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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine elektronische Schaltungsanordnung,
bei welcher einer oder mehrere Schaltungsknotenpunkte mit Hilfe
einer oder mehrerer Potentialeinstelleinrichtungen auf ein vorgebbares
Potential einstellbar sind.
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Spezifisch
betrifft die vorliegende Erfindung eine elektronische Schaltungsanordnung
zur Einstellung eines zu steuernden Schaltungsknotenpunkts auf eine
vorgebbare Potentialdifferenz gegenüber einem Potential eines Referenzknotenpunkts
der elektronischen Schaltungsanordnung, wobei die elektronische
Schaltungsanordnung in Reihe verbundene Schalteinheiten, die zwischen
den Referenzknotenpunkt und den zu steuernden Schaltungsknotenpunkt
geschaltet sind, und einen Steueranschluss zum Anlegen eines Steuerpotentials
an die in Reihe verbundenen Schalteinheiten aufweist, wobei über den
Schalteinheiten jeweils ein als Funktion des Steuerpotentials einstellbarer
Spannungsabfall gebildet wird.
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Die
Anforderungen an elektronische Schaltungsanordnungen wie beispielsweise
elektronische Bauteile, elektronische Chips, etc. werden immer komplexer
derart, dass immer umfangreichere Schaltungsanordnungen in ein einziges
Bauteil (Chip) integriert werden müssen. Aus diesem Grunde werden
in elektronischen Schaltungsanordnungen zunehmend mehr Transistoren
verwendet, wodurch der Betriebsstrom bzw. die Verlustleistung der
elektronischen Schaltungsanordnung in nachteiliger Weise ansteigt.
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Um
eine weitere Miniaturisierung/Verkleinerung und eine damit verbundene
höhere
Integrationsdichte von elektronischen Schaltungsanordnungen zu verwirklichen,
besteht die Forderung nach einer geringen Verlustleistung der gesamten
Schaltungsanordnung.
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Eine
wesentliche Teilkomponente elektronischer Schaltungsanordnungen,
wie beispielsweise elektronischer Speichermodule, besteht in der
Bereitstellung von Potentialeinstelleinrichtungen, sogenannten „Bleeder"-Schaltungen, welche
benutzt werden, um Schaltungsknotenpunkte auf ein vorbestimmtes
Potential zu ziehen.
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Eine
derartige Potentialeinstellung mit Hilfe von Bleeder-Schaltungen erfordert
einen zumeist kleinen Strom durch die als "Bleeder" eingesetzten Schalteinheiten, die beispielsweise
als Transistoren ausgebildet sind. Der durch die Bleeder-Transistoren fließende Strom
wird hierbei durch die Bauform und die Anzahl der in Serie geschalteten
Schalteinheiten (Transistoren) beeinflusst. In nachteiliger Weise weist
die Potentialeinstelleinrichtung bei einer Einstellung eines Potentials
eine hohe Zeitkonstante dann auf, wenn – zu Zwecken einer Verringerung
des Energiebedarfs – die
Bleeder-Schaltung
mit einem geringen Strom betrieben wird.
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Somit
ist es nachteilig, dass zur Verkleinerung eines Leckstroms durch
die entsprechende Bleeder-Schaltung infolge einer Widerstandserhöhung eine
Zeitkonstante der Schaltungsanordnung vergrößert wird. In unzweckmäßiger Weise
ist es dann nicht mehr möglich,
die Anforderungen an die elektronische Schaltungsanordnung hinsichtlich
höherer
Frequenzen zu erfüllen.
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Weiterhin
ist es in elektronischen Schaltungsanordnungen nach dem Stand der
Technik unzweckmäßig, dass
bei der Konzeption und Auslegung der elektronischen Schaltungsanordnung
eine größere Anzahl
von Bleeder-Schaltungen (Potentialeinstelleinrichtungen) als eine
tatsächlich
benötigte Anzahl
von Bleeder-Schaltungen bereitgestellt wird. Da auch durch nicht
verwendete Bleeder-Schaltungen ein – wenngleich geringer – Leckstrom
fließt, führt dies
in nachteiliger Weise zu einer weiteren Erhöhung des Betriebsstroms bzw,
der Verlustleistung der gesamten elektronischen Schaltungsanordnung.
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Um
Anforderungen an die herkömmlichen elektronischen
Schaltungsanordnungen hinsichtlich einer höheren Betriebsfrequenz zu erfüllen, ist
vorgeschlagen worden, den Leckstrom durch die entsprechende Bleeder-Schaltung
zu erhöhen.
