DE102017104522B4 - Vorrichtung und Verfahren für aktiv gesteuerten Schutz vor transienter Überlast mit Falsch-Bedingung-Abschaltung - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren für aktiv gesteuerten Schutz vor transienter Überlast mit Falsch-Bedingung-Abschaltung Download PDF

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Abstract

Integrierte Schaltung, aufweisend:eine Erkennungsschaltung (101, 201, 401) für transiente Überlast, welche ausgebildet ist, ein Erkennungssignal basierend auf dem Erkennen eines Vorhandenseins eines Ereignisses von transienter Überlast zwischen einem ersten Knoten (1) und einem zweiten Knoten (2) zu erzeugen;eine Klemmschaltung (103, 203, 403), welche einen Ein-Zustand und einen Aus-Zustand aufweist, wobei die Klemmschaltung (103, 203, 403) elektrisch zwischen dem ersten Knoten (1) und dem zweiten Knoten (2) verbunden ist;eine Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung (205), welche ausgebildet ist, zu erkennen, wenn die integrierte Schaltung versorgt wird, wobei die Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung (205) ausgebildet ist, ein Falsch-Bedingung-Abschaltsignal basierend auf einer Tiefpassfilterung einer Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Knoten (1) und dem zweiten Knoten (2) zu erzeugen; undeine Vorspannungsschaltung, welche ausgebildet ist, den Betrieb der Klemmschaltung (103, 203, 403) im Ein-Zustand oder im Aus-Zustand basierend auf dem Erkennungssignal und dem Falsch-Bedingung-Abschaltsignal zu steuern,wobei die Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung (205) einen ersten Feldeffekttransistor (FET) (112, 291) und ein Tiefpassfilter aufweist, das eine tiefpassgefilterte Spannung basierend auf einer tiefpassgefilterten Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Knoten (1) und dem zweiten Knoten (2) erzeugt, wobei ein Gate des ersten FET (112, 291) basierend auf der tiefpassgefilterten Spannung gesteuert wird;einen zweiten FET (115, 292) mit einem Drain, der die tiefpassgefilterte Spannung erhält, und mit einer Source, die elektrisch mit dem Gate des ersten FET (112, 291) verbunden ist; undeinen Spannungsbegrenzer (113, 295-297), der elektrisch zwischen dem Gate des ersten FET (112) und dem zweiten Knoten (2) verbunden ist,wobei der Spannungsbegrenzer (113, 295-297) eine Spannung des Gate des ersten FET (112) begrenzt, wenn ein transientes Überlastereignis vorliegt.

Description

  • HINTERGRUND
  • Gebiet der Technik
  • Ausführungsformen der Erfindung betreffen elektronische Systeme und insbesondere aktiv gesteuerte Schutzschaltungen für transiente Überlast.
  • Beschreibung der verwandten Technologie
  • Bestimmte elektronische Systeme können Ereignissen von transienter Überlast oder elektrischen Signalen von kurzer Dauer mit sich schnell ändernder Spannung und hoher Leistung ausgesetzt sein. Ereignisse von transienter Überlast können beispielsweise Ereignisse von elektrostatischer Entladung (Electrostatic Discharge, ESD) aufweisen, welche von der abrupten Freisetzung von Ladung von einem Objekt oder einer Person an ein elektronisches System entstehen.
  • Ereignisse von transienter Überlast können integrierte Schaltungen (Integrated Circuits, ICs) aufgrund von Überspannungsbedingungen und hohen Verlustleistungen in relativ kleinen Bereichen der ICs beschädigen oder zerstören. Eine hohe Verlustleistung kann die IC-Temperatur erhöhen und kann zu zahlreichen Problemen führen, wie beispielsweise Gate-Oxid-Punch-Through, Übergangsschäden, Metallschäden und Oberflächenladungsakkumulation.
  • US 2016 / 0 020 603 A1 betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Schutz vor transienter Überbeanspruchung mit aktiver Rückkopplung. In bestimmten Konfigurationen umfasst eine Schutzschaltung eine Transientenerfassungsschaltung, eine Vorspannungsschaltung, eine Klemmschaltung und eine Messrückkopplungsschaltung, die einen positiven Rückkopplungsstrom erzeugt, wenn die Klemmschaltung klemmt. Die Transientenerkennungsschaltung kann das Vorhandensein eines transienten Überlastungsereignisses erkennen und in Reaktion auf die Erkennung des transienten Überlastungsereignisses einen Erkennungsstrom erzeugen. Der Erfassungsstrom und der positive Rückkopplungsstrom können kombiniert werden, um einen kombinierten Strom zu erzeugen, und die Vorspannungsschaltung kann die Klemmschaltung in Reaktion auf den kombinierten Strom einschalten. Während das transiente Überlastungsereignis vorliegt und die Klemmschaltung klemmt, kann die Messrückkopplungsschaltung den positiven Rückkopplungsstrom erzeugen, um die Klemmschaltung für die Dauer des Ereignisses eingeschaltet zu halten.
  • US 2010 / 0 149 701 A1 betrifft ein Verfahren und eine integrierte Schaltung, die eine Shunt-Struktur während eines Einschaltvorgangs oder eines Rauschvorgangs nicht leitend machen und die Shunt-Struktur zusätzlich während eines elektrostatischen Entladungsvorgangs für eine gewisse Zeit leitend halten, um elektrostatische Energie über die Shunt-Struktur zu entladen. In einem Beispiel wird eine Shunt-Struktur, wie z. B. ein Transistor, zwischen einem Stromversorgungsknoten und einem Erdungsknoten eingefügt. Während eines Einschaltvorgangs oder eines Rauschvorgangs ist eine Schaltung in Betrieb, um die Nebenschlussstruktur während des Einschaltvorgangs oder des Rauschvorgangs (wenn Strom angelegt wird) für eine gewisse Zeit nicht leitend zu machen. Eine zweite Schaltung sorgt während eines elektrostatischen Entladungsereignisses dafür, dass die Nebenschlussstruktur für eine gewisse Zeit leitend bleibt, um elektrostatische Energie über die Nebenschlussstruktur zu entladen.
  • US 2015 / 0 076 557 A1 betrifft eine Schutzvorrichtung, die einen ersten siliziumgesteuerten Gleichrichter (SCR) und eine erste Diode zum Schutz zwischen einem Signalknoten und einem Stromversorgungsnetz enthält, wie z.B. einem Stromversorgungsnetz mit niedriger Leistung oder einem Stromversorgungsnetz mit hoher Leistung. Die SCR- und Diodenstrukturen sind in einem gemeinsamen Schaltungslayout integriert, so dass bestimmte Wannen und aktive Bereiche von den Strukturen gemeinsam genutzt werden. In anderen Implementierungen enthält eine Schutzvorrichtung erste und zweite SCRs zum Schutz zwischen dem Signalknoten und dem Stromversorgungsnetz mit niedriger Leistung oder zwischen dem Signalknoten und dem Stromversorgungsnetz mit hoher Leistung, und die SCR-Strukturen sind in ein gemeinsames Schaltungslayout integriert.
  • KURZFASSUNG
  • In einem Aspekt wird eine integrierte Schaltung nach Anspruch 1 bereitgestellt.
  • In einem anderen Aspekt wird ein Verfahren zum Schutz einer integrierten Schaltung vor elektrischer Überlast nach Anspruch 10 bereitgestellt.
  • In einem anderen Aspekt wird ein Datenwandler-System-on-a-Chip (SOC) nach Anspruch 14 bereitgestellt.
  • Figurenliste
    • 1A ist eine schematische Darstellung eines elektronischen Systems gemäß einer Ausführungsform.
    • 1B ist eine schematische Darstellung eines Signalketten-System-on-a-Package (SOP) gemäß einer Ausführungsform.
    • 2 ist eine schematische Darstellung einer aktiv gesteuerten Schutzschaltung gemäß einer Ausführungsform.
    • 3 ist eine schematische Darstellung einer Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung gemäß einer Ausführungsform.
    • 4 ist ein Schaltplan einer aktiv gesteuerten Schutzschaltung gemäß einer Ausführungsform.
    • 5 ist eine graphische Darstellung eines Beispiels von Strom und Spannung gegen die Zeit für eine aktiv gesteuerte Schutzschaltung gemäß einer Ausführungsform.
    • 6 ist eine schematische Darstellung einer aktiv gesteuerten Schutzschaltung gemäß einer anderen Ausführungsform.
    • 7 ist eine schematische Darstellung einer aktiv gesteuerten Schutzschaltung gemäß einer anderen Ausführungsform.
    • 8A-8D sind graphische Darstellungen von Strom und Spannung gegen die Zeit für eine aktiv gesteuerte Schutzschaltung gemäß einer Ausführungsform.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Die folgende detaillierte Beschreibung von bestimmten Ausführungsformen bietet verschiedene Beschreibungen von speziellen Ausführungsformen der Erfindung. Jedoch kann die Erfindung in einer Vielzahl unterschiedlicher Arten ausgeführt werden, wie durch die Ansprüche definiert und abgedeckt. In dieser Beschreibung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, in denen gleiche Bezugszeichen identische oder funktionell ähnliche Elemente anzeigen können.
  • Bestimmte elektronische Systeme weisen Überlastschutzschaltungen auf, um Schaltungen oder Komponenten vor Ereignissen von transienter Überlast zu schützen. Um zu gewährleisten, dass ein elektronisches System zuverlässig ist, können die Hersteller das elektronische System unter definierten Lastbedingungen testen, was durch Standards beschrieben werden kann, die von verschiedenen Organisationen festgelegt werden, wie beispielsweise dem Joint Electronic Device Engineering Council (JEDEC), der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (International Electrotechnical Commission, IEC) und dem Automotive Engineering Council (AEC). Die Standards können eine breite Vielzahl von Ereignissen von transienter Überlast abdecken, einschließlich Ereignissen von elektrostatischer Entladung (Electrostatic Discharge, ESD).
  • Eine aktiv gesteuerte Schutzschaltung ist eine Art von Überlastschutzschaltung, welche eine Erkennungsschaltung für transiente Überlast und eine Klemmschaltung aufweist. Die Erkennungsschaltung für transiente Überlast erkennt das Vorhandensein eines Ereignisses von transienter Überlast durch Überwachung auf elektrische Bedingungen, welche mit Überlast asssoziiert sind. Die Erkennungsschaltung für transiente Überlast erzeugt ein Erkennungssignal, welches anzeigt, ob ein Ereignis von transienter Überlast erkannt wird oder nicht, und das Erkennungssignal wird verwendet, um die Klemmschaltung selektiv zu aktivieren. Somit kann eine aktiv gesteuerte Schutzschaltung eingeschaltet werden, ohne sich auf einen direkten Übergangsdurchbruch der Klemmschaltung verlassen zu müssen, um Klemmung bereitzustellen. Aktiv gesteuerte Schutzschaltungen können relativ schnelle Aktivierungszeiten, eine relativ geringe statische Verlustleistung und/oder einen relativ kompakten Bereich für eine gegebene Menge von Überlastschutz bereitstellen.
  • Eine Vorrichtung und Verfahren zum Schutz vor transienter Überlast mit Falsch-Bedingung-Abschaltung werden hierin bereitgestellt. In bestimmten Konfigurationen weist eine aktiv gesteuerte Schutzschaltung eine Erkennungsschaltung für transiente Überlast auf, eine Klemmschaltung, welche elektrisch zwischen einem ersten Knoten und einem zweiten Knoten verbunden ist, eine Vorspannungsschaltung, welche die Klemmschaltung vorspannt, und eine Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung. Die Erkennungsschaltung für transiente Überlast erzeugt ein Erkennungssignal, welches anzeigt, ob ein Ereignis von transienter Überlast zwischen den ersten und zweiten Knoten erkannt wird oder nicht. Zusätzlich erzeugt die Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung basierend auf einer Tiefpassfilterung einer Spannungsdifferenz zwischen den ersten und zweiten Knoten ein Falsch-Bedingung-Abschaltsignal, um dadurch zu bestimmen, ob Leistung vorhanden ist oder nicht. Die Vorspannungsschaltung steuert den Betrieb der Klemmschaltung in einem Ein-Zustand oder einem Aus-Zustand basierend auf dem Erkennungssignal und dem Falsch-Bedingung-Abschaltsignal.
