DE102020107478A1 - Verfahren zur Verhinderung der Injektion von Substratströmen über einen Kontakt eines integrierten Schaltkreises bei einem Unfall - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verhinderung der Injektion eines Substratstroms in das Substrat (Sub) eines CMOS-Schaltkreises. Das Verfahren umfasst das Erfassen des Potenzials eines Kontakts (PDH, PDL) des CMOS-Schaltkreises in Bezug zu einer Bezugspotenzialleitung (GND) und das Vergleichen des Werts des erfassten Potenzials des Kontakts (PDH, PDL) mit einem Referenzwert. Es erfolgt ein Verbinden des Kontakts (PDH, PDL) mit der Bezugspotenzialleitung (GND), wenn der Wert des Potenzials des Kontakts (PDH, PDL) unter einem Referenzwert liegt, wobei dieser Referenzwert für den Wert des Potenzials des Kontakts (PDH, PDL) unter dem Wert des Potenzials des Substrats (Sub) liegt und/oder unter dem Wert des Potenzials der Bezugspotenzialleitung (GND) liegt.

Description

• Oberbegriff
• Die Erfindung richtet sich auf ein Verfahren zur Verhinderung der Injektion eines Substratstroms in das Substrat (Sub) eines CMOS-Schaltkreises.
• Allgemeine Einleitung und Stand der Technik
• Im unmittelbaren zeitlichen Umfeld dieser Offenlegung wurden verschiedene Produktrückrufe von Automobilherstellern bekannt, bei denen durch Vorrichtungen gemäß des zum Zeitpunkt der Anmeldung bekannten Stands der Technik die Airbags nicht öffneten.
• Hierdurch wurden neue unbekannte Anforderungen an solche Sicherheitseinrichtungen durch die betroffenen Automobilhersteller ermittelt und an die Lieferanten weitergegeben.
• Das Problem wird anhand von 1a und 1b erläutert:
• Das Problem tritt an den Anschlüssen von CMOS-Schaltungen auf, wenn diese mit einem stark negativen Potenzial beispielsweise durch einen Kurzschluss belastet werden.
• Der Stand der Technik und seine Probleme werden mit Hilfe der 1 und 2 erläutert.
• 1a zeigt eine schematisch vereinfachte Situation für einen High-Side-Ausgangstransistor (T1H), dessen Aufgabe es ist, den ihm zugeordneten Kontakt (PDH) mittels der Ausgangsleitung (PDCH) mit dem positiven Versorgungspotenzial (VDD) über den Kontakt (PDS) zu verbinden. Typischerweise wird ein Sicherheitstransistor (ST) zwischen die Leitung auf positiven Versorgungspotenzial (VDD) und den High-Side-Ausgangstransistor (T1H) über den besagten Kontakt (PDS) für den Anschluss dieses Source-Kontakts des Sicherheitstransistors (ST) geschaltet. In Airbag-Schaltkreisen handelt es sich bei der Leitung auf positiven Versorgungspotenzial (VDD) typischerweise, aber nicht notwendigerweise um den positiven Pol der Energiereserve. Zur Vereinfachung ist der Sicherheitstransistor (ST) hier nicht eingezeichnet. Dieser High-Side-Ausgangstransistor (T1H) kann von einer ESD-Schutzschaltung (ESD) typischerweise über die Steuerelektrode (VG1H) des High-Side-Ausgangstransistors (T1H) eingeschaltet werden. Des Weiteren kann eine Funktionsschaltung (GC) den High-Side-Ausgangstransistor (T1H) einschalten und ausschalten, wobei die ESD-Schutzschaltung (ESD) typischerweise die Funktionsschaltung (GC) überschreiben kann, wenn sie in der dargestellten Weise realisiert wird. Andere Realisierungen der ESD-Schutzschaltung sind möglich. Das Problem tritt nun auf, wenn ein größerer Strom am Kontakt (PDH) des High-Side-Ausgangstransistors (T1H) entnommen wird. Dies kann z.B. dann auftreten, wenn infolge eines Unfalls ein Kurzschluss zu einem erheblich niedrigeren Potenzial hergestellt wird, der nicht den vorgesehenen Betriebssituationen entspricht. Die Gründe hierfür sollen hier nicht näher diskutiert werden, da sie für das Verständnis der Erfindung unerheblich sind.
• Der High-Side-Transistor (T1H) umfasst bevorzugt eine n-dotierte Wanne. Das Substrat (Sub) eines CMOS-Schaltkreises ist bevorzugt p-dotiert. Natürlich können die Polaritäten der Ladungsträger getauscht werden, was zwar unüblich, aber technisch realisierbar ist. Obwohl im Folgenden also von einem p-dotierten Substrat ausgegangen wird, beziehen sich die Ansprüche daher ausdrücklich auch auf CMOS-Schaltungen mit einem n-dotierten Substrat. Wir nehmen nun an, dass eine n-Wanne über die Ausgangsleitung (PDCH) mit dem Kontakt (PDH) verbunden ist. Bei der n-Wanne kann es sich beispielsweise um eine Struktur einer ESD-Schutzstruktur handeln. Für diese Offenlegung ist die exakte Natur der n-Wanne ohne Belang, da nur die Bildung eines parasitären NPN-Transistors (NPN_paraL , NPN_paraH ) hier relevant ist. Wird also aus dem Kontakt (PDH) ein größerer Strom entnommen, so führt dies zu einem Stromfluss aus der n-Wanne und damit zu einer Öffnung der PN-Diode zwischen der n-Wanne und dem Substrat (Sub), wenn der Potenzialunterschied zwischen dem Potenzial des Substrats (Sub) minus dem Potenzial der n-Wanne negativ wird und die negative Schleusenspannung dieser PN-Diode unterschreitet. Typischerweise liegt bei modernen CMOS-Schaltkreisen das Substrat auf dem Potenzial der Bezugsspannungsleitung (GND), was in den Figuren gestrichelt angedeutet ist. Da die CMOS-Schaltung eine Vielzahl von n-Wannen, bzw. n-dotierten Gebieten in dem Substrat als Vorrichtungsteile anderer Schaltungsteile (OC) der CMOS-Schaltung auf Potenzialen oberhalb des Substratpotenzials umfasst, wird nun über die Substratkontakte der CMOS-Schaltung der entnommene Strom nachgeliefert, sodass sich ein Gleichgewicht einstellt. Der Begriff n-Wanne kann hier auch als n-dotiertes Gebiet innerhalb des Substrats (Sub) verstanden werden. Die anderen n-Wannen bilden mit dem Substrat des CMOS-Schaltkreises und der n-Wanne des High-Side-Ausgangstransistors eine NPN-Struktur, die dann hier als parasitärer NPN-Transistor (NPN_paraH ) mit einer sehr geringen Verstärkung typischerweise kleiner 1 angesehen werden kann. Der parasitäre NPN-Transistor (NPN_paraH ) kann bei einem ausreichend hohen Entnahmestrom trotz geringer Stromverstärkung öffnen und damit andere n-Wannen mit dem Kontakt (PDH) auf einem sehr niedrigen Potenzial kurzschließen, was dann zu Fehlern, wie dem Nichtauslösen von Air-Bags, die von anderen Treiberschaltungen der integrierten CMOS-Schaltung gezündet werden sollten, führen kann.
• In 1b ist die analoge Situation für einen Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) dargestellt. Die Aufgabe des Low-Side-Ausgangstransistors (T1L) ist es, den ihm zugeordneten Kontakt (PDL) mittels der Ausgangsleitung (PDCL) mit dem negativen Versorgungspotenzial der Bezugspotenzialleitung (GND) zu verbinden. In Airbag-Schaltkreisen handelt es sich dabei typischerweise um den negativen Pol der Energiereserve. Dieser Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) kann von einer ESD-Schutzschaltung (ESD) typischerweise über die Steuerelektrode (VG1L) des Low-Side-Ausgangstransistors (T1L) eingeschaltet werden. Des Weiteren kann eine Funktionsschaltung (GC) den Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) einschalten und ausschalten, wobei die ESD-Schutzschaltung (ESD) typischerweise die Funktionsschaltung (GC) überschreiben kann. Das Problem tritt nun wieder auf, wenn ein größerer Strom am Kontakt (PDL) des Low-Side-Ausgangstransistors (T1L) entnommen wird.
• Der Low-Side-Transistor (T1H) umfasst wieder bevorzugt eine n-dotierte Wanne. Die n-Wanne des Low-Side-Ausgangstransistors (T1L) ist über die Ausgangsleitung (PDCL) mit dem Kontakt (PDL) verbunden. Wird also aus dem Kontakt (PDL) durch ein Potential negativ bezüglich des Bezugspotenzials der Bezugspotenzialleitung (GND) ein Strom entnommen, so führt dies zu einem Stromfluss aus der n-Wanne des Low-Side-Ausgangstransistors (T1L) und damit zu einer Öffnung der PN-Diode zwischen n-Wanne des Low-Side-Ausgangstransistors (T1L) und dem Substrat (Sub), wenn der Potenzialunterschied zwischen dem Potenzial des Substrats (Sub) minus dem Potenzial der n-Wanne negativ wird und die negative Schleusenspannung dieser PN-Diode unterschreitet. Da die CMOS-Schaltung, wie zuvor schon beschrieben, eine Vielzahl von n-Wannen in dem Substrat als Vorrichtungsteile anderer Schaltungsteile (OC) der CMOS-Schaltung auf Potenzialen oberhalb des Substratpotenzials umfasst, wird nun über die Substratkontakte der CMOS-Schaltung der entnommene Strom nachgeliefert, sodass sich ein Gleichgewicht einstellt. Die anderen n-Wannen bilden mit dem Substrat des CMOS-Schaltkreises und der n-Wanne des High-Side-Ausgangstransistors eine NPN-Struktur, die dann hier wiederum als parasitärer NPN-Transistor (NPN_paraL ) mit einer sehr geringen Verstärkung typischerweise kleiner 1 angesehen werden kann. Dieser weitere parasitäre NPN-Transistor (NPN_paraL ) kann bei einem ausreichend hohen Entnahmestrom trotz geringer Stromverstärkung öffnen und damit andere n-Wannen mit dem Kontakt (PDL) auf einem sehr niedrigen Potenzial kurzschließen, was dann zu Fehlern, wie dem Nichtauslösen von Air-Bags, die von anderen Treiberschaltungen der integrierten CMOS-Schaltung gezündet werden sollten, führen kann.
