DE10158112C1 - Ausgangstreiberschaltung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Ausgangstreiberschaltung mit einer Eingangsstufe, an der eine Eingangsspannung liegt und einer Ausgangsstufe, an der eine Ausgangsspannung liegt, wobei Eingangsstufe und Ausgangsstufe mit mindestens einem Versorgungsspannungsanschluß und/oder mindestens einem Masseanschluß, an dem jeweils mindestens eine parasitäre Induktivität liegt, verbunden sind und die Eingangsstufe und die Ausgangsstufe so ausgebildet sind, daß dann, wenn der Betrag der Differenz zwischen einer von der Eingangsspannung abhängigen Spannung und einer von der Versorgungsspannung und/oder Massespannung abhängigen Spannung einen bestimmten ersten Schwellenwert überschreitet oder einen bestimmten Schwellenwert unterschreitet, in der Ausgangsstufe einen Stromfluß über den Versorgungsspannungsanschluß bzw. die Versorgungsspannungsanschlüsse und/oder den Masseanschluß bzw. die Masseanschlüsse ausgelöst oder unterbrochen wird, der auch über die parasitäre(n) Induktivität(en) fließt. Die erfindungsgemäße Ausgangstreiberschaltung enthält darüber hinaus ein mit der Eingangsspannung verbundenes Schaltungselement, das in der Lage ist, festzustellen, ob die Eingangsspannung sich in einem vorherbestimmten Intervall um einen zu einem der Schwellenwerte korrespondierenden Wert befindet und dann, wenn dieses der Fall ist, ein Steuersignal erzeugt, mit dem Änderungen des Stromflusses in der Ausgangsstufe solange reduziert werden, bis die Eingangsspannung außerhalb des vorherbestimmten ...

Description

Die Erfindung betrifft eine Ausgangstreiberschaltung mit einer Eingangsstufe, an der eine Eingangsspannung liegt, und einer Ausgangsstufe, an der eine Ausgangsspannung liegt, wobei Eingangsstufe und Ausgangsstufe mit mindestens einem Versorgungsspannungsanschluß und/oder mindestens einem Masse­ anschluß, an denen jeweils mindestens eine parasitäre Induktivität liegt, verbun­ den sind und die Eingangsstufe und die Ausgangsstufe so ausgebildet sind, daß dann, wenn der Betrag der Differenz zwischen einer von der Eingangsspannung abhängigen Spannung und einer von der Versorgungsspannung und/oder Masse­ spannung abhängigen Spannung einen bestimmten ersten Schwellenwert überschreitet oder einen bestimmten zweiten Schwellenwert unterschreitet, in der Ausgangsstufe ein Stromfluß über den Versorgungsspannungsanschluß bzw. die Versorgungsspannungsanschlüsse und/oder den Masseanschluß bzw. die Masse­ anschlüsse ausgelöst oder unterbrochen wird, der auch über die parasitären Induk­ tivität(en) fließt.

Derartige Ausgangstreiberschaltungen sind im Stand der Technik z. B. als Bustreiberschaltungen bekannt. Allgemein werden Ausgangstreiberschaltungen in integrierten Schaltungen dazu benötigt, relativ große Kapazitäten, wie sie im Zusammenhang z. B. mit Daten- und Taktzuführungen auftreten, umzuladen. Durch das Umladen der großen Lastkapazität am Ausgang der Treiberschaltungen entstehen Störspannungen in den parasitäre Induktivitäten bildenden Bondzu­ leitungen zum Ausgangstreiber, die so groß werden können, daß ein Ausfall der Schaltung verursacht werden kann.

In der Fig. 1 ist eine Ausgangstreiberschaltung mit einer Eingangs- und einer Ausgangsstufe schematisch dargestellt, wobei an der Eingangsstufe eine Eingangsspannung V_ein und an der Ausgangsstufe eine Ausgangsspannung V_aus liegt. Sowohl die Eingangsstufe als auch die Ausgangsstufe werden über die Versorgungsspannung V_cc versorgt. Die parasitären Induktivitäten der Anschluß­ drähte für die Versorgungspannung und den Masseanschluß sind in der Fig. 1 mit L₁ und L₂ gekennzeichnet. Die Anschlußdrähte können z. B. aus Bonddrähten bestehen.

