DE102016223354B4 - Schalt-Schaltungsanordnung, Gleichspannungsschnittstelle und Verfahren zum Betreiben einer Schalt-Schaltungsanordnung - Google Patents

Schalt-Schaltungsanordnung, Gleichspannungsschnittstelle und Verfahren zum Betreiben einer Schalt-Schaltungsanordnung Download PDF

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Abstract

Schalt-Schaltungsanordnung (1000; 2000; 3000; 4000) zum Bereitstellen während eines EIN-Zustands einer Verbindung zwischen einem ersten Port (1002) zum Empfangen einer Eingangsspannung (Vin; U(t)) und einem zweiten Port (1004) und zum elektrischen Trennen während eines AUS-Zustands des ersten Ports (1002) von dem zweiten Port (1004), wobei die Schalt-Schaltungsanordnung Folgendes umfasst:ein erstes Kaskodentransistorelement (100), das eine anwendbare Betriebsspannung aufweist und einen ersten Steueranschluss (102) umfasst, wobei das erste Kaskodentransistorelement (100) mit dem ersten Port (1002) der Schalt-Schaltungsanordnung verbunden ist; undein zweites Kaskodentransistorelement (200), das auch die anwendbare Betriebsspannung aufweist und einen zweiten Steueranschluss (202) umfasst, wobei das zweite Kaskodentransistorelement (200) mit dem zweiten Port (1004) der Schalt-Schaltungsanordnung verbunden ist;ein Schalttransistorelement (300; 350), das auch die anwendbare Betriebsspannung aufweist und einen dritten Steueranschluss (302) umfasst, wobei das Schalttransistorelement (300; 350) zwischen dem ersten (100) und zweiten (200) Kaskodentransistorelement in Reihe verbunden ist; undeine Versorgungssignalanordnung (400; 800), die mit dem ersten (102), zweiten (202) und dritten (302) Steueranschluss verbunden ist und zum Liefern einer ersten Steuerspannung (104) an den ersten Steueranschluss (102), zum Liefern einer zweiten Steuerspannung (204) an den zweiten Steueranschluss (202) und zum Liefern einer dritten Steuerspannung (304) an den dritten Steueranschluss (302) konfiguriert ist;wobei das erste Kaskodentransistorelement (100) mit einer ersten Anpassungsschaltungsanordnung (500) verbunden ist, die erste Anpassungsschaltungsanordnung (500) zwischen dem ersten Steueranschluss (102) und einem Referenzpotential (1006) verbunden ist und zum Anpassen der ersten Steuerspannung (104) konfiguriert ist, so dass während des EIN-Zustands die Spannungsdifferenz zwischen der ersten Steuerspannung (104) und der Eingangsspannung (Vin; U(t)) geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung ist;wobei das zweite Kaskodentransistorelement (200) mit einer zweiten Anpassungsschaltungsanordnung (600) verbunden ist, wobei die zweite Anpassungsschaltungsanordnung (600) zwischen dem zweiten Steueranschluss (202) und dem Referenzpotential (1006) verbunden ist und dazu konfiguriert ist, die zweite Steuerspannung (204) so anzupassen, dass während des EIN-Zustands die Spannungsdifferenz zwischen der zweiten Steuerspannung (204) und der Eingangsspannung (Vin; U(t)) geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung ist;wobei das Schalttransistorelement (300; 350) mit einer dritten Anpassungsschaltungsanordnung (700) verbunden ist, wobei die dritte Anpassungsschaltungsanordnung (700) zwischen dem dritten Steueranschluss (302) und dem Referenzpotential (1006) verbunden ist und dazu konfiguriert ist, die dritte Steuerspannung (304) so anzupassen, dass während des EIN-Zustands die Spannungsdifferenz zwischen der dritten Steuerspannung (304) und der Eingangsspannung (Vin; U(t)) geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung ist; undwobei ein maximaler Spannungspegel (Umax) der Eingangsspannung (Vin; U(t)) höher als die anwendbare Betriebsspannung ist;wobei die erste Anpassungsschaltungsanordnung (500) einen ersten Sourcefolger mit einem ersten resistiven Element (502) umfasst, wobei während des EIN-Zustands ein Spannungsabfall über dem ersten resistiven Element (502) die erste Steuerspannung (104) anpasst;wobei die zweite Anpassungsschaltungsanordnung (600) einen zweiten Sourcefolger mit einem zweiten resistiven Element (602) umfasst, wobei während des EIN-Zustands ein Spannungsabfall über dem zweiten resistiven Element (602) die zweite Steuerspannung (204) anpasst;wobei die dritte Anpassungsschaltungsanordnung (700) einen dritten Sourcefolger mit einem dritten resistiven Element (702) umfasst, wobei während des EIN-Zustands ein Spannungsabfall über dem dritten resistiven Element (702) die dritte Steuerspannung (304) anpasst.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Ausführungsformen betreffen Schalt-Schaltungsanordnungen. Ausführungsformen betreffen ferner eine DC-Schnittstelle, die eine Schalt-Schaltungsanordnung umfasst, und ein Verfahren zum Betreiben einer Schalt-Schaltungsanordnung. Andere Ausführungsformen betreffen auch einen Mittelspannungseingangsschalter mit einem geschützten Niederspannungstransistor.
  • Technischer Hintergrund
  • Historisch verwenden viele Anwendungen eine Fünf-Volt-Schnittstelle in analog und digital (IOs). Bei dieser Anwendung wird diese Spannung dann auch an der Leistungsversorgung erscheinen. Vorrichtungen und Schaltkreise verwenden eine Leistungsversorgung, die von einer Schalt-Schaltungsanordnung zum Betrieb bereitgestellt wird.
  • In US 8 022 745 B1 ist ein Hochspannungshalbleiterschalter beschrieben, der aus einer Kette von in Reihe geschalteten Kaskodenschaltungen gebildet ist. Der Schalter kann eine Einzelwurfkonfiguration sein, die zwischen einen Ausgang und eine Gleichstrom (DC) -Referenz gekoppelt ist.
  • In US 2014/0002051 A1 ist eine Kaskodenschaltung beschrieben, die MOS-Transistoren verwendet. In einer Ausführungsform kann eine adaptive Kaskodenschaltung enthalten: (i) einen Haupt-MOS-Transistor; (ii) n adaptive MOS-Transistoren, die mit dem Drain des Haupt-MOS-Transistors in Reihe geschaltet sind, wobei n eine ganze Zahl größer als eins sein kann; (iii) eine Abschalt-Klemmschaltung, die mit den Gates der n adaptiven MOS-Transistoren verbunden ist.
  • In US 2004/0189275 A1 ist eine Stromtreiberschaltung bescrieben, die mit einem Vorspannungsgenerator und einer Stromausgabeeinheit versehen ist, wobei der Vorspannungsgenerator versehen ist mit: einem p-Kanal-MOS-Transistor, einem p-Kanal-MOS-Transistor und einer Referenzstromquelle; und die Stromausgabeeinheit ist versehen mit: einem p-Kanal-MOS-Transistor, einer Schalteinrichtung, einem p-Kanal-MOS-Transistor und einem Ausgangsanschluß.
  • In US 3 717 868 A ist ein digitales Dekodiersystem beschreiben, das zum Dekodieren von Mehrbit-Parallelkanal-Digitaleingangssignalen unter Verwendung einer kaskadierten (Serien-) MOSFET-Umschaltschaltung vom Einkanaltyp verwendet wird.
  • In US 2009/0115489 A1 ist eine Schalteranordnung zum Bereitstellen eines Treibersignals an einem Ausgang beschrieben, die einen Treiberschalter umfasst, der mit dem Ausgang der Schalteranordnung gekoppelt ist, und ein Regelelement umfasst, das in Reihe zwischen den Treiberschalter und einen Stromversorgungseingang der Schalteranordnung geschaltet ist.
  • In US 2013/0049813 A1 ist eine High-Side-Schalterschaltung beschrieben, die einen ersten Ausgangs-MOS-Transistor, der an einem ersten Ende mit einem Stromversorgungsanschluß verbunden ist, enthält. Die High-Side-Schalterschaltung enthält einen zweiten Ausgangs-MOS-Transistor, der an einem ersten Ende mit einem zweiten Ende des ersten Ausgangs-MOS-Transistors und an einem zweiten Ende mit einem Spannungsausgangsanschluß verbunden ist.
  • In US 2016/0241234 A1 ist eine Umschaltschaltung beschrieben, die einen passiven Schalter umfasst, der mit einem ersten Schalteranschluss gekoppelt ist; einen Antriebsschalter, der in Reihe mit dem passiven Schalter und einem zweiten Schalteranschluss gekoppelt ist, wobei der Antriebsschalter konfiguriert ist, den passiven Schalter ein- und auszuschalten; eine Stromquelle, die konfiguriert ist, um den passiven Schalter und den Antriebsschalter mit Strom zu versorgen.
  • Kurzdarstellung
  • Ein Konzept, Schaltelemente, wie etwa Transistoren, zu verwenden, die eine Spannungsklasse unterhalb oder geringer als eine zu schaltende Spannung umfassen, wird offenbart. Indem Steuerspannungen von Transistorelementen angepasst werden, können die Transistorelemente verwendet werden, um Spannungen zu schalten, die höher als ihre anwendbare Betriebsspannung sind.
  • Ausführungsformen stellen eine Schalt-Schaltungsanordnung zum Bereitstellen während eines EIN-Zustands einer Verbindung zwischen einem ersten Port, der zum Empfangen einer Eingangsspannung konfiguriert ist, und einem zweiten Port und zum elektrischen Trennen während eines AUS-Zustands des ersten Ports von dem zweiten Port bereit. Die Schalt-Schaltungsanordnung umfasst ein erstes Kaskodentransistorelement, ein zweites Kaskodentransistorelement und ein Schalttransistorelement. Das erste Kaskodentransistorelement, das zweite Kaskodentransistorelement und das Schalttransistorelement weisen eine anwendbare Betriebsspannung auf und umfassen jeweils einen Steueranschluss. Das erste Kaskodentransistorelement ist mit dem ersten Port der ersten Schaltschnittstelle verbunden. Das zweite Kaskodentransistorelement ist mit dem zweiten Port der Schaltschnittstelle verbunden. Der Schalttransistor ist zwischen dem ersten und dem zweiten Kaskodentransistorelement in Reihe verbunden. Die Schalt-Schaltungsanordnung umfasst eine Versorgungssignalanordnung, die mit dem Steueranschluss des ersten Kaskodentransistorelements, mit dem Steueranschluss des zweiten Kaskodentransistorelements und mit dem Steueranschluss des Schalttransistorelements verbunden ist. Die Versorgungssignalanordnung ist dazu konfiguriert, eine erste Steuerspannung an den ersten Steueranschluss des ersten Kaskodentransistorelements zu liefern, eine zweite Steuerspannung an den zweiten Steueranschluss des zweiten Kaskodentransistorelements zu liefern und eine dritte Steuerspannung an den dritten Steueranschluss des Schalttransistorelements zu liefern. Das erste Kaskodentransistorelement ist mit einer ersten Anpassungsschaltungsanordnung verbunden. Die erste Anpassungsschaltungsanordnung ist zwischen dem ersten Steueranschluss und einem Referenzpotential verbunden und ist dazu konfiguriert, die erste Steuerspannung so anzupassen, dass während des EIN-Zustands die Spannungsdifferenz zwischen der ersten Steuerspannung und der Eingangsspannung geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung ist, die eine Spannung ist, oberhalb von der das Transistorelement während des Betriebs beschädigt werden könnte. Das zweite Kaskodentransistorelement ist mit einer zweiten Anpassungsschaltungsanordnung verbunden. Die zweite Anpassungsschaltungsanordnung ist zwischen dem zweiten Steueranschluss und dem Referenzpotential verbunden und ist dazu konfiguriert, die zweite Steuerspannung so anzupassen, dass während des EIN-Zustands die Spannungsdifferenz zwischen der zweiten Steuerspannung und der Eingangsspannung geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung ist. Das Schalttransistorelement ist mit einer dritten Anpassungsschaltungsanordnung verbunden. Die dritte Anpassungsschaltungsanordnung ist zwischen dem dritten Steueranschluss und dem Referenzpotential verbunden und ist dazu konfiguriert, die dritte Steuerspannung so anzupassen, dass während des EIN-Zustands die Spannungsdifferenz zwischen der dritten Steuerspannung und der Eingangsspannung geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung ist. Ein maximaler Spannungspegel der Eingangsspannung ist höher als die anwendbare Betriebsspannung. Ein Anpassen der Steuerspannung an dem ersten Kaskodentransistorelement, an dem zweiten Kaskodentransistorelement und an dem Schalttransistorelement ermöglicht ein Anpassen der spannungsinduzierten Arbeitslast der Transistorelemente auf einen Pegel, bei dem sie unbeschädigt verbleiben, obwohl eine Spannung geschaltet wird, die oberhalb der anwendbaren Betriebsspannung ist. Dies kann es ermöglichen, Hochspannungstransistoren in der Schaltschnittstelle zu vermeiden, und/oder ermöglichen, Niederspannungstransistoren zu verwenden, und kann daher eine reduzierte Komplexität ermöglichen.
  • Eine andere Ausführungsform stellt eine Gleichspannungsschnittstelle bereit, die eine zuvor erwähnte Schalt-Schaltungsanordnung umfasst. Eine solche Gleichspannungsschnittstelle kann eine niedrige Komplexitätsstufe umfassen, wobei die niedrige Komplexitätsstufe eine rasche Produktion ermöglichen kann, da eine geringe Anzahl an Herstellungsschritten zur Herstellung ausgeführt werden können.
  • Eine andere Ausführungsform stellt ein Verfahren zum Betreiben einer Schalt-Schaltungsanordnung bereit, die eine Eingangsspannung empfängt, wobei die Schalt-Schaltungsanordnung in einem EIN-Zustand und einem AUS-Zustand betrieben wird. Das Verfahren umfasst Bereitstellen während des EIN-Zustands einer Verbindung zwischen einem ersten Port und einem zweiten Port und während des AUS-Zustands elektrisches Trennen des ersten Ports von dem zweiten Port. Die Schalt-Schaltungsanordnung umfasst ein erstes Kaskodentransistorelement, das eine anwendbare Betriebsspannung aufweist und einen ersten Steueranschluss umfasst, wobei das erste Kaskodentransistorelement mit dem ersten Port der Schalt-Schaltungsanordnung verbunden ist. Die Schalt-Schaltungsanordnung umfasst ferner ein zweites Kaskodentransistorelement, das auch die anwendbare Betriebsspannung aufweist und einen zweiten Steueranschluss umfasst, wobei das zweite Kaskodentransistorelement mit dem zweiten Port der Schalt-Schaltungsanordnung verbunden ist. Die Schalt-Schaltungsanordnung umfasst ferner ein Schalttransistorelement, das auch die anwendbare Betriebsspannung aufweist und einen dritten Steueranschluss umfasst, wobei das Schalttransistorelement zwischen dem ersten und zweiten Kaskodentransistorelement in Reihe verbunden ist. Das Verfahren umfasst Liefern einer ersten Steuerspannung an den ersten Steueranschluss, Liefern einer zweiten Steuerspannung an den zweiten Steueranschluss und Liefern einer dritten Steuerspannung an den dritten Steueranschluss. Das Verfahren umfasst ferner Anpassen der ersten Steuerspannung mittels eines ersten Sourcefolgers, der mit dem ersten Kaskodentransistorelement verbunden ist, so dass während des EIN-Zustands die Spannungsdifferenz zwischen der ersten Steuerspannung und der Eingangsspannung geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung ist. Das Verfahren umfasst ferner Anpassen der zweiten Steuerspannung mittels eines zweiten Sourcefolgers, der mit dem zweiten Kaskodentransistorelement verbunden ist, so dass während des EIN-Zustands die Spannungsdifferenz zwischen der zweiten Steuerspannung und der Eingangsspannung geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung ist. Das Verfahren umfasst ferner Anpassen der dritten Steuerspannung mittels eines dritten Sourcefolgers, der mit dem Schalttransistorelement verbunden ist, so dass während des EIN-Zustands die Spannungsdifferenz zwischen der dritten Steuerspannung und der Eingangsspannung geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung ist. Ein maximaler Spannungspegel des Eingangsspannungspegels ist höher als die empfohlene Betriebsspannung.
  • Weitere Ausführungsformen stellen ein anderes Verfahren zum Betreiben einer Schalt-Schaltungsanordnung, die eine Eingangsspannung empfängt, zwischen einem EIN-Zustand und einem AUS-Zustand bereit. Das Verfahren umfasst Bereitstellen während des EIN-Zustands einer Verbindung zwischen einem ersten Port und einem zweiten Port und während des AUS-Zustands elektrisches Trennen des ersten Ports von dem zweiten Port. Die Schalt-Schaltungsanordnung umfasst Schalt-Schaltungsanordnung-Abschnitte, die zwischen einem ersten Port und einem zweiten Port in Reihe angeordnet sind, wobei jeder Schalt-Schaltungsanordnung-Abschnitt ein Transistorelement umfasst. Ein erstes Transistorelement ist zwischen einem zweiten und einem dritten Transistorelement angeordnet und mit diesen in Reihe verbunden. Das Verfahren umfasst Anlegen der Eingangsspannung an dem ersten Port, so dass die Eingangsspannung einen maximalen Spannungspegel umfasst, der höher als eine anwendbare Betriebsspannung des ersten, zweiten und dritten Transistorelements ist. Das Verfahren umfasst ferner Steuern einer Steuerspannung des ersten, zweiten und dritten Transistorelements der Schalt-Schaltungsanordnung-Abschnitte, so dass während des EIN-Zustands eine Betriebsspannung des ersten, zweiten und dritten Schalttransistorelements zwischen einem Steueranschluss und einem Leistungsanschluss der Schalttransistorelemente geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung des ersten, zweiten und dritten Schalttransistorelements ist.