• 2 zeigt eine typische Airbag-Zündstufe, wie sie im Stand der Technik üblich ist. Der integrierte CMOS-Zündschaltkreis (IC) wird über eine positive Versorgungsspannungsleitung (VDD) und eine Bezugspotenzialleitung (GND) mit elektrischer Energie versorgt. Die Darstellung ist schematisch vereinfacht, um das Verständnis zu erleichtern. Innerhalb der integrierten CMOS-Schaltung (IC) befindet sich der eigentliche integrierte Schaltkreis (IS), der hier in diesem Beispiel die Ansteuerschaltung umfasst, die die Airbag-Zündfunktion steuert und überwacht. Seine Details sind für das Verständnis der Erfindung irrelevant. Er entspricht der Funktionsschaltung (GC) der 1a und 1b. Dieser eigentliche Schaltkreis (IS) erzeugt hier das Steuersignal für die Steuerelektrode des High-Side-Ausgangstransistors (T1H) und überträgt es mittels der Steuersignalleitung (VG1H) an die Steuerelektrode des High-Side-Ausgangstransistors (T1H). Dieser eigentliche Schaltkreis (IS) erzeugt auch das Steuersignal für die Steuerelektrode des Low-Side-Ausgangstransistors (T1L) und überträgt es mittels der Steuersignalleitung (VG1L) an die Steuerelektrode des Low-Side-Ausgangstransistors (T1L). Dieser eigentliche Schaltkreis (IS) erzeugt das Steuersignal für die Steuerelektrode des Sicherheitstransistors (ST) und überträgt es mittels der Steuersignalleitung (VST) über den Kontakt (PDG) für den Anschluss der Steuerelektrode des Sicherheitstransistors (ST) an die Steuerelektrode des Sicherheitstransistors (ST).
• Der Drain-Kontakt des High-Side-Ausgangstransistors (T1H) ist über den Kontakt (PDS) mit dem Source-Kontakt des Sicherheitstransistors (ST) verbunden.
• Der Source-Kontakt des High-Side-Ausgangstransistors (T1H) ist über den Kontakt für den High-Side-Ausgangstransistor (T1H) mit einem ersten Anschluss des Squib eines Fahrzeuginsassenrückhaltesystems oder einer Fahrzeugsicherheitseinrichtung verbunden. Bei einem Squib handelt es sich typischerweise um eine Sprengladung zur Entfaltung eines Aibags.
• Der Drain-Kontakt des Low-Side-Ausgangstransistors (T1L) ist über den Kontakt (PDL) für den Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) mit einem zweiten Anschluss des Squib des Fahrzeuginsassenrückhaltesystems oder der Fahrzeugsicherheitseinrichtung verbunden.
• Der Source-Kontakt des Low-Side-Ausgangstransistors (T1L) ist typischer Weise mit der Bezugspotenzialleitung (GND) verbunden.
• Die Stromtragfähigkeit des Low-Side-Ausgangstransistors (T1L) und des High-Side-Ausgangstransistors (T1H) sind typischerweise so ausgelegt, dass sie für die sehr kurze Zeit der Zündung des Squibs (SQ) einen sehr hohen Strom in einem Bereich von mehreren Ampere für eine begrenzte Zahl an Zündzyklen zuverlässig tragen können.
• Der Drain-Kontakt des Sicherheitstransistors (ST) ist typischerweise mit der Versorgungsspannungsleitung (VDD) verbunden.
• Aufgabe
• Dem Vorschlag liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Lösung zu schaffen die die obigen Nachteile des Stands der Technik, insbesondere hinsichtlich der Ströme in parasitären Strukturen, nicht aufweist und weitere Vorteile aufweist.
• Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst.
• Lösung der Aufgabe
• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verhinderung der Injektion eines Substratstroms in das Substrat (Sub) eines CMOS-Schaltkreises. Das Verfahren umfasst das Erfassen des Potenzials eines Kontakts (PDH, PDL) des CMOS-Schaltkreises in Bezug zu einer Bezugspotenzialleitung (GND) und das Vergleichen des Werts des erfassten Potenzials des Kontakts (PDH, PDL) mit einem Referenzwert. Es erfolgt ein Verbinden des Kontakts (PDH, PDL) mit der Bezugspotenzialleitung (GND), wenn der Wert des Potenzials des Kontakts (PDH, PDL) unter einem Referenzwert liegt, wobei dieser Referenzwert für den Wert des Potenzials des Kontakts (PDH, PDL) unter dem Wert des Potenzials des Substrats (Sub) liegt und/oder unter dem Wert des Potenzials der Bezugspotenzialleitung (GND) liegt.
• Die obige Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Verwendung in einem integrierten CMOS-Schaltkreis gelöst. Die Vorrichtung umfasst einen Kontakt (PDH, PDL) des CMOS-Schaltkreises, der ein p-dotiertes Substrat (Sub) mit einem n-dotierten N-Gebiet (NG) aufweist. Das N-Gebiet (NG) liegt innerhalb des p-dotierten Substrats (Sub). Des Weiteren umfasst sie eine Ausgangsleitung (PDCH, PDCL), eine Bezugspotenzialleitung (GND), einen Ausgangstransistor (T1H, T1L), eine Funktionsschaltung (GC) und eine optionalen ESD-Schutzschaltung (ESD). Das N-Gebiet ist mit der Ausgangsleitung (PDCH, PDCL) elektrisch verbunden, welche wiederum mit dem Kontakt (PDH, PDL) elektrisch verbunden ist. Die optionale ESD-Schutzschaltung kann den Ausgangstransistor (T1H, T1L) im Falle eines ESD-Ereignisses ggf. einschalten. Die Funktionsschaltung (GC), die die eigentliche Funktion des CMOS-Schaltkreises darstellt, kann den Ausgangstransistor (T1H, T1L) jeweils ein- und ausschalten. Der ESD-Schaltkreis kann dabei bevorzugt den Steuerungsbefehl der Funktionsschaltung (GC) für den Ausgangstransistor (T1H, T1L) überschreiben.
• Die vorgeschlagene Vorrichtung umfasst bevorzugt nun einen Schalttransistor (T2), der im Falle eines Low-Side-Ausgangstransistors (T1L) bevorzugt identisch mit diesem Ausgangstransistor (T1L) ist und im Falle eines High-Side-Ausgangstransistors (T1H) bevorzugt separat von diesem High-Side-Ausgangstransistor (T1H) ist. Ein Vorteil ist dabei, dass im Falle eine High-Side-Ausgangstransistors (T1H) der zusätzliche Schalttransistor (T2) dabei auch den ESD Schutz für den zugehörigen Kontakt (PDH) gegen die Bezugspotenzialleitung (GND) übernehmen kann. Hierzu bei der Figurenbeschreibung mehr. Die Vorrichtung umfasst bevorzugt eine Überwachungsvorrichtung (UVH, UVL). Die Überwachungsvorrichtung (UVH, UVL) erfasst das Potenzial des Kontakts (PDL, PDH) und vergleicht den Wert des Potenzials des Kontakts (PDL, PDH) mit einem Referenzwert, bevorzugt mit einer Referenzspannung. Diese kann ggf. auch innerhalb der Überwachungsvorrichtung (UVH, UVL) aus den Betriebsspannungen erzeugt werden. Die Überwachungsvorrichtung (UVH, UVL) schaltet nun den Schalttransistor (T2, T1L) ein, wenn der Wert des Potenzials des Kontakts (PDH, PDL) unter dem Referenzwert liegt. Hierbei ist für die Lösung des Problems wichtig, dass dieser Referenzwert für den Wert des Potenzials des Kontakts (PDH, PDL) bevorzugt unter dem Wert des Potenzials des Substrats (Sub) liegt und/oder unter dem Wert des Potenzials der Bezugspotenzialleitung (GND) liegt. Hierdurch übernimmt der Schalttransistor (T2, T1L) einen Großteil des fehlerhaft am Kontakt (PDH, PDL) entnommenen Stromes, der daher nicht mehr durch die Basis-Emitter-Diode des parasitären NPN-Transistors (NPN_paraH , NPN_paraL ) fließt. Damit dieser parasitäre Basis-Emitter-Strom nicht mehr in der Lage ist den parasitären NPN-Transistor (NPN_paraH , NPN_paraL ) durchzuschalten und so ggf. verstärkte Substratströme hervorzurufen und/oder Wannenisolierungen aufzuheben und/oder Knoten- oder Wannenpotenziale innerhalb der CMOS-Schaltung zu verziehen.
• Der Schalttransistor (T2, T1L) verbindet somit den Kontakt (PDH, PDL) mit einer Bezugspotenzialleitung (GND), wenn er infolge eines fehlerhaften Potenzials des Kontakts (PDH, PDL) durch die Überwachungsvorrichtung (UVH, UVL) eingeschaltet wird.
• In einer Fortbildung dieser Grundstruktur kann ein ggf. zusätzlicher Ausgang der Überwachungsvorrichtung (UVH, UVL) dazu verwendet werden, eine Signalisierung für eine Stromentnahme am Kontakt (PDH, PDL) zu erzeugen, wobei diese Signalisierung dann bevorzugt anzeigt, dass der Schalttransistor (T2, T1L) durch die Überwachungsvorrichtung (UVH, UVL) eingeschaltet ist oder eingeschaltet wurde. Somit wird das System in die Lage versetzt, diesen Fehlerzustand zu erkennen und ggf. vorbeugende Maßnahmen für den Fall zu treffen, dass die Stromentnahme über den Kontakt (PDH, PDL) solche Ausmaße annimmt, dass die Stromnachlieferung über den Schalttransistor (T2, P1L) nicht mehr ausreicht.