In der Fig. 2 ist dargestellt, wie sich die parasitären Induktivitäten auf die Versorgungsspannung V_cc und das Massepotential V_gnd auswirken, wenn am Ausgang der Ausgangsstufe ein Strom eingeschaltet wird, der über die V_cc- und Masse-Anschlüsse fließt. Es wird angenommen, daß an der Eingangsstufe am Anschluß V_ein eine langsam ansteigende Spannung angelegt wird, die in der Fig. 2 gestrichelt dargestellt ist. Die Schaltung sei so ausgebildet, daß sobald die an der Eingangsstufe liegende Eingangsspannung V_ein einen Wert erreicht hat, bei dem der Betrag der Differenz zwischen der Eingangsspannung V_ein und der Versor­ gungsspannung V_cc eine gewisse Schwelle ΔV_s unterschreitet, in der Ausgangs­ stufe ein Schaltvorgang ausgelöst wird, durch den eine Lastkapazität am Ausgang der Ausgangsstufe über die Versorgungsspannung V_cc aufgeladen wird. Dadurch wird ein starker Stromfluß vom V_cc-Anschluß über die parasitäre Induktivität L₁, die Ausgangsstufe, die parasitäre Induktivität L₂ und den Masseanschluß ausge­ löst. Dabei entstehen nun aufgrund der parasitären Induktivitäten Störspannungen, die die Pegel der Versorgungsspannung V_cc und der Massespannung V_gnd verschieben, was in der Fig. 2 durch die beiden Schwingungsverläufe dargestellt wird, die die Versorgungsspannung und die Massespannung durchlaufen. Durch die Schwingungen verändert sich nun das Verhältnis zwischen Versorgungs­ spannung und Eingangsspannung in der Weise, daß die Schaltschwelle ΔV_s zum Ingangsetzen der Ausgangsstufe erneut unterschritten wird, so daß unter Umständen der Stromfluß in der Ausgangsstufe wieder unterbrochen wird. Das kann dazu führen, daß z. B. ein am Ausgang der Ausgangsstufe erzeugtes digitales Signal einen falschen Wert annimmt.

Die Erfindung hat nun das Ziel, eine Ausgangstreiberschaltung zu schaffen, bei der der negative Einfluß parasitärer Induktivitäten auf das Verhalten der Schaltung wesentlich vermindert wird.

Das Ziel der Erfindung wird durch eine eingangs genannte Ausgangstreiber­ schaltung erreicht, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie darüber hinaus ein mit der Eingangsspannung verbundenes Schaltungselement umfaßt, das in der Lage ist, festzustellen, ob die Eingangsspannung sich in einem vorherbestimmten Inter­ vall um einen zu dem ersten Schwellenwert bzw. dem zweiten Schwellenwert korrespondierenden Wert befindet und dann, wenn dieses der Fall ist, ein Steuer­ signal erzeugt, mit dem Änderungen des Stromflusses in der Ausgangsstufe solange reduziert werden, bis die Eingangsspannung außerhalb des vorher­ bestimmten Intervalls liegt.

Die Wirkung der erfindungsgemäßen Schaltung beruht darauf, daß sie in den kritischen Momenten, in denen sich die Eingangsspannung um einen Wert herum bewegt, bei dem sonst ein starker Stromfluß in der Ausgangsstufe ausgelöst oder unterbrochen werden würde, die Änderungen des Stromflusses in der Ausgangs­ stufe und damit die dadurch erzeugten Störspannungen solange unterdrückt bzw. vermindert werden, bis sich die Eingangsspannung der Ausgangstreiberschaltung in einem sicheren Abstand zu dem Wert befindet, bei dem ein starker Stromfluß in der Ausgangsstufe ausgelöst bzw. unterbrochen wird, so daß der Einfluß der Störspannungen selbst bei starken Stromänderungen in der Ausgangsstufe nicht mehr ausreichen kann, um ein Fehlverhalten der Schaltung zu provozieren.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen. In den Zeich­ nungen zeigen:

Fig. 1 ein prinzipielles Schaltbild einer Ausgangstreiberschaltung mit parasitären Induktivitäten,

Fig. 2 schematisch die bei der in der Fig. 1 dargestellten Ausgangstreiber­ schaltung auftretenden Störspannungen,

Fig. 3 eine bevorzugte Ausführungsform eines wesentlichen Schaltungs­ elements der erfindungsgemäßen Ausgangstreiberschaltung.

