b, 7004d, en een derde controleerbaar schakelelement 7005c dat verbonden is om gecontroleerd te worden door de spanningscontroletakken 7004c, 7004e. Ee eerste en tweede controleerbare schakelelementen 7005a, 7005b zijn bij voorkeur in serie verbonden tussen eerste knooppunt 7001 en tweede knooppunt 7002, de eerste en derde controleerbare schakelelementen 7005a, 7005c zijn bij voorkeur in serie verbonden tussen eerste knooppunt 7001 en derde knooppunt 7013, en de tweede en derde controleerbare schakelelementen 7005b, 7005c zijn bij voorkeur in serie verbonden tussen tweede knooppunt 7002 en derde knooppunt 7013, zodanig dat er een gemeenschappelijk intermediair knooppunt 7016 is. De controleerbare schakelelementen 7005a, 7005b, 7005c kunnen bijvoorbeeld MOSFETs zijn.

Elke spanningscontroletak 7004a, 7004b, 7004c, 7004d, 7004e, 7004f omvat een serieverbinding van een weerstandsschakeling 7008, een spanningsbegrenzingsschakeling 7007, een activeringsschakeling 7009 en een diode 7006. Een eerste intermediair knooppunt tussen weerstandsschakeling 7008 en spanningsbegrenzingsschakeling 7007 is verbonden met een controleerbaar schakelelement 7005a, 7005b, 7005c op gelijkaardige wijze zoals hierboven werd beschreven voor de uitvoeringsvormen met twee pinnen. De vakman begrijpt dat de verschillende voorbeelduitvoeringsvormen die beschreven werden voor twee pinnen gemakkelijk uitgebreid kunnen worden naar uitvoeringsvormen met meer dan twee pinnen. Verder kunnen al naargelang de toepassing in uitvoeringsvormen met drie pinnen vier spanningscontroletakken in plaats van zes, bijvoorbeeld twee takken tussen het eerste knooppunt en het tweede knooppunt, twee takken tussen het eerste knooppunt en het derde knooppunt, en geen takken tussen het tweede knooppunt en het derde knooppunt, voorzien zijn. In een uitvoeringsvorm met vier pinnen kunnen bijvoorbeeld twaalf spanningscontroletakken zijn voorzien.

Een andere voorbeelduitvoeringsvorm van een clipschakeling 8000 met drie pinnen is geïllustreerd in figuur 8. Clipschakeling 8000 omvat een shuntschakeling 8003 en een spanningscontroleschakeling 8004a, 8004b, 8004c. Deze uitvoeringsvorm gebruikt een gemeenschappelijke spanningbegrenzingsschakeling 8007 en een gemeenschappelijk activeringsschakeling 8009, en is gelijkaardig aan de uitvoeringsvorm van figuur 5A met twee pinnen. De spanningscontroleschakeling omvat tussen het eerste knooppunt 8001 en het tweede knooppunt 8002 een eerste spanningscontroletak 8004a die ingericht is om een stroom te laten vloeien in de shuntschakeling 8003 wanneer een spanningsverschil tussen het eerste knooppunt 8001 en het tweede knooppunt 8002 een voorafbepaalde eerste drempelspanning Vth1 overschrijdt; en een tweede spanningscontroletak 8004b die ingericht is om een stroom te laten vloeien in de shuntschakeling 8003 wanneer een spanningsverschil tussen het tweede knooppunt 8002 en het eerste knooppunt 8001 een voorafbepaalde tweede drempelspanning Vth2 overschrijdt. De spanningscontroleschakeling omvat tussen het eerste knooppunt 8001 en het derde knooppunt 8013 een derde spanningscontroletak die ingericht is om een stroom te laten vloeien in shuntweerstand 8003, wanneer het spanningsverschil tussen het eerste knooppunt 8001 en het derde knooppunt 8013 een voorafbepaalde derde drempelspanning Vth3 overschrijdt, enz. Door de gemeenschappelijke spanningsbegrenzingsschakeling 8007 zijn minder componenten nodig voor het creëren van zes controletakken. In een dergelijke uitvoeringsvorm zijn de eerste, tweede, derde, vierde, vijfde en zesde drempelspanningen Vth1, Vth2, Vth3, Vth4, Vth5, Vth6 van de verschillende spanningscontroletakken 8004a, 8004b, enz. typisch dezelfde.