• Eine mögliche Realisierung einer Überwachungsvorrichtung für eine Vorrichtung der zuvor beschriebenen Art kann nun so aussehen, dass sie beispielsweise einen Differenzverstärker (OP) und eine Referenzspannungsquelle (Vref) umfasst. Dabei erfasst der Operationsverstärker (OP) bevorzugt direkt oder indirekt über eine erste Diode (D1) mit seinem negativen Eingang (IN) das Potenzial des Kontakts (PD) und mit seinem positiven Eingang (IP) das Potenzial der Referenzspannungsquelle (Vref). Dabei kann dann bevorzugt der Operationsverstärker (OP) direkt oder indirekt über eine zweite Diode (D2) den Schalttransistor (T2, T1L) mittels seines Ausgangs (OPOH, OPOL) einschalten. Dabei wird die Zusammenschaltung der mehreren Treiber der Steuerelektrode des Schalttransistors (T2, T1L) vorteilhafter Weise so gestaltet, dass bevorzugt der ESD-Schutz (ESD) die höchste Priorität hinsichtlich des Einschaltens des Schalttransistors (T2, T1L) hat das Einschalten durch den Operationsverstärker (OP) die nächst höchste Priorität hat und dann die Ansteuerung durch die Funktionsschaltung (GC) die unter diesen Dreien niedrigste Priorität hat.
• In einer Fortbildung dieser Konstruktion ist die Referenzspannung der Referenzspannungsquelle (Vref) so gewählt, dass der Operationsverstärker (OP) den Schalttransistor (T2, T1L) mittels seines Ausgangs (OPOH, OPOL) einschaltet, wenn der Wert des Potenzials des Kontakts (PDH, PDL) unter dem Wert des Potenzials des Substrats (Sub) liegt und/oder unter dem Wert des Potenzials der Bezugspotenzialleitung (GND) liegt.
• In einer weiteren Fortbildung dieser Konstruktion wird ein ggf. zusätzlicher Ausgang des Operationsverstärkers (OP) dazu verwendet, die besagte Signalisierung für eine Stromentnahme am Kontakt (PDH, PDL) zu erzeugen. Wie zuvor zeigt dann diese Signalisierung in analoger Weise an, dass der Schalttransistor (T2, T1L) durch den Operationsverstärker (OP) eingeschaltet ist oder eingeschaltet wurde.
• Im Folgenden wird nun eine konkrete Realisierung dieser Operationsverstärkerschaltung dargestellt. Die konkrete, sehr kompakte Realisierung umfasst einen vierten Transistor (T4), einen fünften Transistor (T5), einen dritten Widerstand (R3), eine erste Stromquelle (IQ1), eine zweite Stromquelle (IQ2), einen ersten Knoten (K1), einen zweiten Knoten (K2) und einen dritten Knoten (K3). Der dritte Widerstand (R3) weist einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss auf.
• Der vierte Transistor (T4) ist mit seinem Source-Anschluss mit einem Bezugspotenzial (GND) verbunden. Der vierte Transistor ist mit seinem Drain-Anschluss mit dem zweiten Knoten (K2) verbunden. Die Steuerelektrode des vierten Transistors (T4) ist mit dem ersten Knoten (K1) verbunden.
• Der erste Anschluss des dritten Widerstands (R3) ist mit dem ersten Knoten (K1) verbunden. Der zweite Anschluss des dritten Widerstands (R3) ist mit dem zweiten Knoten (K2) verbunden.
• Der Source-Anschluss des fünften Transistors (T5) ist direkt oder indirekt insbesondere über eine zweite Diode (D2) mit dem Kontakt (PDL, PDH) verbunden. Die Steuerelektrode des fünften Transistors (T5) ist mit dem zweiten Knoten (K2) verbunden. Der Drain-Anschluss des fünften Transistors (T5) ist mit dem dritten Kontakt (K3) verbunden.
• Ein möglicher Wertebereich des Potenzials des dritten Kontakts (K3) kann zu einem Einschalten des Schalttransistors (T2) führen. Hierzu später mehr.
• Die erste Stromquelle (IQ1) speist einen ersten Strom (II) in den ersten Knoten (K1) ein. Die zweite Stromquelle (IQ2) speist einen zweiten Strom (I2) in den dritten Knoten (K3) ein.
• Diese Prinzipien können auf eine Airbag-Zündstufe übertragen werden.
• Eine solche Airbag-Zündstufe umfasst ein Substrat (Sub) für die CMOS-Schaltung auf dem sich dann der High-Side-Ausgangstransistor (T1H) und der Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) befinden. Ein Zündelement (SQ), das Squib, ist zwischen den Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) und den High-Side-Ausgangstransistor (T1H) in Serienschaltung geschaltet, wie es im Stand der Technik üblich ist. Das Zündelement (SQ) weist typischerweise einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss auf. Der Vorschlag zeichnet sich nun dadurch aus, dass die Airbag-Zündstufe zumindest eine Überwachungsvorrichtung (UVH, UVL) umfasst. Sie verfügt über Mittel (T1L, T2), um zumindest einen Anschluss des Zündelements mit einer Bezugspotenzialleitung (GND) zu verbinden, wobei diese Mittel (T1L, T2) durch die Überwachungsvorrichtung (UVH, UVL) gesteuert werden können. Hierbei ist zu beachten, dass in einigen Fällen, wie zuvor beschrieben, diese Mittel, insbesondere der Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) eine Doppelfunktion erfüllen können. Die Überwachungsvorrichtung (UVH, UVL) erfasst das Potenzial des zumindest einen Anschlus des Zündelements (SQ). Ggf. veranlasst die Überwachungsvorrichtung (UVH, UVL) die Mittel (T1L, T2) dazu, den zumindest einen Anschluss des Zündelements mit der Bezugspotenzialleitung (GND) zu verbinden, wenn der Wert des erfassten Potenzials des zumindest einen Anschlusses (PDH, PDL) unter dem Wert des Potenzials des Substrats (Sub) liegt und/oder unter dem Wert des Potenzials der Bezugspotenzialleitung (GND) oder unter dem Wert eines Referenzpotenzials (Vref), das auf das Potenzial der Bezugspotenzialleitung (GND) typischerweise bezogen ist, liegt.
• Während diese Beschreibung auch eine Airbag-Zündstufe mit nur einer Überwachungsvorrichtung zulässt, ist es günstiger jeden Anschluss des Zündelements (SQ) zu überwachen.
• Eine solche Airbag-Zündstufe umfasst wieder ein Substrat (Sub) mit einem High-Side-Ausgangstransistor (T1H) und mit einem Low-Side-Ausgangstransistor (T1L). Im Zündelement (SQ), das Squib, ist zwischen den Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) und den High-Side-Ausgangstransistor (T1H) in Serienschaltung geschaltet, wie es im Stand der Technik üblich ist. Das Zündelement (SQ) weist typischerweise einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss auf. Der Vorschlag zeichnet sich nun dadurch aus, dass die Airbag-Zündstufe eine erste Überwachungsvorrichtung (UVH) und eine zweite Überwachungsvorrichtung (UVL) umfasst. Die Airbag-Zündstufe umfasst erste Mittel (T2), um zumindest den ersten Anschluss (PDH) des Zündelements mit einer Bezugspotenzialleitung (GND) zu verbinden, und zweite Mittel (T1L), um zumindest den zweiten Anschluss (PDL) des Zündelements mit einer Bezugspotenzialleitung (GND) zu verbinden. Die ersten Mittel (T2) können durch die erste Überwachungsvorrichtung (UVH) gesteuert werden. Die zweiten Mittel (T1L) können durch die zweite Überwachungsvorrichtung (UVL) gesteuert werden. Die erste Überwachungsvorrichtung (UVH) erfasst das erste Potenzial des ersten Anschlusses (PDH) des Zündelements (SQ). Die zweite Überwachungsvorrichtung (UVL) erfasst das zweite Potenzial des zweiten Anschlusses (PDL) des Zündelements (SQ). Die erste Überwachungsvorrichtung (UVH) veranlasst die ersten Mittel (T2) dazu, den ersten Anschluss (PDH) des Zündelements (SQ) mit der Bezugspotenzialleitung (GND) zu verbinden, wenn der Wert des erfassten ersten Potenzials des ersten Anschlusses (PDH) unter dem Wert des Potenzials des Substrats (Sub) liegt und/oder unter dem Wert des Potenzials der Bezugspotenzialleitung (GND) und/oder unter dem Wert einer Referenzspannung (Vref), die auf das Potenzial der Bezugspotenzialleitung (GND) bezogen ist, liegt. Die zweite Überwachungsvorrichtung (UVL) veranlasst die zweiten Mittel (T1L) dazu, den zweiten Anschluss (PDL) des Zündelements (SQ) mit der Bezugspotenzialleitung (GND) zu verbinden, wenn der Wert des erfassten zweiten Potenzials des zweiten Anschlusses (PDL) unter dem Wert des Potenzials des Substrats (Sub) liegt und/oder unter dem Wert des Potenzials der Bezugspotenzialleitung (GND) liegt.
• Der Vollständigkeit halber wird als weitere Ausführung des Prinzips eine Schaltstufe (21) für den Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) eines Airbag-Systems vorgestellt, bei dem der Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) selbst als Spannungsmessmittel verwendet wird, um sich selbst einzuschalten. Es ist somit ausdrücklich Teil dieser Offenlegung, dass ein Ausgangstransistor (T1L, T1H) als Teil der ihm zugeordneten Überwachungsvorrichtung (UVH, UVL) genutzt wird bzw. genutzt werden kann.
• Eine solche Schaltstufe umfasst einen Kontakt (PDL), eine dritte Stromquelle (IQ3), einen fünften Widerstand (R5), einen sechsten Transistor (T6), einen vierten Knoten (K4), einen Ausgang (OPOL), eine Low-Side-Anschlussleitung (PDCL) und eine Bezugspotenzialleitung (GND). Der sechste Transistor (T6) weist einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss und einen Steueranschluss auf. Der Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) weist einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss und einen Steueranschluss auf. Die dritte Stromquelle (IQ3) speist einen dritten Strom (I3) in den vierten Knoten (K4) ein. Der erste Anschluss des sechsten Transistors (T6) ist mit dem Ausgang (OPOL) elektrisch verbunden. Der zweite Anschluss des sechsten Transistors (T6) ist mit der Bezugspotenzialleitung (GND) elektrisch verbunden. Der Steueranschluss des sechsten Transistors (T6) ist mit dem vierten Knoten (K4) elektrisch verbunden. Der erste Anschluss des Low-Side-Ausgangstransistors (T1L) ist mit der Low-Side-Anschlussleitung (PDCL) elektrisch verbunden. Der zweite Anschluss des Low-Side-Ausgangstransistors (T1L) ist mit der Bezugspotenzialleitung (GND) elektrisch verbunden. Der Steueranschluss des Low-Side-Ausgangstransistors (T1L) ist mit dem Ausgang (OPOL) elektrisch verbunden.