Die Fig. 1 und 2 wurden bereits in der Beschreibungseinleitung erläutert.

Fig. 3 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines wesentlichen zur erfindungsgemäßen Ausgangstreiberschaltung gehörenden Schaltungselements, das nachfolgend beschrieben wird.

Dieses Schaltungselement soll in einer Ausgangstreiberschaltung, wie sie schematisch in der Fig. 1 dargestellt ist, integriert sein.

Das in der Fig. 3 dargestellte Schaltungselement umfaßt einen ersten Inverter I1 mit einer ersten Schaltschwelle und einen parallel dazu geschalteten zweiten Inverter I2 mit einer zweiten Schaltschwelle, die sich von der ersten Schalt­ schwelle unterscheidet und im vorliegenden Beispiel kleiner als die erste Schalt­ schwelle sein soll. Die erste Schaltschwelle des ersten Inverters wird mit V_max und die zweite Schaltschwelle des zweiten Inverters mit V_min bezeichnet.

Die Eingänge beider Inverter sind mit dem in der Fig. 1 dargestellten Eingangsspannungsanschluß der Eingangsstufe der Ausgangstreiberschaltung verbunden.

Die Schaltschwellen V_max und V_min sind dabei so gewählt, daß sie ein vorher­ bestimmtes Intervall um einen Schwellenwert ΔV_s bilden, der einer vorher­ bestimmten Differenz zwischen der Versorgungsspannung V_cc und der Eingangs­ spannung V_ein entspricht, d. h. V_min < ΔV_s < V_max.

Die in der Fig. 3 dargestellte Schaltung umfaßt darüber hinaus ein EXKLUSIV-ODER-Gatter 1 (XOR-Gatter), das an seinen beiden Eingängen die von den beiden Invertern erzeugten Ausgangssignale empfängt. Am Ausgang des XOR-Gatters wird ein Steuersignal V_speedcontrol erzeugt, mit dem der Stromfluß in der Ausgangsstufe gesteuert werden kann.

Im rechten Teil der Fig. 3 ist ein Teil der beispielsweise in einer Ausgangs­ stufe vorhandenen Schaltungselemente dargestellt. Dabei ist mit T1 ein bipolarer Ausgangstransistor bezeichnet, der am Ausgang V_aus der Ausgangstreiber­ schaltung eine Spannung erzeugen kann, über die z. B. eine Lastkapazität am Ausgang geladen werden kann. Der Transistor T1 kann aber auch aus einem anderen Bauelement bestehen, z. B. aus einem MOS-FET.

In der Ausgangsstufe kann ein Stromfluß über die Versorgungsspannung V_cc, die Störinduktivität L1, den Schalter S, den bipolaren Transistor T1, die Störin­ duktivität L2 und Masse ausgelöst werden, wenn der Schalter S geschlossen ist. Der Schalter S ist ein steuerbarer Schalter, der durch die Eingangsspannung an der Eingangsstufe der Ausgangstreiberschaltung gesteuert wird und dann durch­ geschaltet wird, wenn der Betrag der Differenz zwischen der Eingangsspannung V_ein und der Versorgungsspannung V_cc einen bestimmten Schwellenwert überschreitet.

In dem Strompfad, der zur Basis des Transistors T1 führt, sind die beiden Widerstände R1 und R2 hintereinandergeschaltet. Parallel zum Widerstand R1 liegt die Source-Drainstrecke eines MOS-FETs 2, an dessen Gate das Steuersignal V_speedcontrol liegt.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Ausgangstreiber­ schaltung beispielhaft beschrieben.