Shuntschakeling 8003 omvat een eerste controleerbaar schakelelement 8005a, een tweede controleerbaar schakelelement 8005b, en een derde controleerbaar schakelelement 8005c. De eerste en tweede controleerbare schakelelementen 8005a, 8005b zijn in serie verbonden tussen eerste knooppunt 8001 en tweede knooppunt 8002, de eerste en derde controleerbare schakelelementen 8005a, 8005c zijn in serie verbonden tussen eerste knooppunt 8001 en derde knooppunt 8013, en de tweede en derde controleerbare schakelelementen 8005b, 8005c zijn in serie verbonden tussen het tweede knooppunt 8002 en het derde knooppunt 8013, zodanig dat er een gemeenschappelijk intermediair knooppunt 8016 is. De controleerbare schakelelementen 8005a, 8005b, 8005c kunnen bijvoorbeeld MOSFETs zijn.

Elke mogelijke spanningscontroletak 8004a, 8004b, enz. omvat een serieverbinding van een weerstandsschakeling 8008a, 8008b, 8008c, een spanningsbegrenzingsschakeling 8007, een activeringsschakeling 8009, een diode 8006a, 8006, 8006c, en een diode 8011a, 8011b, 8011c. Een intermediair knooppunt tussen weerstandsschakeling 8008a, 8008b, 8008c en diode 8011a, 8011b, 8011c is verbonden met een controleerbaar schakelelement 8005a, 8005b, 8008c op gelijkaardige wijze als hiervoor werd beschreven voor de uitvoeringsvormen met twee pinnen, zie bijvoorbeeld figuur 5A.

Figuur 9 illustreert schematische een elektronische chip 9000 omvattende een ontvangstschakeling 9100 voor het ontvangen van een extern signaal, bijvoorbeeld draadloos via een antenne of via een kabel, en een clipschakeling 9200 volgens één van de eerdere uitvoeringsvormen, gekoppeld tussen een eerste knooppunt 9201 en een tweede knooppunt 9202 van de ontvangstschakeling 9100. De elektronische chip 9000 kan een multi-purpose input output (IO) eenheid zijn met één of meer ingangen en één of meer uitgangen, waarbij één of meer uitvoeringsvormen van clipschakelingen van de uitvinding gebruikt kunnen worden, en in het bijzonder uitvoeringsvormen met één of meer activeringsschakelingen. Andere voorbeelden zijn een herprogrammeerbare IO eenheid, een herconfigureerbare IO eenheid. Nog andere voorbeelden van elektronische chips zijn draadloze ontvangers zoals een RFID chip, een NFC chip, een Bluetooth chip, een Wi-Fi chip; of bedrade ingang en/of uitgang chips, zoals een USB chip, een HDMI chip, enz.

Hoewel de principes van de uitvinding hierboven werden uiteengezet met verwijzing naar specifieke uitvoeringsvormen, zal de vakman begrijpen dat de beschrijving louter werd gemaakt bij wijze van voorbeeld en niet mag gezien worden als een beperking van de beschermingsomvang die bepaald wordt door de conclusies in bijlage.