Auf diese Weise wird es zwar möglich,
eine kleine Zeitkonstante einer Potentialeinstellung mit Hilfe der
Potentialeinstelleinrichtung (Bleeder-Schaltung) zu erreichen, der
erhöhte
Leckstrom führt
jedoch wiederum zu einem erhöhten
Gesamt-Betriebsstrom der elektronischen Schaltungsanordnung und
trägt damit
zu einer nicht erwünschten
Erhöhung
der Gesamt-Verlustleistung der elektronischen Schaltungsanordnung bei.
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Weiterhin
ist es unzweckmäßig, dass
nicht verwendete Potentialeinstelleinrichtungen in der elektronischen
Schaltungsanordnung verbleiben. Insbesondere dann, wenn defekte
Bitleitungen beispielsweise in einem Speichermodul vorhanden sind, können diese
einen Kurzschluss gegen Masse aufweisen. Damit würde es für die Potentialeinstelleinrichtung
unmöglich,
einen zu steuernden Schaltungsknotenpunkt auf ein vorbestimmtes
Potential zu ziehen. Dies hat zur Folge, dass durch die Potentialeinstelleinrichtung
dauerhaft der größtmögliche Strom fließt, da ein
Sättigungs-Potentialpegel
nie erreicht wird. Dies führt
dazu, dass durch die drastische Stromerhöhung durch die Potentialeinstelleinrichtung eine
Verlustleistung der gesamten elektronischen Schaltungsanordnung
erhöht
wird.
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In
elektronischen Schaltungsanordnungen, die als Speichermodule ausgebildet
sind, werden weiterhin redundante Bitleitungen bereitgestellt, die gegebenenfalls
nicht verwendet werden, wenn defekte Bitleitungen bereits durch
andere redundante Bitleitungen ersetzt worden sind. Sowohl redundante wie
defekte Bitleitungen verursachen dann, wenn diese – wie es üblicherweise
in herkömmlichen
elektronischen Schaltungsanordnungen der Fall ist – mit einer
Potentialeinstelleinrichtung (Bleeder-Schaltung) gekoppelt sind.
Auf diese Weise fließt
ein Leckstrom durch sämtliche
der bereitgestellten Bleeder-Schaltungen derart, dass die Gesamt-Verlustleistung
der elektronischen Schaltungsanordnung in unerwünschter Weise erhöht wird.
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Weiterhin
ist es üblich,
Potentialeinstelleinrichtungen zu benutzen, um beispielsweise Kontaktkissen
auf ein vorbestimmtes Potential zu ziehen. Soll der zu steuernde
Schaltungspunkt allerdings auf ein anderes Potential gezogen werden,
wird üblicherweise
eine "externe" Spannung gegenüber einem vorbestimmten
Referenzpunktpotential angelegt, wobei die "externe" Spannung das Signal der Potentialeinstelleinrichtung überschreibt.
In diesem Fall würde
die Potentialeinstelleinrichtung den maximal möglichen Strom (Leckstrom) treiben,
ohne dass der Sättigungs-Potentialpegel
erreicht würde.
Auch hier ergibt sich der Nachteil, dass der gesamte Betriebsstrom
und damit die Verlustleistung der elektronischen Schaltungsanordnung
ansteigt.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektronische
Schaltungsanordnung mit Potentialeinstelleinrichtungen zur Einstellung
eines Potentials vorzusehen, bei der ein Energieverbrauch verringert
ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine
elektronische Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1 gelöst.
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Ferner
wird die Aufgabe durch ein im Patentanspruch 5 angegebenes Verfahren
gelöst.
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Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Ein
wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, nicht verwendete
Potentialeinstelleinrichtungen (Bleeder-Schaltungen) zu deaktivieren bzw. die
entsprechenden Potentialeinstelleinrichtungen von dem zu steuernden
Schaltungsknotenpunkt elektrisch zu trennen.
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Eine
derartige Abtrennung des Strompfads von Bleeder-Schaltungen führt in vorteilhafter Weise zu
einer Verringerung des Betriebsstroms und damit der Verlustleistung
der elektronischen Schaltungsanordnung.
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Da
nicht benötigte
Bleeder-Schaltungen abgeschaltet werden, kann für die weiterhin benötigten Bleeder-Schaltungen
ein größerer Strom
bereitgestellt werden, welcher eine Verringerung der Zeitkonstante
einer Potentialeinstellung durch die Potentialeinstelleinrichtung
bewirkt, wodurch höhere
Betriebsfrequenzen erreicht werden.