• Vorteil
• Solche Überwachungsvorrichtungen ermöglichen zumindest in einigen Realisierungen die zumindest teilweise Vermeidung der Injektion von Substratströmen in Fehlerfällen. Die Vorteile sind hierauf aber nicht beschränkt.
• Figurenliste
• 1 zeigt die Ausgangsstufen aus dem Stand der Technik.
• 2 zeigt eine Airbag Zündstufe entsprechend dem Stand der Technik;
• 3 zeigt die Grundidee angewendet auf die Absicherung eines High-Side-Ausgangstransistors (T1H).
• 4 entspricht der 3 mit dem Unterschied, dass eine Signalisierung des Fehlerzustands erfolgt.
• 5 entspricht der 4 mit dem Unterschied, dass eine Signalisierung des Fehlerzustands anders generiert wird.
• 6 zeigt die Grundidee angewendet auf die Absicherung eines Low-Side-Ausgangstransistors (T1L).
• 7 entspricht der 6 mit dem Unterschied, dass eine Signalisierung des Fehlerzustands erfolgt.
• 8 entspricht der 7 mit dem Unterschied, dass eine Signalisierung des Fehlerzustands anders generiert wird.
• 9 zeigt das beispielhafte Airbag-System der 2, das nun erfindungsgemäß um eine erste Überwachungsvorrichtung (UVH) für den Kontakt (PDH) für den High-Side-Ausgangstransistor (T1H) und eine zweite Überwachungsvorrichtung (UVL) Kontakt (PDL) für den Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) ergänzt ist.
• 10 zeigt eine beispielhafte Realisierung der zweiten Überwachungsvorrichtung (UVL) für den Kontakt (PDL) für den Low-Side-Ausgangstransistor (T1L).
• 11 zeigt eine beispielhafte Realisierung der ersten Überwachungsvorrichtung (UVH) für den Kontakt (PDH) für den High-Side-Ausgangstransistor (T1H).
• 12 entspricht weitestgehend der 10, wobei der Unterschied zwischen 10 und 12 dem Unterschied zwischen 6 und 7 entspricht.
• 13 entspricht weitestgehend der 11, wobei der Unterschied zwischen 11 und 13 dem Unterschied zwischen 3 und 4 entspricht.
• 14 zeigt eine konkrete Realisierung der zweiten Überwachungsvorrichtung (UVL).
• 15 zeigt eine konkrete Realisierung der ersten Überwachungsvorrichtung (UVH).
• 16 zeigt eine konkrete Realisierung der zweiten Überwachungsvorrichtung (UVL), wobei gegenüber der zweiten Überwachungsvorrichtung (UVL) der 14 der dritte Widerstand (R3) und die erste Diode (D1) durch Drahtbrücken ersetzt sind.
• 17 zeigt eine konkrete Realisierung der zweiten Überwachungsvorrichtung (UVL), wobei gegenüber der zweiten Überwachungsvorrichtung (UVL) der 14 die erste Diode (D1) durch eine Drahtbrücke ersetzt ist.
• 18 zeigt eine konkrete Realisierung der zweiten Überwachungsvorrichtung (UVL), wobei gegenüber der zweiten Überwachungsvorrichtung (UVL) der 14 der dritte Widerstand (R3) durch eine Drahtbrücke ersetzt ist.
• 19 zeigt eine konkrete Realisierung der zweiten Überwachungsvorrichtung (UVL), wobei gegenüber der zweiten Überwachungsvorrichtung (UVL) der 14 der dritte Widerstand (R3) durch eine Drahtbrücke ersetzt ist und die erste Diode (D1) durch einen vierten Widerstand (R4) ersetzt ist.
• 20 zeigt eine konkrete Realisierung der zweiten Überwachungsvorrichtung (UVL), wobei gegenüber der zweiten Überwachungsvorrichtung (UVL) der 14 die erste Diode (D1) durch eine Serienschaltung aus einen vierten Widerstand (R4) und der ersten Diode (D1) ersetzt ist.
• 21 zeigt eine weitere Ausführung der Überwachungsvorrichtung, bei der der Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) Teil der zweiten Überwachungsvorrichtung (UVL) ist, weil seine Gate-Source-Strecke das Potenzial des Kontakts (PDL) erfasst.
• Beschreibung der Figuren
• Figur 3
• 3 zeigt die Grundidee angewendet auf die Absicherung eines High-Side-Ausgangstransistors (T1H). In Abwandlung zu 1a wird nun eine Überwachungsvorrichtung (UVH) für die Überwachung des Potenzials des Kontakts (PDH) für den High-Side-Ausgangstransistor (T1H) vorgesehen. Mittels der High-Side-Anschlussleitung (PDCH) erfasst die Überwachungsvorrichtung (UVH) für die Überwachung des Potenzials des Kontakts (PDH) für den High-Side-Ausgangstransistor (T1H) das Potenzial des Kontakts (PDH) und vergleicht dieses Potenzial mit einem internen oder externen Referenzpotenzial. Hierbei können zwischen die Überwachungsvorrichtung (UVH) und die High-Side-Anschlussleitung (PDCH) Spannungsquellen oder funktionsähnliche Vorrichtungsteile, wie beispielsweise Dioden zwischen geschaltet sein, um ein Referenzpotenzial nutzen zu können, dessen Wert gleich oder größer als der Wert des Bezugsspannungspotenzials einer Bezugsspannungsleitung (GND) oder zumindest als der Wert des Potenzials des Substrats (Sub). Ein zusätzlicher Schalttransistor (T2) wird von der Überwachungsvorrichtung (UVH) mittels einer Steuersignalleitung (VG2) für die Steuerelektrode des Schalttransistors (T2) durch die Überwachungsvorrichtung (UVH) gesteuert. Die Überwachungsvorrichtung (UVH) schaltet den Schalttransistor (T2) typischerweise dann ein, wenn das Potenzial des Kontakts (PDH) unter dem Bezugspotenzial der Bezugspotenzialleitung (GND) liegt. Zumindest aber sollte die Überwachungsvorrichtung (UVH) den Schalttransistor (T2) typischerweise dann einschalten, wenn das Potenzial des Kontakts (PDH) unter dem Potenzial des Substrats (Sub) liegt, was typischerweise aber nicht zu empfehlen ist. In diesen Fällen liefert dann der Schalttransistor (T2) den am Kontakt (PDH) entnommenen Strom wieder nach und zieht damit das Potenzial des Kontakts (PDH) wieder in Richtung des Bezugsspannungspotenzials der Bezugspotenzialleitung. Dies verhindert dann eine weitere Strominjektion in das Substrat und verhindert dann das Öffnen des parasitären NPN-Transistors (NPN_paraH ). Selbst wenn der Schalttransistor (T2) nicht den gesamten entnommenen Strom kompensieren kann, so wir jedoch der Emitter-Basis-Strom des parasitären NPN-Transistors (NPN_paraH ) betragsmäßig gesenkt, wodurch die Größenordnung seiner Öffnung gesenkt wird. Hierdurch gewinnt die Schaltung Zeit, die anderen Airbags zu zünden. Da z.T. erhebliche Ströme kompensiert werden müssen, muss der Schalttransistor (T2) typischerweise eine ähnliche Größe haben, wie der High-Side-Ausgangstransistor (T1H). Seine Betriebslebensdauer ist im Fehlerfall daher in dem besagten fehlerfall in ähnlicher Größe wie die des High-Side-Ausgangstransistors (T1H) im ungestörten Zündbetrieb. Diese Zeit reicht aber aus, um die Zündung der anderen Zündkreise des Air-Bag-Systems durch die integrierte Zündvorrichtung (IC) zu gewährleisten, die ansonsten durch die vagabundierenden Substratströme ggf. gestört würden.
• Die Schaltungsteile der 1a sind zur Orientierung ebenfalls zusammen mit dem parasitären NPN-Transistor (NPN_paraH ) eingezeichnet.
• Figur 4
• Die 4 entspricht der 3 mit dem Unterschied, dass nun die Überwachungsvorrichtung (UVH) für den Kontakt (PDH) für den High-Side-Ausgangstransistor (T1H) ein zweites Ausgangssignal (OPO2H) erzeugt, dass beispielsweise durch einen Schmidt-Trigger (VSTH) abgesichert werden kann, und dann mittels eines Signalisierungstransistors (T3H) im Fehlerfall eine Signalisierungsleitung, (REV_DET) eine Substratpotenzial- oder Bezugspotenzialunterschreitung durch eine wired-or Verknüpfung an den Rest der Schaltung signalisieren zu können.
• Dieses Signal kann ggf. noch an ein Steuergerät signalisiert werden oder in einen nicht flüchtigen Speicher geschrieben werden, um bei einer späteren Unfall-Analyse die Ursache eines nichtöffnenden Airbags (hier der besagte unfallverursachte Kurzschluss) nachvollziehen zu können, was in Schadensersatzfällen von Bedeutung sein kann.
• Figur 5
• Die 5 entspricht der 4 mit dem Unterschied, dass statt eines besonderen zweiten Ausgangssignals (OPO2H) nun das Steuersignal auf der Steuersignalleitung (VG2) für die Steuerelektrode des Schalttransistors (T2) direkt für die Signalisierung des Fehlers verwendet wird.