  • Ausführungsformen sind hier unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.
    • 1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Schalt-Schaltungsanordnung gemäß einer Ausführungsform;
    • 2 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Schalt-Schaltungsanordnung gemäß einer Ausführungsform, bei der eine Versorgungssignalanordnung Anpassungsschaltungsanordnungen umfassen kann;
    • 3 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Schalt-Schaltungsanordnung gemäß einer Ausführungsform, bei der die Versorgungssignalanordnung einen Stromspiegel umfassen kann;
    • 4 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Schalt-Schaltungsanordnung gemäß einer anderen Ausführungsform, bei der die Versorgungssignalanordnung im Vergleich zu der Versorgungssignalanordnung aus 3 verschieden ist;
    • 5a zeigt ein schematisches Blockdiagramm der Schalt-Schaltungsanordnung aus 4 in einem EIN-Zustand gemäß einer Ausführungsform;
    • 5b zeigt ein schematisches Blockdiagramm der Schalt-Schaltungsanordnung aus 4 in einem AUS-Zustand gemäß einer Ausführungsform; und
    • 6 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Gleichspannungsschnittstelle gemäß einer Ausführungsform.
  • Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen
  • Bevor Ausführungsformen unter Verwendung der begleitenden Figuren ausführlich beschrieben werden, muss darauf hingewiesen werden, dass den gleichen oder funktional äquivalenten Elementen in den Figuren die gleichen Bezugsziffern gegeben sind und dass eine wiederholte Beschreibung für Elemente, die mit den gleichen oder ähnlichen Bezugsziffern versehen sind, typischerweise weggelassen ist.
  • Daher sind Beschreibungen, die für Elemente mit den gleichen Bezugsziffern bereitgestellt sind, gegenseitig austauschbar und zutreffend.
  • Hier beschriebene Ausführungsformen können Hochspannungen und Niederspannungen betreffen. Manche hier beschriebenen Ausführungsformen können Schalt-Schaltungsanordnungen zum Schalten von Spannungen in dem Bereich von 5 Volt betreffen, während Transistorelemente verwendet werden, die eine empfohlene Betriebsspannung in dem Bereich von 2,5 Volt aufweisen. In Verbindung mit diesen Ausführungsformen kann 5 Volt als Hochspannung verstanden werden, während 2,5 Volt als Niederspannung verstanden werden kann. In Verbindung mit anderen hier beschriebenen Ausführungsformen kann eine beliebige Spannung, die größer als eine empfohlene Betriebsspannung eines Transistorelements oder eine anwendbare Betriebsspannung, die für Transistorelemente anwendbar ist, ist, als Hochspannung verstanden werden, wobei eine Spannung, die gleich der oder geringer als die empfohlene Betriebsspannung ist, als Niederspannung verstanden werden kann.
  • Die empfohlene Betriebsspannung kann eine vorrichtungsabhänge Spannung oder ein vorrichtungsabhängiges Potential zwischen jeweils einem Steueranschluss, wie etwa einem Gate oder einer Basis eines Transistors, und einem weiteren Anschluss des Transistors, wie etwa einer Source oder einem Drain, einem Kollektor oder einem Emitter, sein. Zum Beispiel kann die empfohlene Betriebsspannung in einem Datenblatt des Transistorelements angegeben sein. Die empfohlene Betriebsspannung kann eine Spannung sein, die an den Anschlüssen des Transistorelements angelegt wird und die einen regulären Betrieb ohne Beschädigung des Transistorelements durch Anlegen einer Überspannung ermöglicht.
  • Transistorelemente können dazu gestaltet sein, bei einer empfohlenen Betriebsspannung betrieben zu werden. Um zu ermöglichen, dass die Transistorelemente mit einer Spannung betrieben werden, die von der empfohlenen Betriebsspannung abweicht, kann die effektive angelegte Spannung innerhalb eines Fehlerfensters oberhalb und/oder unterhalb der empfohlenen Betriebsspannung variieren. Insbesondere können Transistorelemente mit Spannungspegeln betrieben werden, die größer als die empfohlene Betriebsspannung sind, aber immer noch niedrig genug sind, um das Transistorelement nicht oder nicht wesentlich zu beschädigen. D. h., die angelegte Betriebsspannung kann innerhalb eines erlaubten Bereichs des Fehlerfensters variieren und kann höher oder niedriger als die empfohlene Betriebsspannung sein. Dementsprechend kann die anwendbare Betriebsspannung ein Wert innerhalb des erlaubten Bereichs, insbesondere ein maximaler Wert von diesem, sein. Ein solcher anwendbarer Spannungspegel innerhalb des erlaubten Bereichs wird nachfolgend als anwendbare Betriebsspannung bezeichnet. Hier beschriebene Ausführungsformen können die anwendbare Betriebsspannung betreffen, die innerhalb des Toleranzbereichs des erlaubten Bereichs größer als die empfohlene Betriebsspannung ist. Mit anderen Worten kann ein Pegel der anwendbaren Betriebsspannung innerhalb des erlaubten Bereichs der empfohlenen Betriebsspannung oder des maximalen Wertes von dieser liegen. Zum Beispiel kann die empfohlene Betriebsspannung ein Mittel- oder Durchschnittswert des durch den erlaubten Bereich definierten Spannungsbereichs sein. Der Toleranzbereich der anwendbaren Betriebsspannung kann zum Beispiel höchstens 35 % (z. B. zwischen 0 % und 35 %), höchstens 25 % (z. B. zwischen 5 % und 30 %) oder höchstens 25% (z. B. zwischen 10 % und 25%) der empfohlenen Betriebsspannung sein. Insbesondere kann die anwendbare Betriebsspannung höher als die empfohlene Betriebsspannung sein, so dass die anwendbare Betriebsspannung die empfohlene Betriebsspannung um den Toleranzbereich überschreiten kann. Die anwendbare Betriebsspannung kann in einem stromlosen oder leistungslosen Betriebsmodus des Transistorelements sogar höher sein. Dementsprechend kann die anwendbare Betriebsspannung höher als die empfohlene Betriebsspannung innerhalb des Toleranzbereichs sein.
  • Ein Betrieb eines Transistorelements mit der anwendbaren Betriebsspannung kann ein wiederholtes Schalten des Transistorelements ohne wesentliche Beschädigung des Transistorelements ermöglichen. D. h., ein geringes Ausmaß an Schaden kann tolerierbar sein. Dementsprechend kann ein Kompromiss zwischen einem tolerierbaren Verschleiß und einer verwendeten Leistungsklasse der Transistorelemente eingegangen werden. Zum Beispiel kann eine Anzahl an möglichen Schaltzyklen oder eine Betriebslebenszeit des Transistorelements um höchstens 30 %, um höchstens 20 % oder um höchstens 10 % reduziert werden, wenn das Transistorelement mit der anwendbaren Betriebsspannung statt der empfohlenen Betriebsspannung betrieben wird.
  • Transistorelemente können zum Beispiel CMOS-Transistoren, wie etwa vom n-Typ oder p-Typ, sein. Andere Transistorelemente können Bipolartransistoren sein. Hier beschriebene Ausführungsformen betreffen CMOS-Transistoren, wobei die Ausführungsformen nicht darauf beschränkt sind. Eine Funktionalität von Transistorelementen kann zu Transistorelementen anderer Typen (zum Beispiel Bipolartransistoren) und/oder anderer Leitfähigkeitstypen (wie etwa zwischen n-Typ und p-Typ) übertragen werden. Dementsprechend ist die nachfolgend als Spannung zwischen einem Gateanschluss und einem Sourceanschluss (VGSOP) beschriebene empfohlene Betriebsspannung nicht auf eine Spannung zwischen einem Gate und einer Source beschränkt, sondern kann auch andere Transistortypen oder -anschlüsse betreffen.
  • Dementsprechend können hier beschriebene Steueranschlüsse einen Gateanschluss eines MOS-Transistorelements oder einen Basisanschluss eines Bipolartransistorelements betreffen. Ein nachfolgend genannter Leistungsanschluss kann einen Sourceanschluss oder einen Drainanschluss eines MOS-Transistorelements betreffen oder kann einen Kollektoranschluss oder einen Emitteranschluss eines Bipolartransistorelements betreffen.
  • 1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Schalt-Schaltungsanordnung 1000. Die Schalt-Schaltungsanordnung 1000 umfasst einen ersten Port 1002 und einen zweiten Port 1004. Sowohl der erste Port 1002 als auch der zweite Port 1004 können als ein Eingangsport oder als ein Ausgangsport verwendet werden. D. h., eine Eingangsseite und eine Ausgangsseite der Schalt-Schaltungsanordnung 1000 können geschaltet werden, d. h. ein voller Spannungshub zwischen dem Referenzpotential, wie etwa 0 Volt, und einer maximalen Eingangsspannung kann auf beiden Seiten und an beiden Ports 1002 und 1004 auftreten. Die Schalt-Schaltungsanordnung 1000 kann so geschaltet oder gesteuert werden, dass sie einen EIN-Zustand oder einen AUS-Zustand umfasst, d. h. die Schalt-Schaltungsanordnung 1000 kann so gesteuert werden, dass sie den EIN-Zustand oder den AUS-Zustand umfasst. Dementsprechend kann die Schalt-Schaltungsanordnung 1000 zwischen dem EIN-Zustand und dem AUS-Zustand umgeschaltet werden. Während des EIN-Zustands kann die Schalt-Schaltungsanordnung 1000 eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten Port 1002 und dem zweiten Port 1004 bereitstellen. Die elektrische Verbindung kann als Bereitstellen eines Pfades mit niedriger Impedanz oder niedrigem Widerstand zwischen den Ports 1002 und 1004 verstanden werden. Während des AUS-Zustands kann die Schalt-Schaltungsanordnung 1000 den ersten Port 1002 elektrisch von dem zweiten Port 1004 trennen. Eine solche Trennung kann als ein Pfad mit hoher Impedanz oder hohem Widerstand zwischen den Ports 1002 und 1004 verstanden werden. Alternativ dazu kann die elektrische Trennung eine mechanische Trennung beinhalten, wobei eine solche mechanische Trennung nicht notwendig ist. Dementsprechend kann die elektrische Trennung zwischen den Ports 1002 und 1004 als Erhöhen eines Widerstands zwischen den beiden Ports 1002 und 1004 verstanden werden, so dass ein Fluss elektrischen Stroms zwischen den beiden Ports 1002 und 1004 reduziert oder verhindert wird.
  • Die Schalt-Schaltungsanordnung 1000 kann ein Kaskodentransistorelement 100 umfassen, das mit dem Port 1002 verbunden ist. Das Kaskodentransistorelement 100 kann einen Steueranschluss 102 umfassen. Der Steueranschluss 102 kann dazu konfiguriert sein, eine Steuerspannung zum Steuern eines Zustands oder einer Bedingung des Kaskodentransistorelements 100 zu empfangen. Das Kaskodentransistorelement 100 kann zum Beispiel von dem Typ „selbstleitend“ oder von dem Typ „selbstsperrend“ sein. Das Kaskodentransistorelement 100 kann zum Beispiel ein n-Typ-Metall-Oxid-Halbleiter(MOS)-Transistorelement (MOS: Metal Oxide Semiconductor) sein, das eine selbstsperrende Konfiguration umfasst. Basierend auf einer Steuerspannung 104, die an dem Steueranschluss 102, wie etwa einem Gateanschluss, angelegt wird, kann eine Leitfähigkeit zwischen einem Sourceanschluss und einem Drainanschluss des Kaskodentransistorelements 100 gesteuert oder beeinflusst werden.
  • Die Schalt-Schaltungsanordnung 1000 kann ein weiteres Kaskodentransistorelement 200 umfassen, das mit dem Port 1004 verbunden ist. Das Transistorelement 200 kann einen Steueranschluss 202 zum Empfangen einer Steuerspannung 204, wie in Verbindung mit dem Steueranschluss 102 und der Steuerspannung 104 unter Bezugnahme auf das Kaskodentransistorelement 100 beschrieben, umfassen.
  • Die Schaltschnittstelle 1000 kann ein Schalttransistorelement 300 umfassen, das einen Steueranschluss 302 zum Empfangen einer Steuerspannung 304, wie in Verbindung mit dem Kaskodentransistorelement 100 beschrieben, umfasst. Das Schalttransistorelement 300 kann zwischen den Kaskodentransistorelementen 100 und 200 verbunden sein, zum Beispiel kann das Schalttransistorelement 300 zwischen den Kaskodentransistorelementen 100 und 200 in Reihe verbunden sein. Zum Beispiel kann ein Sourceanschluss des Kaskodentransistorelements 100 mit einem Drainanschluss des Schalttransistorelements 300 verbunden sein. Ferner kann ein Sourceanschluss des Schalttransistorelements 300 mit einem Drainanschluss des Kaskodentransistorelements 200 verbunden sein.
  • In dem EIN-Zustand der Schalt-Schaltungsanordnung 1000 können die Kaskodentransistorelemente 100 und 200 und das Schalttransistorelement 300 eine Bedingung mit niedriger Impedanz oder niedrigem Widerstand zwischen den Sourceanschlüssen und den Drainanschlüssen umfassen. In dem AUS-Zustand der Schalt-Schaltungsanordnung 1000 können eines oder mehrere, bevorzugt alle, der Transistorelemente 100, 200 und 300 einen Pfad mit hohem Widerstand zwischen dem Sourceanschluss und dem Drainanschluss umfassen, so dass eine elektrische Trennung zwischen den Ports 1002 und 1004 bereitgestellt wird.
  • Jedes der Transistorelemente 100, 200 und 300 kann eine empfohlene Betriebsspannung (Gate-Source-Betrieb - VGSOP) VGSOP umfassen, die vorrichtungsabhängig sein kann, d. h., sie kann von dem speziellen Transistorelement abhängen. Jedes der Transistorelemente 100, 200 und 300 kann mit einer anwendbaren Betriebsspannung betrieben werden, die auch vorrichtungsabhängig sein kann. Dementsprechend kann ein Pegel oder ein Wert der empfohlenen Betriebsspannung VGSOP und/oder der anwendbaren Betriebsspannung jeweils von Parametern des Transistorelements 100, 200, 300 abhängen. Die Transistorelemente 100, 200 und 300 können eine gleiche empfohlene Betriebsspannung umfassen, d. h. ein Wert der empfohlenen Betriebsspannung und/oder die anwendbare Betriebsspannung können im Wesentlichen gleich sein. „Im Wesentlichen gleich“ kann zum Beispiel als gleich innerhalb eines Toleranzbereichs von höchsten 15 %, 10 % oder 5 % von einem der Werte der empfohlenen Betriebsspannungen der Transistorelemente 100, 200 oder 300 verstanden werden.
  • Die Schalt-Schaltungsanordnung 1000 kann eine Versorgungssignalanordnung 400 umfassen. Die Versorgungssignalanordnung 400 kann mit den Steueranschlüssen 102, 202 und 302 verbunden sein. Die Versorgungssignalanordnung 400 kann dazu konfiguriert sein, die Steuerspannung 104, die Steuerspannung 204 und die Steuerspannung 304 bereitzustellen. Wie später ausführlicher beschrieben wird, können die Steuerspannungen 104 und 204 gemäß manchen Ausführungsformen gleich oder identisch sein, was es ermöglichen kann, dass die Versorgungssignalanordnung 400 einen ersten Port, der mit den Kaskodentransistorelementen 100 und 200 verbunden ist, und einen zweiten Port, der mit dem Schalttransistorelement 300 verbunden ist, aufweist. Alternativ dazu kann die Versorgungssignalanordnung dazu konfiguriert sein, jede der Steuerspannungen 104, 204 und 304 getrennt bereitzustellen. Die Versorgungssignalanordnung 400 kann auch als Ladungspumpe (CP: Charge Pump) bezeichnet werden und kann dazu konfiguriert sein, im Vergleich zu der Eingangsspannung U(t) eine höhere Spannung auszugeben, so dass ein Schalten der Transistorelemente 100, 200 und 300 zu einer beliebigen Zeit ermöglicht wird.
  • Das Schalttransistorelement 300 kann als die primäre Schaltkomponente der Schalt-Schaltungsanordnung 1000 bezeichnet werden oder kann als der Realschalter bezeichnet werden. Die Kaskodentransistorelemente 100 und 200 können als Schutztransistoren bezeichnet werden, die eine Kaskode mit dem Schalttransistor 300 bilden. Vereinfacht können die Kaskodentransistorelemente 100 und 200 zum Schutz des Schalttransistorelements 300 angeordnet sein. Schutz kann in Verbindung mit einer möglichen Überspannung der Schalt-Schaltungsanordnung 1000 verstanden werden, die dazu konfiguriert ist, eine Eingangsspannung U(t) an dem Port 1002 zu empfangen. Die Eingangsspannung U(t) kann mit der Zeit variieren und kann einen maximalen Wert Umax umfassen. Der maximale Wert Umax kann einen Wert umfassen, der im Vergleich zu der empfohlenen Betriebsspannung VGSOP der Transistorelemente 100, 200 und/oder 300 höher ist und der höher als die anwendbare Betriebsspannung sein kann. Gemäß dem Verständnis der hier beschriebenen Ausführungsformen kann die maximale Spannung Umax im Vergleich zu VGSOP, die eine Niederspannung ist, eine Hochspannung sein. Der maximale Spannungspegel Umax der Eingangsspannung U(t) kann als der maximale Spannungspegel Umax verstanden werden, der wenigstens 50 %, 75% oder 100 % höher als die empfohlene Betriebsspannung VGSOP ist. Dementsprechend können die Kaskodentransistorelemente 100 und/oder 200 und/oder das Schalttransistorelement 300 bei erster Betrachtung einen Schaden erleiden, wenn die maximale Eingangsspannung Umax angelegt wird. Jedoch ist dies nicht der Fall, wie im Folgenden beschrieben wird.