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Die
erfindungsgemäße elektronische
Schaltungsanordnung zur Einstellung eines zu steuernden Schaltungsknotenpunkts
auf eine vorgebbare Potentialdifferenz gegenüber einem Potential eines Referenzknotenpunkts
der elektronischen Schaltungsanordnung weist im Wesentlichen auf:
- a) in Reihe verbundene Schalteinheiten, die
zwischen den Referenzknotenpunkt und den zu steuernden Schaltungsknotenpunkt
geschaltet sind; und
- b) einen Steueranschluss zum Anlegen eines Steuerpotentials
an die in Reihe verbundenen Schalteinheiten, wobei über den
Schalteinheiten jeweils ein als Funktion des Steuerpotentials einstellbarer
Spannungsabfall gebildet wird.
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Die
Schaltungsanordnung weist weiter eine Trennungseinrichtung auf,
die in Reihe zu den in Reihe verbundenen Schalteinheiten geschaltet
ist.
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Ferner
weist das erfindungsgemäße Verfahren
zum Einstellen eines zu steuernden Schaltungsknotenpunkts, der innerhalb
einer elektronischen Schaltungsanordnung angeordnet ist, auf eine
vorgebbare Potentialdifferenz gegenüber einem Potential eines Referenzknotenpunkts
der elektronischen Schaltungsanordnung im Wesentlichen die folgenden
Schritte auf:
- a) Anlegen eines Steuerpotentials
an einen Steueranschluss der elektronischen Schaltungsanordnung;
und
- b) Ansteuern von in Reihe verbundenen Schalteinheiten, die zwischen
den Referenzknotenpunkt und den zu steuernden Schaltungsknotenpunkt geschaltet
sind, mit Hilfe des Steuerpotentials, wobei über den Schalteinheiten jeweils
ein als Funktion des Steuerpotentials einstellbarer Spannungsabfall
gebildet wird.
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Der
zu steuernde Schaltungsknotenpunkt kann mittels einer Trennungseinrichtung
von den Schalteinheiten elektrisch getrennt werden.
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In
den Unteransprüchen
finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des
jeweiligen Gegenstandes der Erfindung.
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Gemäß einer
bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist die Trennungseinrichtung als
eine mit einem Laser schmelzbare Sicherung, d.h. eine sogenannte "Laser-Fuse" ausgebildet. Weiterhin
ist es zweckmäßig, wenn
die Trennungseinrichtung als ein Umschalter ausgebildet ist.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sind
die Schalteinheiten als Bipolar-Transistoren
oder als Feldeffekt-Transistoren ausgebildet.
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Gemäß noch einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung liegt
das Steuerpotential zwischen dem Potential des Referenzknotenpunkts
und dem Potential des zu steuernden Schaltungsknotenpunkts.
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Gemäß noch einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird
die vorgebbare Potentialdifferenz gegenüber dem Potential des Referenzknotenpunkts
als die Summe der Spannungsabfälle über den
Schalteinheiten gebildet.
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Gemäß noch einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung werden
die Spannungsabfälle
jeweils gleichzeitig in Abhängigkeit
von dem Steuerpotential an den Schalteinheiten gebildet.
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In
einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird
die vorgebbare Potentialdifferenz gegenüber einem Potential des Referenzknotenpunkts
der elektronischen Schaltungsanordnung auf den Wert 0 eingestellt.
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Gemäß noch einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird
das Steuerpotential parallel an die in Reihe verbundenen Schalteinheiten
angelegt.
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Gemäß noch einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird
an die in Reihe verbundenen Schalteinheiten jeweils ein unterschiedliches
Steuerpotential angelegt.
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Gemäß noch einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung trennt
eine als eine Laser-Fuse ausgebildete Trennungseinrichtung die Schalteinheiten
nichtreversibel von dem zu steuernden Schaltungsknotenpunkt elektrisch.
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Gemäß noch einer
weiteren bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung trennt
eine als ein Umschalter ausgebildete Trennungseinrichtung die Schalteinheiten
reversibel von dem zu steuernden Schaltungsknotenpunkt.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert.