• Figur 6
• 6 zeigt die Grundidee nun aber angewendet auf die Absicherung eines Low-Side-Ausgangstransistors (T1L). In Abwandlung zu 1b wird nun eine Überwachungsvorrichtung (UVL) für die Überwachung des Potenzials des Kontakts (PDL) für den Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) vorgesehen. Mittels der Low-Side-Anschlussleitung (PDCL) erfasst die Überwachungsvorrichtung (UVL) für die Überwachung des Potenzials des Kontakts (PDL) für den Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) das Potenzial des Kontakts (PDL) und vergleicht dieses Potenzial mit einem internen oder externen Referenzpotenzial. Hierbei können zwischen die Überwachungsvorrichtung (UVL) und die Low-Side-Anschlussleitung (PDCL) Spannungsquellen oder funktionsähnliche Vorrichtungsteile, wie beispielsweise Dioden zwischen geschaltet sein, um ein Referenzpotenzial nutzen zu können, dessen Wert gleich oder größer als der Wert des Bezugsspannungspotenzials einer Bezugsspannungsleitung (GND) oder zumindest als der Wert des Potenzials des Substrats (Sub). Im Gegensatz zur 3 ist nun jedoch ein zusätzlicher Schalttransistor (T2) nicht unbedingt notwendig. Es wurde bei der Ausarbeitung der Erfindung erkannt, dass der Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) als ein solcher Schalttransistor verwendet werden kann. Die erste Diode (D1) ermöglicht eine Einspeisung eines Stromes in die Steuersignalleitung (VG1L) für die Steuerelektrode des Low-Side-Ausgangstransistors (T1L). Dieser Strom ist so bemessen, dass die anderen Schaltungsteile (ESD, GC) überschrieben werden und der Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) leitend wird und somit die Bezugspotenzialleitung (GND) mit dem Kontakt (PDL) verbindet. Somit wird der Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) im Fehlerfall von der Überwachungsvorrichtung (UVL) mittels der Steuersignalleitung (VG1L) für die Steuerelektrode des Low-Side-Ausgangstransistors (T1L) gesteuert. Die Überwachungsvorrichtung (UVL) schaltet den Low-Side-Ausgangstransistors (T1L) typischerweise dann ein, wenn das Potenzial des Kontakts (PDL) unter dem Bezugspotenzial der Bezugspotenzialleitung (GND) liegt. Zumindest aber sollte die Überwachungsvorrichtung (UVL) den Low-Side-Ausgangstransistors (T1L) typischerweise dann einschalten, wenn das Potenzial des Kontakts (PDL) unter dem Potenzial des Substrats (Sub) liegt, was typischerweise aber nicht zu empfehlen ist. In diesen Fällen liefert dann der Low-Side-Ausgangstransistors (T1L) den am Kontakt (PDL) entnommenen Strom wieder nach und zieht damit das Potenzials des Kontakts (PDL) wieder in Richtung des Bezugsspannungspotenzials der Bezugspotenzialleitung. Dies verhindert dann eine weitere Strominjektion in das Substrat und verhindert dann das Öffnen des parasitären NPN-Transistors (NPN_paraL ). Selbst wenn der Low-Side-Ausgangstransistors (T1L) nicht den gesamten entnommenen Strom kompensieren kann, so wird jedoch der Emitter-Basis-Strom des parasitären NPN-Transistor (NPN_paraL ) betragsmäßig gesenkt, wodurch die Größenordnung seiner Öffnung gesenkt wird. Hierdurch gewinnt die Schaltung Zeit, die anderen Airbags zu zünden. Die Betriebslebensdauer des Low-Side-Ausgangstransistors (T1L) ist im Fehlerfall in ähnlicher Größe wie die des High-Side-Ausgangstransistors (T1H) im ungestörten Zündbetrieb. Diese Zeit reicht aber auch hier aus, um die Zündung der anderen Zündkreise des Air-Bag-Systems durch die integrierte Zündvorrichtung (IC) zu gewährleisten, die ansonsten durch die vagabundierenden Substratströme ggf. gestört würden.
• Die Schaltungsteile der 1b sind zur Orientierung ebenfalls zusammen mit dem parasitären NPN-Transistor (NPN_paraL ) eingezeichnet.
• Figur 7
• Die 7 entspricht der 6 mit dem Unterschied, dass nun die Überwachungsvorrichtung (UVL) für den Kontakt (PDL) für den Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) ein zweites Ausgangssignal (OPO2L) erzeugt, dass beispielsweise durch einen Schmidt-Trigger (VSTL) abgesichert werden kann, und dann mittels eines Signalisierungstransistors (T3H) im Fehlerfall eine Signalisierungsleitung (REV_DET), eine Substratpotenzial- oder Bezugspotenzialunterschreitung durch eine wired-or Verknüpfung an den Rest der Schaltung signalisieren zu können.
• Dieses Signal kann ggf. noch an ein Steuergerät signalisiert werden oder in einen nicht flüchtigen Speicher geschrieben werden, um bei einer späteren Unfall-Analyse die Ursache eines nichtöffnenden Airbags (hier der besagte unfallverursachte Kurzschluss) nachvollziehen zu können, was in Schadensersatzfällen von Bedeutung sein kann.
• Figur 8
• Die 8 entspricht der 7 mit dem Unterschied, dass statt eines besonderen zweiten Ausgangssignals (OPO2L) nun das Steuersignal (OPOL) der Überwachungsvorrichtung (UVL) für die Ansteuerung des Low-Side-Ausgangstransistors (T1L) direkt für die Signalisierung des Fehlers verwendet wird.
• Figur 9
• Die 9 zeigt das beispielhafte Airbag-System der 2, das nun erfindungsgemäß um eine erste Überwachungsvorrichtung (UVH) für den Kontakt (PDH) für den High-Side-Ausgangstransistor (T1H) und eine zweite Überwachungsvorrichtung (UVL) Kontakt (PDL) für den Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) ergänzt ist.
• Die erste Überwachungsvorrichtung (UVH) überwacht das Potenzial des Kontakts (PDH) für den High-Side-Ausgangstransistor (T1H).
• Die zweite Überwachungsvorrichtung (UVL) überwacht das Potenzial des Kontakts (PDL) für den Low-Side-Ausgangstransistor (T1L).
• Des Weiteren ist für die Neutralisationen eines Fehlerstromes am Kontakt (PDH) für den High-Side-Ausgangstransistor (T1H) der besagte Schalttransistor (T2) vorgesehen, der den Kontakt (PDH) für den High-Side-Ausgangstransistor (T1H) im Fehlerfall in Richtung auf das Bezugspotenzial der Bezugspotenzialleitung (GND) zieht. Der Schalttransistor (T2) wird dabei durch die erste Überwachungsvorrichtung (UVH) gesteuert. Bezogen auf die erste Überwachungsvorrichtung (UVH), den High-Side-Ausgangstransistor (T1H) und den Schalttransistor (T2) entspricht die Situation also der 3.
• Die Neutralisation eines Fehlerstromes am Kontakt (PDL) für den Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) erfolgt über diesen Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) selbst, sodass hier kein separater Schalttransistor erforderlich ist. Die zweite Überwachungsvorrichtung schaltet den Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) im Fehlerfall ein. Dann zieht der Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) im Fehlerfall das Potenzial des Kontakts (PDL) für den Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) in Richtung auf das Bezugspotenzial der Bezugspotenzialleitung (GND). Bezogen auf die zweite Überwachungsvorrichtung (UVL) und den Low-Side-Ausgangstransistor (T1H) entspricht die Situation also der 6.
• Figur 10
• 10 zeigt eine beispielhafte Realisierung der zweiten Überwachungsvorrichtung (UVL) für den Kontakt (PDL) für den Low-Side-Ausgangstransistor (T1L). Der Operationsverstärker (OP) erfasst mit seinem negativen Eingang (IN) über die erste Diode (D1) das Potenzial der Low-Side-Anschlussleitung (PDCL), die mit dem Kontakt (PDL) für den Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) elektrisch verbunden ist. Der positive Eingang (IP) des Operationsverstärkers (OP) ist mit einer Referenzpotenzialquelle (Vref) verbunden. Sinkt das Potenzial der Low-Side-Anschlussleitung (PDCL) plus der Schleusenspannung der ersten Diode (D1) unter das Referenzpotenzial (Vref), so schaltet der Operationsverstärker (OP) durch und lädt über die zweite Diode (D2) die Steuersignalleitung für die Steuerelektrode des Low-Side-Ausgangstransistors (T1L) so um, dass der Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) den Kontakt (PDL) für den Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) mit der Bezugspotenzialleitung (GND) elektrisch niederohmig verbindet, sodass der Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) einen großen Teil des aus dem Kontakt infolge des Fehlerereignisses entnommen Stroms aus der Bezugspotenzialleitung (GND) nachliefern kann und so das Potenzial des Kontakts (PDL) zumindest für eine zur Zündung der anderen Airbags ausreichende Zeit soweit in Richtung des Bezugspotenzials der Bezugspotenzialleitung (GND) zieht, dass die anderen Zündkreise der integrierten Schaltung noch funktionstüchtig bleiben. Dabei überschreibt der Operationsverstärker (OP) infolge einer ausreichend starken Stromlieferfähigkeit seiner Ausgangstreiber die Ausgangssignale der Funktionsschaltung (GC) und der ESD-Schutzschaltung (ESD) - sofern vorhanden -.
• Figur 11
• 11 zeigt eine beispielhafte Realisierung der ersten Überwachungsvorrichtung (UVH) für den Kontakt (PDH) für den High-Side-Ausgangstransistor (T1H). Der Operationsverstärker (OP) erfasst mit seinem negativen Eingang (IN) wieder über die erste Diode (D1) das Potenzial der High-Side-Anschlussleitung (PDCH), die mit dem Kontakt (PDH) für den High-Side-Ausgangstransistor (T1H) elektrisch verbunden ist. Der positive Eingang (IP) des Operationsverstärkers (OP) ist mit einer Referenzpotenzialquelle (Vref) verbunden. Sinkt das Potenzial der High-Side-Anschlussleitung (PDCH) plus der Schleusenspannung der ersten Diode (D1) unter das Referenzpotenzial (Vref), so schaltet der Operationsverstärker (OP) durch und lädt die Steuersignalleitung (VG2) für die Steuerelektrode des zusätzlichen Schalttransistors (T2) so um, dass der Schalttransistor (T2) den Kontakt (PDH) für den High-Side-Ausgangstransistor (T1H) mit der Bezugspotenzialleitung elektrisch niederohmig verbindet, sodass der High-Side-Ausgangstransistor (T1L) einen großen Teil des aus dem Kontakt (PDH) infolge des Fehlerereignisses entnommen Stroms aus der Bezugspotenzialleitung (GND) nachliefern kann und so das Potenzial des Kontakts (PDH) zumindest für eine zur Zündung der anderen Airbags ausreichende Zeit soweit in Richtung des Bezugspotenzials der Bezugspotenzialleitung (GND) zieht, dass die anderen Zündkreise der integrierten Schaltung noch funktionstüchtig bleiben. Dabei überschreibt der Operationsverstärker (OP) infolge einer ausreichend starken Stromlieferfähigkeit seiner Ausgangstreiber die Ausgangssignale der Funktionsschaltung (GC) und der ESD-Schutzschaltung (ESD) - sofern vorhanden -.