Es wird angenommen, daß am Eingangsspannungsanschluß V_ein der Eingangs­ stufe der erfindungsgemäßen Ausgangstreiberschaltung (siehe Fig. 1 und Fig. 3) zunächst ein langsam ansteigendes Spannungssignal anliegt, wie es in der Fig. 2 zwischen den Zeitpunkten t₁ und t₂ zu erkennen ist. Solange dabei nun die Eingangsspannung V_ein unterhalb der Schaltschwelle V_min des zweiten Inverters I2 liegt, erzeugt das XOR-Gatter 1 kein Steuersignal V_speedcontrol und der MOS-FET 2 ist durchgeschaltet, so daß über die Source-Drainstrecke des MOS-FETs 2 ein Strom parallel zum Widerstand R1 zum Basisanschluß des Transistors T1 fließt. Sobald nun die Eingangsspannung V_ein den Schaltschwellenwert V_min des zweiten Inverters I2 erreicht, erzeugt dieser am Ausgang ein Steuersignal, was an den einen Eingang des XOR-Gatters gelangt und am Ausgang des XOR-Gatters ein Steuersignal V_speedcontrol erzeugt, das zum Gate-Anschluß des MOS-FETs 2 gelangt und diesen sperrt. Dadurch wird der Stromfluß über die Source-Drainstrecke des MOS-FETs 2 unterbrochen und der Transistor T1 erhält einen geringeren Basis­ strom. Wenn nun die Eingangsspannung V_ein zum Zeitpunkt T₂ einen solchen Wert erreicht, bei dem der Betrag der Differenz zwischen der Versorgungs­ spannung V_cc und der Eingangsspannung V_ein einen vorherbestimmten Schwel­ lenwert ΔV_s überschreitet, so wird der in der Fig. 3 dargestellte Schalter S durch­ geschaltet und es fließt ein Strom über V_cc, L₁, S, T1, L₂ und Masse.

Der Stromfluß ist jedoch relativ klein, da die Basis des Transistors T1 nur einen geringen Strom erhält, der über die Widerstände R1 und R2 fließen muß. Durch den geringen Stromfluß werden auch nur geringe Störspannungen durch die parasitären Induktivitäten L₁ und L₂ erzeugt, so daß sich die Pegel der Versor­ gungsspannung Vcc und der Massespannung V₀ nur relativ wenig verschieben. Dadurch bleibt die Differenz zwischen der Versorgungsspannung und der Eingangsspannung ΔV_s in einem vorherbestimmten Toleranzbereich, so daß ein Fehlverhalten der Ausgangstreiberschaltung, das z. B. durch ein erneutes Öffnen des Schalters S ausgelöst werden könnte, vermieden wird. Das Steuersignal V_speedcontrol und der damit verbundene geringe Ausgangsstrom der Ausgangsstufe der Ausgangstreiberschaltung bleiben solange erhalten, bis die Eingangsspannung V_ein die der Schaltschwelle des ersten Inverters I1 entsprechende Spannung V_max, die größer als ΔV_s ist, erreicht hat. Wenn diese Schaltschwelle erreicht ist, erzeugt auch der erste Inverter I1 ein Ausgangssignal, das an den Eingang des XOR-Gat­ ters gelangt, so daß am Ausgang des XOR-Gatters ein 0-Signal abgegeben wird, was zum Gate des MOS-FETs 2 gelangt, der daraufhin durchgeschaltet wird. Dadurch empfängt nun die Basis des Transitors T1 einen größeren Steuerstrom, so daß der über V_cc, L₁; , S, T1, L₂ und Masse fließende Ausgangsstrom der Ausgangsstufe der Ausgangstreiberschaltung nun seinen vollen Wert erreicht, der erforderlich ist, um eine Lastkapazität am Ausgang der Ausgangsstufe schnell aufzuladen.

Es ist klar, daß die Schaltschwellen V_max und V_min mindestens so gewählt werden müssen, daß ein Fehlverhalten der Schaltung aufgrund der Störspannun­ gen gerade noch vermieden wird, zum anderen aber die Geschwindigkeit der Ausgangsstufe beim Umladen einer am Ausgang liegenden Lastkapazität möglichst wenig vermindert wird.