  • Eine erste Anpassungsschaltungsanordnung 500 ist zwischen dem Steueranschluss 102 und einem Referenzpotential 1006 der Schalt-Schaltungsanordnung verbunden. Das Referenzpotential 1006 kann zum Beispiel 0 Volt, Masse (GND) oder ein beliebiger anderer Referenzwert sein. Die Anpassungsschaltungsanordnung 500 kann dazu konfiguriert sein, die Steuerspannung 104 anzupassen, die von der Versorgungssignalanordnung 400 bereitgestellt wird, so dass während des EIN-Zustands die Spannungsdifferenz zwischen der Steuerspannung 104 und der Eingangsspannung U(t) geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung ist. Zum Beispiel wird die Steuerspannung 104 durch die Versorgungssignalanordnung 400 bereitgestellt, so dass sie einen Spannungspegel umfasst, der wenigstens die Eingangsspannung U(t) plus eine Versatzspannung des Kaskodentransistorelements 100 ist. Die Versatzspannung kann eine Schwellenspannung umfassen, die ermöglicht, dass das Kaskodentransistorelement 100 in einem leitfähigen Betriebsmodus arbeitet, z. B., wenn das Kaskodentransistorelement ein selbstsperrender n-Typ-CMOS-Transistor ist. Die Versatzspannung kann alternativ dazu einen Wert umfassen, der der empfohlenen Betriebsspannung VGSOP entspricht. Zu einem ersten Zeitpunkt kann die Eingangsspannung U(t) einen Spannungspegel nahe dem oder bei dem maximalen Wert Umax umfassen und kann die Steuerspannung 104 einen Pegel umfassen, der höher als die maximale Eingangsspannung Umax ist. Wenn die Eingangsspannung U(t) zu einem zweiten Zeitpunkt reduziert ist, würde die Spannungsdifferenz zwischen der Steuerspannung 104 und der Eingangsspannung U(t) bei der konstanten Steuerspannung 104 zunehmen, was zu einer Spannungsdifferenz führen kann, die größer als die empfohlene Betriebsspannung VGSOP und/oder die anwendbare Betriebsspannung ist, was zu einem Schaden an dem Kaskodentransistorelement 100 führen könnte. Die Anpassungsschaltungsanordnung 500 kann dazu konfiguriert sein, die Steuerspannung 104 anzupassen, so dass die Spannungsdifferenz zwischen der Steuerspannung 104 und der Eingangsspannung U(t) unterhalb oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung in dem EIN-Zustand gehalten wird. Die Anpassungsschaltungsanordnung 500 kann dazu konfiguriert sein, die Steuerspannung 104 so anzupassen oder zu steuern, dass die Steuerspannung 104 unterhalb oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung in dem AUS-Zustand bleibt. Dementsprechend kann ein Schaden an dem Kaskodentransistorelement 100 verhindert werden. Die Anpassungsschaltungsanordnung 500 und das Kaskodentransistorelement 100 können einen ersten Schalt-Schaltungsanordnung-Abschnitt bilden.
  • Die Schalt-Schaltungsanordnung 1000 umfasst eine Anpassungsschaltungsanordnung 600, die zwischen dem Steueranschluss 202 des Kaskodentransistorelements 200 und dem Referenzpotential 1006 verbunden ist. Die Anpassungsschaltungsanordnung 600 kann dazu konfiguriert sein, die Steuerspannung 204 so anzupassen, dass während des EIN-Zustands die Spannungsdifferenz zwischen der Steuerspannung 204 und der Eingangsspannung U(t) geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung ist. Die Anpassungsschaltungsanordnung 600 kann dazu konfiguriert sein, die Steuerspannung 204 so anzupassen oder zu steuern, dass die Steuerspannung 204 unterhalb oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung in dem AUS-Zustand bleibt. Die Anpassungsschaltungsanordnung 600 und das Kaskodentransistorelement 200 können einen zweiten Schalt-Schaltungsanordnung-Abschnitt bilden.
  • Die Schalt-Schaltungsanordnung 1000 umfasst ferner eine Anpassungsschaltungsanordnung 700, die zwischen dem Steueranschluss 302 und dem Referenzpotential 1006 verbunden ist. Die Anpassungsschaltungsanordnung 700 kann dazu konfiguriert sein, die Steuerspannung 304 so anzupassen, dass während des EIN-Zustands die Spannungsdifferenz zwischen der Steuerspannung 304 und der Eingangsspannung U(t) geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung ist. Die Anpassungsschaltungsanordnung 700 kann dazu konfiguriert sein, die Steuerspannung 304 so anzupassen oder zu steuern, dass die Steuerspannung 304 unterhalb oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung in dem AUS-Zustand bleibt. Die Anpassungsschaltungsanordnung 700 und das Schalttransistorelement 300 können einen dritten Schalt-Schaltungsanordnung-Abschnitt bilden.
  • Sourceanschlüsse und/oder Drainanschlüsse von jedem der Transistorelemente 100, 200 und 300 können die Eingangsspannung U(t) führen, wenn sich die Transistorelemente 100, 200 und 300 in einem leitfähigen Betriebsmodus befinden. Dementsprechend kann in dem EIN-Zustand die Eingangsspannung U(t) an den Sourceanschlüssen und den Drainanschlüssen der Transistorelemente 100, 200 und 300 vorliegen. Dies ermöglicht eine Implementierung der Anpassungsschaltungsanordnungen 500, 600 und 700 auf eine gleiche oder vergleichbare Art, so dass Erklärungen, die mit Bezug auf die Anpassungsschaltungsanordnung 500 gegeben sind, auch auf die Anpassungsschaltungsanordnungen 600 und/oder 700 zutreffen können. Mit anderen Worten können die Anpassungsschaltungsanordnungen 500, 600 und 700 dazu konfiguriert sein, die Gatespannungen unter allen Bedingungen zu definieren, so dass ein weiterer Schutz der Transistorelemente ermöglicht wird.
  • Obwohl der maximale Spannungspegel Umax der Eingangsspannung U(t) höher als die empfohlene Betriebsspannung VGSOP und höher als die anwendbare Betriebsspannung ist, können dementsprechend die Steuerspannungen 104, 204 und 304 auf einen Pegel angepasst werden, der unterhalb eines kritischen Pegels liegt, so dass ein Schaden an den Transistorelementen 100, 200 und 300 verhindert wird.
  • Die Entwicklung bei CMOS-Technologien (CMOS: Complementary Metal-Oxide-Semiconductor - komplementärer Metall-Oxid-Halbleiter) geht zu kleineren Transistorgrößen hin, die durch digitale Leistungsfähigkeit und Fläche definiert werden. Digitalkerntransistoren mit dünneren Gateoxiden mit einer Spannungsklasse unterhalb von einem Volt können für einen solchen Zweck verwendet werden. Bei CMOS-Technologien mit einer minimalen Länge von mehr als 0,5 Mikrometer wurden die gleichen Transistorelemente für die analoge Schnittstelle und die digitale Logik verwendet. Dies kann mit Submikrometer-CMOS-Technologien schwierig zu implementieren oder sogar unmöglich sein. Hier wird üblicherweise ein spezielles 5-Volt(VDD-Hochspannung; VDDHV)-Transistorelement implementiert, um „Hochspannung“-Anwendungen zu unterstützen. Dies kann eine Prozesskomplexität und Kosten erhöhen. Zusammen mit dem Digitalkerntransistor kann typischerweise jede Technologie einen Doppelgateoxidtransistor bereitstellen. Ein Doppelgateoxidtransistor kann eine Implementierung des Transistors mit zwei Gateoxiden aufeinander, d. h. einer Doppelschicht aus Gateoxiden, betreffen. Dieser Doppelgateoxidtransistor kann eine Spannungsklasse in dem Bereich von 2,5 Volt (VDDHV/2) aufweisen. Eine hier beschriebene analoge Vorrichtung kann auf eine Art verstanden werden, dass sowohl die Eingangsseite als auch die Ausgangsseite einen unbestimmten oder ungewissen Spannungswert zeigen und/oder dass die Spannung kontinuierlich variieren kann. Bei digitalen Treibern kann wenigstens eine Seite diskret sein, d. h., einen diskreten Spannungswert zeigen.
  • Ein Verfahren zum Betreiben einer Schalt-Schaltungsanordnung, wie etwa der Schalt-Schaltungsanordnung 1000, kann einen Schritt des Bereitstellens einer Verbindung zwischen dem ersten Port 1002 und einem zweiten Port 1004 während des EIN-Zustands und des elektrischen Trennens des ersten Ports 1002 von dem zweiten Port 1004 während des AUS-Zustands umfassen. Die Schalt-Schaltungsanordnung 1000 kann das erste Kaskodentransistorelement 100 umfassen, das die empfohlene Betriebsspannung VGSOP aufweist und die anwendbare Betriebsspannung aufweist und den ersten Steueranschluss 102 umfasst, wobei das erste Kaskodentransistorelement 100 mit dem ersten Port 1002 verbunden ist. Die Schalt-Schaltungsanordnung 1000 umfasst ferner ein zweites Kaskodentransistorelement 200, das auch die empfohlene Betriebsspannung VGSOP aufweist und die anwendbare Betriebsspannung aufweist und einen zweiten Steueranschluss 202 umfasst, wobei das zweite Kaskodentransistorelement 200 mit dem zweiten Port 1004 verbunden ist. Die Schalt-Schaltungsanordnung 1000 umfasst ferner ein Schalttransistorelement 300, das auch die empfohlene Betriebsspannung VGSOP aufweist und die anwendbare Betriebsspannung aufweist und einen dritten Steueranschluss 302 umfasst, wobei das Schalttransistorelement 300 zwischen dem ersten und zweiten Kaskodentransistorelement 100 und 200 in Reihe verbunden ist. Das Verfahren umfasst Liefern einer ersten Steuerspannung 104 an den ersten Steueranschluss 102, Liefern einer zweiten Steuerspannung 204 an den zweiten Steueranschluss 202 und Liefern einer dritten Steuerspannung 304 an den dritten Steueranschluss 302. Das Verfahren umfasst ferner Anpassen der ersten Steuerspannung 104 mittels eines ersten Sourcefolgers 500, der mit dem ersten Kaskodentransistorelement 100 verbunden ist, so dass während des EIN-Zustands die Spannungsdifferenz zwischen der ersten Steuerspannung 104 und der Eingangsspannung U(t) geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung ist. Das Verfahren umfasst ferner Anpassen der zweiten Steuerspannung 204 mittels eines zweiten Sourcefolgers 600, der mit dem zweiten Kaskodentransistorelement 200 verbunden ist, so dass während des EIN-Zustands die Spannungsdifferenz zwischen der zweiten Steuerspannung 204 und der Eingangsspannung U(t) geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung ist. Das Verfahren umfasst ferner Anpassen der dritten Steuerspannung 304 mittels eines dritten Sourcefolgers 700, der mit dem Schalttransistorelement 300 verbunden ist, so dass während des EIN-Zustands und während des AUS-Zustands die Spannungsdifferenz zwischen der dritten Steuerspannung 304 und der Eingangsspannung U(t) geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung ist. Ein maximaler Spannungspegel Umax der Eingangsspannungspegeleingangsspannung U(t) ist höher als die anwendbare Betreibsspannung. In dem EIN-Zustand können die Steuerspannungen 104, 204 und/oder 304 sogar auf einem Wert verbleiben, der kleiner als die oder gleich der empfohlenen Betriebsspannung VGSOP ist.
  • Das Verfahren kann verwendet werden, um andere Schalt-Schaltungsanordnungen gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen zu betreiben.
  • Ein weiteres Verfahren zum Betreiben von Schalt-Schaltungsanordnungen, die gemäß den hier beschriebenen Ausführungsformen zwischen einem EIN-Zustand und einem AUS-Zustand empfangen, kann Bereitstellen einer Verbindung zwischen einem ersten Port 1002 und einem zweiten Port 1004 während des EIN-Zustands und elektrisches Trennen des ersten Ports 1002 von dem zweiten Port 1004 während des AUS-Zustands umfassen. Die Schalt-Schaltungsanordnung kann Schalt-Schaltungsanordnung-Abschnitte umfassen, die zwischen einem ersten Port und einem zweiten Port in Reihe angeordnet sind, wobei jeder Schalt-Schaltungsanordnung-Abschnitt ein Transistorelement umfasst, wobei ein erstes Transistorelement zwischen einem zweiten und einem dritten Transistorelement angeordnet ist und mit diesen in Reihe verbunden ist. Das Verfahren kann Anlegen der Eingangsspannung U(t) an dem ersten Port umfassen, so dass die Eingangsspannung U(t) einen maximalen Spannungspegel umfasst, der höher als die anwendbare Betriebsspannung ist, und kann Steuern einer Steuerspannung des ersten, zweiten und dritten Transistorelements der Schalt-Schaltungsanordnung-Abschnitte umfassen, so dass während des EIN-Zustands eine Betriebsspannung des ersten, zweiten und dritten Schalttransistorelements zwischen einem Steueranschluss und einem Leistungsanschluss der Schalttransistorelemente geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung des ersten, zweiten und dritten Schalttransistorelements ist.
  • Mit anderen Worten kann die Ladungspumpe dazu konfiguriert sein, eine Spannung bereitzustellen, die höher als die zu schaltende Spannung ist, so dass eine Übersteuerung der Spannungen, die in der Schaltungsanordnung vorliegen, aufgrund des Empfangs an dem Eingangsport 1002 oder dem Ausgangsport 1004 ermöglicht wird.
  • 2 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Schalt-Schaltungsanordnung 2000 gemäß einer Ausführungsform. Die Schalt-Schaltungsanordnung 2000 kann ähnlich der Schalt-Schaltungsanordnung 1000 sein. Die Schalt-Schaltungsanordnung 2000 umfasst die Transistorelemente 100, 200 und 300, die als T2, T3 und T1 angegeben sind.
  • Die Schalt-Schaltungsanordnung 2000 umfasst eine Versorgungssignalanordnung 2400. Die Versorgungssignalanordnung 2400 umfasst einen Port 2402, der dazu konfiguriert ist, ein Steuersignal 2403 zu empfangen, das als Einschalten angegeben ist. Das Steuersignal 2403 kann einen Betriebsmodus angeben, d. h. einen Betrieb in dem EIN-Zustand oder in dem AUS-Zustand der Schalt-Schaltungsanordnung 2000, und/oder kann einen Übergang zwischen dem EIN-Zustand und dem AUS-Zustand angeben.
  • Die Versorgungssignalanordnung 2400 kann die Anpassungsschaltungsanordnungen 500, 600 und 700 beinhalten und kann dazu konfiguriert sein, die angepassten Ausgangsspannungen 104, 204 und 304 jeweils an den Ausgangsports 2404, 2406, 2408 bereitzustellen.
  • Mit anderen Worten ist die Schalt-Schaltungsanordnung 2000 eine mögliche Lösung für eine Realisierung eines Eingangsschalters, d. h. einer Schalt-Schaltungsanordnung, gemäß Ausführungsformen. Die Realisierung kann einen Stapel aus Transistoren umfassen, d. h. die Transistorelemente 100, 200 und 300, die miteinander in Reihe verbunden sind, wobei die Transistorelemente 100, 200 und 300 im Vergleich zu der Eingangsspannung U(t) hinsichtlich der empfohlenen oder anwendbaren Betriebsspannung eine niedrigere Spannungsklasse umfassen können. Die Eingangsspannung U(t) ist als Ain angegeben, um einen analogen Wert der Eingangsspannung U(t) anzugeben. Eine Ausgangsspannung, die von der Schalt-Schaltungsanordnung 2000 bereitgestellt wird, ist als Aout angegeben, um einen analogen Wert der Ausgangsspannung anzugeben.
  • Die Schalt-Schaltungsanordnung 2000 kann eine Implementierung eines sogenannten Doppelstapels betreffen, was die Verwendung von Transistorelementen höchstens mit Nennwerten bedeutet, die gleich der Hälfte der anzuwendenden Spannungsklasse sind, d. h. die empfohlene Betriebsspannung ist die Hälfte der maximalen Eingangsspannung Umax, was auch derart verstanden werden kann, dass der maximale Spannungspegel Umax der Eingangsspannung U(t) um 100 % höher als die empfohlene Betriebsspannung VGSOP ist. Das Konzept kann auf andere Klassen, d. h. mit größerer oder höher Spannung, erweitert werden, d. h. der maximale Spannungspegel Umax der Eingangsspannung U(t) kann mehr als 200 % der empfohlenen Betriebsspannung VGSOP betragen. Um zum Beispiel das Schalten eines maximalen Spannungspegels Umax der Eingangsspannung U(t), welcher höchstens fünfmal die empfohlene Betriebsspannung VGSOP ist, zu ermöglichen, können vier Kaskodentransistorelemente zwischen dem Schalttransistorelement und dem ersten Port angeordnet werden und können vier Kaskodentransistorelemente zwischen dem Schalttransistorelement und dem zweiten Port angeordnet werden. In einfachen Worten kann die Summe der empfohlenen Betriebsspannungen der Kaskodentransistorelemente und der empfohlenen Betriebsspannung des Schalttransistorelements einen maximalen zu schaltenden Spannungspegel angeben. Um zum Beispiel das Schalten eines maximalen Spannungspegels Umax von 5 Volt zu ermöglichen, wobei die empfohlene Betriebsspannung VGSOP 1 Volt ist, ermöglicht die Summe von. viermal VGSOP (4 × 1 Volt = 4 Volt) plus VGSOP des Schalttransistorelements (4 Volt +1 Volt = 5 Volt) das Schalten von bis zu 5 Volt. Dementsprechend kann wenigstens ein weiteres Kaskodentransistorelement zwischen dem Schalttransistorelement und dem ersten Port verbunden sein und kann wenigstens ein weiteres Kaskodentransistorelement zwischen dem zweiten Port und dem Schalttransistorelement verbunden sein. Dies kann das Schalten von Mikrocontrollern, die Transistorelemente mit einer Spannungsklasse von 1 Volt umfassen, aber auch eine Versorgungsspannung von 5 Volt verwenden, ermöglichen.