• Figur 12
• 12 entspricht weitestgehend der 10. Der Unterschied zwischen 10 und 12 entspricht dem Unterschied zwischen 6 und 7. Auf die dortige Beschreibung der Signalisierung wird verwiesen.
• Figur 13
• 13 entspricht weitestgehend der 11. Der Unterschied zwischen 11 und 13 entspricht dem Unterschied zwischen 3 und 4. Auf die dortige Beschreibung der Signalisierung wird verwiesen.
• Figur 14
• 14 zeigt eine konkrete Realisierung der zweiten Überwachungsvorrichtung (UVL). Die erste Stromquelle (IQ1) speist einen ersten Strom (II) in den ersten Knoten (K1) ein. Der Erste Strom (II) fließt durch den dritten Widerstand (R3) und ruft dort einen Spannungsabfall zwischen dem ersten Knoten (K1) und dem zweiten Knoten (K2) hervor. Der vierte Transistor (T4) arbeitet als verstimmte MOS-Diode, wobei die Verstimmung durch den zusätzlichen Spannungsabfall über den dritten Widerstand (R3) hervorgerufen wird. Der fünfte Transistor (T5) arbeitet als Stromquelle, wobei der Strom durch den fünften Transistor (T5) von seiner Gate-Source-Spannung und damit vom Potenzial am Kontakt (PDL) für den Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) plus der Schleusenspannung der ersten Diode (D1) abhängt. Der durch den fünften Transistor (T5) dem dritten Knoten (K3) entnommene Strom arbeitet gegen den zweiten Strom (I2), den eine zweite Stromquelle (IQ2) in den dritten Knoten (K3) einspeist. Sinkt, das Potenzial des Kontakts (PDL) für den Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) zu weit ab, so wird der Strom durch den fünften Transistor (T5) größer als der zweite Strom (I2) der zweiten Stromquelle (IQ2). Das Potenzial des dritten Knotens (K3) fällt dann, was durch den invertierenden Verstärker (V) dann zu einem Potenzialanstieg des Steuersignals (OPOL) der zweiten Überwachungsvorrichtung (UVL) führt und damit zu einem Einschalten des Low-Side-Ausgangstransistors (T1L) über die zweite Diode (D2), was das Potenzial des Kontakts (PDL) für den Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) und damit das Potenzial des dritten Knotens (K3) wieder anhebt, bis ein Gleichgewicht wiederhergestellt ist. Erst, wenn die Stromlieferfähigkeit des Low-Side-Ausgangstransistors (T1L) durch den Fehlerstrom am Kontakt (PDL) für den Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) überschritten wird, sinkt das Potenzial am Kontakt (PDL) für den Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) weiter. Diese Maßnahme kann mit denen der 17 und/oder der 18 und/oder der 19 und/oder der 20 kombiniert werden. Diese Maßnahmen können in analoger Weise auf Ableitungen der 15 angewendet werden.
• Figur 15
• 15 zeigt eine konkrete Realisierung der ersten Überwachungsvorrichtung (UVH). Wie leicht zu erkennen ist, unterscheidet sich diese in diesem Beispiel nicht von der Ausführung der zweiten Überwachungsvorrichtung der 14. Die erste Stromquelle (IQ1) speist einen ersten Strom (II) in den ersten Knoten (K1) ein. Der Erste Strom (II) fließt durch den dritten Widerstand (R3) und ruft dort einen Spannungsabfall zwischen dem ersten Knoten (K1) und dem zweiten Knoten (K2) hervor. Der vierte Transistor (T4) arbeitet als verstimmte MOS-Diode, wobei die Verstimmung durch den zusätzlichen Spannungsabfall über den dritten Widerstand (R3) hervorgerufen wird. Der fünfte Transistor (T5) arbeitet als Stromquelle, wobei der Strom durch den fünften Transistor (T5) von seiner Gate-Source-Spannung und damit vom Potenzial am Kontakt (PDH) für den High-Side-Ausgangstransistor (T1H) plus der Schleusenspannung der ersten Diode (D1) abhängt. Der durch den fünften Transistor (T5) dem dritten Knoten (K3) entnommene Strom arbeitet gegen den zweiten Strom (I2), den eine zweite Stromquelle (IQ2) in den dritten Knoten (K3) einspeist. Sinkt, das Potenzial des Kontakts (PDH) für den High-Side-Ausgangstransistor (T1H) zu weit ab, so wird der Strom durch den fünften Transistor (T5) größer als der zweite Strom (I2) der zweiten Stromquelle (IQ2). Das Potenzial des dritten Knotens (K3) fällt dann, was durch den invertierenden Verstärker (V) dann zu einem Potenzialanstieg des Steuersignals (OPOH) der ersten Überwachungsvorrichtung (UVH) führt und damit zu einem Einschalten des Steuertransistors (T2), was das Potenzial des Kontakts (PDH) für den High-Side-Ausgangstransistor (T1H) und damit das Potenzial des dritten Knotens (K3) wieder anhebt, bis ein Gleichgewicht wiederhergestellt ist. Erst, wenn die Stromlieferfähigkeit des Steuertransistors (T2) durch den Fehlerstrom am Kontakt (PDH) für den High-Side-Ausgangstransistor (T1H) überschritten wird, sinkt das Potenzial am Kontakt (PDH) für den High-Side-Ausgangstransistor (T1H) weiter.
• Figur 16
• 16 entspricht der 14. Im Gegensatz zur 14 ist der dritte Widerstand (R3) der 14 überbrückt und die erste Diode (D1) der 14 ebenfalls durch eine Drahtbrücke ersetzt. In dem Fall beginnt der Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) bereits bei einer Potenzialdifferenz zwischen dem Potenzial des Kontakts (PDL) und dem Bezugspotenzial der Bezugspotenzialleitung (GND) von 0V zu leiten.
• Figur 17
• 17 entspricht der 14. Im Gegensatz zur 14 ist die erste Diode (D1) der 14 durch eine Drahtbrücke ersetzt. In dem Fall beginnt der Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) zu leiten, wenn das Potenzial des Kontakts (PDL) um den Betrag des Produkts aus dem Betrag des ersten Stromes (I1) mal dem Wert des dritten Widerstands (R3) unter dem Bezugspotenzial der Bezugspotenzialleitung (GND) liegt. Diese Maßnahme kann mit denen der 14 und/oder der 18 und/oder der 19 und/oder der 20 kombiniert werden. Diese Maßnahmen können in analoger Weise auf Ableitungen der 15 angewendet werden.
• Figur 18
• 18 entspricht der 14. Im Gegensatz zur 14 ist der dritte Widerstand (R3) der 14 überbrückt. Zwischen dem negativen Ausgang (IN) und der Low-Side-Anschlussleitung (PDCL) ist die erste Diode (D1) eingefügt. In dem Fall beginnt der Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) zu leiten, wenn das Potenzial des Kontakts (PDL) um den Betrag unter dem Bezugspotenzial der Bezugspotenzialleitung (GND) liegt, der der Schleusenspannung der ersten Diode (D1) entspricht. Diese Maßnahme kann mit denen der 14 und/oder der 17 und/oder der 19 und/oder der 20 kombiniert werden. Diese Maßnahmen können in analoger Weise auf Ableitungen der 15 angewendet werden.
• Figur 19
• 19 entspricht der 14. Im Gegensatz zur 14 ist der dritte Widerstand (R3) der 14 überbrückt und die erste Diode (D1) der 14 ebenfalls durch eine Drahtbrücke ersetzt. Zwischen dem negativen Ausgang (IN) und der Low-Side-Anschlussleitung (PDCL) ist der vierte Widerstand (R4) eingefügt. In dem Fall beginnt der Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) zu leiten, wenn das Potenzial des Kontakts (PDL) um den Betrag des Produkts aus dem Betrag des zweiten Stromes (I1) mal dem Wert des vierten Widerstands (R4) unter dem Bezugspotenzial der Bezugspotenzialleitung (GND) liegt. Diese Maßnahme kann mit denen der 14 und/oder der 17 und/oder der 18 und/oder der 20 kombiniert werden. Diese Maßnahmen können in analoger Weise auf Ableitungen der 15 angewendet werden.
• Figur 20
• zeigt eine konkrete Realisierung der zweiten Überwachungsvorrichtung (UVL), wobei gegenüber der zweiten Überwachungsvorrichtung (UVL) der 14 die erste Diode (D1) durch eine Serienschaltung aus einen vierten Widerstand (R4) und der ersten Diode (D1) ersetzt ist.
• 20 entspricht der 14. Im Gegensatz zur 14 ist die erste Diode (D1) der 14 ü durch eine Serienschaltung aus einen vierten Widerstand (R4) und der ersten Diode (D1) ersetzt. Zwischen dem negativen Ausgang (IN) und der Low-Side-Anschlussleitung (PDCL) ist diese Serienschaltung aus viertem Widerstand (R4) und erster Diode (D1) eingefügt. In dem Fall beginnt der Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) zu leiten, wenn das Potenzial des Kontakts (PDL) um den Betrag des Produkts aus dem Betrag des zweiten Stromes (I1) mal dem Wert des vierten Widerstands (R4) plus der Schleusenspannung der ersten Diode (D1) unter dem Bezugspotenzial der Bezugspotenzialleitung (GND) liegt. Diese Maßnahme kann mit denen der 14 und/oder der 17 und/oder der 18 und/oder der 19 kombiniert werden. Diese Maßnahmen können in analoger Weise auf Ableitungen der 15 angewendet werden.
• Figur 21
• zeigt eine weitere Ausführung der Überwachungsvorrichtung, bei der der Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) Teil der zweiten Überwachungsvorrichtung (UVL) ist, weil seine Gate-Source-Strecke das Potenzial des Kontakts (PDL) erfasst.