  • Durch Einschließen der Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung kann die Robustheit der aktiv gesteuerten Schutzschaltung verbessert werden. Beispielsweise erzeugt die Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung das Falsch-Bedingung-Abschaltsignal basierend auf der Spannungsdifferenz zwischen den ersten und zweiten Knoten und kann somit verwendet werden, um zu erkennen, wenn eine IC versorgt wird. Wenn die Spannungsdifferenz einer Nennbetriebsspannung zwischen den ersten und zweiten Knoten entspricht, steuert die Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung das Falsch-Bedingung-Abschaltsignal auf einen Wert, welcher verhindert, dass die Vorspannungsschaltung die Klemmschaltung aktiviert. Somit verhindert das Falsch-Bedingung-Abschaltsignal, dass die Vorspannungsschaltung die Klemmschaltung einschaltet, wenn die IC versorgt wird. Wenn die Klemmschaltung durch Hochleistungs-/Hochgeschwindigkeitsumschaltung unbeabsichtigterweise aktiviert wird, deaktiviert das Falsch-Bedingung-Abschaltsignal darüber hinaus die Klemmschaltung, wodurch verhindert wird, dass die Klemmschaltung nach unbeabsichtigter Aktivierung eingeschaltet bleibt.
  • Die Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung kann eine unbeabsichtigte Aktivierung der Klemmschaltung, wenn eine IC versorgt wird, durch Abschalten der Klemmschaltung beheben, nachdem die Klemmschaltung durch Hochleistungs-/Hochgeschwindigkeits-Signalisierungsbedingungen unbeabsichtigterweise aktiviert wurde. Beispielsweise kann eine transiente Umschaltung, welche mit fortschrittlichen Hochleistungswandleranwendungen assoziiert ist, eine Aktivierung der Klemmschaltung unbeabsichtigterweise auslösen, und die Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung kann verwendet werden, um die Klemmschaltung nach unbeabsichtigter Aktivierung zu deaktivieren. Im Gegensatz dazu kann eine aktiv gesteuerte Schutzschaltung, welche ohne eine Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung implementiert ist, versehentlich ausgelöst werden und auf unbestimmte Zeit eingeschaltet bleiben.
  • Die Lehren hierin können verwendet werden, um eine aktiv gesteuerte Schutzschaltung bereitzustellen, welche geeignet ist, um ESD-Schutz für integrierte Schaltungen, Systeme-on-a-Chip (SOC), Systeme-in-Package (SIP) oder Systeme-on-a-Board (SOB) bereitzustellen, welche unter Verwendung einer breiten Vielzahl von Fertigungsprozessen implementiert werden, wie beispielsweise fortschrittlichen komplementären Metalloxid-Halbleiter (Complementary Metal Oxide Semiconductor, CMOS)-Technologien und/oder bipolaren komplementären Metalloxid-Halbleiter (Bipolar Complementary Metal Oxide Semiconductor, BiCMOS)-Technologien. Zusätzlich sind die hierin beschriebenen aktiv gesteuerten Schutzschaltungen geeignet, um als eine Leistungsversorgungsklemme zu arbeiten, und können eine hohe Spannungstoleranz für Multi-Level-Leistungsdomänen bereitstellen. Die Falsch-Bedingung-Abschaltung stellt einen robusten ESD-Schutz in einer breiten Vielzahl von Anwendungen bereit, einschließlich beispielsweise Hochleistungs-/Hochgeschwindigkeits-Datenumwandlungsanwendungen.
  • In bestimmten Konfigurationen weist die aktiv gesteuerte Schutzschaltung ferner eine Erfassungsrückkopplungsschaltung auf, welche eine Rückkopplung bereitstellt, die Einschaltmerkmale der Klemmschaltung steuert. In bestimmten Implementierungen stellt die Erfassungsrückkopplungsschaltung Strom-Rückkopplung an einen Eingang der Vorspannungsschaltung bereit, wie beispielsweise durch Bereitstellen einer positiven Rückkopplung, welche auf dem Erkennen eines Stroms basiert, der durch die Klemmschaltung fließt. Die positive Rückkopplung kann die Klemmschaltung für eine volle Dauer eines ESD-Ereignisses eingeschaltet halten, wodurch ESD-Schutz unabhängig von einer Widerstandskondensator (Resistor-Capacitor, RC)-Zeitkonstante einer Erkennungsschaltung für transiente Überlast bereitgestellt wird. Somit kann die Erfassungsrückkopplungsschaltung eine robuste Steuerung der Aktivierung der Klemmelemente der Klemmschaltung bereitstellen.
  • Bestimmte Schutzschaltungen für transiente Überlast, wie beispielsweise diejenigen, welche unter Verwendung von Bipolar-/CMOS-Versorgungsklemmen in CMOS-/BiCMOS-Fertigungsprozessen implementiert werden, weisen eine Unfähigkeit auf, für die gesamte Dauer eines Ereignisses von transienter Überlast aktiviert zu sein. Es kann jedoch problematisch sein, wenn eine Überlastschutzschaltung nicht für eine volle Dauer eines Ereignisses von transienter Überlast eingeschaltet ist, da eine Hinterflanke des Ereignisses von transienter Überlast nichtsdestotrotz Schäden verursachen kann. Beispielsweise können Hochgeschwindigkeits-MOS-Geräte, wie beispielsweise diejenigen, welche eine Gate-Länge von 28 nm oder weniger aufweisen, und/oder Hochgeschwindigkeits-Bipolargeräte, wie beispielsweise Silizium-Germanium (SiGe)-Bipolartransistoren (Bipolar Junction Transistors, BJTs), durch eine Hinterflanke eines ESD-Ereignisses beschädigt werden.
  • Indem positive Rückkopplung basierend auf dem Erfassen eines Stroms durch die Klemmschaltung bereitgestellt wird, kann das Ereignis von transienter Überlast, welches die Hinterflanke aufweist, sicher unter Vermeidung von Spannungsaufbau entladen werden.
  • Die Klemmschaltung kann unter Verwendung einer breiten Vielzahl von Klemmelementen, welche zum Bereitstellen von Hochleistungs-/Hochstrom-Handhabungsfähigkeit geeignet sind, implementiert werden. In bestimmten Konfigurationen kann das Klemmelement wenigstens eines von einem MOS-Transistor, einem steuerbaren siliziumgesteuerten Gleichrichter (Silicon Controlled Rectifier, SCR)-Gerät oder einem Bipolartransistor aufweisen. In bestimmten Implementierungen kann die Klemmschaltung eine Kaskade von Klemmelementen aufweisen, einschließlich einer Kaskade von MOS-Transistoren, einer Kaskade von Bipolartransistoren, einer Kaskade von SCR-Geräten, einer Kaskade von einem MOS-Transistor und einem SCR-Gerät, einer Kaskade von einem Bipolartransistor und einem SCR-Gerät oder einer Kaskade von einem MOS-Transistor und einem Bipolartransistor, aber nicht darauf beschränkt.
  • 1A ist eine schematische Darstellung eines elektronischen Systems 20 gemäß einer Ausführungsform. Das veranschaulichte elektronische System 20 weist eine integrierte Schaltung (Integrated Circuit, IC) 10 auf. Wie in 1 gezeigt, weist die IC 10 einen ersten Stift 1 auf, einen zweiten Stift 2, einen Kern oder eine interne Schaltung 3 und eine aktiv gesteuerte Schutzschaltung 4. Obwohl 1A eine Ausführungsform mit zwei Stiften, einer Kernschaltung und einer Schutzschaltung veranschaulicht, kann die IC 10 angepasst werden, um zusätzliche Stifte, Kernschaltungen, Schutzschaltungen und/oder andere Strukturen zu aufweisen.
  • Die Kernschaltung 3 kann eine oder mehrere Schaltungen verschiedener Funktionalitäten innerhalb eines gemeinsamen Substrats oder getrennten Substrats aufweisen und ist elektrisch mit einem oder mehreren der Stifte 1, 2 verbunden. Die Stifte 1, 2 können für eine Vielzahl von Zwecken verwendet werden, einschließlich beispielsweise Datenkommunikation und/oder Bereitstellen von Leistung oder Masse an die IC 10.
  • In einem ersten Beispiel ist der erste Stift 1 ein Leistungsversorgungsstift, und der zweite Stift 2 ist ein Massestift. In einem zweiten Beispiel ist der erste Stift 1 ein Leistungsversorgungsstift einer ersten Spannungsdomäne, und der zweite Stift 2 ist ein Leistungsversorgungsstift einer zweiten Spannungsdomäne. In einem dritten Beispiel ist der erste Stift 1 ein Referenzspannungsstift, und der zweite Stift 2 ist ein Massestift. In einem vierten Beispiel ist der erste Stift 1 ein Leistungsversorgungsstift, und der zweite Stift 2 ist ein Referenzspannungsstift. In einem fünften Beispiel ist der erste Stift 1 ein erster Referenzspannungsstift, und der zweite Stift 2 ist ein zweiter Referenzspannungsstift.
  • Die IC 10 kann Ereignissen von transienter Überlast, wie beispielsweise ESD-Ereignissen, welche IC-Schäden verursachen und/oder Latch-up induzieren können, ausgesetzt sein. Beispielsweise kann der erste Stift 1 ein Ereignis von transienter Überlast 12 empfangen, welches sich entlang elektrischer Verbindungen der IC 10 bewegen und die Kernschaltung 3 erreichen kann. Das Ereignis von transienter Überlast 12 kann Überspannungsbedingungen erzeugen und kann hohe Leistungslevel dissipieren, was die Funktion der Kernschaltung 3 unterbrechen und möglicherweise permanente Schäden verursachen kann.
  • Die aktiv gesteuerte Schutzschaltung 4 kann bereitgestellt werden, um die Zuverlässigkeit der IC 10 zu verbessern. Wenn, wie hierin detailliert beschrieben, die aktiv gesteuerte Schutzschaltung 4 das Vorhandensein eines Ereignisses von transienter Überlast zwischen den ersten und zweiten Stiften 1, 2 erkennt, schließt die aktiv gesteuerte Schutzschaltung 4 einen Strom neben, welcher mit dem Ereignis von transienter Überlast assoziiert ist, um einen Überlastschutz bereitzustellen.
  • Somit können aktiv gesteuerte Schutzschaltungen auf einer IC, wie beispielsweise der IC 10 aus 1A, verwendet werden. Die aktiv gesteuerten Schutzschaltungen können alleine oder in Kombination mit anderen Schutzschaltungen bereitgestellt werden, um das gewünschte Maß an Schutz vor verschiedenen Ereignissen von transienter Überlast bereitzustellen. Beispielsweise kann eine IC eine Anzahl von Eingangsstiften, Ausgangsstiften, bidirektionalen Stiften, Leistung-hoch-Stiften und Leistung-niedrig- oder Massestiften aufweisen, und einer oder mehrere dieser Stifte können unter Verwendung von aktiv gesteuerten Schutzschaltungen geschützt werden.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform ist die aktiv gesteuerte Schutzschaltung 4 auf dem Chip mit der Kernschaltung 3 integriert. Jedoch können die aktiv gesteuerte Schutzschaltung 4 und die Kernschaltung 3 in anderen Ausführungsformen auf separaten ICs gefertigt werden. Somit können eine oder mehrere aktiv gesteuerte Schutzschaltungen in einer eigenständigen IC in einem gemeinsamen Package für System-on-a-Package (SOP)-Anwendungen angeordnet werden oder mit einer Kernschaltung auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat für System-on-a-Chip (SOC)-Anwendungen integriert werden.
  • Die IC 10 kann beispielsweise mit Hochgeschwindigkeits-/Hochleistungs-Datenwandleranwendungen, Hochgeschwindigkeits-Hochfrequenz (HF)-Anwendungen oder einer Vielzahl von anderen Anwendungen verwendet werden. Die IC 10 kann in elektronischen Systemen eingesetzt werden, in denen die Stifte der IC beispielsweise IC-Montagebedingungen, welche feldinduzierte Entladungen erzeugen, mechanischen leitfähigen Werkzeugen zur Handhabung und zum Testen und/oder direktem Benutzerkontakt durch eine niederohmige Verbindung ausgesetzt sind.
  • 1B ist eine schematische Darstellung eines Signalketten-System-on-a-Package (SOP) 25 gemäß einer Ausführungsform. Das Signalketten-SOP 25 weist ein Package-Substrat 30 mit einem Mischer 41 auf, einem Filter 42, einem Lokaloszillator 43 und einem Datenwandler-System-on-a-Chip (SOC) 44, welche daran angebracht sind. Das Signalketten-SOP 25 weist ferner einen Daten-Package-Stift 31 auf, einen Referenztakt-Package-Stift 32, einen Mischerausgangs-Package-Stift 33, einen Datenwandlerausgangs-Package-Stift 34, einen Niederspannungs-Leistungsversorgungs-Package-Stift 35 und einen Hochspannungs-Leistungsversorgungs-Package-Stift 36. Obwohl nicht in 1B veranschaulicht, kann das Signalketten-SOP 25 mehr oder weniger Komponenten, Stifte und/oder andere Strukturen aufweisen und/oder kann auf andere Weise angeordnet werden.