  • Die Schalt-Schaltungsanordnung 2000 umfasst drei Transistorelemente. Das Schalttransistorelement, d. h. der sogenannte Realschaltertransistor, ist in der Mitte der Reihenschaltung. Auf einer Seite ist ein erster Kaskodentransistor 100 angeordnet und wird dazu verwendet, die maximale Eingangsspannung Umax für den Realschalter 300 von dem Eingangsknoten zu halbieren. Auf der anderen Seite wird ein zweiter Kaskodentransistor 200 verwendet, um die maximale Spannung für den Realschalter von dem Ausgang, d. h. zum Beispiel dem Port 1004, unter Verwendung eines Summierungsknotens zu halbieren. Es wird angemerkt, dass die Ausdrücke Eingangsport und Ausgangsport gegenseitig austauschbar sind und nur zum besseren Verständnis verwendet werden.
  • Alle drei Transistoren 100, 200 und 300 können mit der Hälfte der Spannungsklasse implementiert sein, die aus den maximalen Werten von Ain und Aout definiert ist. Gemäß einem Beispiel werden nur NMOS-Transistorelemente für die Transistorelemente 100, 200 und 300 verwendet. Gemäß anderen Beispielen, die später beschrieben werden, kann ein sogenanntes T-GATE, das einen PMOS und einen NMOS umfasst, verwendet werden, um wenigstens das Schalttransistorelement 300 zu implementieren. Eine Realisierung als T-GATE kann ermöglichen, dass die Innenseite einen Hochspannungsschutz umfasst, der weniger kompliziert zu implementieren ist. Eine Verwendung von Transistorelementen 100, 200 und 300 von dem NMOS-Typ kann einen erhöhten Schutz jedes einzelnen Transistors ermöglichen. Vereinfacht zeigt 2 einen analogen Eingangsschalter mit gestapelten Vorrichtungen.
  • 3 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Schalt-Schaltungsanordnung 3000 gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen. Die Schalt-Schaltungsanordnung 3000 kann ähnlich der Schalt-Schaltungsanordnung 1000 sein. Die Schalt-Schaltungsanordnung 3000 umfasst die Versorgungssignalanordnung 400. Die Versorgungssignalanordnung 400 kann einen Stromspiegel umfassen, der zwei Stromspiegelzweige 410 und 450 umfasst, die mit einem Steuerpotential VCP verbunden sind. Das Steuerpotential kann höher als der maximale Eingangsspannungspegel und höher als die Hilfssignale sein. Zum Beispiel kann die Steuerspannung 7,5 Volt sein. Der erste Zweig 410 kann eine Stromquelle 412 umfassen. Der zweite Zweig 450 kann eine Stromquelle 452 umfassen. Der erste Zweig 410 kann ferner einen Schalter 414 umfassen, der so konfiguriert ist, dass er einen leitfähigen Betriebsmodus während des EIN-Zustands der Schalt-Schaltungsanordnung 3000, wie durch „EIN“ neben dem Schalter 414 angegebenen, umfasst. Der erste Zweig 410 umfasst ferner Transistorelemente 416 und 418, die zum Beispiel p-Typ-MOS-Transistorelemente sein können, die eine selbstsperrende Konfiguration umfassen. Der zweite Zweig 450 kann gleiche oder vergleichbare Elemente umfassen, d. h. einen Schalter 454, der so konfiguriert ist, dass er einen leitfähigen Betriebsmodus in dem EIN-Zustand der Schalt-Schaltungsanordnung und einen nichtleitfähigen Betriebszustand in dem AUS-Zustand der Schalt-Schaltungsanordnung 3000 aufweist. Der zweite Zweig 450 kann ferner Transistorelemente 456 und 458 umfassen, die miteinander und mit dem Schaltelement 454 und der Stromquelle 452 in Reihe verbunden sind. Eine Reihenfolge der Elemente des ersten Zweigs 410 und/oder des zweiten Zweigs 450 kann verschieden von der veranschaulichten Reihenfolge und/oder verschieden voneinander sein. Zum Beispiel kann das Schaltelement 414 zwischen dem Transistorelement 418 und dem Steueranschluss des Kaskodentransistorelements 100 verbunden sein. Alternativ dazu oder zusätzlich kann das Schaltelement 454 zwischen dem Transistorelement 458 und dem Steueranschluss des Schalttransistorelements 300 angeordnet sein. Das Schaltelement 414 und/oder das Schaltelement 454 kann, lediglich als nichtbeschränkendes Beispiel, als ein Transistorelement implementiert sein. Das Schaltelement 454 kann eine empfohlene Betriebsspannung umfassen, die gleich den anderen Transistorelementen in der Schalt-Schaltungsanordnung 3000 ist, kann aber auch eine gestapelte Konfiguration umfassen, so dass ermöglicht wird, dass höhere Spannungen geschaltet werden.
  • Die Steueranschlüsse der Transistorelemente 418 und 458 können mit einer oder mehreren Steuerspannungen verbunden sein. Zum Beispiel kann die Eingangsspannung und/oder ein erstes Hilfssignal, das als Vcasc1 angegeben ist, als Steuerspannung verwendet werden. Zum Beispiel kann die Eingangsspannung über eine Diode 472 mit den Steueranschlüssen verbunden sein und kann das erste Hilfssignal Vcasc1 über eine Diode 472 mit den Steueranschlüssen verbunden sein. Die Dioden 472 und/oder 474 können ein Diodenelement und/oder Transistorelemente umfassen. Zum Beispiel kann die Diode 472 und/oder 474 ein Transistorelement, wie etwa einen n-Typ-MOS-Transistor mit einem Gate-Drain-Bypass, umfassen. Die Transistorelemente 416 und 456 können mit einem zweiten Hilfssignal Vcasc 2 verbunden sein. Die Hilfssignale Vcasc1 und Vcasc2 können mit den Steueranschlüssen des jeweiligen Transistorelements verbunden sein und können es ermöglichen, den Betrieb der Transistorelemente zu steuern. Das Potential VCP kann ein Hochspannungssignal sein, das einen Spannungspegel umfasst, der im Vergleich zu der empfohlenen oder anwendbaren Betriebsspannung der Transistorelemente 416, 418, 456 und/oder 458 höher ist. Ein Pegel der Hilfssignale Vcasc 1 und/oder Vcasc 2 kann einen solchen Spannungspegel umfassen, so dass eine Spannungsdifferenz zwischen dem jeweiligen Hilfssignal und dem Potential an einem Sourceanschluss des jeweiligen Transistorelements höchstens die anwendbare Betriebsspannung ist. Eine Steuerspannung 476 kann verwendet werden, um ein oder mehrere der Transistorelemente der Schalt-Schaltungsanordnung 3000 zu steuern. Für Eingangsspannungspegel, die unterhalb einer gewissen Grenze liegen, wie etwa der empfohlenen oder anwendbaren Betriebsspannung, kann Vcasc1 verwendet werden, um den Betrieb der Transistorelemente 418 und 458 zu steuern, d. h., die Steuerspannung 476 kann im Wesentlichen dem ersten Hilfssignal Vcasc1 entsprechen. Für Eingangsspannungspegel, die die gewisse Grenze überschreiten, können die Dioden 472 und 474 ermöglichen, dass der Eingangsspannungspegel verwendet wird, um die Transistorelemente 472 und 474 zu steuern, so dass die Spannungsdifferenz zwischen dem Leistungsanschluss und dem Steueranschluss an den Transistorelementen innerhalb des empfohlenen oder anwendbaren Spannungsbereichs bleibt. Dementsprechend kann die Steuerspannung 476 für hohe Eingangsspannungspegel im Wesentlichen der Eingangsspannung entsprechen. Mit anderen Worten könnte eine konstante Spannung Vcasc1, die unterhalb der empfohlenen Betriebsspannung ist, zu einer Überspannung an dem Transistorelement 418 führen, wenn die Eingangsspannung auf oberhalb des Kaskodenspannungspegels zunimmt. Indem die Steuerspannung an den Transistorelementen 418 und 458 durch Anlegen einer höheren Spannung, wie etwa der Eingangsspannung, erhöht wird, kann die Spannungsdifferenz innerhalb der Grenze der anwendbaren Betriebsspannung gehalten werden. Gemäß anderen Beispielen können andere Spannungen anstelle der Eingangsspannung verwendet werden, um die Spannungsdifferenz innerhalb der vorbestimmten Grenzen zu halten. Zum Beispiel kann ein Hilfssignal verwendet werden, wie etwa Vcasc2. Mögliche Spannungspegel werden in Verbindung mit 5a und 5b ausführlicher beschrieben. Vcasc2 kann ein zu schaltendes Höchst- oder Hochspannungspotential sein, wohingegen Vcasc1 gleich einem Spannungspegel sein kann, dem die Transistorelemente standhalten können.
  • Die Steueranschlüsse der Kaskodentransistorelemente 100 und 200 können miteinander verbunden sein und können beide mit dem ersten Zweig 410 der Versorgungssignalanordnung 400 verbunden sein, was nachfolgend als eine Ladungspumpe bezeichnet wird, die dazu konfiguriert ist, Ladungsträger an die Steueranschlüsse der Transistorelemente 100, 200 und 300 zu liefern, d. h. die Versorgungssignalanordnung 400 kann eine Ladungspumpenschaltungsanordnung umfassen. Der Steueranschluss des Schalttransistorelements 300 kann mit dem zweiten Zweig 450 der Ladungspumpe 400 verbunden sein.
  • Die Schalt-Schaltungsanordnung 3000 kann Folgerpfade 500, 600 und 700 umfassen. Der Folgerpfad 500 kann ein resistives Element 502, das als RP2 angegeben ist, ein erstes Transistorelement 504, das als TP2 angegeben ist, und ein zweites Transistorelement 506, das als TC2 angegeben ist, umfassen. Die Transistorelemente 504 und 506 sind miteinander in Reihe verbunden, wobei das Transistorelement 506 mit dem Referenzpotential 1006 verbunden ist. Ein Steueranschluss des Transistorelements 504 ist mit einem Leistungsanschluss des ersten Kaskodentransistors 100, wie etwa einem Sourceanschluss, verbunden. Das resistive Element 502 kann zwischen einem Leistungsanschluss des Transistorelements 504, wie etwa einem Sourceanschluss, und dem Steueranschluss des Kaskodentransistorelements 100 verbunden sein. Die Folgerpfade 600 und 700 können ähnliche oder gleiche Elemente umfassen, d. h., der Folgerpfad 600 kann ein resistives Element 602, das als RP3 angegeben ist, ein erstes Transistorelement 604, das als TP3 angegeben ist, und ein zweites Transistorelement 606, das als TC3 angegeben ist, umfassen, wobei der Folgerpfad 700 ein resistives Element 702, das als RP1 angegeben ist, ein erstes Transistorelement 704, das als TP1 angegeben ist, und ein zweites Transistorelement 706, das als TC1 angegeben ist, umfassen kann. Ein Widerstandswert der Widerstandselemente 502, 602 und/oder 702 kann einen beliebigen geeigneten Wert umfassen, wie etwa in einem Bereich zwischen 1 kΩ und 100 MΩ, zwischen 5 kΩ und 50 MΩ oder zwischen 10 kΩ und 10 MΩ. Der Folgerpfad 600 kann zwischen dem Steueranschluss des zweiten Kaskodentransistorelements 200 und dem Referenzpotential 1006 verbunden sein, und wobei der Folgerpfad 700 zwischen dem Steueranschluss des Schalttransistorelements 300 und dem Referenzpotential 1006 verbunden sein kann. Die Folgerpfade 500 und 600 können miteinander auf eine parallele Art verbunden sein und können zum Beispiel mit dem ersten Spiegelpfad 410 verbunden sein. Der Folgerpfad 700 kann mit dem zweiten Spiegelpfad 450 verbunden sein.
  • Die Transistorelemente 504, 604 und 704 können mit Leistungsanschlüssen der Kaskodentransistorelemente 100 und/oder 200 und/oder mit einem Leistungsanschluss des Schalttransistorelements 300 verbunden sein. Insbesondere können die Steueranschlüsse der Transistorelemente 504, 604 und/oder 704 so verbunden sein, dass sie jeweils eine Verbindung zwischen einem Steueranschluss des jeweiligen Transistorelements 504, 604 und 704 mit einem Leistungsanschluss des Kaskodentransistorelements 100 oder 200 des Schalttransistorelements 300 umfassen. D. h., an die Steueranschlüsse des Transistorelements 504, des Transistorelements 604 und des Transistorelements 704 kann das gleiche Potential angelegt werden, wenn die Kaskodentransistorelemente 100 und 200 und das Schalttransistorelement 300 einen leitfähigen Betriebsmodus umfassen.
  • Die Schalt-Schaltungsanordnung 3000 umfasst ferner Schaltpfade 550, 650 und 750. Der Schaltpfad 550 kann ein Transistorelement 552 und ein Schaltelement 554 umfassen. Das Transistorelement 552 und das Schaltelement 554 können miteinander auf eine serielle Art verbunden sein, wobei die serielle Verbindung zwischen dem Steueranschluss des Kaskodentransistorelements 100 und dem Referenzpotential 1006 verbunden ist. Der Schaltpfad 550 kann mit dem Folgerpfad 500 auf eine parallele Art verbunden sein. Entsprechend kann der Schaltpfad 650 ein Transistorelement 652 und ein Schaltelement 654 umfassen, die miteinander auf serielle Art verbunden sind, und kann mit dem Folgerpfad 600 auf parallele Art verbunden sein, d. h., zwischen dem Steueranschluss des Kaskodentransistorelements 200 und dem Referenzpotential 1006 verbunden sein. Der Schaltpfad 750 kann ein Transistorelement 752 und ein Schaltelement 754 umfassen, die miteinander auf serielle Art verbunden sind, wobei der Schaltpfad 750 auf parallele Art mit dem Folgerpfad 700, d. h. zwischen dem Steueranschluss des Schalttransistorelements 300 und dem Referenzpotential 1006, verbunden sein kann.
  • Die Steueranschlüsse der Transistorelemente 552, 752 und 652 können miteinander verbunden sein und können mit der Steuerspannung 476 verbunden sein. Die Steueranschlüsse der zweiten Transistorelemente 506, 606 und 706 können miteinander und mit dem ersten Hilfssignal Vcasc1 verbunden sein. Die Steueranschlüsse der Transistorelemente 552, 752 und 652 können miteinander und mit der Steuerspannung 476 verbunden sein. Wie später ausführlicher beschrieben wird, kann die Steuerspannung zum Steuern eines Betriebsmodus der Transistorelemente 552, 752 und 652 konfiguriert sein.
  • Wenn die Schaltpfade 550, 650 und 750 verglichen werden, kann der Schaltpfad 750, der mit dem Schalttransistorelement 300 verbunden ist, im Vergleich zu den Schaltpfaden 550 und 650 eine bestimmte Differenz aufweisen. Das Transistorelement 552 kann im Vergleich zu dem Kaskodentransistorelement 100 von einem komplementären Transistortyp sein. Zum Beispiel kann das Kaskodentransistorelement 100 vom n-Typ-CMOS-Typ sein, wohingegen das Transistorelement 552 vom p-Typ-CMOS-Typ sein kann. Das Transistorelement 652 kann im Vergleich zu dem Transistorelement 552 von einem gleichen Transistortyp sein und kann im Vergleich zu dem Kaskodentransistorelement 200 von einem komplementären Transistortyp sein. Zum Beispiel können die Transistorelemente 552 und/oder 652 auch als n-Typ-CMOS implementiert sein und können die Kaskodentransistorelemente 100 und 200 als p-Typ-CMOS implementiert sein. Im Unterschied dazu kann das Transistorelement 752 im Vergleich zu dem Schalttransistorelement 300 von einem gleichwertigen oder gleichen Transistortyp sein. Zum Beispiel können beide Transistorelemente 752 und 300 als n-Typ-CMOS oder als p-Typ-CMOS implementiert sein.
  • Wie durch „AUS“ angegeben, können die Schaltelemente 554 dazu konfiguriert sein, die Transistorelemente 552, 652, 752 in dem AUS-Zustand der Schalt-Schaltungsanordnung 3000 jeweils mit dem Referenzpotential 1006 zu verbinden. Die Schaltelemente 554, 654 und/oder 754 können im Vergleich zu den Schaltelementen 414 und/oder 454 außer ihrem selbstleitenden oder selbstsperrenden Betriebsmodus, der ein komplementärer sein kann, gleich sein.