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In
der Zeichnung zeigt:
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1 eine
erfindungsgemäße Potentialeinstelleinrichtung,
welche mit einer Trennungseinrichtung versehen ist, gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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1 zeigt
eine schematische Schaltungsanordnung einer Potentialeinstelleinrichtung 100 gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. Wie in der 1 gezeigt, sind
Schalteinheiten 106a–106n in
Reihe zwischen einem Referenzknotenpunkt 103 und einem
zu steuernden Schaltungsknotenpunkt 101 verbunden.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass, obwohl in der 1 vier Schalteinheiten 106a, 106b, 106c, 106n gezeigt
sind, die Anzahl der Schalteinheiten nicht auf vier beschränkt ist,
sondern geringer oder größer als
diese Anzahl sein kann.
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In
dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Schalteinheiten
als Bipolar-mpn-Transistoren ausgebildet. Werden diese Transistoren
an ihrem Basis-Eingang mit einem Steuerpotential 105c beaufschlagt,
welches zwischen dem Potential des Referenzknotenpunkts 103 und
dem Potential des zu steuernden Schaltungsknotenpunkts 101 liegt,
so werden die Schalteinheiten 106a–106n in Abhängigkeit
von dem angelegten Steuerpotential 105c mehr oder weniger
durchgeschaltet, was zu einem mehr oder weniger großen Spannungsabfall 107a–107n über den
Schalteinheiten 106a–106n führt.
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Wie
in 1 gezeigt, ist die letzte Schalteinheit 106n elektrisch über eine
Trennungseinrichtung 108 mit dem zu steuernden Schaltungsknotenpunkt 101 verbunden.
Es sei hier angenommen – obwohl die
vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt ist -, dass die über der
Trennungseinrichtung 108, die beispielsweise als eine "Laser-Fuse" ausgebildet sein
kann, kein nennenswerter Spannungsabfall vorhanden ist. Somit setzt
sich die vorgebbare Potentialdifferenz 102 des zu steuernden
Schaltungsknotenpunkts 101 gegenüber dem Potential des Referenzknotenpunkts 103 als
Summe der Spannungsabfälle 107a–107n über den
Schalteinheiten 106a–106n zusammen.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass das Potential des Referenzknotenpunkts 103 als
das Betriebsspannungspotential VDD bereitgestellt
werden kann.
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Die
Wirkungsweise der in 1 gezeigten Potentialeinstelleinrichtung 100 (Bleeder-Schaltung) besteht
nun darin, dass Potential des zu steuernden Schaltungsknotenpunkts 101 in
Abhängigkeit
von dem an den Eingang (Basis-Anschluss) der Schalteinheiten 106a–106n angelegten
Steuerpotential 105c in Richtung des bzw. auf das Potential
des Referenzknotenpunkts 103 zu ziehen.
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Auf
diese Weise wird es ermöglicht,
dass der zu steuernde Schaltungsknotenpunkt auf eine vorgebbare
Potentialdifferenz 102 gegenüber einem Potential des Referenzknotenpunkts 103 der
elektronischen Schaltungsanordnung eingestellt wird. Insbesondere
ist es möglich,
die vorgebbare Potentialdifferenz 102 gegenüber dem
Potential des Referenzknotenpunkts 103 der elektronischen
Schaltungsanordnung auf den Wert 0 einzustellen, d.h. das Potential des
zu steuernden Schaltungsknotenpunkts 101 entspricht dem
Potential des Referenzknotenpunkts 103.
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Eine
in 1 gezeigte Potentialeinstelleinrichtung 100 wird
beispielsweise für
Speichermodule (Halbleiter-Speicher) eingesetzt, um Bitleitungen
auf einen vordefinierten Pegel zu ziehen, bzw. diese auf diesem
Pegel (Potential) zu halten.
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Ein
derartiges Potential liegt dabei genau zwischen einem "High"-Pegel und einem "Low"-Pegel. Hierbei bestimmt
der Strom, der durch die Potentialeinstelleinrichtung (durch die
in Reihe verbundenen Schalteinheiten 106a–106n)
fließt,
mit welcher Geschwindigkeit die Bitleitungen bzw. der zu steuernde
Schaltungsknotenpunkt 101 auf ein vorbestimmtes Potential
gezogen werden können.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass in einer elektronischen Schaltungsanordnung üblicherweise eine
hohe Anzahl der in 1 gezeigten Bleeder-Schaltungen
(Potentialeinstelleinrichtungen) 100 bereitgestellt ist.