Claims

Conclusies

1. Een clipschakeling omvattende: een shuntschakeling (1003) die ingericht is om een stroom te geleiden tussen een eerste knooppunt en een tweede knooppunt; een afzonderlijke spanningscontroleschakeling die ingericht is om een stroom te veroorzaken in de shuntschakeling van het eerste knooppunt naar het tweede knooppunt, wanneer een spanningsverschil tussen het eerste knooppunt en het tweede knooppunt een voorafbepaalde eerste drempelspanning overschrijdt; en om een stroom te veroorzaken in de shuntschakeling van het tweede knooppunt naar het eerste knooppunt, wanneer een spanningsverschil tussen het tweede knooppunt en het eerste knooppunt een voorafbepaalde tweede drempelspanning overschrijdt.
2. De clipschakeling volgens conclusie 1, waarbij de spanningscontroleschakeling omvat: een eerste spanningscontroletak (1004a) die ingericht is om een stroom te veroorzaken in de shuntschakeling van het eerste knooppunt naar het tweede knooppunt, wanneer een spanningsverschil tussen het eerste knooppunt en het tweede knooppunt de voorafbepaalde eerste drempelspanning overschrijdt; een tweede spanningscontroletak (1004b) die ingericht is om een stroom te veroorzaken in de shuntschakeling van het tweede knooppunt naar het eerste knooppunt, wanneer een spanningsverschil tussen het tweede knooppunt en het eerste knooppunt de voorafbepaalde tweede drempelspanning overschrijdt.
3. De clipschakeling volgens conclusie 2, waarbij de shuntschakeling een eerste controleerbaar schakelelement (1005a) dat verbonden is om gecontroleerd te worden door de eerste spanningscontroletak, en een tweede controleerbaar schakelelement (1005b) dat verbonden is om gecontroleerd te worden door de tweede spanningscontroletak, omvat.
4. De clipschakeling volgens conclusie 3, waarbij de eerste en tweede controleerbare schakelelementen eerste en tweede veldeffecttransistoren zijn die in serie verbonden zijn tussen het eerste knooppunt en het tweede knooppunt.
5. De clipschakeling volgens conclusie 4, waarbij de eerste en tweede controleerbare schakelelementen eerste en tweede NMOS inrichtingen zijn die in serie verbonden zijn tussen het eerste knooppunt en het tweede knooppunt; of waarbij de eerste en tweede controleerbare schakelelementen eerste en tweede PMOS inrichtingen zijn die in serie verbonden zijn tussen het eerste knooppunt en het tweede knooppunt.
6. De clipschakeling volgens één der conclusies 2-5, waarbij de eerste spanningscontroletak een eerste weerstandsschakeling in serie met een spanningsbegrenzingsschakeling omvat, waarbij een eerste intermediair knooppunt tussen de eerste weerstandsschakeling en de spanningsbegrenzingsschakeling verbonden is met de shuntschakeling; waarbij de tweede spanningscontroletak een tweede weerstandsschakeling in serie met de spanningsbegrenzingsschakeling omvat, waarbij een tweede intermediair knooppunt tussen de tweede weerstandsschakeling en de spanningsbegrenzingsschakeling verbonden is met de shuntschakeling; waarbij de spanningsbegrenzingsschakeling geconfigureerd en verbonden is om het spanningsverschil (V1 - V2) tussen het eerste knooppunt en het tweede knooppunt te beperken wanneer het spanningsverschil de voorafbepaalde eerste drempelspanning overschrijdt, en om het spanningsverschil tussen het tweede knooppunt en het eerste knooppunt (V2 - V1) te beperken wanneer het spanningsverschil de voorafbepaalde tweede drempelspanning overschrijdt.
7. De clipschakeling volgens conclusie 6 en één der conclusies 3-5, waarbij de verbinding tussen het eerste intermediair knooppunt en de shuntschakeling zodanig is dat een spanning over de eerste weerstandsschakeling het eerste controleerbaar schakelelement controleert; en/of waarbij de verbinding tussen het tweede intermediair knooppunt en de shuntschakeling zodanig is dat een spanning over de tweede weerstandsschakeling het tweede controleerbaar schakelelement controleert.
8. De clipschakeling volgens conclusie 6 of 7, waarbij de spanningsbegrenzingsschakeling een eerste spanningsbegrenzer die verbonden is met de eerste weerstandsschakeling, en een afzonderlijke tweede spanningsbegrenzer die verbonden is met de tweede weerstandsschakeling omvat.
9. De clipschakeling volgens conclusie 6 of 7, waarbij de spanningsbegrenzingsschakeling een gemeenschappelijke spanningsbegrenzingsschakeling omvat die verbonden is met de eerste weerstandsschakeling en met de tweede weerstandsschakeling.
10. De clipschakeling volgens één der conclusies 6-9, waarbij de spanningsbegrenzingsschakeling één of meer van de volgende componenten omvat: een diode die verbonden is om te fungeren als een voorwaartse diode, een Zener diode, een transistor, een diode die verbonden is om te fungeren als een omgekeerde diode.