  • Obwohl 3 eine spezielle Implementierung von einer Schalt-Schaltungsanordnung und von Anpassungsschaltungsanordnungen veranschaulicht, sind die hier offenbarten Lehren nicht auf die speziellen Implementierungen beschränkt. Gemäß einem Aspekt werden die Steuerspannungen der Transistorelemente 100, 200 und 300 so gesteuert, dass Schäden gemäß Überspannungen vermieden werden. Gemäß Ausführungsformen können andere Schaltungsanordnungen, die die Steuerspannungen steuern, alternativ dazu implementiert werden.
  • Mit anderen Worten kann die Verwendung unipolarer (P- oder NMOS-) Transistoren mit niedrigerer Spannungsrobustheit als die analoge Eingangsspannung ein Aspekt der hier beschriebenen Ausführungsformen zum Bilden eines analogen Schalters sein. Wenigstens zwei Transistoren können zur Kaskodierung in Reihe verwendet werden. Wenigstens ein weiterer Transistor kann zum Bilden des Schalters verwendet werden. Dementsprechend kann das Schalttransistorelement als der Realschalter bezeichnet werden. Dieser Schalter kann unipolar oder bipolar (P- und NMOS als T-GATE) für ein Rail-to-Rail-Arbeitsschema sein, wobei eine Ladungspumpe hinzugefügt werden kann, um das Gate der Kaskode und/oder des Schalttransistors zu übersteuern. Der Realschalter T1 kann in der Mitte zwischen den Kaskodentransistorelementen 100 und 200 angeordnet sein und kann durch die zwei Kaskoden T3 und T2, d. h. die Kaskodentransistorelemente 100 und 200, geschützt werden. Drei Hilfsvorspannungen können verwendet werden, wobei ein Spannungspegel von Vcasc2 gleich einem Versorgungsspannungspegel, wie etwa VDDHV (z. B. 5 V), sein kann und ein Spannungspegel von Vcasc1 und/oder Vcasc3 gleich einem Pegel von VDDHV/2 (z. B. 2,5 V) sein kann. Vcasc1 kann alternativ dazu 2,5 V plus die Schwellenspannung der Transistorelemente, wie etwa 0,5 V, sein. Vcasc1 und/oder Vcasc3 können bevorzugt von einem resistiven Teiler, der VDDHV teilt, erzeugt werden. Wenn die Schalt-Schaltungsanordnung eingeschaltet wird, d. h., wenn in den EIN-Zustand gewechselt wird, wird das Gate von T1 (des Schalttransistorelements 300) eingeschaltet (High), indem ein Strom von der Ladungspumpe zu einem Widerstand, dem resistiven Element 702, getrieben wird. Der Widerstand wird durch einen Sourcefolger auf den Ausgang von T1 geklemmt. Ähnliche Situationen können durch einen zweiten Widerstand 42 (Kaskodentransistorelement 100) und einen dritten Widerstand 43 (resistives Kaskodenelement 200) hergestellt werden. Dieses Klemmen wird eine Überspannung vermeiden, falls der Eingang oder der Ausgang nahe bei 0 Volt ist. Wenn die Schalt-Schaltungsanordnung ausgeschaltet wird, d. h., wenn in den AUS-Zustand gewechselt wird, werden alle drei Gates auf niedrigere Spannungen als eine Source-/Drainspannung gezogen. Allerdings werden die Gates der Transistorelemente 100 (T2) und 200 (Te) nicht auf Masse gezogen, um Überspannungen zu vermeiden.
  • Die zwei Kaskodentransistorelemente werden auf eine Schwellen(Sourcefolger)-Spannung gezogen, die höher als die mittlere Spannung Vcasc1 ist. Sie werden nicht ausgeschaltet sein, falls die Eingangs-/Ausgangsspannung nahe bei null ist. Das Gate von T1 kann auf Masse gezogen werden, weil die Spannung an der Source/dem Drain dieses Transistors nicht höher als VDD/2 sein wird, was durch die zwei Kaskodentransistorelemente T2 und T3 garantiert wird. T1 wird daher für Eingangsspannung nahe bei 0 Volt ausschalten.
  • 4 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer weiteren Schalt-Schaltungsanordnung 4000 gemäß einer anderen Ausführungsform. Die Schalt-Schaltungsanordnung 4000 kann ähnlich der Schalt-Schaltungsanordnung 1000, 2000 oder 3000 sein. Im Vergleich zu der Schalt-Schaltungsanordnung 3000 kann die Versorgungssignalanordnung von der Versorgungssignalanordnung 400 der Schalt-Schaltungsanordnung 3000 abweichen. Ferner kann das Schalttransistorelement als ein T-GATE-Schaltkreis implementiert sein.
  • Die Aufmerksamkeit wird auf die Konfiguration einer Versorgungssignalanordnung 800 gerichtet, die Teil der Schalt-Schaltungsanordnung 4000 ist. Im Vergleich zu der Versorgungssignalanordnung 400 kann die Versorgungssignalanordnung 800 die Stromquelle 412 umfassen. Das Schaltelement 414 und das Transistorelement 416 können, wie für den ersten Spiegelpfad 410 beschrieben, miteinander verbunden sein, wobei die Versorgungssignalanordnung 800 in Abwesenheit des Transistorelements 418 implementiert sein kann, so dass ein Leistungsanschluss des Transistorelements 416 mit den Steueranschlüssen der Kaskodentransistorelemente 100 und 200 verbunden sein kann. Die Stromquelle 412 kann mit dem Potential Vcp verbunden sein, um den Strom zu treiben. Ein Unterschied kann nun zwischen dem zweiten Spiegelpfad 450 und einer Konfiguration der Stromquelle 452 vorliegen, wobei das Schaltelement 454 und das Transistorelement 458 Teil der Versorgungssignalanordnung 800 sind. Anstatt einen Stromspiegel mit zwei Zweigen zu bilden, die miteinander verbunden sind, kann die Stromquelle 452 mit dem ersten Hilfssignal Vcasc2 verbunden sein, um den Strom für das Schaltelement 350, den Folgerpfad 700 und/oder den Schaltpfad 750 zu treiben. D. h., anstelle des Potentials VCP, das einen Stromspiegel wie für die Versorgungssignalanordnung 400 besprochen treibt, können zwei unterschiedliche Potentiale VCP und Vcasc2 verwendet werden, um Ladungsträger für die Schalt-Schaltungsanordnung 4000 bereitzustellen. Das Versorgen der Stromquelle 452 mit dem Hilfssignal Vcasc2 anstelle eines zweiten Zweiges des Stromspiegels kann eine niedrigere Last für die Ladungspumpe ermöglichen. Das Hilfssignal Vcasc2 kann eine Versorgungsspannung sein, die an eine Schalt-Schaltungsanordnung angelegt wird, wie etwa eine Versorgungsspannung einer Gleichspannungsschnittstelle. Eine solche Leistungsversorgung kann einfacher zu belasten sein, d. h., sie kann eine höhere Leistungsmenge bereitstellen, ohne zusätzliche oder unterschiedliche Elemente zu benötigen, die die Leistung bereitstellen oder kombinieren.
  • Die unterschiedliche Versorgungssignalanordnung 800 kann im Vergleich zu der Schalt-Schaltungsanordnung 3000 eine vereinfachte Schaltungsanordnung anderer Elemente der Schalt-Schaltungsanordnung 4000 ermöglichen. Zum Beispiel können die Steueranschlüsse der Transistorelemente 552, 752 und 652 miteinander verbunden sein und können mit den Steueranschlüssen der zweiten Transistorelemente 506, 606 und 706 verbunden sein. Dies kann es ermöglichen, ein drittes Hilfssignal Vcasc3 als die Steuerspannung zu verwenden. Das dritte Hilfssignal Vcasc3 kann zum Beispiel von einem Pegel sein, der der empfohlenen Betriebsspannung, zumindest innerhalb eines Toleranzbereichs, entspricht. Der Toleranzbereich kann zum Beispiel höchstens 10 %, 20 %, 30 % oberhalb oder unterhalb der empfohlenen Betriebsspannung sein. Dementsprechend können die Hilfssignale Vcasc1 und Vcasc3 das gleiche Potential sein. Dies kann es ermöglichen, beide Potentiale miteinander zu verbinden. Das dritte Hilfssignal Vcasc3 kann einen Vorteil für Eingangsspannungen bereitstellen, die größer als die empfohlene Betriebsspannung sind, und kann im Vergleich zu der in Verbindung mit 3 beschriebenen dynamischen Steuerspannung 476 statisch sein. Die Verwendung von statischen Spannungspegeln kann eine einfache Schaltungsanordnung bereitstellen. Dementsprechend kann eine Anordnung der Dioden 472, 474 nicht notwendig sein.
  • Die Transistorelemente 506, 552, 606, 652 und 706 können ein p-Typ-MOS-Transistor sein. Dies kann ein Schalten des Schalttransistorelements 300 selbst in Abwesenheit einer Versorgungsspannung der anderen Transistorelemente ermöglichen und kann dementsprechend eine hohe Sicherheit ermöglichen.
  • Das Schalttransistorelement 350 kann ein erstes Transistorelement 352 und ein zweites Transistorelement 354 umfassen, die gemäß einer T-GATE-Konfiguration miteinander verbunden sind. Vereinfacht kann ein T-GATE als ein Sourceanschluss eines Transistorelements 352 oder 354 beschrieben werden, der jeweils mit dem Drainanschluss des anderen Transistorelements 354, 352 verbunden ist. Ein Steueranschluss des Transistorelements 354 kann mit dem dritten Hilfssignal Vcasc3 verbunden sein. Im Vergleich zu der Schalt-Schaltungsanordnung 2000 oder der Schalt-Schaltungsanordnung 3000 kann das Transistorelement 354 ein zusätzliches Transistorelement sein, das so mit dem Transistorelement 300 verbunden ist, dass eine T-GATE-Schaltungsanordnung gebildet wird. Mit anderen Worten können ein NMOS und ein PMOS einen T-GATE-Schalter bilden. Die analoge Eingangsspannung Vin kann mit dem T-GATE verbunden sein. Alternativ dazu können wenigstens zwei T-GATEs als ein Schalttransistorelement verwendet werden und können in Reihe verbunden sein, um eine bessere Isolation zu ermöglichen. Die analoge Eingangsspannung Vin kann mit dem wenigstens einen T-GATE verbunden sein. Sämtliche Ausgänge der T-GATEs können an einem Summierungsknoten miteinander verbunden sein. Der Summierungsknoten kann der Eingang eines Analog-Digital-Umsetzers - ADC (Analogue-Digital-Converter) - oder ein Stift eines Testmultiplexers sein. Auf beiden Seiten des T-GATE kann der volle Spannungshub auftreten.
  • Mit anderen Worten kann eine hohe Spannung unter Verwendung von nur Niederspannungstransistoren geschaltet werden, die zum Beispiel 2,5 Volt als die empfohlene Betriebsspannung VGSOP aufweisen. D. h., die Schalt-Schaltungsanordnung kann in der Abwesenheit der Transistorkomponenten realisiert werden, die eine Versorgungsspannung, die manchmal als VDD bezeichnet wird, wie etwa 5,0 V, als empfohlene Betriebsspannung VGSOP umfassen. Dementsprechend können hier beschriebene Ausführungsformen es ermöglichen, die Notwendigkeit eines Transistors, der zu der Spannungsklasse der Anwendung passt, wie etwa einer 5,0-Volt-Anwendung, die einen 5,0-Volt-Transistor verwendet, zu vermeiden. Die Versorgungsspannung VDD kann auf einen integrierten Schaltkreis verweisen, der zusammen mit der Schalt-Schaltungsanordnung auf einem Halbleitersubstrat integriert ist. Ein typischer Wert von VDD kann 5 Volt sein. D. h.,3 die Versorgungsspannung VDD kann die Versorgungsspannung des integrierten Schaltkreises sein. Der maximale Spannungspegel der Eingangsspannung Vin kann der Versorgungsspannung des integrierten Schaltkreises entsprechen. Dementsprechend kann die empfohlene Betriebsspannung VGSOP gleich der Hälfte einer Versorgungsspannung VDD des integrierten Schaltkreises sein.
  • 5a veranschaulicht ein schematisches Blockdiagramm des EIN-Zustands der Schalt-Schaltungsanordnung 4000. In dem schematischen Blockdiagramm gibt es auch veranschaulichte Potentialwerte, die an Transistorelemente der Schalt-Schaltungsanordnung 4000 angelegt werden. Diese Spannungspegel sind lediglich als Beispielwerte verwendet und sollen die hier beschriebenen Ausführungsformen nicht beschränken. Insbesondere können basierend auf anderen, weiteren oder unterschiedlichen Transistorelementen oder unterschiedlichen durch die Schalt-Schaltungsanordnung 4000 zu schaltenden Spannungspegeln andere, d. h. höhere oder niedrigere, Spannungspegel für jeden der beschriebenen Spannungspegel verwendet werden.
  • Bei dem vorliegenden Beispiel kann eine Eingangsspannung Vin, die der Eingangsspannung U(t) entsprechen kann, zwischen 0 Volt und 5 Volt liegen. Die Eingangsspannung Vin ist von dem Eingangsport 1002 zu dem Ausgangsport 1004 zu schalten. In dem EIN-Zustand umfassen die Schaltelemente 414 und 454 einen leitfähigen Zustand; vereinfacht sind die Schalter geschlossen. Die Schaltelemente 554, 654 und 754 können einen Zustand mit hoher Impedanz umfassen; vereinfacht können die Schaltelemente einen OFFEN-Zustand umfassen.
  • Eine Schwellenspannung Vth der Transistorelemente der Schalt-Schaltungsanordnung 4000 soll bei dem vorliegenden Beispiel gleich 0,5 Volt sein. Die Transistorelemente, insbesondere die Kaskodentransistorelemente und die Schalttransistorelemente, können als Transistorelemente implementiert sein, die 2,5 Volt als die empfohlene Betriebsspannung VGSOP umfassen. Dementsprechend soll die empfohlene Betriebsspannung VGSOP bei dem vorliegenden Beispiel 2,5 Volt betragen, soll eine maximale anwendbare Betriebsspannung zum Beispiel 3,25 V sein, was einem erlaubten Bereich (Toleranzbereich) von 30 % des empfohlenen Spannungsbereichs entspricht. Die Hilfssignale Vcasc1 und Vcasc3 sollen gleich 2,5 Volt sein und können miteinander verbunden sein, wobei das Hilfssignal Vcasc2 gleich 5,0 Volt sein soll. Der Spannungspegel der Ladungspumpe von 7,5 Volt kann erhalten werden, indem die empfohlene Betriebsspannung und die Versorgungsspannung addiert werden. Die Konfiguration der Schalt-Schaltungsanordnung 4000 und der Betriebsmodus können den Effekt ermöglichen, dass ein Spannungspegel, der gleich zu Vin + 2,5 V ist, an dem Steuergate des ersten Kaskodentransistorelements 100 angelegt wird. Basierend auf der parallelen Verbindung mit dem zweiten Kaskodentransistorelement 200 wird der gleiche Spannungspegel an dem Steueranschluss des zweiten Kaskodentransistorelements 200 angelegt. Die resistiven Elemente 502 und 702 können dazu konfiguriert sein, einen Spannungsabfall bereitzustellen, der gleich 2,0 Volt ist. In Kombination mit dem Spannungsabfall, der durch die Schwellenspannung Vth des Transistorelements 504 verursacht wird, kann ein kombinierter Spannungsabfall von 2,5 Volt zwischen dem Sourceanschluss des Kaskodentransistorelements 100 und dem Steueranschluss davon erhalten werden.
  • Dementsprechend kann basierend auf der Ladungspumpe, die Ladungsträger bereitstellt, und basierend auf der Spannung, die jeweils auf die Steueranschlüsse der Kaskodentransistorelemente 100 und 200, den Steueranschluss des Schalttransistorelements 352 angewandt wird, eine variierende Eingangsspannung Vin zu einem variierenden Spannungsabfall über den resistiven Elementen führen, so dass die Schaltungsanordnung betriebsfähig bleibt, d. h., die Transistorelemente der Schaltungsanordnung können durch die Hilfssignale und durch die Eingangsspannung geschaltet werden, wobei die Spannungsdifferenz zwischen dem Steueranschluss und dem Leistungsanschluss, zum Beispiel die Gate-Source-Spannung, zur gleichen Zeit innerhalb der Grenzen der empfohlenen Betriebsspannung VGSOP und/oder der anwendbaren Betriebsspannung verbleibt. Eine beispielhafte Steuerspannung der Versorgungssignalanordnung kann 7,5 Volt sein. Vereinfacht passt während des EIN-Zustands ein Spannungsabfall über dem jeweiligen resistiven Element die jeweilige Steuerspannung an. Mit anderen Worten kann während des EIN-Zustands ein Spannungsabfall über dem resistiven Element 502 die Steuerspannung anpassen, die an das Kaskodentransistorelement 100 angelegt wird. Ferner kann während des EIN-Zustands ein Spannungsabfall über dem resistiven Element 602 die Steuerspannung des Kaskodentransistorelements 200 anpassen. Ferner kann während des EIN-Zustands ein Spannungsabfall über dem resistiven Element 702 die Steuerspannung des Schalttransistorelements 352 anpassen.