  • Das Datenwandler-SOC oder die Datenwandler-IC 44 weist einen Dateneingangsstift 51 auf, einen Datenausgangsstift 52, einen Schnittstellenstift 53, einen Massestift 54, einen Niederspannungs-Versorgungsstift 55 und einen Hochspannungs-Versorgungsstift 56. Die Datenwandler-IC 44 weist ferner einen Analog-Digital-Wandler (Analog-to-Digital Converter, ADC) 61 auf, eine Datenumwandlungsverarbeitungsschaltung 62, eine Senderdatenverarbeitungsschaltung 63 und eine Senderausgangsschaltung 64, welche in einem Datenumwandlungssignalpfad in Kaskade arbeiten. Der Datenumwandlungssignalpfad dient dazu, analoge Daten, welche vom Filter 42 auf dem Dateneingangsstift 51 empfangen werden, in digitale Daten umzuwandeln, die auf dem Datenausgangsstift 52 bereitgestellt werden. Die Datenwandler-IC 44 weist ferner eine digitale Steuerschaltung 65 auf, eine Taktsteuerschaltung 66, eine Sendersteuerschaltung 67, eine Überwachungsschaltung 68 und eine Datensteuerschaltung 69, welche gemeinsam arbeiten, um Datenumwandlungsoperationen entlang des Datenumwandlungssignalpfads zu steuern.
  • Die Datenwandler-IC 44 weist ferner eine erste aktiv gesteuerte Schutzschaltung 81 und eine zweite aktiv gesteuerte Schutzschaltung 82 auf. Die erste aktiv gesteuerte Schutzschaltung 81 arbeitet als eine Versorgungsklemme zwischen einer Niederspannungs-Versorgung VLV, welche auf dem Niederspannungs-Versorgungsstift 55 empfangen wird, und einer Massespannung GND, welche auf dem Massestift 54 empfangen wird. Zusätzlich arbeitet die zweite aktiv gesteuerte Schutzschaltung 82 als eine Versorgungsklemme zwischen einer Hochspannungs-Versorgung VHV, welche auf dem Hochspannungs-Versorgungsstift 56 empfangen wird, und der Massespannung GND. Obwohl 1B eine Konfiguration mit zwei aktiv gesteuerten Schutzschaltungen veranschaulicht, welche als Versorgungsklemmen arbeiten, kann eine IC mehr oder weniger aktiv gesteuerte Schutzschaltungen und/oder aktiv gesteuerte Schutzschaltungen, die auf andere Weise angeordnet sind, aufweisen.
  • Das Signalketten-SOP 25 aus 1B veranschaulicht ein Beispiel eines elektronischen Systems, welches mit Hochgeschwindigkeits-/Hochleistungssignalisierung arbeiten kann. Der ADC 61 kann Leistung in einer Vielzahl von Möglichkeiten empfangen, wie beispielsweise Versorgung durch eine Spannungsdifferenz zwischen der Hochspannungs-Versorgung VHV und der Massespannung und/oder durch eine Spannungsdifferenz zwischen der Niederspannungs-Versorgung VLV und der Massespannung. Eine transiente Umschaltung des ADC 61 kann Versorgungsrauschen erzeugen, welches die ersten und/oder zweiten aktiv gesteuerten Schutzschaltungen 81, 82 während des Betriebs der Datenwandler-IC 44 unbeabsichtigterweise aktivieren kann. Wie hierin beschrieben, können die aktiv gesteuerten Schutzschaltungen 81, 82 mit einer Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung implementiert werden, welche ein Falsch-Bedingung-Abschaltsignal erzeugt, das anzeigt, wenn die Datenwandler-IC 44 und der ADC 61 versorgt werden. Wenn Leistung vorhanden ist, verhindert das Falsch-Bedingung-Abschaltsignal, dass die Vorspannungsschaltung der Schutzschaltung die Klemmschaltung der Schutzschaltung einschaltet. Wenn die Klemmschaltung durch Hochleistungs-/Hochgeschwindigkeitsumschaltung des ADC 61 unbeabsichtigterweise aktiviert wird, deaktiviert das Falsch-Bedingung-Abschaltsignal somit die Klemmschaltung, wodurch verhindert wird, dass die Klemmschaltung nach unbeabsichtigter Aktivierung eingeschaltet bleibt.
  • In Abwesenheit eines Falsch-Bedingung-Abschaltmechanismus kann eine Klemmschaltung einer aktiv gesteuerten Schutzschaltung unbeabsichtigterweise durch Hochleistungs-/Hochgeschwindigkeitssignalisierung aktiviert werden und auf unbestimmte Zeit eingeschaltet bleiben.
  • Wenn die Datenwandler-IC 44 jedoch nicht versorgt ist, ist das Falsch-Bedingung-Abschaltsignal deaktiviert. Dementsprechend verhindert die Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung während ESD-Tests oder der Handhabung nicht, dass die Vorspannungsschaltung die Klemmschaltung einschaltet, wenn ein Ereignis von transienter Überlast erkannt wird. Somit hat die Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung eine relativ geringe oder keine Auswirkung auf die ESD-Robustheit.
  • Zusätzliche Details des Signalketten-SOP 25 können wie hierin beschrieben sein.
  • 2 ist eine schematische Darstellung einer aktiv gesteuerten Schutzschaltung 100 gemäß einer Ausführungsform. Die aktiv gesteuerte Schutzschaltung 100 weist eine Erkennungsschaltung für transiente Überlast 101 auf, eine Vorspannungsschaltung 102, eine Klemmschaltung 103, eine Erfassungsrückkopplungsschaltung 104 und eine Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung 105. Die aktiv gesteuerte Schutzschaltung 100 stellt Schutz vor transienter Überlast zwischen einem ersten Knoten 1 und einem zweiten Knoten 2 bereit.
  • In bestimmten Implementierungen entsprechen die ersten und zweiten Knoten 1, 2 jeweils einem Versorgungsstift und einem Massestift einer IC, wie beispielsweise eines Datenwandler-SOC. Somit kann die aktiv gesteuerte Schutzschaltung 100 als eine Versorgungsklemme arbeiten, welche verwendet wird, um Schutz vor transienter ESD an Leistungsversorgungsschienen einer IC bereitzustellen. Es sind jedoch andere Konfigurationen möglich.
  • Die Erkennungsschaltung für transiente Überlast 101 ist elektrisch zwischen den ersten und zweiten Knoten 1, 2 verbunden und erzeugt ein Erfassungssignal DET, welches anzeigt, ob das Vorhandensein eines Ereignisses von transienter Überlast zwischen den ersten und zweiten Knoten 1, 2 erkannt wird oder nicht. In bestimmten Konfigurationen beobachtet die Erkennungsschaltung für transiente Überlast 101 eine Rate der Spannungsänderung zwischen den ersten und zweiten Knoten 1, 2 und steuert das Erkennungssignal DET, um das Vorhandensein von Überlast anzuzeigen, wenn ein qualifizierendes Ereignis von transienter Überlast erkannt wird. Jedoch kann die Erkennungsschaltung für transiente Überlast 101 das Vorhandensein eines Ereignisses von transienter Überlast basierend auf einer Vielzahl von Erkennungsbedingungen indikativ für das Potential eines Ereignisses von transienter Überlast, empfindliche Elektronik zu beschädigen, erkennen, einschließlich Beobachtungen von Leistung, Spannung, Strom und/oder Ladung, aber nicht darauf beschränkt.
  • In bestimmten Implementierungen bestimmt die Erkennungsschaltung für transiente Überlast 101, dass ein Ereignis von transienter Überlast in Reaktion auf das Erkennen einer sich schnell ändernden Spannung für eine ausreichende Zeitdauer auf dem ersten Knoten 1 und/oder zweiten Knoten 2 vorhanden ist. Beispielsweise kann die Erkennungsschaltung für transiente Überlast 101 das Erkennungssignal DET für Ereignisse von transienter Überlast aktivieren, welche eine Rate der Spannungsänderung im Bereich von etwa 0,1 V/ns bis etwa 100 V/ns für eine Zeitdauer im Bereich von etwa 1 ns bis etwa 1000 ns aufweisen. Wenn ein Ereignis von transienter Überlast nicht erkannt wird, steuert die Erkennungsschaltung für transiente Überlast 101 das Erkennungssignal DET auf einen Signalpegel, welcher mit keiner Erkennung des Ereignisses von transienter Überlast assoziiert ist, beispielsweise einen Strompegel von etwa 0 mA.
  • In bestimmten Konfigurationen bleibt das Erkennungssignal DET nach der Erkennung eines Ereignisses von transienter Überlast eine vorbestimmte Zeit lang aktiv, beispielsweise eine Zeit im Bereich von etwa 1 ns bis etwa 1000 ns. In einer Ausführungsform basiert die Dauer, welche das Erkenungssignal DET aktiv bleibt, nachdem die Erkennungsschaltung für transiente Überlast 101 ein Ereignis von transienter Überlast erkennt, auf einer Zeitkonstante der Erkennungsschaltung für transiente Überlast 101, wie beispielsweise einer Widerstandskondensator (Resistor-Capacitor, RC)-Zeitkonstante.
  • In der veranschaulichten Konfiguration spannt die Vorspannungsschaltung 102 die Klemmschaltung 103 vor, um die Klemmschaltung 103 selektiv in einem niederohmigen/eingeschalteten Zustand oder in einem hochohmigen/ausgeschalteten Zustand zu steuern. Wie in 2 gezeigt, steuert die Vorspannungsschaltung 102 die Klemmschaltung 103 in den Ein-Zustand oder den Aus-Zustand basierend auf dem Erkennungssignal DET von der Erkennungsschaltung für transiente Überlast 101, einem positiven Rückkopplungssignal FBK von der Erfassungsrückkopplungsschaltung 104 und einem Falsch-Bedingung-Abschaltsignal FCS von der Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung 105.
  • In einer Ausführungsform entsprechen das Erkennungssignal DET, das Rückkopplungssignal FBK und das Falsch-Bedingung-Abschaltsignal FCS Strömen, und die Vorspannungsschaltung 102 empfängt einen kombinierten Strom, welcher einer Summe des Erkennungssignals DET, des Rückkopplungssignals FBK und des Falsch-Bedingung-Abschaltsignals FCS entspricht. Es sind jedoch andere Konfigurationen möglich.
  • Wenn das Falsch-Bedingung-Abschaltsignal FCS deaktiviert wird, wird die Vorspannungsschaltung 102 implementiert, um die Klemmschaltung 103 einzuschalten, wenn das Erkennungssignal DET anzeigt, dass ein Ereignis von transienter Überlast zwischen den ersten und zweiten Knoten 1, 2 vorhanden ist. Wenn eingeschaltet, stellt die Klemmschaltung 103 einen niederohmigen Pfad zwischen dem ersten Knoten 1 und dem zweiten Knoten 2 bereit, und ein Nebenschlussstrom ISHUNT fließt durch die Klemmschaltung 103, um ESD-Schutz bereitzustellen. Der Nebenschlussstrom ISHUNT verhindert Überspannungsbedingungen durch Nebenschließen von Ladung, was andernfalls zu Spannungsaufbau und IC-Schäden führen kann. In bestimmten Konfigurationen kann die Ein-Zustand-Impedanz der Klemmschaltung 103 im Bereich von etwa 0,2 Ω bis etwa 10 Ω liegen.
  • Wenn ausgeschaltet, arbeitet die Klemmschaltung 103 in einem Low-Leakage-/hochohmigen Zustand. Die Aus-Zustand-Impedanz kann beispielsweise im Bereich von etwa 10 kΩ bis etwa 10 GΩ liegen, wodurch niedrige statische Verlustleistung bereitgestellt wird, wenn die aktiv gesteuerte Schutzschaltung 100 deaktiviert wird. Nach der Erkennung eines Ereignisses von transienter Überlast, welches eine oder mehrere Signalisierungsbedingungen erfüllt, wie beispielsweise eine bestimmte Rate der Spannungsänderung, aktiviert die Erkennungsschaltung für transiente Überlast 101 das Erkennungssignal DET für eine bestimmte Zeitdauer.
  • Die Klemmschaltung 103 kann in einer Vielzahl von Weisen implementiert werden. Beispielsweise kann die Klemmschaltung 103 Schutzelemente aufweisen, wie beispielsweise ein(en) oder mehrere Bipolartransistoren, SCR-Geräte und/oder FETs, welche selektiv durch ein Vorspannungssignal eingeschaltet werden können, das von der Vorspannungsschaltung 102 erzeugt wird. In bestimmten Konfigurationen kann die Klemmschaltung 103 zwei oder mehr Schutzelemente aufweisen, welche in Reihe zwischen dem ersten Knoten 1 und dem zweiten Knoten 2 gestapelt oder angeordnet sind. Die Implementierung der Klemmschaltung 103 auf diese Weise kann eine maximale Spannung über jedem Element begrenzen, wenn die Klemmschaltung 103 ausgeschaltet ist.