• Figur 21
• 21 stellt eine alternative Realisierung der zweiten Überwachungsvorrichtung (UVL), eine Entladungsschaltung, dar. Zur Vereinfachung ist die Ansteuerschaltung für die Steuersignalleitung (VG1L) für die Steuerelektrode des Low-Side-Ausgangstransistors (T1L) zur Realisierung der Normalfunktion nicht eingezeichnet, damit die wesentlichen Teile der zweiten Übertragungsvorrichtung (UV2) und ihre Funktion kenntlich werden. Wesentlicher Unterschied ist, dass die der Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) nun Teil der zweiten Überwachungsvorrichtung (UVL) ist. Der Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) erfasst die Potenzialdifferenz zwischen seinem Gate-Potenzial in Form des Potenzials der Steuersignalleitung (VG1L) für seine Steuerelektrode einerseits und dem Potenzial des Kontakts (PDL) andererseits. Der Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) öffnet, wenn das Potenzial des Kontakts (PDL) unter dem Potenzial der Steuersignalleitung (VG1L) und dem Potenzial der Bezugsspannungsleitung (GND) liegt und wenn diese Potenzialdifferenz ausreichend ist, um die Schaltschwelle des Low-Side-Ausgangstransistors zu überschreiten.
• Wenn sich das Potenzial des Kontakts (PDL) unter das Bezugspotenzial der Bezugspotenzialleitung (GND) bewegt, wird der parasitäre NPN-Transistor (NPN_paraL ) leitend. Dieses niedrige Potenzial des Kontakts (PDL) kann ohne Gegenmaßnahmen die naheliegenden und ggf. sensitiven anderen Schaltungsteile der integrierten CMOS-Schaltung stören.
• Der parasitäre NPN-Transistor (NPN_paraL ) wird hier beispielhaft konkretisiert dadurch gebildet, dass der Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) über eine n-Wanne verfügt, die mit dem Kontakt (PDL) elektrisch verbunden ist und mit dem p-dotierten Substrat (Sub) des CMOS-Schaltkreises einen direkten Kontakt hat. Diese n-Wanne operiert im Fehlerfall als Emitter des parasitären NPN-Transistors (NPN_paraL ). Das Substrat (Sub) ist typischerweise ein p-Gebiet und wird bevorzugt mit der Bezugspotenzialleitung (GND) verbunden oder besitzt bevorzugt ein Potenzial unterhalb des Potenzials der Bezugspotenzialleitung (GND).
• Der Kollektor ist eine in der Nähe des Low-Side-Anschlusstransistors (T1L) liegende anliegende n-Wanne eines beliebigen anderen sensitiven Schaltungsteils der integrierten CMOS-Schaltung. Es kann sich um ein einen OTA eines Hoch-Volt-Reglers handeln der einen Hoch-Volt-NMOS-Transistor mit einer solchen n-Wanne an seinem Ausgang aufweist.
• Im Falle einer ausreichend negativen Spannung am Kontakt (PDL), beispielsweise in Folge eines unfallverursachten Kurzschlusses, würde ohne die hier dargestellte Schaltung der Ausgangsstrom dieses OTA über einen Kurzschluss zwischen der n-Wanne des Ausgangstransistors des OTA und der n-Wanne des Low-Side Ausgangstransistors (T1L) beeinflusst, so dass der Regler ggf. gestört wird oder ganz ausfällt.
• Im oben beschriebenen Fall hat die Entladung zwei Funktionen:
1. a. Das Entladen der parasitären Kapazität am Kontakt (PDL) und
2. b. den Schutz gegen den injizierten Strom, sodass dieser nicht als Substartstrom in das Substrat (Sub) injiziert wird und als Basis-Emitter-Strom den parasitären Transistor (NPN_paraL ) durchschaltet.
• Die ESD-Diode (ESDD) schützt den Kontakt (PDL) gegen ESD-Ereignisse.
• Der vierte Knoten (K4) ist über den vierten Widerstand (R4) mit dem Ausgang (OPOL) verbunden, der den Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) steuert. Das Transistorpaar aus sechstem Transistor (T6) und Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) arbeitet dann als Stromspiegel für den dritten Strom (I3) der dritten Stromquelle (IQ3), der dann den Strom durch das Squib (SQ) bestimmen kann, wobei nun jedoch der vierte Knoten (K4) gegenüber dem Ausgang (OPOL) um eine Spannung angehoben wird, die dem Produkt aus dem Wert des dritten Stromes (I3) mal dem Wert des fünften Widerstands (R5) entspricht.
• Der Stromspiegel wird auch als eine Entladeschaltung genutzt, die die Last am Kontakt (PDL) entlädt, also den zusätzlich injizierten Strom schon am Kontakt (PDL) aufnimmt.
• Im Normalbetrieb muss der Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) stets gesperrt sein. Hierzu muss die Spannung zwischen dem Bezugspotenzial der Bezugspotenzialleitung (GND) und dem Ausgang (OPOL) kleiner als die Schwellspannung (VTH) sein. Dies wird erreicht indem die dritte Stromquelle (IQ3) den dritten Strom (I3) in den vierten Knoten (K4) injiziert von wo aus er am fünften Widerstand (R5) einen Spannungsabfall erzeugt. Die Gate-Source-Spannung (V_{G_T1L}) des Low-Side-Ausgangstransistors (T1L) zwischen Ausgangssignal (OPOL) und dem Bezugspotenzial der Bezugspotenzialleitung ist dann: $${\text{V}}_{\text{G\_T1L}}={\text{V}}_{\text{TH\_T6}}-\text{I}{3}^{\ast }\text{R5}$$

  
• Da die Schwellspannung V_{TH_T6} ungefähr der Schwellspannung V_{TH_T1L} des Low-Side-Ausgangstransistors (T1L) entspricht, ist immer sichergestellt, dass der Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) gesperrt ist, wenn er im Normalbetrieb gesperrt sein soll.
• Im Fehlerfall, wenn sich das Potenzial des Kontakts (PDL) unterhalb des Bezugspotenzials der Bezugspotenzialleitung (GND) befindet, wird jedoch der Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) leitend. In dem Fall wechseln Drain-Kontakt und Source-Kontakt des Low-Side-Ausgangstransistors (T1L) die Rollen. Somit wird dann die Leitfähigkeit des Low-Side-Ausgangstransistors (T1L) von der Spannung zwischen dem Ausgang (OPOL) und dem Kontakt (PDL) bestimmt. Bei richtiger Wahl des Betrags des dritten Stroms (I3) wird der Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) dann leitend und verbindet die Bezugspotenzialleitung (GND) mit dem Kontakt (PDL). Da er dann den am Kontakt (PDL) entnommenen Strom nachliefert, verhindert er die Aktivierung des parasitären NPN-Transistors (NPN_paraL ).
• Da der Ausgang (OPOL) vorgespannt ist, reicht eine kleine negative Spannung am Kontakt (PDL) gegen die Bezugspotenzialleitung (GND), um den Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) im diesem sogenannten Reverse-Fall zu betreiben.
• Dadurch wird die Aktivierung des parasitären NPN-Transistors (NPN_paraL ) zuverlässig verhindert.
• Für eine solche Aktivierung des parasitären NPN-Transistors (NPN_paraL ) wird zwischen Substrat (Sub) und Kontakt (PDL) typischerweise eine Spannung von betragsmäßig 0,7V benötigt. Wenn die Schaltschwelle bei -300mV (für I3*R5) liegt, dann wird der Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) bei -300mV gegenüber der Bezugspotenzialleitung (GND) am Kontakt (PDL) eingeschaltet. Die Spannung von -300mV am Kontakt (PDL) gegenüber der Bezugspotenzialleitung (GND) reichen nicht aus, um den parasitären NPN-Transistors (NPN_paraL ) zu zünden, da die Schleusenspannung der Basis-Emitter-Diode des parasitären NPN-Transistors (NPN_paraL ) eine betragsmäßig höhere Spannung erfordert.
• Merkmale
• Im Folgenden werden die Merkmale der Erfindung noch einmal aufgelistet. Die Beanspruchung ergibt sich aus den Ansprüchen. Die Merkmale können, sofern nicht widersprüchlich, miteinander kombiniert werden.
• Merkmal 1: Vorrichtung zur Verwendung in einem integrierten CMOS-Schaltkreis
• - mit einem Kontakt (PDH, PDL) des CMOS-Schaltkreises und
• - mit einem p-dotierten Substrat (Sub) des CMOS-Schaltkreises und
• - mit einem n-dotierten N-Gebiet (NG) und
• - mit einer Ausgangsleitung (PDCH, PDCL) und
• - mit einem Ausgangstransistor (T1H, T1L) und
• - mit einer Funktionsschaltung (GC) und
• - mit einer optionalen ESD-Schutzschaltung (ESD) und
• - mit einer Bezugspotenzialleitung (GND),
• - wobei das N-Gebiet (NG) in dem p-dotierten Substrat (Sub) liegt und
• - wobei das N-Gebiet (NG) mit der Ausgangsleitung (PDCH, PDCL) elektrisch verbunden ist und
• - wobei der Kontakt (PD) mit der Ausgangsleitung (PDCH, PDCL) elektrisch verbunden ist und
• - wobei die optionale ESD-Schutzschaltung den Ausgangstransistor (T1H, T1L) einschalten kann und
• - wobei die Funktionsschaltung (GC) den Ausgangstransistor (T1H, T1L) ein- und ausschalten kann und
gekennzeichnet dadurch,
• - dass die Vorrichtung einen Schalttransistor (T2, T1L) umfasst und
• - dass die Vorrichtung eine Überwachungsvorrichtung (UVH, UVL) umfasst und
• - dass die Überwachungsvorrichtung (UVH, UVL) das Potenzial des Kontakts (PDH, PDL) oder ein daraus abgeleitetes Potenzial erfasst und
• - dass die Überwachungsvorrichtung (UVH, UVL) den erfassten Wert des Potenzials des Kontakts (PDH, PDL) und/oder den erfassten Wert des aus dem Potenzial des Kontaktes (PDH, PDL) abgeleiteten Potenzials mit einem Referenzwert vergleicht und
• - dass die Überwachungsvorrichtung (UVH, UVL) einen Schalttransistor (T2, T1L) einschaltet,
• - wenn der Wert des Potenzials des Kontakts (PDH, PDL) unter dem Referenzwert liegt, und
• - dass dieser Referenzwert für den Wert des Potenzials des Kontakts (PDH, PDL)
  • - unter dem Wert des Potenzials des Substrats (Sub) liegt und/oder
  • - unter dem Wert des Potenzials der Bezugspotenzialleitung (GND) liegt und
• - dass der Schalttransistor (T2, T1L) den Kontakt (PDH, PDL) mit einer Bezugspotenzialleitung (GND) verbindet, wenn er eingeschaltet wird,
• - wobei der Schalttransistor (T1L) gleich dem Ausgangstransistor (T1L) sein kann.