In dem oben dargestellten Beispiel wurde der Strom in der Ausgangsstufe ausgelöst, wenn die Differenz zwischen dem Betrag der Versorgungsspannung und der Eingangsspannung einen bestimmten Schwellenwert erreicht hat. Wie für den Fachmann sofort ersichtlich ist, kommt es hier jedoch nicht darauf an, daß die Eingangsspannung auf die Versorgungsspannung bezogen wird. Es kann genau­ sogut sein, daß die Eingangsspannung mit der Massespannung verglichen wird oder mit der Versorgungsspannung und der Massespannung oder auch mit der Differenz zwischen Versorgungsspannung und Massespannung.

Das in der Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel läßt sich natürlich in vielfältiger Weise abwandeln, ohne daß der Kerngedanke der Erfindung verlassen wird. Es kommt lediglich darauf an, daß die Ausgangstreiberschaltung ein Schal­ tungselement umfaßt, das in der Lage ist, festzustellen, ob die Eingangsspannung sich in einem vorherbestimmten Intervall um einen zu dem Schwellenwert korrespondierenden Wert befindet und dann, wenn dieses der Fall ist, ein Steuer­ signal erzeugt, mit dem Stromänderungen in der Ausgangsstufe solange reduziert werden, bis die Eingangsspannung außerhalb des vorherbestimmten Intervalls liegt.

Die erfindungsgemäße Schaltung ist besonders geeignet für Schaltungen, bei denen langsam ansteigende Eingangssignale auftreten.

Claims (5)

1. Ausgangstreiberschaltung mit einer Eingangsstufe, an der eine Eingangs­ spannung liegt, und einer Ausgangsstufe, an der eine Ausgangsspannung liegt, wobei Eingangsstufe und Ausgangsstufe mit mindestens einem Versorgungs­ spannungsanschluß und/oder mindestens einem Masseanschluß, an denen jeweils mindestens eine parasitäre Induktivität liegt, verbunden sind und die Eingangs­ stufe und die Ausgangsstufe so ausgebildet sind, daß dann, wenn der Betrag der Differenz zwischen einer von der Eingangsspannung abhängigen Spannung und einer von der Versorgungsspannung und/oder Massespannung abhängigen Spannung einen bestimmten ersten Schwellenwert überschreitet oder einen bestimmten zweiten Schwellenwert unterschreitet, in der Ausgangsstufe ein Stromfluß über den Versorgungsspannungsanschluß bzw. die Versorgungs­ spannungsanschlüsse und/oder den Masseanschluß bzw. die Masseanschlüsse ausgelöst oder unterbrochen wird, der auch über die parasitären Induktivität(en) fließt, wobei die Schaltung darüber hinaus ein mit der Eingangsspannung verbundenes Schaltungselement umfaßt, das in der Lage ist, festzustellen, ob die Eingangsspannung sich in einem vorherbestimmten Intervall um einen zu dem ersten Schwellenwert bzw. dem zweiten Schwellenwert korrespondierenden Wert befindet und dann, wenn dieses der Fall ist, ein Steuersignal erzeugt, mit dem Änderungen des Stromflusses in der Ausgangsstufe solange reduziert werden, bis die Eingangsspannung außerhalb des vorherbestimmten Intervalls liegt.

2. Ausgangstreiberschaltung nach Anspruch 1, die in Form einer integrierten Schaltung ausgebildet ist, wobei die parasitären Induktivitäten Induktivitäten von Bondzuleitungsdrähten sind.

3. Ausgangstreiberschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Schaltungselement zwei jeweils die Eingangsspannung empfangende Inverter mit unterschiedlichen Schaltschwellenspannungen, die jeweils den Grenzen des Intervalls entsprechen, und ein Logikgatter umfaßt, dessen Eingänge jeweils mit dem Ausgang eines der Inverter verbunden sind und das am Ausgang das Steuersignal abgibt.

4. Ausgangstreiberschaltung nach Anspruch 3, bei der das Logikgatter ein XOR-Gatter ist.

5. Ausgangstreiberschaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der das Steuersignal an das Gate eines MOS-FETs gelegt wird, über den der Stromfluß in der Ausgangsstufe gesteuert wird.