  • Obwohl die Erkennungsschaltung für transiente Überlast 101 dazu dienen kann, das Eintreffen und/oder das Vorhandensein eines Ereignisses von transienter Überlast zu erkennen, kann die Erkennungsschaltung für transiente Überlast 101 möglicherweise nicht für die volle Dauer des Ereignisses aktiv bleiben. Beispielsweise kann die Erkennungsschaltung für transiente Überlast 101 in einem Beispiel implementiert werden, um das Erkennungssignal DET für eine vorgewählte Zeitdauer zu aktivieren, welche kürzer als eine Dauer des Ereignisses von transienter Überlast sein kann. In einem anderen Beispiel kann ein Ereignis von transienter Überlast eine Rate der Spannungsänderung aufweisen, welche zu klein sein kann, um von der Erkennungsschaltung für transiente Überlast 101 gegen Ende eines Ereignisses von transienter Überlast erkannt zu werden. Beispielsweise kann die Erkennungsschaltung für transiente Überlast 101 mit einem Erkennungsspielraum implementiert werden, um eine falsche Aktivierung in Reaktion auf eine transiente Aktivität, welche kein Ereignis von transienter Überlast ist, zu verhindern, und kann somit das Erkennungssignal DET nur aktivieren, wenn eine erkannte Rate der Spannungsänderung relativ groß ist.
  • Dementsprechend kann die Erkennungsschaltung für transiente Überlast 101 das Erkennungssignal DET vor dem Abschluss des Ereignisses von transienter Überlast deaktivieren. Wenn die Klemmschaltung 103 ausgeschaltet wird, wenn das Ereignis von transienter Überlast noch vorhanden ist, können Überspannungsbedingungen entstehen, was wiederum zu IC-Schäden führen kann.
  • Die aktiv gesteuerte Schutzschaltung 100 weist die Erfassungsrückkopplungsschaltung 104 auf, welche verhindern kann, dass die Klemmschaltung 103 vorzeitig deaktiviert wird, indem ein positives Rückkopplungssignal FBK erzeugt wird, das auf dem Nebenschlussstrom ISHUNT durch die Klemmschaltung 103 basiert.
  • Wie in 2 gezeigt, schaltet die Vorspannungsschaltung 102 die Klemmschaltung 103 basierend auf dem Erkennungssignal DET, dem positiven Rückkopplungssignal FBK und dem Falsch-Bedingung-Abschaltsignal FCS ein oder aus. Wenn das Falsch-Bedingung-Abschaltsignal FCS deaktiviert wird und somit anzeigt, dass die IC versorgt wird, kann die Vorspannungsschaltung 102 die Klemmschaltung 103 einschalten, wenn wenigstens eines von dem Erkennungssignal DET oder dem positiven Rückkopplungssignal FBK aktiviert wird. Dementsprechend kann das positive Rückkopplungssignal FBK die Klemmschaltung 103 im Wesentlichen die volle Dauer des Ereignisses von transienter Überlast eingeschaltet halten, selbst nachdem das Erkennungssignal DET deaktiviert wurde. Somit muss die Dauer, welche die Klemmschaltung 103 eingeschaltet ist, nicht durch eine Zeitkonstante der Erkennungsschaltung für transiente Überlast 101 begrenzt werden, wie beispielsweise eine RC-Zeitkonstante eines auslösenden Netzes. Somit kann die Klemmschaltung 103 für eine Dauer eingeschaltet werden, welche von einer Zeitkonstante der Erkennungsschaltung für transiente Überlast 101 unabhängig ist.
  • Dementsprechend kann die Erfassungsrückkopplungsschaltung 104 der aktiv gesteuerten Schutzschaltung 100 eine Einschaltzeit bereitstellen, welche sich basierend auf der Dauer des Ereignisses von transienter Überlast dynamisch ändern kann. Die positive Rückkopplung kann die Klemmschaltung 103 eingeschaltet halten, während ein Nebenschlussstrom von ausreichender Größe durch die Klemmschaltung 103 fließt. Die aktiv gesteuerte Schutzschaltung 100 kann verwendet werden, um das meiste oder alles einer Hinterflanke eines ESD-Ereignisses sicher zu entladen, um einen Spannungsaufbau zu vermeiden. In bestimmten Implementierungen kann eine positive Rückkopplung, welche durch die Erfassungsrückkopplungsschaltung 104 bereitgestellt wird, die Klemmschaltung 103 70 % oder mehr der Dauer des Ereignisses von transienter Überlast eingeschaltet halten.
  • Im Gegensatz dazu kann ein Schutzgerät, welches eine Dauer festlegt, die eine Klemmschaltung basierend auf einer RC-Zeitkonstante eingeschaltet wird, nicht in der Lage sein, die Klemmschaltung für eine volle Dauer eines ESD-Ereignisses eingeschaltet zu halten, was zu einer Beschädigung bestimmter Geräte führen kann, wie beispielsweise Geräte mit kleiner Geometrie und/oder Hochgeschwindigkeitsgeräte, welche in Bezug auf Überspannungsbedingungen anfällig sind. Beispielsweise kann ein vorzeitiges Ausschalten der Klemmschaltung beispielsweise Metalloxid-Halbleiter (Metal Oxide Semiconductor, MOS)-Transistoren mit einer Gate-Länge von 28 nm oder weniger und/oder Bipolartransistoren mit Heteroübergang, wie beispielsweise Silizium-Germanium (SiGe)-Bipolartransistoren, beschädigen.
  • Die Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung 105 erzeugt das Falsch-Bedingung-Abschaltsignal FCS, welches anzeigt, wenn die IC versorgt wird und der erste Knoten 1 und der zweite Knoten 2 mit Nennspannungspegeln arbeiten. In bestimmten Konfigurationen setzt das Falsch-Bedingung-Abschaltsignal FCS das positive Rückkopplungssignal FBK und das Erkennungssignal DET außer Kraft. Wenn das Falsch-Bedingung-Abschaltsignal FCS aktiviert wird, schaltet die Vorspannungsschaltung 102 somit die Klemmschaltung 103 aus.
  • In anderen Konfigurationen kann die Vorspannungsschaltung 102 die Klemmschaltung 103 einschalten, wenn die Größe des Erkennungssignals DET ausreichend groß ist, beispielsweise in Reaktion auf einen Spannungsaufbau während einer Bedingung von transienter Überlast. In solchen Konfigurationen kann die aktiv gesteuerte Schutzschaltung ESD-Schutz bereitstellen, während das Teil versorgt wird. Beispielsweise kann die Leistungsversorgung in einer Versorgungsklemmenimplementierung teilweise vom ersten Knoten 1 unter Verwendung von einem Entkopplungselement, wie beispielsweise einem Widerstand, entkoppelt werden, und somit ändert sich die Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Knoten 1 und dem zweiten Knoten 2 während eines ESD-Ereignisses. Wenn sich die Spannungsdifferenz zwischen den ersten und zweiten Knoten 1, 2 erhöht, kann sich die Größe des Erkennungssignals DET erhöhen und schließlich das Falsch-Bedingung-Abschaltsignal FCS außer Kraft setzen, was dazu führt, dass die Vorspannungsschaltung 102 die Klemmschaltung 103 einschaltet. Nach dem Ende des ESD-Ereignisses kann die Leistungsversorgung die Spannungsdifferenz zwischen den ersten und zweiten Knoten 1, 2 auf etwa die Nennspannungsdifferenz wiederherstellen, und die Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung 105 kann das Falsch-Bedingung-Abschaltsignal FCS aktivieren, um die Klemmschaltung 103 zu deaktivieren.
  • In einer Ausführungsform erzeugt die Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung 105 das Falsch-Bedingung-Abschaltsignal FCS basierend auf einer Tiefpassfilterung einer Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Knoten 1 und dem zweiten Knoten 2. Eine Tiefpassfilterung der Spannungsdifferenz zwischen den ersten und zweiten Knoten 1, 2 hilft zu verhindern, dass ein Spannungsüberschwingen, welches von einem ESD-Ereignis resultiert, die Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung 105 unbeabsichtigterweise veranlasst, das Vorhandensein von Leistung zu erkennen. Beispielsweise kann die Klemmschaltung 103 zu Beginn eines ESD-Ereignisses noch nicht aktiviert sein, und die Spannung des ersten Knotens 1 kann eine Überschwingspannung erreichen. Mittels einer Tiefpassfilterung der Spannungsdifferenz zwischen den ersten und zweiten Knoten 1, 2 wird die Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung 105 daran gehindert, fälschlicherweise zu bestimmen, dass basierend auf temporärem Spannungsschwingen Leistung vorhanden ist.
  • Durch Einschließen der Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung 105 kann die Robustheit der aktiv gesteuerten Schutzschaltung 100 verbessert werden. Beispielsweise kann die Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung 105 erkennen, wenn die IC versorgt wird. Wenn die Klemmschaltung 103 unbeabsichtigterweise aktiviert wird, während die IC versorgt wird, deaktiviert die Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung 105 somit die Klemmschaltung 103, um zu verhindern, dass die Klemmschaltung 103 eingeschaltet bleibt.
  • Die Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung 105 kann eine unbeabsichtigte Aktivierung der Klemmschaltung 103 durch Abschalten der Klemmschaltung 103 beheben, nachdem die Klemmschaltung 103 durch Hochleistungs-/Hochgeschwindigkeits-Signalisierungsbedingungen unbeabsichtigterweise aktiviert wurde. Beispielsweise kann eine transiente Umschaltung, welche mit fortschrittlichen Hochleistungswandleranwendungen assoziiert ist, eine Aktivierung der Klemmschaltung 103 unbeabsichtigterweise auslösen, und die Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung 105 kann verwendet werden, um die Klemmschaltung 103 nach unbeabsichtigter Aktivierung zu deaktivieren. Im Gegensatz dazu kann eine aktiv gesteuerte Schutzschaltung, welche ohne eine Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung implementiert ist, versehentlich ausgelöst werden und mittels positiver Rückkopplung auf unbestimmte Zeit eingeschaltet bleiben.
  • Zusätzliche Details der aktiv gesteuerten Schutzschaltung 100 können wie hierin beschrieben sein.
  • 3 ist eine schematische Darstellung einer Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung 110 gemäß einer Ausführungsform. Die Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung 110 weist ein Tiefpassfilter 111 auf, einen ersten n-Typ-Feldeffekttransistor (NFET) 112, einen Spannungsbegrenzer 113, einen Spannungsteiler 114 und einen zweiten NFET 115.
  • Die Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung 110 veranschaulicht eine Ausführungsform der Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung 105 aus 2. Die Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung 105 aus 2 kann jedoch auf andere Weisen implementiert werden.
  • Wie in 3 gezeigt, ist der Tiefpassfilter 111 elektrisch zwischen dem ersten Knoten 1 und dem zweiten Knoten 2 verbunden und erzeugt eine tiefpassgefilterte Spannung VLP, welche einer tiefpassgefilterten Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Knoten 1 und dem zweiten Knoten 2 entspricht. In einer Ausführungsform weist der Tiefpassfilter 111 eine Grenzfrequenz von weniger als 100 MHz, beispielsweise im Bereich von 10 MHz bis 50 MHz, auf. Es sind jedoch andere Grenzfrequenzen möglich, einschließlich beispielsweise Grenzfrequenzen, welche von der Anwendung und/oder Implementierung abhängen.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform wird die tiefpassgefilterte Spannung VLP einem Drain des zweiten NFET 115 bereitgestellt. Der Spannungsteiler 114 ist elektrisch zwischen dem ersten Knoten 1 und dem zweiten Knoten 2 verbunden und erzeugt eine Ausgangsspannung VOUT, welche einem Bruchteil der Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Knoten 1 und dem zweiten Knoten 2 entspricht. Die Ausgangsspannung VOUT wird einem Gate des zweiten NFET 115 bereitgestellt. Der zweite NFET 115 weist ferner eine Source auf, welche eine Gate-Spannung VG zur Steuerung eines Gates des ersten NFET 112 erzeugt. Der erste NFET 112 weist ferner eine Source auf, welche elektrisch mit dem zweiten Knoten 2 verbunden ist, und einen Drain, welcher das Falsch-Bedingung-Abschaltsignal FCS erzeugt. Der Spannungsbegrenzer 113 ist elektrisch zwischen dem Gate des ersten NFET 112 und dem zweiten Knoten 2 verbunden.