11. De clipschakeling volgens één der conclusies 2-10, verder omvattende in de eerste spanningscontroletak een eerste schakeling voor het creëren van een unidirectionele stroom van het eerste knooppunt naar het tweede knooppunt, en in de tweede spanningscontroletak een tweede schakeling voor het creëren van een unidirectionele stroom van het tweede knooppunt naar het eerste knooppunt.
12. De clipschakeling volgens één der voorgaande conclusies, verder omvattende een activeringsschakeling die ingericht is ten minste gedeeltelijk de werking van de clipschakeling te activeren en deactiveren. 13 De clipschakeling volgens conclusie 12, waarbij de activeringsschakeling een activeringsinrichting die ingericht is om de werking van de spanningscontroleschakeling te activeren en deactiveren.
14. De clipschakeling volgens conclusie 2 en 12, waarbij de activeringsschakeling een eerste activeringsinrichting die geconfigureerd is om de werking van de eerste spanningscontroletak te activeren en deactiveren; en/of een tweede activeringsinrichting die geconfigureerd is om de werking van de tweede spanningscontroletak te activeren en deactiveren, omvat.
15. De clipschakeling volgens conclusie 14, waarbij de eerste activeringsinrichting een eerste schakelinrichting die in serie verbonden is met de eerste spanningsbegrenzer is; en/of waarbij de tweede activeringsinrichting een tweede schakelinrichting die in serie verbonden is met de tweede spanningsbegrenzer is.
16. De clipschakeling volgens conclusie 14, waarbij de eerste activeringsinrichting een eerste schakelinrichting is die in parallel verbonden is met de eerste weerstandsschakeling; en/of waarin de tweede activeringsinrichting een tweede schakelinrichting is die in parallel verbonden met de tweede weerstandsschakeling.
17. De clipschakeling volgens één der voorgaande conclusies, waarbij de shuntschakeling verder ingericht is om een stroom te geleiden tussen het eerste knooppunt en een derde knooppunt; en waarbij de spanningscontroleschakeling verder ingericht is om een stroom te veroorzaken in de shuntschakeling van eerste knooppunt naar het derde knooppunt, wanneer een spanningsverschil tussen het eerste knooppunt en het derde knooppunt een voorafbepaalde derde drempelspanning overschrijdt.
18. De clipschakeling volgens conclusie 17, waarbij de spanningscontroleschakeling verder ingericht is om een stroom te veroorzaken in de shuntschakeling van het derde knooppunt naar het eerste knooppunt, wanneer een spanningsverschil tussen het derde knooppunt en het eerste knooppunt een voorafbepaalde vierde drempelspanning overschrijdt.
19. De clipschakeling volgens conclusie 18, waarbij de spanningscontroleschakeling omvat: een derde spanningscontroletak die ingericht is om een stroom te veroorzaken in de shuntschakeling van het eerste knooppunt naar het derde knooppunt, wanneer een spanningsverschil tussen het eerste knooppunt en het derde knooppunt een voorafbepaalde derde drempelspanning overschrijdt; een vierde spanningscontroletak die ingericht is om een stroom te veroorzaken in de shuntschakeling van het derde knooppunt naar het eerste knooppunt, wanneer een spanningsverschil tussen het derde knooppunt en het eerste knooppunt een voorafbepaalde vierde drempelspanning overschrijdt.
20. De clipschakeling volgens één der conclusies 17-19, waarbij de shuntschakeling verder ingericht is om een stroom te geleiden tussen het tweede knooppunt en het derde knooppunt; en waarbij de spanningscontroleschakeling verder ingericht is om een stroom te veroorzaken in de shuntschakeling van het tweede knooppunt naar het derde knooppunt, wanneer een spanningsverschil tussen het tweede knooppunt en het derde knooppunt een voorafbepaalde vijfde drempelspanning overschrijdt; en om een stroom te veroorzaken in de shuntschakeling van het derde knooppunt naar het tweede knooppunt, wanneer een spanningsverschil tussen het derde knooppunt en het tweede knooppunt een voorafbepaalde zesde drempelspanning overschrijdt.
21. De clipschakeling volgens conclusie 19 en 20, waarbij de spanningscontroleschakeling omvat: een vijfde spanningscontroletak die ingericht is om een stroom te veroorzaken in de shuntschakeling van het tweede knooppunt naar het derde knooppunt, wanneer een spanningsverschil tussen het tweede knooppunt en het derde knooppunt een voorafbepaalde vijfde drempelspanning overschrijdt; een zesde spanningscontroletak die ingericht is om een stroom te veroorzaken in de shuntschakeling van het derde knooppunt naar het tweede knooppunt, wanneer een spanningsverschil tussen het derde knooppunt en het tweede knooppunt een voorafbepaalde zesde drempelspanning overschrijdt.
22. Een elektronische chip omvattende een ontvangstschakeling voor het ontvangen van een extern signaal en een clipschakeling volgens één der voorgaande conclusie.
23. De elektronische chip volgens conclusie 22, waarbij de ontvangstschakeling een antenne omvat.