Damit nicht verwendete Potentialeinstelleinrichtungen 100 durch
ihren Leckstrom, d.h. einen Längsstrom
durch die Schalteinheiten 106a–106n, nicht zu einer
Erhöhung
des Gesamtbetriebsstroms bzw. der Verlustleistung beitragen können, ist
erfindungsgemäß in der
Potentialeinstelleinrichtung 100 eine Trennungseinrichtung 108 vorgesehen,
mit deren Hilfe die Potentialeinstelleinrichtung 100 vollständig abgeschaltet
werden kann, derart, dass ein durch die Potentialeinstelleinrichtung 100 fließender Strom
gänzlich
vermieden wird.
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Auf
diese Weise ist es möglich,
die Verlustleistung der gesamten elektronischen Schaltungsanordnung
zu verringern.
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Die
Trennungseinrichtung 108 kann als eine mit einem Laser
schmelzbare Sicherung ("Laser-Fuse") oder als ein Umschalter
ausgebildet sein.
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Die
als eine Laser-Fuse ausgebildete Trennungseinrichtung 108 trennt
die Schalteinheiten 106a–106n nicht-reversibel
von dem zu steuernden Schaltungsknotenpunkt elektrisch, während die
als ein Umschalter ausgebildete Trennungseinrichtung 108 die
Schalteinheiten auch reversibel von dem zu steuernden Schaltungsknotenpunkt 101 elektrisch trennen
kann.
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Auf
diese Weise wird der Vorteil erreicht, dass nicht benötigte Potentialeinstelleinrichtungen 100 komplett
abschaltbar sind. Eine derartige dauerhafte Abschaltung von Potentialeinstelleinrichtungen 100 in
der elektronischen Schaltungsanordnung verhindert einen Leckstrom
durch nicht verwendete Poten- tialeinstelleinrichtungen 100.
Dies führt
zu einer Verringerung des gesamten Betriebsstroms und des gesamten
Energieverbrauchs der elektronischen Schaltungsanordnung.
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Das
an einen Steueranschluss 104 der Potentialeinstelleinrichtung 100 der
elektronischen Schaltungsanordnung angelegte Steuerpotential 105c liegt
zwischen dem Potential des Referenzknotenpunkts 103 und
dem Potential des zu steuernden Schaltungsknotenpunkts 101,
wie in 1 durch Steuerpotentialdifferenzen 105a, 105b veranschaulicht.
Die Steuerpotentialdifferenz 105a ist zwischen dem Potential
des Referenzknotenpunkts 103 und dem Steueranschluss 104 ausgebildet,
während
die Steuerpotentialdifferenz 105b zwischen dem Steueranschluss 104 und
dem Potential des zu steuernden Schaltungsknotenpunkts 101 ausgebildet
ist.
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Mit
der in 1 gezeigten Potentialeinstelleinrichtung ist es
weiterhin möglich,
dass die Spannungsabfälle 107a–107n in
Abhängigkeit
von dem Steuerpotential 105c an den Schalteinheiten 106a–106n gebildet
werden. Hierbei kann das Steuerpotential 105c parallel
an die in Reihe verbundenen Schalteinheiten 106a–106n angelegt
werden.
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Weiterhin
ist es möglich
(in 1 nicht gezeigt), dass an die in Reihe verbundenen
Schalteinheiten 106a–106n jeweils
ein unterschiedliches Steuerpotential angelegt wird. Auf diese Weise
ist es möglich,
die Spannungsabfälle 107a–107n in
Abhängigkeit
von dem jeweils unterschiedlichen Steuerpotential unterschiedlich
einzustellen. Vorzugsweise sind die Schalteinheiten 106a–106n,
die in Reihe verbunden sind, als Bipolar-Transistoren ausgebildet. Weiterhin
ist es vorteil haft, die in Reihe verbundenen Schalteinheiten 106a–106n als
Feldeffekt-Transistoren auszubilden.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise
modifizierbar.
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Auch
ist die Erfindung nicht auf die genannten Anwendungsmöglichkeiten
beschränkt.
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- 100
- Potentialeinstelleinrichtung
- 101
- Zu
steuernder Schaltungsknotenpunkt
- 102
- Vorgebbare
Potentialdifferenz
- 103
- Referenzknotenpunkt
- 104
- Steueranschluss
- 105a,
105b
- Steuerpotentialdifferenz
- 105c
- Steuerpotential
- 106a–106n
- Schalteinheit
- 107a–107n
- Spannungsabfall
an Schalteinheit
- 108
- Trennungseinrichtung