  • Die Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung 110 erzeugt das Falsch-Bedingung-Abschaltsignal FCS, welches einen Wert aufweist, der sich basierend auf der Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Knoten 1 und dem zweiten Knoten 2 ändert. Wie nachstehend beschrieben wird, wird das Falsch-Bedingung-Abschaltsignal FCS aktiviert, wenn der erste Knoten 1 und der zweite Knoten 2 mit einer Nennspannungsdifferenz arbeiten, welche damit assoziiert ist, dass die IC eingeschaltet ist und versorgt wird. Wenn das Falsch-Bedingung-Abschaltsignal FCS aktiviert ist, verhindert das Falsch-Bedingung-Abschaltsignal FCS, dass die Vorspannungsschaltung der Schutzschaltung die Klemmschaltung der Schutzschaltung einschaltet. Wenn die IC jedoch nicht versorgt wird, ist das Falsch-Bedingung-Abschaltsignal FCS deaktiviert und hindert den Betrieb der aktiv gesteuerten Schutzschaltung nicht. Dementsprechend verhindert die Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung während ESD-Tests oder der Handhabung nicht, dass die Vorspannungsschaltung die Klemmschaltung einschaltet, wenn ein Ereignis von transienter Überlast erkannt wird.
  • Wenn eine Bedingung von transienter Überlast auftritt, wenn die IC nicht versorgt wird, klemmt die Klemmschaltung die Spannungsdifferenz zwischen den ersten und zweiten Knoten 1, 2 bei einer Klemmspannung, welche kleiner als die Nennbetriebsspannung zwischen den ersten und zweiten Knoten 1, 2 ist. Somit bleibt die Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung 110 während eines Überlastereignisses ausgeschaltet, und die Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung 110 stellt eine unabhängige Abschaltsteuerung bereit, wenn die IC versorgt wird, mit wenig bis gar keiner Auswirkung auf die ESD-Robustheit.
  • In einer Ausführungsform wird eine Klemmspannung einer aktiv gesteuerten Schutzschaltung so ausgewählt, dass sie im Bereich von 1 V bis 15 V, beispielsweise 5 V, liegt, und die Nennspannungsdifferenz zwischen den ersten und zweiten Knoten 1, 2 wird so ausgewählt, dass sie im Bereich von 0,5 V bis 12 V, beispielsweise 3,5 V, liegt. Jedoch können andere Werte von Klemmspannungen und/oder Nennspannungsdifferenzen verwendet werden.
  • Wie in 3 gezeigt, wird das Gate des zweiten NFET 115 unter Verwendung der Ausgangsspannung VOUT vom Spannungsteiler 114 gesteuert. Da sich die Ausgangsspannung VOUT basierend auf der Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Knoten 1 und dem zweiten Knoten 2 ändert, ändert sich die Gate-Spannung des zweiten NFET 115 auch mit der Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Knoten 1 und dem zweiten Knoten 2. Die tiefpassgefilterte Spannung VLP ändert sich auch mit der Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Knoten 1 und dem zweiten Knoten 2 und wird dem Drain des zweiten NFET 115 bereitgestellt. Zusätzlich steuert die Source des zweiten NFET 115 die Gate-Spannung VG des ersten NFET 112. Die Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung 110 ist implementiert, so dass die Gate-Spannung VG ausreichend ist, um den ersten NFET 112 einzuschalten, wenn die Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Knoten 1 und dem zweiten Knoten 2 etwa gleich der Nennspannungsdifferenz ist, und so dass die Gate-Spannung VG ausreichend ist, um den ersten NFET 112 auszuschalten, wenn die Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Knoten 1 und dem zweiten Knoten 2 kleiner als oder gleich der Klemmspannung ist.
  • In einem Beispiel ist der erste Knoten 1 eine Leistungsversorgungsspannung der Spannung VDD und der zweite Knoten 2 ist eine Massespannung von 0 V. Wenn die IC versorgt wird, wird die Ausgangsspannung VOUT auf etwa α*VDD gesteuert, wobei α dem Verhältnis von Eingangs- zur Ausgangsspannung des Spannungsteilers 114 entspricht. Wenn jedoch ein Ereignis von transienter Überlast vorhanden ist, klemmt die Klemmschaltung der Schutzvorrichtung die Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Knoten 1 und dem zweiten Knoten 2 an eine Klemmspannung VCLAMP. Dementsprechend wird die Ausgangsspannung VOUT auf etwa α*VCLAMP oder weniger gesteuert, wenn ein Ereignis von transienter Überlast vorhanden ist. Wie Fachleute erkennen werden, ändert sich die Gate-Spannung VG des ersten NFET 112 basierend auf der Ausgangsspannung VOUT und der tiefpassgefilterten Spannung VLP. Für eine gegebene Nennspannungsdifferenz können geeignete Werte für α und/oder die Klemmspannung VCLAMP ausgewählt werden, um den ersten NFET 112 einzuschalten, wenn die IC versorgt wird, und den ersten NFET 112 während eines Ereignisses von transienter Überlast auszuschalten.
  • Der Tiefpassfilter 111 stellt Tiefpassfilterung an die Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Knoten 1 und dem zweiten Knoten 2 bereit. Durch Einschließen des Tiefpassfilters 111 wird verhindert, dass ein anfängliches Spannungsüberschwingen, welches mit endlicher Einschaltzeit der Klemme des Schutzgeräts assoziiert ist, das Falsch-Bedingung-Abschaltsignal FCS aktiviert. Beispielsweise kann eine Klemmschaltung, wie beispielsweise die Klemmschaltung 103 aus 2, zu Beginn eines Ereignisses von transienter Überlast noch nicht aktiviert sein, und die Spannung des ersten Knotens 1 kann eine Überschwingspannung erreichen.
  • Der veranschaulichte Spannungsbegrenzer 113 ist elektrisch zwischen dem Gate des NFET 112 und dem zweiten Knoten 2 verbunden und kann verwendet werden, um einen Spannungsaufbau am Gate des NFET 112 während eines Überlastereignisses zu reduzieren oder zu begrenzen. Beispielsweise hilft der Spannungsbegrenzer 113 beim Schutz des ersten NFET 112 vor Beschädigung während eines Überschwingens. Wenn ein Ereignis von transienter Überlast vorhanden ist und die Klemmschaltung klemmt, hilft der Spannungsbegrenzer 113 darüber hinaus beim Pull-down der Gate-Spannung VG und Abschalten des ersten NFET 112. Der zweite NFET 115 hilft auch beim Schutz des Gates des ersten NFET 112 vor Beschädigung.
  • Obwohl 3 ein Beispiel einer Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung veranschaulicht, welche gemäß den Lehren hierin implementiert ist, kann eine Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung in einer breiten Vielzahl von Weisen implementiert werden.
  • Zusätzliche Details der Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung 110 können wie hierin beschrieben sein.
  • 4 ist ein Schaltplan einer aktiv gesteuerten Schutzschaltung 200 gemäß einer Ausführungsform. Die aktiv gesteuerte Schutzschaltung 200 weist eine Erkennungsschaltung für transiente Überlast 201 auf, eine Vorspannungsschaltung 202, eine Klemmschaltung 203, eine Erfassungsrückkopplungsschaltung 204 und eine Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung 205. Die aktiv gesteuerte Schutzschaltung 200 wurde ferner annotiert, um einen Übersteuerungsschalter 206 zu zeigen, welcher verwendet werden kann, um die Klemmschaltung 203 zum Einschalten zu zwingen. Der Übersteuerungsschalter 206 wurde für die Zwecke der Simulation von 5 im Schaltplan eingeschlossen und kann weggelassen werden.
  • In bestimmten Anwendungen kann eine Nennspannungsdifferenz zwischen dem ersten Knoten 1 und dem zweiten Knoten 2 größer als eine Durchbruchspannung von einem bestimmten Gerät, beispielsweise einem Metalloxid-Halbleiter (Metal Oxide Semiconductor, MOS)-Transistor, sein. In der veranschaulichten Konfiguration weist die aktiv gesteuerte Schutzschaltung 200 MOS-Transistoren auf, welche auf diese Weise in Reihe angeordnet worden sind, um Überspannungsbedingungen zu verhindern. Alternative Ausführungsformen können Geräte mit höherer Spannung verwenden und eine Reihenanordnung weglassen.
  • Die veranschaulichte Erkennungsschaltung für transiente Überlast 201 weist einen ersten p-Typ-Metalloxid-Halbleiter (P-type Metal Oxide Semiconductor, PMOS)-Erkennungstransistor 211 auf, einen zweiten PMOS-Erkennungstransistor 212 und einen Erkennungskondensator 215. Die PMOS-Erkennungstransistoren 211, 212 sind jeweils diodenverbunden. Zusätzlich sind der Erkennungskondensator 215, der erste PMOS-Erkennungstransistor 211 und der zweite PMOS-Erkennungstransistor 212 elektrisch in Reihe zwischen dem ersten Knoten 1 und dem zweiten Knoten 2 miteinander verbunden. Die Erkennungsschaltung für transiente Überlast 201 weist eine R*C-Zeitkonstante auf, welche mit einer Kapazität des Erkennungskondensators 215 und einem Widerstandswert der ersten und zweiten PMOS-Erkennungstransistoren 211, 212 assoziiert ist. Wie in 4 gezeigt, erzeugt die Erkennungsschaltung für transiente Überlast 201 einen Erkennungsstrom IDET, welcher anzeigt, ob die Erkennungsschaltung für transiente Überlast 201 ein Vorhandensein eines Ereignisses von transienter Überlast zwischen dem ersten Knoten 1 und dem zweiten Knoten 2 erkannt hat oder nicht. Der Erkennungsstrom IDET wird einem Eingang der Vorspannungsschaltung 202 bereitgestellt.
  • Die veranschaulichte Erkennungsschaltung für transiente Überlast 201 arbeitet, um ein Ereignis von transienter Überlast mit einer bestimmten Rate der Spannungsänderung zu erkennen. Beispielsweise fließt ein Verschiebungsstrom durch den Erkennungskondensator 215, wenn ein Ereignis von transienter Überlast bewirkt, dass die Spannung zwischen den ersten und zweiten Knoten 1, 2 geändert wird. Wenn die Rate der Spannungsänderung von ausreichender Größe und Dauer ist, kann die Erkennungsschaltung IDET groß genug sein, um die Vorspannungsschaltung 202 zu steuern, die Klemmschaltung 203 einzuschalten.
  • Die veranschaulichte Vorspannungsschaltung 202 weist einen ersten Vorspannungs-NPN-Transistor 221 auf, einen zweiten Vorspannungs-NPN-Transistor 222 und einen Vorspannungswiderstand 223. Zusätzlich weist die veranschaulichte Klemmschaltung 203 einen ersten n-Typ-Metalloxid-Halbleiter (N-type Metal Oxide Semiconductor, NMOS)-Klemmtransistor 231 und einen zweiten NMOS-Klemmtransistor 232 auf. Die Vorspannungsschaltung 202 steuert die Gate-Spannungen der ersten und zweiten NMOS-Klemmtransistoren 231, 232. In Reaktion auf einen ausreichend großen Eingangsstrom schaltet die Vorspannungsschaltung 202 die Klemmschaltung 203 ein, indem die Gate-Spannungen der ersten und zweiten NMOS-Klemmtransistoren 231, 232 erhöht werden.
  • Die ersten und zweiten NMOS-Klemmtransistoren 231, 232 sind elektrisch in Reihe zwischen dem ersten Knoten 1 und dem zweiten Knoten 2 verbunden. Wenn die Vorspannungsschaltung 202 die Klemmschaltung 203 in den Aus-Zustand steuert, stellen die ersten und zweiten NMOS-Klemmtransistoren 231, 232 eine hohe Impedanz zwischen dem ersten Knoten 1 und dem zweiten Knoten 2 bereit. Wenn die Vorspannungsschaltung 202 jedoch die Klemmschaltung 203 in den Ein-Zustand steuert, arbeiten die ersten und zweiten NMOS-Transistoren 231, 232, um den ersten Knoten 1 am zweiten Knoten 2 zu klemmen.
  • Somit wird ein niederohmiger Pfad zwischen dem ersten Knoten 1 zum zweiten Knoten 2 bereitgestellt, und ein Nebenschlussstrom ISHUNT fließt durch die Klemmschaltung 203.
  • Die Erfassungsrückkopplungsschaltung 204 weist einen ersten NMOS-Erfassungstransistor 251 auf, einen zweiten NMOS-Erfassungstransistor 252, einen Erkennungswiderstand 255, einen ersten PMOS-Rückkopplungstransistor 261, einen zweiten PMOS-Transistor 262, einen ersten PMOS-Spannungsteilertransistor 271, einen zweiten PMOS-Spannungsteilertransistor 272, einen dritten PMOS-Spannungsteilertransistor 273 und einen vierten PMOS-Spannungsteilertransistor 274.