  • Dementsprechend kann ein Spannungsabfall von 2,5 Volt in dem Bereich der empfohlenen Betriebsspannung gehalten werden, obwohl eine Eingangsspannung angelegt wird, die die empfohlene Betriebsspannung VGSOP und/oder die anwendbare Betriebsspannung überschreitet. Wenn die Aufmerksamkeit nun auf das Transistorelement 458 gerichtet wird, das mit der Stromquelle 452 verbunden ist, treffen die gleichen Prinzipien zu. Obwohl eine Spannung von 5,0 Volt an einen Sourceanschluss des Transistorelements 458 angelegt wird, kann eine Spannungsdifferenz zwischen dem Steueranschluss und dem Leistungsanschluss des Transistorelements 458 basierend auf dem Hilfssignal Vcasc1 mit einer Spannung von 2,5 Volt in dem Bereich der empfohlenen Betriebsspannung VGSOP und/oder der anwendbaren Betriebsspannung gehalten werden. Dementsprechend kann eine maximale Spannung der Eingangsspannung höher als die empfohlene Betriebsspannung und/oder höher als die anwendbare Betriebsspannung sein.
  • Basierend auf der Schaltungsanordnung der Versorgungssignalanordnung wird für Eingangsspannungen, die höchstens die empfohlene Betriebsspannung von 2,5 Volt sind, eine Spannung, die auch gleich der Eingangsspannung Vin + 2,5 V ist, an dem Steueranschluss des Schalttransistorelements 352 angelegt. Für Eingangsspannungen, die größer als die empfohlene Betriebsspannung sind, wird der p-Typ-MOS 354 umgeschaltet. Falls die Transistorelemente 352 und 354 auf eine nichtlineare Weise gesättigt werden, kann die angelegte Spannung an dem Transistorelement 352 durch die folgende Formel beschrieben werden: min { V i n + 2,5 V ; V c a s c 2 }
    Figure DE102016223354B4_0001
  • Dementsprechend kann der Spannungspegel an dem Steueranschluss des Transistorelements 352 höchstens der Pegel des zweiten Hilfssignals Vcasc2 sein. An einem Steueranschluss des Transistorelements 354 wird für Eingangsspannungen, die höchsten die empfohlene Betriebsspannung von 2,5 Volt sind, eine Spannung von 2,5 Volt angelegt. Dementsprechend können an jedem Transistorelement in der Schalt-Schaltungsanordnung Spannungen angelegt werden, die innerhalb des Spannungsbereichs der empfohlenen Betriebsspannung VGSOP oder wenigstens der anwendbaren Betriebsspannung gehalten werden.
  • Wie unter Bezugnahme auf 4 beschrieben wurde, kann die Versorgungssignalanordnung eine unterschiedliche Konfiguration umfassen, wie etwa die Konfiguration der Versorgungssignalanordnung 400. Dort kann ein Stromspiegel realisiert sein, wobei ein Pfad des Stromspiegels mit dem Schalttransistorelement 350 verbunden sein kann. Alternativ dazu oder zusätzlich kann das Schalttransistorelement 300 angeordnet sein. Obwohl sie als parallel zueinander verbunden beschrieben sind, d. h., die Stromquellen 412 sind mit den Kaskodentransistorelementen 100 und 200 verbunden, kann wenigstens eine Stromquelle für jedes der Kaskodentransistorelemente 100 und 200 bereitgestellt sein, d. h., sie können anders als parallel zueinander verbunden sein.
  • 5b zeigt das schematische Blockdiagramm aus 5a, wobei die Schal-Schaltungsanordnung 4000 den AUS-Zustand umfasst. In dem AUS-Zustand können die Schaltelemente 554, 654 und 754 einen Zustand mit niedriger Impedanz umfassen, d. h., die Schalter sind geschlossen, wobei die Schaltelemente 414 und 454 den Zustand mit hoher Impedanz umfassen. Basierend darauf wird eine Spannung von näherungsweise 3,0 Volt an den Steueranschlüssen der Kaskodentransistorelemente 100 und 200 angewandt. Der Pegel von 3 Volt kann höher als die empfohlene Betriebsspannung sein, kann aber immer noch innerhalb der maximalen anwendbaren Betriebsspannung, d. h. innerhalb des erlaubten Bereichs, liegen. D. h., die Kaskodentransistorelemente 100 und 200 verbleiben unbeschädigt. Insbesondere wird im AUS-Zustand eine geringe Strommenge zwischen dem ersten Port 1002 und dem zweiten Port 1004 und dementsprechend durch die Kaskodentransistorelemente 100 und 200 transportiert, was eine Erhöhung der Spannungspegel auf oberhalb der empfohlenen Betriebsspannung ermöglichen kann, ohne einen Schaden zu verursachen. Im Unterschied dazu kann eine Spannung gleich der Referenzspannung 1006, zum Beispiel 0 Volt, an dem Steueranschluss des Schalttransistorelements 352 bzw. des Schalttransistorelements 300 angewandt werden. Dies kann basierend darauf, dass das Transistorelement 752 ein n-Typ-CMOS-Transistor ist, wie etwa das Schalttransistorelement 352 bzw. das Schalttransistorelement 300, erhalten werden. Basierend darauf, dass das Hilfssignal Vcasc3 mit dem Steueranschluss des Transistorelements 752 verbunden ist, und basierend auf dem geschlossenen Zustand des Schaltelements 754 können der Steueranschluss des Schalttransistorelements 352, des Schalttransistorelements 300 jeweils mit der Referenzspannung 1006 verbunden sein. Basierend darauf, dass das erste Kaskodentransistorelement 100 und das zweite Kaskodentransistorelement 200 und das Schalttransistorelement 352 oder 300 den gleichen Leitfähigkeitstyp aufweisen, und/oder basierend darauf, dass das erste Kaskodentransistorelement 100 und das zweite Kaskodentransistorelement 200 und das Schalttransistorelement 352 bzw. 300 durch einen identischen Transistortyp implementiert sind, kann dementsprechend eine symmetrische Schaltungsanordnung erhalten werden. Basierend darauf, dass das Transistorelement 752 im Vergleich zu dem Schalttransistorelement 352 bzw. 300 von gleichem Typ ist, kann der sogenannte Realschalter mit der Referenzspannung verbunden sein, d. h., auf 0 geschaltet sein.
  • In dem EIN-Zustand aus 5a können Spannungen, die an den Transistorelementen angelegt sind, unterhalb oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung oder sogar unterhalb oder gleich der empfohlenen Betriebsspannung sein. In dem AUS-Zustand aus 5b kann die Spannung die empfohlene Betriebsspannung innerhalb des Toleranzbereichs der anwendbaren Betriebsspannung überschreiten.
  • Die Symmetrie der Schaltungsanordnungen gemäß den vorliegenden Ausführungsformen kann ermöglichen, dass das erste und zweite Kaskodentransistorelement 100 und 200 und die Schalttransistorelemente 352 und 354 bzw. 300 als sogenannte Doppelgateoxidtransistoren implementiert sind, die Schalt-Schaltungsanordnungen 1000, 2000, 3000 und/oder 4000 können ferner durch Transistorelemente eines gleichen oder gleichwertigen Verarbeitungsverfahrens implementiert sein. Im Vergleich zu bekannten Schalt-Schaltungsanordnungen kann eine Anordnung eines Schalttransistors, der von anderen Transistorelementen der Schaltungsanordnung abweicht, vermieden werden. Dies kann einen gemeinsamen Herstellungsprozess ermöglichen, der mit einer geringen Zeitmenge realisiert werden kann, was einen hohen Durchsatz des Prozesses und/oder eine geringe Kostenmenge zum Implementieren der Schalt-Schaltungsanordnung ermöglichen kann.
  • Ein Spannungspegel auf der sogenannten Eingangsseite zwischen dem ersten Port 1002 und dem Transistorelement 352 kann höchstens 2,5 Volt betragen. Ein Spannungspegel auf der sogenannten Ausgangsseite zwischen dem zweiten Port 1004 und dem Transistorelement 352 kann höchstens 2,5 Volt betragen. Insbesondere können beide Spannungspegel der folgenden Bestimmungsregel folgen: min { V i n ; 2,5 V }
    Figure DE102016223354B4_0002
  • Vereinfacht können die Spannungspegel der Eingangsspannung Vin bis zu einem Pegel von 2,5 Volt folgen, wenn das Kaskodentransistorelement 100 einschaltet. Bei niedrigen Spannung, z. B. 0 Volt, kann das Kaskodentransistorelement 100 einen leitfähigen Betriebsmodus umfassen. Bei Eingangsspannungspegeln oberhalb von 2,5 Volt stellt das Kaskodentransistorelement 100 eine Kaskodenfunktionalität bereit, d. h. der Spannungspegel wird begrenzt. Der Spannungspegel auf der Eingangsseite kann dem Spannungspegel an dem ersten Port 1002 folgen, wobei der Spannungspegel an der Ausgangsseite dem Spannungspegel an dem zweiten Port gemäß der Bestimmungsregel folgen kann. min { V o u t ; 2,5 V }
    Figure DE102016223354B4_0003
  • Bei der mit Bezug auf 5a und 5b beschriebenen Ausführungsform kann die empfohlene Betriebsspannung VGSOP gleich der Hälfte des maximalen Eingangsspannungspegels der Eingangsspannung Vin sein. Gemäß anderen Ausführungsformen kann eine unterschiedliche Beziehung zwischen der empfohlenen Betriebsspannung VGSOP und dem maximalen Eingangsspannungspegel der Eingangsspannung Vin erhalten werden. Die Beziehung kann durch die Eingangsspannung und/oder durch die empfohlene Betriebsspannung VGSOP unabhängig voneinander beeinflusst werden. Ferner können die Schalt-Schaltungsanordnungen gemäß den hier beschriebenen Ausführungsformen so variiert werden, dass eine unterschiedliche Beziehung zwischen dem maximalen Eingangsspannungspegel der Eingangsspannung Vin und der empfohlenen Betriebsspannung ermöglicht wird. Wenn zum Beispiel auf den Sourcefolgerpfad 500 oder einen beliebigen anderen hier beschriebenen Sourcefolger verwiesen wird, kann ein Spannungsabfall über dem resistiven Element 502, über dem Transistorelement 504 und über dem Transistorelement 506 erhalten werden. Jedes der Elemente ermöglicht einen Spannungsabfall in dem Bereich von 2,5 Volt zwischen der Spannung Vcp von 7,5 Volt herab zu der Referenzspannung 1006. Dementsprechend kann, wenn zum Beispiel eine höhere Eingangsspannung verwendet wird und dementsprechend eine höhere Spannung Vcp verwendet wird, der gleiche Typ von Transistorelementen verwendet werden, wenn weitere Transistorelemente verwendet werden, wodurch weitere Spannungsabfälle zwischen der höchsten Spannung und der Referenzspannung ermöglicht werden.
  • 6 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Gleichspannungsschnittstelle 6000 gemäß einer Ausführungsform. Die Gleichspannungsschnittstelle 6000 kann die Schalt-Schaltungsanordnung 1000 umfassen. Alternativ dazu oder zusätzlich kann die Gleichspannungsschnittstelle 6000 eine andere Schalt-Schaltungsanordnung gemäß hier beschriebenen Ausführungsformen beinhalten, wie etwa die Schalt-Schaltungsanordnung 2000, die Schalt-Schaltungsanordnung 3000 und/oder die Schalt-Schaltungsanordnung 4000. Die Gleichspannungsschnittstelle 6000 kann durch eine Versorgungsspannung VDD, zum Beispiel 5,0 Volt, mit Leistung versorgt werden. Ein integrierter Schaltkreis 6100 mit der Schalt-Schaltungsanordnung 1000 integriert kann die Spannung VDD als Versorgungsspannung verwenden. Ferner können Niederspannungstransistorelemente verwendet werden, um einen Schutz der Kaskode und der Schalttransistorelemente sicherzustellen.
  • Die Gleichspannungsschnittstelle kann zum Beispiel eine Sensorschnittstelle sein, die mit einer Leistungssenke, wie etwa wenigstens einem Mikrocontroller und/oder wenigstens einem Sensorelement verbindbar ist. Zum Beispiel kann ein Hall-Sensor, ein Klopfsensor und/oder ein Niederfrequenzsensor, der Frequenzen unterhalb von 1 MHz verwendet, mit dem zweiten Sensorport 1004 der Schalt-Schaltungsanordnung 3000 verbunden sein. Alternativ dazu oder zusätzlich können mehrere Leistungssenken mit dem zweiten Port verbunden sein. Dies kann zum Beispiel Multiplexen mehrerer Sensoren ermöglichen, die gemeinsam mit dem zweiten Port verbunden sind.
  • Hier beschriebene Ausführungsformen können ein sicheres Schalten von Spannungen, die höher als eine empfohlene Betriebsspannung und/oder eine anwendbare Betriebsspannung von zum Schalten verwendeten Transistorelementen ist, ermöglichen.
  • Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang einer Einrichtung beschrieben worden sind, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens repräsentieren, wobei ein Block oder eine Vorrichtung einem Verfahrensschritt oder einem Merkmal eines Verfahrensschritts entspricht. Sinngemäß repräsentieren im Zusammenhang eines Verfahrensschritts beschriebene Aspekte auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Gegenstands oder Merkmals einer entsprechenden Einrichtung.
  • Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind lediglich veranschaulichend für die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung. Es versteht sich, dass einem Fachmann Modifikationen und Variationen der Anordnungen und der hier beschriebenen Einzelheiten ersichtlich werden. Es wird deshalb beabsichtigt, nur durch den Schutzumfang der anhängigen Patentansprüche beschränkt zu werden und nicht durch die speziellen Einzelheiten, die durch die Beschreibung und die Erklärung der Ausführungsformen hier präsentiert sind.

Claims (30)

  1. Schalt-Schaltungsanordnung (1000; 2000; 3000; 4000) zum Bereitstellen während eines EIN-Zustands einer Verbindung zwischen einem ersten Port (1002) zum Empfangen einer Eingangsspannung (Vin; U(t)) und einem zweiten Port (1004) und zum elektrischen Trennen während eines AUS-Zustands des ersten Ports (1002) von dem zweiten Port (1004), wobei die Schalt-Schaltungsanordnung Folgendes umfasst: ein erstes Kaskodentransistorelement (100), das eine anwendbare Betriebsspannung aufweist und einen ersten Steueranschluss (102) umfasst, wobei das erste Kaskodentransistorelement (100) mit dem ersten Port (1002) der Schalt-Schaltungsanordnung verbunden ist; und ein zweites Kaskodentransistorelement (200), das auch die anwendbare Betriebsspannung aufweist und einen zweiten Steueranschluss (202) umfasst, wobei das zweite Kaskodentransistorelement (200) mit dem zweiten Port (1004) der Schalt-Schaltungsanordnung verbunden ist; ein Schalttransistorelement (300; 350), das auch die anwendbare Betriebsspannung aufweist und einen dritten Steueranschluss (302) umfasst, wobei das Schalttransistorelement (300; 350) zwischen dem ersten (100) und zweiten (200) Kaskodentransistorelement in Reihe verbunden ist; und eine Versorgungssignalanordnung (400; 800), die mit dem ersten (102), zweiten (202) und dritten (302) Steueranschluss verbunden ist und zum Liefern einer ersten Steuerspannung (104) an den ersten Steueranschluss (102), zum Liefern einer zweiten Steuerspannung (204) an den zweiten Steueranschluss (202) und zum Liefern einer dritten Steuerspannung (304) an den dritten Steueranschluss (302) konfiguriert ist; wobei das erste Kaskodentransistorelement (100) mit einer ersten Anpassungsschaltungsanordnung (500) verbunden ist, die erste Anpassungsschaltungsanordnung (500) zwischen dem ersten Steueranschluss (102) und einem Referenzpotential (1006) verbunden ist und zum Anpassen der ersten Steuerspannung (104) konfiguriert ist, so dass während des EIN-Zustands die Spannungsdifferenz zwischen der ersten Steuerspannung (104) und der Eingangsspannung (Vin; U(t)) geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung ist; wobei das zweite Kaskodentransistorelement (200) mit einer zweiten Anpassungsschaltungsanordnung (600) verbunden ist, wobei die zweite Anpassungsschaltungsanordnung (600) zwischen dem zweiten Steueranschluss (202) und dem Referenzpotential (1006) verbunden ist und dazu konfiguriert ist, die zweite Steuerspannung (204) so anzupassen, dass während des EIN-Zustands die Spannungsdifferenz zwischen der zweiten Steuerspannung (204) und der Eingangsspannung (Vin; U(t)) geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung ist; wobei das Schalttransistorelement (300; 350) mit einer dritten Anpassungsschaltungsanordnung (700) verbunden ist, wobei die dritte Anpassungsschaltungsanordnung (700) zwischen dem dritten Steueranschluss (302) und dem Referenzpotential (1006) verbunden ist und dazu konfiguriert ist, die dritte Steuerspannung (304) so anzupassen, dass während des EIN-Zustands die Spannungsdifferenz zwischen der dritten Steuerspannung (304) und der Eingangsspannung (Vin; U(t)) geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung ist; und wobei ein maximaler Spannungspegel (Umax) der Eingangsspannung (Vin; U(t)) höher als die anwendbare Betriebsspannung ist; wobei die erste Anpassungsschaltungsanordnung (500) einen ersten Sourcefolger mit einem ersten resistiven Element (502) umfasst, wobei während des EIN-Zustands ein Spannungsabfall über dem ersten resistiven Element (502) die erste Steuerspannung (104) anpasst; wobei die zweite Anpassungsschaltungsanordnung (600) einen zweiten Sourcefolger mit einem zweiten resistiven Element (602) umfasst, wobei während des EIN-Zustands ein Spannungsabfall über dem zweiten resistiven Element (602) die zweite Steuerspannung (204) anpasst; wobei die dritte Anpassungsschaltungsanordnung (700) einen dritten Sourcefolger mit einem dritten resistiven Element (702) umfasst, wobei während des EIN-Zustands ein Spannungsabfall über dem dritten resistiven Element (702) die dritte Steuerspannung (304) anpasst.