  • Der Erfassungswiderstand 255, der erste NMOS-Erfassungstransistor 251 und der zweite NMOS-Erfassungstransistor 252 sind elektrisch in Reihe zwischen dem ersten Knoten 1 und dem zweiten Knoten 2 verbunden. Zusätzlich ist das Gate des ersten NMOS-Erfassungstransistors 251 elektrisch mit dem Gate des ersten NMOS-Klemmtransistors 231 verbunden, und das Gate des zweiten NMOS-Erfassungstransistors 252 ist elektrisch mit dem Gate des zweiten NMOS-Klemmtransistors 232 verbunden. Somit werden die NMOS-Erfassungstransistoren 251, 252 implementiert, um den Nebenschlussstrom ISHUNT zu spiegeln, welcher durch die NMOS-Klemmtransistoren 231, 232 fließt. In der veranschaulichten Ausführungsform entspricht der Erfassungsstrom ISENSE einer verkleinerten Nachbildung des Nebenschlussstroms ISHUNT.
  • Der Erfassungsstrom ISENSE fließt durch den Erfassungswiderstand 255, und ein Spannungsabfall über dem Erfassungswiderstand 255 wird verwendet, um eine Gate-Spannung des ersten PMOS-Rückkopplungstransistors 261 zu steuern. Die ersten und zweiten PMOS-Rückkopplungstransistoren 261, 262 sind elektrisch in Reihe zwischen dem ersten Knoten 1 und dem Eingang zur Vorspannungsschaltung 202 verbunden. Zusätzlich sind die ersten bis vierten PMOS-Spannungsteilertransistoren 271-274 elektrisch in Reihe zwischen dem ersten Knoten 1 und dem zweiten Knoten 2 miteinander verbunden. Die PMOS-Spannungsteilertransistoren 271-274 sind jeweils diodenverbunden und arbeiten gemeinsam, um eine Vorspannung für das Gate des zweiten PMOS-Rückkopplungstransistors 262, die Source des ersten NMOS-Erfassungstransistors 251 und den Drain des zweiten NMOS-Erfassungstransistor 252 zu erzeugen.
  • Wenn die Klemmschaltung 203 eingeschaltet ist, spiegelt die Erfassungsrückkopplungsschaltung 204 den Nebenschlussstrom ISHUNT durch die Klemmschaltung 203, um den Erfassungsstrom ISENSE zu erzeugen. Zusätzlich schaltet sich, wenn ein Produkt des Erfassungsstroms ISENSE und des Widerstandswerts des Erfassungswiderstands 255 ausreichend groß ist, der erste PMOS-Rückkopplungstransistor 261 ein, und ein positiver Rückkopplungsstrom IFBK fließt in den Eingang der Vorspannungsschaltung 202.
  • Dementsprechend fließt, wenn der Nebenschlussstrom ISHUNT fließt, auch der Erfassungsstrom ISENSE durch die ersten und zweiten NMOS-Erfassungsrückkopplungstransistoren 251, 252 und den Rückkopplungserfassungswiderstand 255. Wenn der Erfassungsstrom ISENSE eine ausreichende Größe aufweist, ist der Spannungsabfall über dem Erfassungsrückkopplungswiderstand 255 groß genug, um den ersten PMOS-Erfassungsrückkopplungstransistor 261 einzuschalten und zu einem Fließen des positiven Rückkopplungserkennungsstroms IFBK vom Drain des zweiten PMOS-Erfassungsrückkopplungstransistors 262 zu führen. Während das Ereignis von transienter Überlast vorhanden ist, kann die positive Rückkopplung, welche von der Erfassungsrückkopplungsschaltung 204 bereitgestellt wird, die Klemmschaltung 203 eingeschaltet halten. Zusätzliche Details der Erfassungsrückkopplungsschaltung 204 können den zuvor beschriebenen ähnlich sein.
  • Die veranschaulichte Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung 205 weist einen ersten NMOS-Transistor 291 auf, einen zweiten NMOS-Transistor 292, einen ersten PMOS-Filtertransistor 281, einen zweiten PMOS-Filtertransistor 282, einen dritten PMOS-Filtertransistor 283, einen Filterkondensator 285, einen ersten PMOS-Spannungsteilertransistor 241, einen zweiten PMOS-Spannungsteilertransistor 242, einen dritten PMOS-Spannungsteilertransistor 243, einen vierten PMOS-Spannungsteilertransistor 244, einen ersten PMOS-Spannungsbegrenzertransistor 295, einen zweiten PMOS-Spannungsbegrenzertransistor 296, und einen dritten PMOS-Spannungsbegrenzertransistor 297. Obwohl ein Beispiel einer Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung gezeigt wird, können andere Konfigurationen von Falsch-Bedingung-Abschaltschaltungen verwendet werden.
  • Die PMOS-Filtertransistoren 281-283 sind jeweils diodenverbunden. Die PMOS-Filtertransistoren 281-283 und der Filterkondensator 285 sind elektrisch in Reihe zwischen dem ersten Knoten 1 und dem zweiten Knoten 2 miteinander verbunden und arbeiten als ein Tiefpassfilter, welcher eine tiefpassgefilterte Spannung VLP erzeugt. Die tiefpassgefilterte Spannung VLP entspricht einer tiefpassgefilterten Differenz der Spannung zwischen dem ersten Knoten 1 und dem zweiten Knoten 2. Eine Menge der Filterung des Tiefpassfilters wird basierend auf dem Widerstandswert der PMOS-Filtertransistoren 281-283 und einer Kapazität des Filterkondensators 285 gesteuert.
  • Die PMOS-Spannungsteilertransistoren 241-244 sind jeweils diodenverbunden. Die PMOS-Spannungsteilertransistoren 241-244 sind elektrisch in Reihe zwischen dem ersten Knoten 1 und dem zweiten Knoten 2 miteinander verbunden und arbeiten als ein Spannungsteiler, welcher eine Ausgangsspannung VOUT erzeugt, welche in diesem Beispiel etwa die Hälfte der Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Knoten 1 und dem zweiten Knoten 2 beträgt. Die Ausgangsspannung VOUT wird dem Gate des zweiten NMOS-Transistors 292 bereitgestellt. In einer veranschaulichten Ausführungsform wird die Ausgangsspannung VOUT auch dem Gate des ersten NMOS-Klemmtransistors 231 bereitgestellt. Die Konfiguration der aktiv gesteuerten Schutzschaltung 200 auf diese Weise kann durch gemeinsames Benutzen von Schaltungen bei der Reduzierung der Größe und/oder Kosten der Schutzschaltung helfen.
  • Der zweite NMOS-Transistor 292 weist einen Drain auf, welcher die tiefpassgefilterte Spannung VLP empfängt, und eine Source, welche eine Gate-Spannung VG für ein Gate des ersten NMOS-Transistors 291 erzeugt. Da sich sowohl die Ausgangsspannung VOUT als auch die tiefpassgefilterte Spannung VLP basierend auf der Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Knoten 1 und dem zweiten Knoten 2 ändern, ändert sich die Gate-Spannung VG auch mit der Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Knoten 1 und dem zweiten Knoten 2.
  • Die Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung 205 ist implementiert, so dass die Gate-Spannung VG ausreichend hoch ist, um den ersten NMOS-Transistor 291 einzuschalten, wenn die Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Knoten 1 und dem zweiten Knoten 2 etwa gleich einer Nennspannungsdifferenz ist, welche mit der IC assoziiert ist, die versorgt wird. Zusätzlich ist die Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung 205 implementiert, so dass die Gate-Spannung VG ausreichend niedrig ist, um den ersten NMOS-Transistor 291 auszuschalten, wenn die IC nicht versorgt wird, einschließlich, wenn ein Ereignis von transienter Überlast vorhanden ist. Beispielsweise während ESD-Tests, wenn die Klemmschaltung 203 klemmt, ist die Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Knoten 1 und dem zweiten Knoten 2 kleiner als oder gleich der Klemmspannung der Klemmschaltung 203. Durch die Implementierung, dass die Klemmspannung kleiner als die Nennspannungsdifferenz zwischen den ersten und zweiten Knoten 1, 2 ist, schaltet die Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung 205 die Klemmschaltung 203 nicht unbeabsichtigterweise ab, wenn ein ESD-Ereignis vorhanden ist.
  • Der erste NMOS-Transistor 291 weist eine Source auf, welche elektrisch mit dem zweiten Knoten 2 verbunden ist, und einen Drain, welcher einen Falsch-Bedingung-Abschaltstrom IFCS erzeugt, der in dieser Ausführungsform dem Eingang der Vorspannungsschaltung 202 bereitgestellt wird. Die Größe des Falsch-Bedingung-Abschaltstroms IFCS ändert sich basierend auf der Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Knoten 1 und dem zweiten Knoten 2. Insbesondere, wenn die IC versorgt wird und der erste Knoten 1 und der zweite Knoten 2 mit einer Nennspannungsdifferenz arbeiten, wird der erste NMOS-Transistor 291 eingeschaltet und der Falsch-Bedingung-Abschaltstrom IFCS fließt hindurch. Wenn jedoch die IC nicht versorgt wird, wird der erste NMOS-Transistor 291 ausgeschaltet, und der Falsch-Bedingung-Abschaltstrom IFCS beträgt etwa gleich 0 mA. Wenn die IC nicht versorgt wird und ein ESD-Ereignis auftritt, wird die Klemmschaltung 203 eingeschaltet und klemmt den ersten Knoten 1 und den zweiten Knoten 2, wodurch die Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Knoten 1 und dem zweiten Knoten 2 gesteuert wird, dass sie kleiner als oder gleich der Klemmspannung der Klemmschaltung 203 ist. Da die Klemmspannung kleiner als die Nennspannungsdifferenz ist, verbleibt der Falsch-Bedingung-Abschaltstrom IFCS bei etwa 0 mA, wenn ein ESD-Ereignis vorhanden ist. Die Konfiguration der Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung 205 auf diese Weise verhindert, dass die Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung 205 die Klemmschaltung 203 während eines ESD-Ereignisses unbeabsichtigterweise abschaltet.
  • Somit erzeugt die Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung 205 den Falsch-Bedingung-Abschaltstrom IFCS, welcher einen Strompegel aufweist, der sich basierend auf der Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Knoten 1 und dem zweiten Knoten 2 ändert. Wenn die IC Leistung empfängt, wird der Falsch-Bedingung-Abschaltstrom IFCS aktiviert und verhindert, dass die Vorspannungsschaltung 202 die Klemmschaltung 203 einschaltet. Wenn jedoch die IC nicht versorgt wird, wird der Falsch-Bedingung-Abschaltstrom IFCS deaktiviert und weist einen Strompegel von etwa 0 mA auf. Zusätzlich wird die Klemmspannung ausgewählt, dass sie ausreichend niedrig ist, so dass die Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung 205 nicht unbeabsichtigterweise den Falsch-Bedingung-Abschaltstrom IFCS aktiviert, wenn die Klemmschaltung 203 eine Klemmung während eines ESD-Ereignisses bereitstellt. Somit bleibt die Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung 205 während eines ESD-Ereignisses ausgeschaltet, wodurch eine unabhängige Abschaltsteuerung bereitgestellt wird, wenn die IC versorgt wird, mit wenig bis gar keiner Auswirkung auf die ESD-Robustheit.
  • Die veranschaulichten PMOS-Spannungsbegrenzertransistoren 295-297 sind jeweils diodenverbunden und elektrisch in Reihe zwischen dem Gate des ersten NMOS-Transistors 291 und dem zweiten Knoten 2 miteinander verbunden. Die PMOS-Spannungsbegrenzertransistoren 295-297 reduzieren oder begrenzen einen Spannungsaufbau am Gate des ersten NMOS-Transistors 291 während eines Überlastereignisses, wie beispielsweise während eines anfänglichen Spannungsüberschwingens. Wenn ein Ereignis von transienter Überlast vorhanden ist und die Klemmschaltung 203 klemmt, ziehen die PMOS-Spannungsbegrenzertransistoren 295-297 zusätzlich die Gate-Spannung VG nach unten und helfen beim Abschalten des ersten NMOS-Transistors 291.
  • 5 ist eine graphische Darstellung 300 eines Beispiels von Strom und Spannung gegen die Zeit für eine aktiv gesteuerte Schutzschaltung gemäß einer Ausführungsform. Die graphische Darstellung 300 entspricht simulierten Ergebnissen für eine Implementierung der aktiv gesteuerten Schutzschaltung 200 aus 4. Jedoch sind andere Ergebnisse möglich, umfassend Ergebnisse, welche von der Anwendung, der Schaltungsimplementierung und/oder dem Herstellungsprozess abhängen.
  • Die graphische Darstellung 300 weist einen ersten Plot 301 von Spannung gegen die Zeit für die Eingangsspannung der Vorspannungsschaltung 202 aus 4 auf. Zusätzlich weist die graphische Darstellung 300 einen zweiten Plot 302 von Spannung gegen die Zeit für einen Steuereingang zum Übersteuerungsschalter 206 aus 4 auf. Ferner weist die graphische Darstellung 300 einen dritten Plot 303 von Strom gegen die Zeit für den Nebenschlussstrom ISHUNT aus 4 auf.
  • Wie in 5 gezeigt, wird der Übersteuerungsschalter 206 verwendet, um die Vorspannungsschaltung 202 temporär zum Einschalten der Klemmschaltung 203 zu zwingen. Eine Aktivierung der Klemmschaltung 203 auf diese Weise simuliert die Auswirkungen einer plötzlichen Erhöhung der Eingangsspannung der Vorspannungsschaltung 202, wie beispielsweise einer Spannungserhöhung, welche von der Hochleistungs-/Hochgeschwindigkeitssignalisierung während des Betriebs eines Datenwandler-SOC entstehen kann. Wie in 5 gezeigt, wird die Klemmschaltung 203 durch den Übersteuerungsschalter 206 zum Einschalten gezwungen. Nachdem der Übersteuerungsschalter 206 jedoch deaktiviert wurde, erkennt die Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung 205, dass Leistung zur IC vorhanden ist und schaltet die Klemmschaltung 203 über den Eingang zur Vorspannungsschaltung 202 ab.
  • 6 ist eine schematische Darstellung einer aktiv gesteuerten Schutzschaltung 400 gemäß einer anderen Ausführungsform. Die aktiv gesteuerte Schutzschaltung 400 weist eine Erkennungsschaltung für transiente Überlast 401 auf, eine Vorspannungsschaltung 402, eine Klemmschaltung 403 und eine Erfassungsrückkopplungsschaltung 404. Zusätzlich weist die aktiv gesteuerte Schutzschaltung 400 die Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung 205 auf, welche wie zuvor beschrieben sein kann.
  • Die Erkennungsschaltung für transiente Überlast 401 weist einen ersten Erkennungswiderstand 411 auf, einen Erkennungskondensator 417, einen NPN-Erkennungstransistor 416, einen zweiten Erkennungswiderstand 417 und einen dritten Erkennungswiderstand 418. Der erste Erkennungswiderstand 411 und der Erkennungskondensator 417 sind elektrisch in Reihe zwischen dem ersten Knoten 1 und dem zweiten Knoten 2 verbunden und steuern eine Basisspannung des NPN-Erkennungstransistors 416. Wenn die Rate der Spannungsänderung zwischen den ersten und zweiten Knoten 1, 2 von ausreichender Größe und Dauer ist, kann der Fluss des Verschiebungsstroms vom Erkennungskondensator 415 durch den ersten Erkennungswiderstand 411 den Basis-Emitter-Übergang des NPN-Erkennungstransistors 416 in Durchlassrichtung vorspannen. Dies kann wiederum den Erkennungsstrom IDET aktivieren.
  • Die Vorspannungsschaltung 402 weist einen ersten PNP-Vorspannungstransistor 421 auf, einen zweiten PNP-Vorspannungstransistor 422, einen ersten Vorspannungswiderstand 423 und einen zweiten Vorspannungswiderstand 424. Zusätzlich weist die Klemmschaltung 403 einen PNP-Klemmtransistor 431 auf. Wenn der Erkennungsstrom IDET aktiviert ist und den Eingang der Vorspannungsschaltung 402 erreicht, verstärkt die Vorspannungsschaltung 402 den Erkennungsstrom IDET, um den PNP-Klemmtransistor 431 einzuschalten. Wenn eingeschaltet, fließt ein Nebenschlussstrom ISHUNT durch den PNP-Klemmtransistor 431, um Überlastschutz bereitzustellen.
  • Die Erfassungsrückkopplungsschaltung 404 weist einen PNP-Erfassungstransistor 441 auf, einen ersten Erfassungswiderstand 443, einen zweiten Erfassungswiderstand 444 und einen NPN-Rückkopplungstransistor 442. Der PNP-Erfassungstransistor 441 weist eine Basis auf, welche elektrisch mit einer Basis des PNP-Klemmtransistors 431 verbunden ist, und arbeitet, um den Erfassungsstrom ISENSE durch Spiegeln des Nebenschlussstroms ISHUNT zu erzeugen. Wenn der Erfassungsstrom ISENSE ausreichend groß ist, ist ein Spannungsabfall über dem ersten Erfassungswiderstand 443 ausreichend groß, um den NPN-Rückkopplungstransistor 442 einzuschalten, um einen positiven Rückkopplungsstrom IFBK für den Eingang der Vorspannungsschaltung 402 zu erzeugen.
  • Wenn der Nebenschlussstrom ISHUNT ausreichend groß ist, kann die Erfassungsrückkopplungsschaltung 404 dementsprechend den positiven Rückkopplungsstrom IFBK erzeugen. Der positive Rückkopplungsstrom IFBK kann die Klemmschaltung 403 eingeschaltet halten, selbst nachdem die Erkennungsschaltung für transiente Überlast 401 den Erkennungsstrom IDET deaktiviert. Zusätzlich kann, wenn das Ereignis von transienter Überlast abgeschlossen wird und der Nebenschlussstrom ISHUNT eine relativ kleine Größe aufweist, der Strom durch den PNP-Erfassungstransistor 441 eine Spannung über dem ersten Erfassungswiderstand 443 erzeugen, welcher nicht ausreicht, um den Basis-Emitter-Übergang des NPN-Rückkopplungstransistors in Durchlassrichtung vorzuspannen. Somit kann sich der positive Rückkopplungsstrom IFBK nach dem Ende des Ereignisses von transienter Überlast deaktivieren, was wiederum dazu führen kann, dass die Vorspannungsschaltung 402 die Klemmschaltung 403 ausschaltet.
  • Dementsprechend kann die aktive Rückkopplung, welche von der Erfassungsrückkopplungsschaltung 404 bereitgestellt wird, der aktiv gesteuerten Schutzschaltung 400 eine Aktivierungszeit bereitstellen, die dynamisch an die Dauer des Ereignisses von transienter Überlast angepasst ist. Zusätzliche Details der Erfassungsrückkopplungsschaltung 404 können den zuvor beschriebenen ähnlich sein.
  • Die Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung 205 erzeugt den Falsch-Bedingung-Abschaltstrom IFCS, welcher einen Strompegel aufweist, der sich basierend auf der Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Knoten 1 und dem zweiten Knoten 2 ändert. Wenn die IC Leistung empfängt, wird der Falsch-Bedingung-Abschaltstrom IFCS aktiviert und verhindert, dass die Vorspannungsschaltung 402 die Klemmschaltung 403 einschaltet. In der veranschaulichten Ausführungsform wird der Falsch-Bedingung-Abschaltstrom IFCS dem Eingang der Vorspannungsschaltung 402 indirekt über den NPN-Rückkopplungstransistor 442 bereitgestellt. Wenn jedoch die IC nicht versorgt wird, wird der Falsch-Bedingung-Abschaltstrom IFCS deaktiviert und weist einen Strompegel von etwa 0 mA auf. Dementsprechend verhindert die Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung 205 nicht, dass die Vorspannungsschaltung 402 die Klemmschaltung 403 einschaltet, wenn ein ESD-Ereignis während Tests oder der Handhabung auftritt.
  • Wenn die Vorspannungsschaltung 402 die Klemmschaltung 403 einschaltet, klemmt die Klemmschaltung 403 den ersten Knoten 1 und den zweiten Knoten 2. Bei der Klemmung ist die Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Knoten 1 und dem zweiten Knoten 2 kleiner als oder gleich der Klemmspannung der Klemmschaltung. Die Klemmspannung wird ausgewählt, dass sie kleiner als eine Nennspannungsdifferenz zwischen dem ersten Knoten 1 und dem zweiten Knoten 2 ist, wenn die IC versorgt wird. Die Implementierung der Klemmspannung auf diese Weise verhindert, dass die Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung 205 den Falsch-Bedingung-Abschaltstrom IFCS unbeabsichtigterweise während eines ESD-Ereignisses aktiviert. Somit bleibt der Falsch-Bedingung-Abschaltstrom IFCS während eines ESD-Ereignisses deaktiviert, und die Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung 205 stellt eine unabhängige Abschaltsteuerung bereit, wenn die IC versorgt wird, mit wenig bis gar keiner Auswirkung auf die ESD-Robustheit.
  • 7 ist eine schematische Darstellung einer aktiv gesteuerten Schutzschaltung 500 gemäß einer anderen Ausführungsform. Die aktiv gesteuerte Schutzschaltung 500 weist eine Erkennungsschaltung für transiente Überlast 401 und eine Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung 205 auf, welche wie zuvor beschrieben sein können. Die aktiv gesteuerte Schutzschaltung 500 weist ferner eine Vorspannungsschaltung 502 auf, eine Klemmschaltung 503 und eine Erfassungsrückkopplungsschaltung 505.
  • Die Vorspannungsschaltung 502 weist einen ersten PNP-Vorspannungstransistor 421 auf, einen zweiten PNP-Vorspannungstransistor 422, einen ersten Vorspannungswiderstand 423, einen zweiten Vorspannungswiderstand 424 und einen dritten PNP-Vorspannungstransistor 425. Die Erfassungsrückkopplungsschaltung 505 weist einen ersten Erfassungswiderstand 443 auf, einen zweiten Erfassungswiderstand 444 und einen NPN-Rückkopplungstransistor 442. Die Klemmschaltung 503 weist einen NPN-Klemmtransistor 531 auf.
  • Wie in 7 gezeigt, empfängt die Vorspannungsschaltung 502 einen Eingangsstrom und verstärkt den Eingangsstrom, um einen Vorspannungsstrom für den NPN-Klemmtransistor 531 zu erzeugen. Der Vorspannungsstrom, welcher von der Vorspannungsschaltung 502 erzeugt wird, kann den NPN-Klemmtransistor 531 ein- oder ausschalten, wodurch die Klemmschaltung 503 in den Ein-Zustand oder den Aus-Zustand gesetzt wird. Ein Teil des Vorspannungsstroms wird auch der Erfassungsrückkopplungsschaltung 505 bereitgestellt und dient als Erfassungsstrom ISENSE.
  • 8A-8D sind graphische Darstellungen von Strom und Spannung gegen die Zeit für eine aktiv gesteuerte Schutzschaltung gemäß einer Ausführungsform. Die graphischen Darstellungen entsprechen simulierten Ergebnissen für eine Implementierung der aktiv gesteuerten Schutzschaltung 500 aus 7. Jedoch sind andere Ergebnisse möglich, umfassend Ergebnisse, welche von der Anwendung, der Schaltungsimplementierung und/oder dem Herstellungsprozess abhängen.
  • 8A weist eine erste graphische Darstellung 600 mit einem Plot 601 vom ESD-Strom gegen die Zeit für ein ESD-Ereignis auf, welches zur Zeit 0 ns startet. Der ESD-Strom wird dem ersten Knoten 1 aus 7 bereitgestellt. Zusätzlich weist 8B eine zweite graphische Darstellung 610 mit einem Plot 611 von der Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Knoten 1 und dem zweiten Knoten 2 aus 7 gegen die Zeit auf. 8A und 8B entsprechen einer Simulation der aktiv gesteuerten Schutzschaltung 500 aus 7 in Reaktion auf ein ESD-Ereignis. Im veranschaulichten Beispiel wird eine Klemmspannung von weniger als 2 V bereitgestellt, während die ersten und zweiten Knoten 1, 2 mit einer Nennspannungsdifferenz von 3,3 V arbeiten. Jedoch können andere Werte von Klemmspannungen und/oder Nennspannungsdifferenzen verwendet werden.
  • 8C weist eine dritte graphische Darstellung 620 mit einem Plot 621 von einer Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Knoten 1 und dem zweiten Knoten 2 aus 7 gegen die Zeit auf. Zusätzlich weist 8D eine vierte graphische Darstellung 630 mit einem Plot 631 von Strom gegen die Zeit für den Nebenschlussstrom ISHUNT aus 7 auf 8C und 8D entsprechen einer weiteren Simulation der aktiv gesteuerten Schutzschaltung 500 aus 7 in Reaktion auf Power-up-Sequenzierung. Wie in 8C und 8D gezeigt, ist die aktiv gesteuerte Schutzschaltung nach dem Power-up stabil, wobei ein relativ geringer Verschiebungsstrom von weniger als 850 mA während des Übergangs gezeigt wird und weniger als 0,05 µs dauert.
  • Anwendungen
  • Geräte, welche die vorstehend beschriebenen Schemata verwenden, können in verschiedenen elektronischen Geräten implementiert werden. Beispiele für die elektronischen Geräte können Verbraucherelektronikprodukte, Teile der Verbraucherelektronikprodukte, elektronische Prüfgeräte, Kommunikationsinfrastrukturanwendungen usw. umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Ferner kann das elektronische Gerät unfertige Produkte umfassen, einschließlich derjenigen für Kommunikations-, Industrie-, Medizin- und Automobilanwendungen.