  2. Schalt-Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die erste Anpassungsschaltungsanordnung (500) dazu konfiguriert ist, die erste Steuerspannung (104) so anzupassen, dass während des AUS-Zustands die Spannungsdifferenz zwischen der ersten Steuerspannung (104) und der Eingangsspannung (Vin; U(t)) geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung ist; wobei die zweite Anpassungsschaltungsanordnung (600) dazu konfiguriert ist, die zweite Steuerspannung (204) so anzupassen, dass während des AUS-Zustands die Spannungsdifferenz zwischen der zweiten Steuerspannung (204) und der Eingangsspannung (Vin; U(t)) geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung ist; und wobei die dritte Anpassungsschaltungsanordnung (700) dazu konfiguriert ist, die dritte Steuerspannung (304) so anzupassen, dass während des AUS-Zustands die Spannungsdifferenz zwischen der dritten Steuerspannung (304) und der Eingangsspannung (Vin; U(t)) geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung ist.
  3. Schalt-Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die anwendbare Betriebsspannung innerhalb eines Toleranzbereichs höher als eine empfohlene Betriebsspannung (VGSOP) des ersten Kaskodentransistorelements (100), des zweiten Kaskodentransistorelements (200) und des Schalttransistorelements (300) ist, wobei der Toleranzbereich höchstens 35 % der empfohlenen Betriebsspannung (VGSOP) ist.
  4. Schalt-Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Versorgungssignalanordnung (400; 800) eine Ladungspumpenschaltungsanordnung umfasst.
  5. Schalt-Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, wobei die Ladungspumpenschaltungsanordnung ferner eine Stromspiegelschaltungsanordnung umfasst, wobei die Stromspiegelschaltungsanordnung einen ersten Zweig (410) umfasst, der mit dem ersten und zweiten Sourcefolger verbunden ist, und einen zweiten Zweig (450) umfasst, der mit dem dritten Sourcefolger verbunden ist.
  6. Schalt-Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Anpassungsschaltungsanordnung (500) ein viertes Transistorelement (552) umfasst, wobei während des AUS-Zustands das vierte Transistorelement (552) zwischen dem ersten Steueranschluss (102) und dem Referenzpotential (1006) verbunden ist; wobei die zweite Anpassungsschaltungsanordnung (600) ein fünftes Transistorelement (652) umfasst, wobei während des AUS-Zustands das fünfte Transistorelement (652) zwischen dem zweiten Steueranschluss (202) und dem Referenzpotential (1006) verbunden ist; und wobei die dritte Anpassungsschaltungsanordnung (700) ein sechstes Transistorelement (752) umfasst, wobei während des AUS-Zustands das sechste Transistorelement (752) zwischen dem dritten Steueranschluss (302) und dem Referenzpotential (1006) verbunden ist. wobei das vierte Transistorelement (552) einen vierten Steueranschluss umfasst, wobei das fünfte Transistorelement (652) einen fünften Steueranschluss umfasst und wobei das sechste Transistorelement (752) einen sechsten Steueranschluss umfasst, wobei während des AUS-Zustands der vierte (552), fünfte (652) und sechste (752) Steueranschluss mit einem Spannungspegel (Vcasc1; Vcasc 3) verbunden sind, der einer anwendbaren Betriebsspannung des vierten, fünften und sechsten Transistorelements (552, 652, 752) entspricht.
  7. Schalt-Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, wobei das vierte Transistorelement (552) und das erste Kaskodentransistorelement (100) komplementäre Transistortypen aufweisen; wobei das fünfte Transistorelement (652) und das zweite Kaskodentransistorelement (200) komplementäre Transistortypen aufweisen; wobei das sechste Transistorelement (752) und das Schalttransistorelement (300; 350) einen gleichen Transistortyp aufweisen.
  8. Schalt-Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 oder 7, wobei das vierte Transistorelement (552) einen vierten Steueranschluss umfasst, wobei das fünfte Transistorelement (652) einen fünften Steueranschluss umfasst und wobei das sechste Transistorelement (752) einen sechsten Steueranschluss umfasst, wobei während des AUS-Zustands der vierte (552), fünfte (652) und sechste (752) Steueranschluss mit einem Spannungspegel (Vcasc1; Vcasc3) verbunden sind, der einer anwendbaren Betriebsspannung des vierten, fünften und sechsten Transistorelements (552, 652, 752) entspricht.
  9. Schalt-Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste (100) und zweite (200) Kaskodentransistorelement und das Schalttransistorelement (300; 350) den gleichen Leitfähigkeitstyp aufweisen.
  10. Schalt-Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste (100) und zweite (200) Kaskodentransistorelement und das Schalttransistorelement (300; 350) durch einen identischen Transistortyp implementiert sind.
  11. Schalt-Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 wobei das Schalttransistorelement (300; 350) als ein T-GATE-Schaltkreis (350) implementiert ist.
  12. Schalt-Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Kaskodentransistorelement (100), das zweite Kaskodentransistorelement (200) und das Schalttransistorelement (300; 350) als Doppelgateoxidtransistoren implementiert sind.
  13. Schalt-Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Kaskodentransistorelement (100), das zweite Kaskodentransistorelement (200) und das Schalttransistorelement (300; 350) 2,5 V als empfohlene Betriebsspannung (VGSOP) aufweisen.
  14. Schalt-Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schalt-Schaltungsanordnung in Abwesenheit von Transistorelementen realisiert ist, die einen Versorgungsspannungspegel (VDD) eines integrierten Schaltkreises (6100), der zusammen mit der Schalt-Schaltungsanordnung auf einem Halbleitersubstrat integriert ist, als empfohlene Betriebsspannung (VGSOP) umfassen.
  15. Schalt-Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der maximale Spannungspegel (Umax) der Eingangsspannung (Vin; U(t)) einem Versorgungsspannungspegel (VDD) eines integrierten Schaltkreises (6100) entspricht, der zusammen mit der Schalt-Schaltungsanordnung auf einem Halbleitersubstrat integriert ist.
  16. Schalt-Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine empfohlene Betriebsspannung (VGSOP) des ersten Kaskodentransistorelements (100), des zweiten Kaskodentransistorelements (200) und des Schalttransistorelements (300) gleich der Hälfte des maximalen Pegels der Eingangsspannung (Umax) der Eingangsspannung (Vin; U(t)) ist.
  17. Schalt-Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine empfohlene Betriebsspannung (VGSOP) des ersten Kaskodentransistorelements (100), des zweiten Kaskodentransistorelements (200) und des Schalttransistorelements (300) gleich der Hälfte eines Versorgungsspannungspegels (VDD) eines integrierten Schaltkreises (6100) ist, der zusammen mit der Schalt-Schaltungsanordnung auf einem Halbleitersubstrat integriert ist.
  18. Schalt-Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein drittes Kaskodentransistorelement zwischen dem Schalttransistorelement (300) und dem ersten Port (1002) verbunden ist und wobei wenigstens ein viertes Kaskodentransistorelement zwischen dem zweiten Port (1004) und dem Schalttransistorelement (300) verbunden ist.
  19. Schalt-Schaltungsanordnung (1000; 2000; 3000; 4000) zum Bereitstellen während eines EIN-Zustands einer Verbindung zwischen einem ersten Port (1002) zum Empfangen einer Eingangsspannung (Vin; U(t)) und einem zweiten Port (1004) und zum elektrischen Trennen während eines AUS-Zustands des ersten Ports (1002) von dem zweiten Port (1004), wobei die Schalt-Schaltungsanordnung Folgendes umfasst: ein erstes Kaskodentransistorelement (100), das eine anwendbare Betriebsspannung aufweist und einen ersten Steueranschluss (102) umfasst, wobei das erste Kaskodentransistorelement (100) mit dem ersten Port (1002) der Schalt-Schaltungsanordnung verbunden ist; und ein zweites Kaskodentransistorelement (200), das auch die anwendbare Betriebsspannung aufweist und einen zweiten Steueranschluss (202) umfasst, wobei das zweite Kaskodentransistorelement (200) mit dem zweiten Port (1004) der Schalt-Schaltungsanordnung verbunden ist; ein Schalttransistorelement (300; 350), das auch die anwendbare Betriebsspannung aufweist und einen dritten Steueranschluss (302) umfasst, wobei das Schalttransistorelement (300; 350) zwischen dem ersten (100) und zweiten (200) Kaskodentransistorelement in Reihe verbunden ist; und eine Versorgungssignalanordnung (400; 800), die mit dem ersten (102), zweiten (202) und dritten (302) Steueranschluss verbunden ist und zum Liefern einer ersten Steuerspannung (104) an den ersten Steueranschluss (102), zum Liefern einer zweiten Steuerspannung (204) an den zweiten Steueranschluss (202) und zum Liefern einer dritten Steuerspannung (304) an den dritten Steueranschluss (302) konfiguriert ist; wobei das erste Kaskodentransistorelement (100) mit einer ersten Anpassungsschaltungsanordnung (500) verbunden ist, die erste Anpassungsschaltungsanordnung (500) zwischen dem ersten Steueranschluss (102) und einem Referenzpotential (1006) verbunden ist und zum Anpassen der ersten Steuerspannung (104) konfiguriert ist, so dass während des EIN-Zustands die Spannungsdifferenz zwischen der ersten Steuerspannung (104) und der Eingangsspannung (Vin; U(t)) geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung ist; wobei das zweite Kaskodentransistorelement (200) mit einer zweiten Anpassungsschaltungsanordnung (600) verbunden ist, wobei die zweite Anpassungsschaltungsanordnung (600) zwischen dem zweiten Steueranschluss (202) und dem Referenzpotential (1006) verbunden ist und dazu konfiguriert ist, die zweite Steuerspannung (204) so anzupassen, dass während des EIN-Zustands die Spannungsdifferenz zwischen der zweiten Steuerspannung (204) und der Eingangsspannung (Vin; U(t)) geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung ist; wobei das Schalttransistorelement (300; 350) mit einer dritten Anpassungsschaltungsanordnung (700) verbunden ist, wobei die dritte Anpassungsschaltungsanordnung (700) zwischen dem dritten Steueranschluss (302) und dem Referenzpotential (1006) verbunden ist und dazu konfiguriert ist, die dritte Steuerspannung (304) so anzupassen, dass während des EIN-Zustands die Spannungsdifferenz zwischen der dritten Steuerspannung (304) und der Eingangsspannung (Vin; U(t)) geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung ist; und wobei ein maximaler Spannungspegel (Umax) der Eingangsspannung (Vin; U(t)) höher als die anwendbare Betriebsspannung ist; wobei die erste Anpassungsschaltungsanordnung (500) ein viertes Transistorelement (552) umfasst, wobei während des AUS-Zustands das vierte Transistorelement (552) zwischen dem ersten Steueranschluss (102) und dem Referenzpotential (1006) verbunden ist; wobei die zweite Anpassungsschaltungsanordnung (600) ein fünftes Transistorelement (652) umfasst, wobei während des AUS-Zustands das fünfte Transistorelement (652) zwischen dem zweiten Steueranschluss (202) und dem Referenzpotential (1006) verbunden ist; und wobei die dritte Anpassungsschaltungsanordnung (700) ein sechstes Transistorelement (752) umfasst, wobei während des AUS-Zustands das sechste Transistorelement (752) zwischen dem dritten Steueranschluss (302) und dem Referenzpotential (1006) verbunden ist; wobei das vierte Transistorelement (552) einen vierten Steueranschluss umfasst, wobei das fünfte Transistorelement (652) einen fünften Steueranschluss umfasst und wobei das sechste Transistorelement (752) einen sechsten Steueranschluss umfasst, wobei während des AUS-Zustands der vierte (552), fünfte (652) und sechste (752) Steueranschluss mit einem Spannungspegel (Vcasc1; Vcasc3) verbunden sind, der einer anwendbaren Betriebsspannung des vierten, fünften und sechsten Transistorelements (552, 652, 752) entspricht.
  20. Schalt-Schaltungsanordnung (1000; 2000; 3000; 4000) zum Bereitstellen während eines EIN-Zustands einer Verbindung zwischen einem ersten Port (1002) zum Empfangen einer Eingangsspannung (Vin; U(t)) und einem zweiten Port (1004) und zum elektrischen Trennen während eines AUS-Zustands des ersten Ports (1002) von dem zweiten Port (1004), wobei die Schalt-Schaltungsanordnung Folgendes umfasst: ein erstes Kaskodentransistorelement (100), das eine anwendbare Betriebsspannung aufweist und einen ersten Steueranschluss (102) umfasst, wobei das erste Kaskodentransistorelement (100) mit dem ersten Port (1002) der Schalt-Schaltungsanordnung verbunden ist; und ein zweites Kaskodentransistorelement (200), das auch die anwendbare Betriebsspannung aufweist und einen zweiten Steueranschluss (202) umfasst, wobei das zweite Kaskodentransistorelement (200) mit dem zweiten Port (1004) der Schalt-Schaltungsanordnung verbunden ist; ein Schalttransistorelement (300; 350), das auch die anwendbare Betriebsspannung aufweist und einen dritten Steueranschluss (302) umfasst, wobei das Schalttransistorelement (300; 350) zwischen dem ersten (100) und zweiten (200) Kaskodentransistorelement in Reihe verbunden ist; und eine Versorgungssignalanordnung (400; 800), die mit dem ersten (102), zweiten (202) und dritten (302) Steueranschluss verbunden ist und zum Liefern einer ersten Steuerspannung (104) an den ersten Steueranschluss (102), zum Liefern einer zweiten Steuerspannung (204) an den zweiten Steueranschluss (202) und zum Liefern einer dritten Steuerspannung (304) an den dritten Steueranschluss (302) konfiguriert ist; wobei das erste Kaskodentransistorelement (100) mit einer ersten Anpassungsschaltungsanordnung (500) verbunden ist, die erste Anpassungsschaltungsanordnung (500) zwischen dem ersten Steueranschluss (102) und einem Referenzpotential (1006) verbunden ist und zum Anpassen der ersten Steuerspannung (104) konfiguriert ist, so dass während des EIN-Zustands die Spannungsdifferenz zwischen der ersten Steuerspannung (104) und der Eingangsspannung (Vin; U(t)) geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung ist; wobei das zweite Kaskodentransistorelement (200) mit einer zweiten Anpassungsschaltungsanordnung (600) verbunden ist, wobei die zweite Anpassungsschaltungsanordnung (600) zwischen dem zweiten Steueranschluss (202) und dem Referenzpotential (1006) verbunden ist und dazu konfiguriert ist, die zweite Steuerspannung (204) so anzupassen, dass während des EIN-Zustands die Spannungsdifferenz zwischen der zweiten Steuerspannung (204) und der Eingangsspannung (Vin; U(t)) geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung ist; wobei das Schalttransistorelement (300; 350) mit einer dritten Anpassungsschaltungsanordnung (700) verbunden ist, wobei die dritte Anpassungsschaltungsanordnung (700) zwischen dem dritten Steueranschluss (302) und dem Referenzpotential (1006) verbunden ist und dazu konfiguriert ist, die dritte Steuerspannung (304) so anzupassen, dass während des EIN-Zustands die Spannungsdifferenz zwischen der dritten Steuerspannung (304) und der Eingangsspannung (Vin; U(t)) geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung ist; und wobei ein maximaler Spannungspegel (Umax) der Eingangsspannung (Vin; U(t)) höher als die anwendbare Betriebsspannung ist; wobei das Schalttransistorelement (300; 350) als ein T-GATE-Schaltkreis (350) implementiert ist.
  21. DC-Schnittstelle (6000), die eine Schalt-Schaltungsanordnung (1000; 2000; 3000; 4000) nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst.
  22. Verfahren zum Betreiben einer Schalt-Schaltungsanordnung, die eine Eingangsspannung (Vin; U(t)) zwischen einem EIN-Zustand und einem AUS-Zustand empfängt, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen während des EIN-Zustands einer Verbindung zwischen einem ersten Port (1002) und einem zweiten Port (1004) und während des AUS-Zustands elektrisches Trennen des ersten Ports (1002) von dem zweiten Port (1004); wobei die Schalt-Schaltungsanordnung Folgendes umfasst: ein erstes Kaskodentransistorelement (100), das eine anwendbare Betriebsspannung aufweist und einen ersten Steueranschluss (102) umfasst, wobei das erste Kaskodentransistorelement (100) mit dem ersten Port (1002) der Schalt-Schaltungsanordnung verbunden ist; und ein zweites Kaskodentransistorelement (200), das auch die anwendbare Betriebsspannung aufweist und einen zweiten Steueranschluss (202) umfasst, wobei das zweite Kaskodentransistorelement (200) mit dem zweiten Port (1004) der Schalt-Schaltungsanordnung verbunden ist; ein Schalttransistorelement (300; 350), das auch die anwendbare empfohlene Betriebsspannung aufweist und einen dritten Steueranschluss (302) umfasst, wobei das Schalttransistorelement (300; 350) zwischen dem ersten und zweiten Kaskodentransistorelement (200) in Reihe verbunden ist; wobei die erste Anpassungsschaltungsanordnung (500) einen ersten Sourcefolger mit einem ersten resistiven Element (502) umfasst, wobei während des EIN-Zustands ein Spannungsabfall über dem ersten resistiven Element (502) die erste Steuerspannung (104) anpasst; wobei die zweite Anpassungsschaltungsanordnung (600) einen zweiten Sourcefolger mit einem zweiten resistiven Element (602) umfasst, wobei während des EIN-Zustands ein Spannungsabfall über dem zweiten resistiven Element (602) die zweite Steuerspannung (204) anpasst; wobei die dritte Anpassungsschaltungsanordnung (700) einen dritten Sourcefolger mit einem dritten resistiven Element (702) umfasst, wobei während des EIN-Zustands ein Spannungsabfall über dem dritten resistiven Element (702) die dritte Steuerspannung (304) anpasst; und Liefern einer ersten Steuerspannung (104) an den ersten Steueranschluss (102); Liefern einer zweiten Steuerspannung (204) an den zweiten Steueranschluss (202); Liefern einer dritten Steuerspannung (304) an den dritten Steueranschluss (302); Anpassen der ersten Steuerspannung (104) mittels eines ersten Sourcefolgers, der mit dem ersten Kaskodentransistorelement (100) verbunden ist, so dass während des EIN-Zustands die Spannungsdifferenz zwischen der ersten Steuerspannung (104) und der Eingangsspannung (Vin; U(t)) geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung ist; Anpassen der zweiten Steuerspannung (204) mittels eines zweiten Sourcefolgers, der mit dem zweiten Kaskodentransistorelement (200) verbunden ist, so dass während des EIN-Zustands die Spannungsdifferenz zwischen der zweiten Steuerspannung (204) und der Eingangsspannung (Vin; U(t)) geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung ist; und Anpassen der dritten Steuerspannung (304) mittels eines dritten Sourcefolgers, der mit dem Schalttransistorelement (300; 350) verbunden ist, so dass während des EIN-Zustands die Spannungsdifferenz zwischen der dritten Steuerspannung (304) und der Eingangsspannung (Vin; U(t)) geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung ist; wobei ein maximaler Spannungspegel (Umax) der Eingangsspannung (Vin; U(t)) höher als die anwendbare Betriebsspannung ist.