  • Die vorangehende Beschreibung und die Ansprüche können auf Elemente oder Merkmale als „verbunden“ oder „gekoppelt“ verweisen. Wie hierin verwendet, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, bedeutet „verbunden“, dass ein Element/Merkmal direkt oder indirekt mit einem anderen Element/Merkmal verbunden ist, und nicht notwendigerweise mechanisch. Ähnlich, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, bedeutet „gekoppelt“, dass ein Element/Merkmal direkt oder indirekt mit einem anderen Element/Merkmal gekoppelt ist, und nicht notwendigerweise mechanisch. Folglich, obwohl die verschiedenen in den Figuren dargestellten Schaltbilder beispielhafte Anordnungen von Elementen und Komponenten zeigen, können zusätzliche Zwischenelemente, Vorrichtungen, Merkmale oder Komponenten in einer tatsächlichen Ausführungsform vorhanden sein (unter der Annahme, dass die Funktionalität der dargestellten Schaltungen nicht beeinträchtigt wird).
  • Obwohl diese Erfindung in Bezug auf bestimmte Ausführungsformen beschrieben wurde, liegen andere Ausführungsformen, die Fachleuten auf dem Gebiet offensichtlich sind, einschließlich Ausführungsformen, die nicht alle der hierin dargelegten Merkmale und Vorteile bereitstellen, ebenfalls innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung. Zudem können die verschiedenen oben beschriebenen Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen bereitzustellen. Darüber hinaus können bestimmte, im Kontext einer Ausführungsform gezeigte Merkmale ebenfalls in anderen Ausführungsformen aufgenommen werden. Dementsprechend ist der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nur durch Bezugnahme auf die beigefügten Ansprüche definiert.

Claims (17)

  1. Integrierte Schaltung, aufweisend: eine Erkennungsschaltung (101, 201, 401) für transiente Überlast, welche ausgebildet ist, ein Erkennungssignal basierend auf dem Erkennen eines Vorhandenseins eines Ereignisses von transienter Überlast zwischen einem ersten Knoten (1) und einem zweiten Knoten (2) zu erzeugen; eine Klemmschaltung (103, 203, 403), welche einen Ein-Zustand und einen Aus-Zustand aufweist, wobei die Klemmschaltung (103, 203, 403) elektrisch zwischen dem ersten Knoten (1) und dem zweiten Knoten (2) verbunden ist; eine Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung (205), welche ausgebildet ist, zu erkennen, wenn die integrierte Schaltung versorgt wird, wobei die Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung (205) ausgebildet ist, ein Falsch-Bedingung-Abschaltsignal basierend auf einer Tiefpassfilterung einer Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Knoten (1) und dem zweiten Knoten (2) zu erzeugen; und eine Vorspannungsschaltung, welche ausgebildet ist, den Betrieb der Klemmschaltung (103, 203, 403) im Ein-Zustand oder im Aus-Zustand basierend auf dem Erkennungssignal und dem Falsch-Bedingung-Abschaltsignal zu steuern, wobei die Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung (205) einen ersten Feldeffekttransistor (FET) (112, 291) und ein Tiefpassfilter aufweist, das eine tiefpassgefilterte Spannung basierend auf einer tiefpassgefilterten Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Knoten (1) und dem zweiten Knoten (2) erzeugt, wobei ein Gate des ersten FET (112, 291) basierend auf der tiefpassgefilterten Spannung gesteuert wird; einen zweiten FET (115, 292) mit einem Drain, der die tiefpassgefilterte Spannung erhält, und mit einer Source, die elektrisch mit dem Gate des ersten FET (112, 291) verbunden ist; und einen Spannungsbegrenzer (113, 295-297), der elektrisch zwischen dem Gate des ersten FET (112) und dem zweiten Knoten (2) verbunden ist, wobei der Spannungsbegrenzer (113, 295-297) eine Spannung des Gate des ersten FET (112) begrenzt, wenn ein transientes Überlastereignis vorliegt.
  2. Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, wobei die Klemmschaltung (103, 203, 403) wenigstens einen von einem Metalloxid-Halbleiter (Metal Oxide Semiconductor, MOS)-Transistor oder einem Bipolartransistor aufweist.
  3. Integrierte Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend eine Erfassungsrückkopplungsschaltung, welche ausgebildet ist, ein positives Rückkopplungssignal basierend auf einer Menge von Strom zu erzeugen, welche durch die Klemmschaltung (103, 203, 403) fließt, wobei die Vorspannungsschaltung ferner ausgebildet ist, den Betrieb der Klemmschaltung (103, 203, 403) im Ein-Zustand oder im Aus-Zustand basierend auf dem positiven Rückkopplungssignal zu steuern.
  4. Integrierte Schaltung nach Anspruch 3, wobei die Vorspannungsschaltung ausgebildet ist, die Klemmschaltung (103, 203, 403) in den Aus-Zustand zu steuern, wenn das Falsch-Bedingung-Abschaltsignal aktiviert wird.
  5. Integrierte Schaltung nach Anspruch 4, wobei, wenn das Falsch-Bedingung-Abschaltsignal deaktiviert wird, die Vorspannungsschaltung ausgebildet ist, die Klemmschaltung (103, 203, 403) in den Ein-Zustand zu steuern, wenn wenigstens eines von dem Erkennungssignal oder dem positiven Rückkopplungssignal aktiviert wird.
  6. Integrierte Schaltung nach Anspruch 5, wobei die Vorspannungsschaltung ferner ausgebildet ist, die Klemmschaltung (103, 203, 403) im Ein-Zustand für eine Zeitdauer zu halten, welche größer als eine Zeitkonstante der Erkennungsschaltung (101, 201, 401) für transiente Überlast ist.
  7. Integrierte Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Knoten (1) einen Leistungsversorgungsknoten aufweist und wobei der zweite Knoten (2) einen Masseknoten aufweist.
  8. Integrierte Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend eine Kernschaltung, welche elektrisch zwischen dem ersten Knoten (1) und dem zweiten Knoten (2) verbunden ist.
  9. Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, ferner aufweisend einen Spannungsteiler, welcher elektrisch zwischen dem ersten Knoten und dem zweiten Knoten verbunden ist und ausgebildet ist, eine Ausgangsspannung zu erzeugen, die ein Gate des zweiten FET steuert.
  10. Verfahren zum Schutz einer integrierten Schaltung vor elektrischer Überlast, das Verfahren aufweisend: Erkennen eines Vorhandenseins eines Ereignisses von transienter Überlast zwischen einem ersten Knoten (1) und einem zweiten Knoten (2) unter Verwendung einer Erkennungsschaltung (101, 201, 401) für transiente Überlast; Aktivieren eines Erkennungssignals in Reaktion auf das Erkennen des Vorhandenseins des Ereignisses von transienter Überlast unter Verwendung der Erkennungsschaltung (101, 201, 401) für transiente Überlast; Erzeugen eines Falsch-Bedingung-Abschaltsignals basierend auf einer Tiefpassfilterung einer Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Knoten (1) und dem zweiten Knoten (2) unter Verwendung einer Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung (205); Einschalten einer Klemmschaltung (103, 203, 403) unter Verwendung einer Vorspannungsschaltung, wenn das Erkennungssignal aktiviert wird und das Falsch-Bedingung-Abschaltsignal deaktiviert wird; und Ausschalten der Klemmschaltung (103, 203, 403) unter Verwendung der Vorspannungsschaltung, wenn das Falsch-Bedingung-Abschaltsignal aktiviert wird, wobei die Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung (205) einen ersten Feldeffekttransistor (FET) (112) und ein Tiefpassfilter aufweist, das eine tiefpassgefilterte Spannung basierend auf einer tiefpassgefilterten Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Knoten (1) und dem zweiten Knoten (2) erzeugt, wobei ein Gate des ersten FET (112) basierend auf der tiefpassgefilterten Spannung gesteuert wird; einen zweiten FET (115) mit einem Drain, der die tiefpassgefilterte Spannung erhält, und mit einer Source, die elektrisch mit dem Gate des ersten FET (112) verbunden ist; und einen Spannungsbegrenzer (113, 295-297), der elektrisch zwischen dem Gate des ersten FET (112) und dem zweiten Knoten (2) verbunden ist, wobei der Spannungsbegrenzer (113, 295-297) eine Spannung des Gate des ersten FET (112) begrenzt, wenn ein transientes Überlastereignis vorliegt.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, ferner aufweisend Bereitstellen von positiver Rückkopplung an die Vorspannungsschaltung unter Verwendung einer Erfassungsrückkopplungsschaltung, wobei die positive Rückkopplung auf einer Menge von Strom basiert, welche durch die Klemmschaltung (103, 203, 403) fließt.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, ferner aufweisend Empfangen einer Leistungsversorgungsspannung am ersten Knoten (1) und einer Massespannung am zweiten Knoten (2).
  13. Verfahren nach Anspruch 12, ferner aufweisend Versorgen eines Analog-Digital-Wandlers mit der Leistungsversorgungsspannung und Verwenden des Falsch-Bedingung-Abschaltsignals, um zu verhindern, dass die Vorspannungsschaltung die Klemmschaltung in Reaktion auf transientes Umschalten des Analog-Digital-Wandlers einschaltet.
  14. Datenwandler-System-on-a-Chip (SOC), das Datenwandler-SOC aufweisend: einen Analog-Digital-Wandler, welcher Leistung von einem Versorgungsspannungsknoten und einem Masseknoten empfängt; und eine Versorgungsklemme, aufweisend: eine Erkennungsschaltung (101, 201, 401) für transiente Überlast, welche ausgebildet ist, ein Erkennungssignal basierend auf dem Erkennen eines Vorhandenseins eines Ereignisses von transienter Überlast zwischen dem Versorgungsspannungsknoten und dem Masseknoten zu erzeugen; eine Klemmschaltung (103, 203, 403), welche einen Ein-Zustand und einen Aus-Zustand aufweist, wobei die Klemmschaltung (103, 203, 403) elektrisch zwischen dem Versorgungsspannungsknoten und dem Masseknoten verbunden ist; eine Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung (205), welche ausgebildet ist, ein Falsch-Bedingung-Abschaltsignal basierend auf einer Tiefpassfilterung einer Spannungsdifferenz zwischen dem Versorgungsspannungsknoten und dem Masseknoten zu erzeugen; und eine Vorspannungsschaltung, welche ausgebildet ist, den Betrieb der Klemmschaltung (103, 203, 403) im Ein-Zustand oder im Aus-Zustand basierend auf dem Erkennungssignal und dem Falsch-Bedingung-Abschaltsignal zu steuern wobei die Falsch-Bedingung-Abschaltschaltung (205) einen ersten Feldeffekttransistor (FET) (112) und ein Tiefpassfilter aufweist, das eine tiefpassgefilterte Spannung basierend auf einer tiefpassgefilterten Spannungsdifferenz zwischen dem ersten Knoten (1) und dem zweiten Knoten (2) erzeugt, wobei ein Gate des ersten FET (112) basierend auf der tiefpassgefilterten Spannung gesteuert wird; einen zweiten FET (115) mit einem Drain, der die tiefpassgefilterte Spannung erhält, und mit einer Source, die elektrisch mit dem Gate des ersten FET (112) verbunden ist; und einen Spannungsbegrenzer (113, 295-297), der elektrisch zwischen dem Gate des ersten FET (112) und dem zweiten Knoten (2) verbunden ist, wobei der Spannungsbegrenzer (113, 295-297) eine Spannung des Gate des ersten FET (112) begrenzt, wenn ein transientes Überlastereignis vorliegt.
  15. Datenwandler-SOC nach Anspruch 14, wobei das Falsch-Bedingung-Abschaltsignal ausgebildet ist, zu verhindern, dass die Vorspannungsschaltung die Klemmschaltung (103, 203, 403) in Reaktion auf transientes Umschalten des Analog-Digital-Wandlers in den Ein-Zustand steuert, wenn der Analog-Digital-Wandler versorgt wird.
  16. Datenwandler-SOC nach Anspruch 14 oder 15, wobei die Versorgungsklemme ferner eine Erfassungsrückkopplungsschaltung aufweist, welche ausgebildet ist, ein positives Rückkopplungssignal basierend auf einer Menge von Strom zu erzeugen, welche durch die Klemmschaltung (103, 203, 403) fließt, wobei die Vorspannungsschaltung ferner ausgebildet ist, den Betrieb der Klemmschaltung (103, 203, 403) im Ein-Zustand oder im Aus-Zustand basierend auf dem positiven Rückkopplungssignal zu steuern.
  17. Datenwandler-SOC nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei die Klemmschaltung (103, 203, 403) wenigstens einen von einem Metalloxid-Halbleiter (Metal Oxide Semiconductor, MOS)-Transistor oder einem Bipolartransistor aufweist.
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