  23. Verfahren zum Betreiben einer Schalt-Schaltungsanordnung, die eine Eingangsspannung (Vin; U(t)) zwischen einem EIN-Zustand und einem AUS-Zustand empfängt, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen während des EIN-Zustands einer Verbindung zwischen einem ersten Port (1002) und einem zweiten Port (1004) und während des AUS-Zustands elektrisches Trennen des ersten Ports (1002) von dem zweiten Port (1004); wobei die Schalt-Schaltungsanordnung Folgendes umfasst: ein erstes Kaskodentransistorelement (100), das eine anwendbare Betriebsspannung aufweist und einen ersten Steueranschluss (102) umfasst, wobei das erste Kaskodentransistorelement (100) mit dem ersten Port (1002) der Schalt-Schaltungsanordnung verbunden ist; und ein zweites Kaskodentransistorelement (200), das auch die anwendbare Betriebsspannung aufweist und einen zweiten Steueranschluss (202) umfasst, wobei das zweite Kaskodentransistorelement (200) mit dem zweiten Port (1004) der Schalt-Schaltungsanordnung verbunden ist; ein Schalttransistorelement (300; 350), das auch die anwendbare empfohlene Betriebsspannung aufweist und einen dritten Steueranschluss (302) umfasst, wobei das Schalttransistorelement (300; 350) zwischen dem ersten und zweiten Kaskodentransistorelement (200) in Reihe verbunden ist; wobei die erste Anpassungsschaltungsanordnung (500) ein viertes Transistorelement (552) umfasst, wobei während des AUS-Zustands das vierte Transistorelement (552) zwischen dem ersten Steueranschluss (102) und dem Referenzpotential (1006) verbunden ist; wobei die zweite Anpassungsschaltungsanordnung (600) ein fünftes Transistorelement (652) umfasst, wobei während des AUS-Zustands das fünfte Transistorelement (652) zwischen dem zweiten Steueranschluss (202) und dem Referenzpotential (1006) verbunden ist; und wobei die dritte Anpassungsschaltungsanordnung (700) ein sechstes Transistorelement (752) umfasst, wobei während des AUS-Zustands das sechste Transistorelement (752) zwischen dem dritten Steueranschluss (302) und dem Referenzpotential (1006) verbunden ist; wobei das vierte Transistorelement (552) einen vierten Steueranschluss umfasst, wobei das fünfte Transistorelement (652) einen fünften Steueranschluss umfasst und wobei das sechste Transistorelement (752) einen sechsten Steueranschluss umfasst, wobei während des AUS-Zustands der vierte (552), fünfte (652) und sechste (752) Steueranschluss mit einem Spannungspegel (Vcasc1; Vcasc3) verbunden sind, der einer anwendbaren Betriebsspannung des vierten, fünften und sechsten Transistorelements (552, 652, 752) entspricht; und Liefern einer ersten Steuerspannung (104) an den ersten Steueranschluss (102); Liefern einer zweiten Steuerspannung (204) an den zweiten Steueranschluss (202); Liefern einer dritten Steuerspannung (304) an den dritten Steueranschluss (302); Anpassen der ersten Steuerspannung (104) mittels eines ersten Sourcefolgers, der mit dem ersten Kaskodentransistorelement (100) verbunden ist, so dass während des EIN-Zustands die Spannungsdifferenz zwischen der ersten Steuerspannung (104) und der Eingangsspannung (Vin; U(t)) geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung ist; Anpassen der zweiten Steuerspannung (204) mittels eines zweiten Sourcefolgers, der mit dem zweiten Kaskodentransistorelement (200) verbunden ist, so dass während des EIN-Zustands die Spannungsdifferenz zwischen der zweiten Steuerspannung (204) und der Eingangsspannung (Vin; U(t)) geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung ist; und Anpassen der dritten Steuerspannung (304) mittels eines dritten Sourcefolgers, der mit dem Schalttransistorelement (300; 350) verbunden ist, so dass während des EIN-Zustands die Spannungsdifferenz zwischen der dritten Steuerspannung (304) und der Eingangsspannung (Vin; U(t)) geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung ist; wobei ein maximaler Spannungspegel (Umax) der Eingangsspannung (Vin; U(t)) höher als die anwendbare Betriebsspannung ist.
  24. Verfahren zum Betreiben einer Schalt-Schaltungsanordnung, die eine Eingangsspannung (Vin; U(t)) zwischen einem EIN-Zustand und einem AUS-Zustand empfängt, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen während des EIN-Zustands einer Verbindung zwischen einem ersten Port (1002) und einem zweiten Port (1004) und während des AUS-Zustands elektrisches Trennen des ersten Ports (1002) von dem zweiten Port (1004); wobei die Schalt-Schaltungsanordnung Folgendes umfasst: ein erstes Kaskodentransistorelement (100), das eine anwendbare Betriebsspannung aufweist und einen ersten Steueranschluss (102) umfasst, wobei das erste Kaskodentransistorelement (100) mit dem ersten Port (1002) der Schalt-Schaltungsanordnung verbunden ist; und ein zweites Kaskodentransistorelement (200), das auch die anwendbare Betriebsspannung aufweist und einen zweiten Steueranschluss (202) umfasst, wobei das zweite Kaskodentransistorelement (200) mit dem zweiten Port (1004) der Schalt-Schaltungsanordnung verbunden ist; ein Schalttransistorelement (300; 350), das auch die anwendbare empfohlene Betriebsspannung aufweist und einen dritten Steueranschluss (302) umfasst, wobei das Schalttransistorelement (300; 350) zwischen dem ersten und zweiten Kaskodentransistorelement (200) in Reihe verbunden ist; wobei das Schalttransistorelement (300; 350) als ein T-GATE-Schaltkreis (350) implementiert ist; und Liefern einer ersten Steuerspannung (104) an den ersten Steueranschluss (102); Liefern einer zweiten Steuerspannung (204) an den zweiten Steueranschluss (202); Liefern einer dritten Steuerspannung (304) an den dritten Steueranschluss (302); Anpassen der ersten Steuerspannung (104) mittels eines ersten Sourcefolgers, der mit dem ersten Kaskodentransistorelement (100) verbunden ist, so dass während des EIN-Zustands die Spannungsdifferenz zwischen der ersten Steuerspannung (104) und der Eingangsspannung (Vin; U(t)) geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung ist; Anpassen der zweiten Steuerspannung (204) mittels eines zweiten Sourcefolgers, der mit dem zweiten Kaskodentransistorelement (200) verbunden ist, so dass während des EIN-Zustands die Spannungsdifferenz zwischen der zweiten Steuerspannung (204) und der Eingangsspannung (Vin; U(t)) geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung ist; und Anpassen der dritten Steuerspannung (304) mittels eines dritten Sourcefolgers, der mit dem Schalttransistorelement (300; 350) verbunden ist, so dass während des EIN-Zustands die Spannungsdifferenz zwischen der dritten Steuerspannung (304) und der Eingangsspannung (Vin; U(t)) geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung ist; wobei ein maximaler Spannungspegel (Umax) der Eingangsspannung (Vin; U(t)) höher als die anwendbare Betriebsspannung ist.
  25. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, das ferner Folgendes umfasst: Anpassen der ersten Steuerspannung (104), so dass während des AUS-Zustands die Spannungsdifferenz zwischen der ersten Steuerspannung (104) und der Eingangsspannung (Vin; U(t)) geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung ist; Anpassen der zweiten Steuerspannung (204), so dass während des AUS-Zustands die Spannungsdifferenz zwischen der zweiten Steuerspannung (204) und der Eingangsspannung (Vin; U(t)) geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung ist; und Anpassen der dritten Steuerspannung (304), so dass während des AUS-Zustands die Spannungsdifferenz zwischen der dritten Steuerspannung (304) und der Eingangsspannung (Vin; U(t)) geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung ist.
  26. Verfahren nach einem der Anspüche 22 bis 25, wobei die anwendbare Betriebsspannung innerhalb eines Toleranzbereichs höher als eine empfohlene Betriebsspannung (VGSOP) des ersten Kaskodentransistorelements (100), des zweiten Kaskodentransistorelements (200) und des Schalttransistorelements (300) ist, wobei der Toleranzbereich höchstens 35 % der empfohlenen Betriebsspannung (VGSOP) ist.
  27. Verfahren zum Betreiben einer Schalt-Schaltungsanordnung, die eine Eingangsspannung (Vin; U(t)) zwischen einem EIN-Zustand und einem AUS-Zustand empfängt, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen während des EIN-Zustands einer Verbindung zwischen einem ersten Port (1002) und einem zweiten Port (1004) und während des AUS-Zustands elektrisches Trennen des ersten Ports (1002) von dem zweiten Port (1004); wobei die Schalt-Schaltungsanordnung Folgendes umfasst: Schalt-Schaltungsanordnung-Abschnitte, die zwischen einem ersten Port und einem zweiten Port in Reihe angeordnet sind, wobei jeder Schalt-Schaltungsanordnung-Abschnitt ein Transistorelement umfasst, wobei ein erstes Transistorelement zwischen einem zweiten und einem dritten Transistorelement angeordnet ist und mit diesen in Reihe verbunden ist; Anlegen der Eingangsspannung (Vin; U(t)) an dem ersten Port, so dass die Eingangsspannung (Vin; U(t)) einen maximalen Spannungspegel (Umax) umfasst, der höher als die anwendbare Betriebsspannung des Transistorelements ist; und Steuern einer Steuerspannung des ersten, zweiten und dritten Transistorelements der Schalt-Schaltungsanordnung-Abschnitte, so dass während des EIN-Zustands eine Betriebsspannung des ersten, zweiten und dritten Schalttransistorelements zwischen einem Steueranschluss und einem Leistungsanschluss der Schalttransistorelemente geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung des ersten, zweiten und dritten Schalttransistorelements ist; wobei das Steuern unter Verwendung einer ersten Anpassungsschaltungsanordnung (500) der Schalt-Schaltungsanordnung mit einem ersten Sourcefolger mit einem ersten resistiven Element (502) umfasst, wobei während des EIN-Zustands ein Spannungsabfall über dem ersten resistiven Element (502) die erste Steuerspannung (104) anpasst; einer zweiten Anpassungsschaltungsanordnung (600) der Schalt-Schaltungsanordnung mit einem zweiten Sourcefolger mit einem zweiten resistiven Element (602) umfasst, wobei während des EIN-Zustands ein Spannungsabfall über dem zweiten resistiven Element (602) die zweite Steuerspannung (204) anpasst; einer dritten Anpassungsschaltungsanordnung (700) der Schalt-Schaltungsanordnung mit einem dritten Sourcefolger mit einem dritten resistiven Element (702) umfasst, wobei während des EIN-Zustands ein Spannungsabfall über dem dritten resistiven Element (702) die dritte Steuerspannung (304) anpasst erfolgt.
  28. Verfahren zum Betreiben einer Schalt-Schaltungsanordnung, die eine Eingangsspannung (Vin; U(t)) zwischen einem EIN-Zustand und einem AUSZustand empfängt, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen während des EIN-Zustands einer Verbindung zwischen einem ersten Port (1002) und einem zweiten Port (1004) und während des AUS-Zustands elektrisches Trennen des ersten Ports (1002) von dem zweiten Port (1004); wobei die Schalt-Schaltungsanordnung Folgendes umfasst: Schalt-Schaltungsanordnung-Abschnitte, die zwischen einem ersten Port und einem zweiten Port in Reihe angeordnet sind, wobei jeder Schalt-Schaltungsanordnung-Abschnitt ein Transistorelement umfasst, wobei ein erstes Transistorelement zwischen einem zweiten und einem dritten Transistorelement angeordnet ist und mit diesen in Reihe verbunden ist; eine erste Anpassungsschaltungsanordnung (500), die ein viertes Transistorelement (552) umfasst, wobei während des AUS-Zustands das vierte Transistorelement (552) zwischen dem ersten Steueranschluss (102) und dem Referenzpotential (1006) verbunden ist; eine zweite Anpassungsschaltungsanordnung (600), die ein fünftes Transistorelement (652) umfasst, wobei während des AUS-Zustands das fünfte Transistorelement (652) zwischen dem zweiten Steueranschluss (202) und dem Referenzpotential (1006) verbunden ist; und eine dritte Anpassungsschaltungsanordnung (700), die ein sechstes Transistorelement (752) umfasst, wobei während des AUS-Zustands das sechste Transistorelement (752) zwischen dem dritten Steueranschluss (302) und dem Referenzpotential (1006) verbunden ist; wobei das vierte Transistorelement (552) einen vierten Steueranschluss umfasst, wobei das fünfte Transistorelement (652) einen fünften Steueranschluss umfasst und wobei das sechste Transistorelement (752) einen sechsten Steueranschluss umfasst, wobei während des AUS-Zustands der vierte (552), fünfte (652) und sechste (752) Steueranschluss mit einem Spannungspegel (Vcasc1; Vcasc3) verbunden sind, der einer anwendbaren Betriebsspannung des vierten, fünften und sechsten Transistorelements (552, 652, 752) entspricht; Anlegen der Eingangsspannung (Vin; U(t)) an dem ersten Port, so dass die Eingangsspannung (Vin; U(t)) einen maximalen Spannungspegel (Umax) umfasst, der höher als die anwendbare Betriebsspannung des Transistorelements ist; und Steuern einer Steuerspannung des ersten, zweiten und dritten Transistorelements der Schalt-Schaltungsanordnung-Abschnitte, so dass während des EIN-Zustands eine Betriebsspannung des ersten, zweiten und dritten Schalttransistorelements zwischen einem Steueranschluss und einem Leistungsanschluss der Schalttransistorelemente geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung des ersten, zweiten und dritten Schalttransistorelements ist.
  29. Verfahren zum Betreiben einer Schalt-Schaltungsanordnung, die eine Eingangsspannung (Vin; U(t)) zwischen einem EIN-Zustand und einem AUSZustand empfängt, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bereitstellen während des EIN-Zustands einer Verbindung zwischen einem ersten Port (1002) und einem zweiten Port (1004) und während des AUS-Zustands elektrisches Trennen des ersten Ports (1002) von dem zweiten Port (1004); wobei die Schalt-Schaltungsanordnung Folgendes umfasst: Schalt-Schaltungsanordnung-Abschnitte, die zwischen einem ersten Port und einem zweiten Port in Reihe angeordnet sind, wobei jeder Schalt-Schaltungsanordnung-Abschnitt ein Transistorelement umfasst, wobei ein erstes Transistorelement zwischen einem zweiten und einem dritten Transistorelement angeordnet ist und mit diesen in Reihe verbunden ist; wobei einer der Schalt-Schaltungsanordnung-Abschnitte ein Schalttransistorelement (300; 350) aufweist, das als ein T-GATE-Schaltkreis (350) implementiert ist; Anlegen der Eingangsspannung (Vin; U(t)) an dem ersten Port, so dass die Eingangsspannung (Vin; U(t)) einen maximalen Spannungspegel (Umax) umfasst, der höher als die anwendbare Betriebsspannung des Transistorelements ist; und Steuern einer Steuerspannung des ersten, zweiten und dritten Transistorelements der Schalt-Schaltungsanordnung-Abschnitte, so dass während des EIN-Zustands eine Betriebsspannung des ersten, zweiten und dritten Schalttransistorelements zwischen einem Steueranschluss und einem Leistungsanschluss der Schalttransistorelemente geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung des ersten, zweiten und dritten Schalttransistorelements ist.
  30. Verfahren nach einem der Ansprüche 27 bis 29, das ferner Folgendes umfasst: Steuern der Steuerspannung des zweiten und des dritten Transistorelements der Schalt-Schaltungsanordnung-Abschnitte, so dass während des AUS-Zustands die Betriebsspannung des ersten, zweiten und dritten Transistorelements geringer als die oder gleich der anwendbaren Betriebsspannung ist.
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