• Merkmal 2: Vorrichtung nach Merkmal 1
• - wobei ein Ausgang der Überwachungsvorrichtung (UVH, UVL) dazu verwendet wird, eine Signalisierung für eine Stromentnahme am Kontakt (PDH, PDL) zu erzeugen,
• - wobei diese Signalisierung anzeigt, dass der Schalttransistor (T2, T1L) durch die Überwachungsvorrichtung (UVH, UVL) eingeschaltet ist oder eingeschaltet wurde.
• Merkmal 3: Überwachungsvorrichtung für eine Vorrichtung nach Merkmal 1 oder 2
• - mit einem Differenzverstärker (OP) und
• - mit einer Referenzspannungsquelle (Vref) und
• - wobei der Operationsverstärker (OP) direkt oder indirekt über eine erste Diode (D1) mit seinem negativen Eingang (IN) das Potenzial des Kontakts (PDH, PDL) erfasst und
• - wobei der Operationsverstärker (OP) mit seinem positiven Eingang (IP) das Potenzial der Referenzspannungsquelle (Vref) erfasst und
• - wobei der Operationsverstärker (OP) direkt oder indirekt über eine zweite Diode (D2) den Schalttransistor (T2, T1L) mittels seines Ausgangs (OPOH, OPOL) einschalten kann.
• Merkmal 4: Überwachungsvorrichtung nach Merkmal 3
• - wobei die Referenzspannung der Referenzspannungsquelle (Vref) so gewählt ist, dass der Operationsverstärker (OP) den Schalttransistor (T2, T1L) mittels seines Ausgangs (OPOH, OPOL) einschaltet, wenn der Wert des Potenzials des Kontakts (PDH, PDL)
  • - unter dem Wert des Potenzials des Substrats (Sub) liegt und/oder
  • - unter dem Wert des Potenzials der Bezugspotenzialleitung (GND) liegt.
• Merkmal 5: Überwachungsvorrichtung nach Merkmal 3 oder 4
• - wobei ein Ausgang des Operationsverstärkers (OP) dazu verwendet wird, eine Signalisierung für eine Stromentnahme am Kontakt (PDH, PDL) zu erzeugen,
• - wobei diese Signalisierung anzeigt, dass der Schalttransistor (T2, T1L) durch den Operationsverstärker (OP) eingeschaltet ist oder eingeschaltet wurde.
• Merkmal 6: Überwachungsvorrichtung für eine Vorrichtung nach Merkmal 1 oder 2
• - mit einem vierten Transistor (T4) und
• - mit einem fünften Transistor (T5) und
• - mit einem dritten Widerstand (R3) und
• - mit einer ersten Stromquelle (IQ1) und
• - mit einer zweiten Stromquelle (IQ2) und
• - mit einem ersten Knoten (K1) und
• - mit einem zweiten Knoten (K2) und
• - mit einem dritten Knoten (K3),
• - mit einem Verstärker (V),
• - wobei der dritte Widerstand (R3) einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist und
• - wobei der vierte Transistor (T4) mit seinem Source-Anschluss mit einem Bezugspotenzial (GND) verbunden ist und
• - wobei der vierte Transistor mit seinem Drain-Anschluss mit dem zweiten Knoten (K2) verbunden ist und
• - wobei die Steuerelektrode des vierten Transistors (T4) mit dem ersten Knoten (K1) verbunden ist und
• - wobei der erste Anschluss des dritten Widerstands (R3) mit dem ersten Knoten (K1) verbunden ist und
• - wobei der zweite Anschluss des dritten Widerstands (R3) mit dem zweiten Knoten (K2) verbunden ist und
• - wobei der Source-Anschluss des fünften Transistors (T5) direkt oder indirekt, insbesondere über eine erste Diode (D1) und/oder einen vierten Widerstand (R4), mit einem Kontakt (PDL) verbunden ist und
• - wobei die Steuerelektrode des fünften Transistors (T5) mit dem zweiten Knoten (K2) verbunden ist und
• - wobei der Drain-Anschluss des fünften Transistors (T5) mit dem dritten Kontakt (K3) verbunden ist und
• - wobei der Verstärker (V) in Abhängigkeit vom Potenzial des dritten Knotens (K3) mittels seines Ausgangssignals (OPOH, OPOL) den Schalttransistor (T2) bzw. den Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) einschalten kann und
• - wobei die erste Stromquelle (IQ1) einen ersten Strom (I1) in den ersten Knoten K1) einspeist und
• - wobei die zweite Stromquelle (IQ2) einen zweiten Strom (I2) in den dritten Kontakt (K3) einspeist.
• Merkmal 7: Überwachungsvorrichtung (Fig. 16) für eine Vorrichtung nach Merkmal 1 oder 2
• - mit einem vierten Transistor (T4) und
• - mit einem fünften Transistor (T5) und
• - mit einer ersten Stromquelle (IQ1) und
• - mit einer zweiten Stromquelle (IQ2) und
• - mit einem zweiten Knoten (K2) und
• - mit einem dritten Knoten (K3),
• - mit einem Verstärker (V),
• - wobei der vierte Transistor (T4) mit seinem Source-Anschluss mit einem Bezugspotenzial (GND) verbunden ist und
• - wobei der vierte Transistor mit seinem Drain-Anschluss mit dem zweiten Knoten (K2) verbunden ist und
• - wobei die Steuerelektrode des vierten Transistors (T4) mit dem zweiten Knoten (K2) verbunden ist und
• - wobei der Source-Anschluss des fünften Transistors (T5) direkt oder indirekt, insbesondere über eine erste Diode (D1) und/oder einen vierten Widerstand (R4), mit einem Kontakt (PDL, PDH) verbunden ist und
• - wobei die Steuerelektrode des fünften Transistors (T5) mit dem zweiten Knoten (K2) verbunden ist und
• - wobei der Drain-Anschluss des fünften Transistors (T5) mit dem dritten Kontakt (K3) verbunden ist und
• - wobei der Verstärker (V) in Abhängigkeit vom Potenzial des dritten Knotens (K3) mittels seines Ausgangssignals (OPOH, OPOL) den Schalttransistor (T2) bzw. den Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) einschalten kann und
• - wobei die erste Stromquelle (IQ1) einen ersten Strom (I1) in den ersten Knoten (K1) einspeist und
• - wobei die zweite Stromquelle (IQ2) einen zweiten Strom (I2) in den dritten Kontakt (K3) einspeist.
• Merkmal 8: Airbag-Zündstufe
• - mit einem Substrat (Sub) und
• - mit einem High-Side-Ausgangstransistor (T1H) und
• - mit einem Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) und
• - mit einem Zündelement (SQ) und
• - wobei das Zündelement (SQ) zwischen den Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) und den High-Side-Ausgangstransistor (T1H) geschaltet ist und
• - wobei das Zündelement (SQ) einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist und
gekennzeichnet dadurch
• - dass die Airbag-Zündstufe zumindest eine Überwachungsvorrichtung (UVH, UVL) umfasst und
• - dass die Airbag-Zündstufe über Mittel (T1L, T2) verfügt, um zumindest einen Anschluss des Zündelements mit einer Bezugspotenzialleitung (GND) zu verbinden und
• - dass diese Mittel (T1L, T2) durch die Überwachungsvorrichtung (UVH, UVL) gesteuert werden können und
• - dass die Überwachungsvorrichtung (UVH, UVL) das Potenzial dieses zumindest einen Anschlusses des Zündelements (SQ) erfasst und
• - dass die Überwachungsvorrichtung (UVH, UVL) die Mittel (T1L, T2) dazu veranlasst, den zumindest einen Anschluss des Zündelements mit der Bezugspotenzialleitung (GND) zu verbinden, wenn der Wert des erfassten Potenzials des zumindest einen Anschlusses (PDH, PDL)
  • - unter dem Wert des Potenzials des Substrats (Sub) liegt und/oder
  • - unter dem Wert des Potenzials der Bezugspotenzialleitung (GND) liegt.
• Merkmal 9: Airbag-Zündstufe
• - mit einem Substrat (Sub) und
• - mit einem High-Side-Ausgangstransistor (T1H) und
• - mit einem Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) und
• - mit einem Zündelement (SQ) und
• - wobei das Zündelement (SQ) zwischen den Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) und den High-Side-Ausgangstransistor (T1H) geschaltet ist und
• - wobei das Zündelement (SQ) einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist und
gekennzeichnet dadurch
• - dass die Airbag-Zündstufe eine erste Überwachungsvorrichtung (UVH) umfasst und
• - dass die Airbag-Zündstufe eine zweite Überwachungsvorrichtung (UVL) umfasst und
• - dass die Airbag-Zündstufe über erste Mittel (T2) verfügt, um zumindest den ersten Anschluss (PDH) des Zündelements mit einer Bezugspotenzialleitung (GND) zu verbinden und
• - dass die Airbag-Zündstufe über zweite Mittel (T1L) verfügt, um zumindest den zweiten Anschluss (PDL) des Zündelements mit einer Bezugspotenzialleitung (GND) zu verbinden und
• - dass das die ersten Mittel (T2) durch die erste Überwachungsvorrichtung (UVH) gesteuert werden können und
• - dass das die zweiten Mittel (T1L) durch die zweite Überwachungsvorrichtung (UVL) gesteuert werden können und
• - dass die erste Überwachungsvorrichtung (UVH) das erste Potenzial des ersten Anschlusses (PDH) des Zündelements (SQ) erfasst und
• - dass die zweite Überwachungsvorrichtung (UVL) das zweite Potenzial des zweiten Anschlusses (PDL) des Zündelements (SQ) erfasst und
• - dass die erste Überwachungsvorrichtung (UVH) die ersten Mittel (T2) dazu veranlasst, den ersten Anschluss (PDH) des Zündelements (SQ) mit der Bezugspotenzialleitung (GND) zu verbinden, wenn der Wert des erfassten ersten Potenzials des ersten Anschlusses (PDH)
  • - unter dem Wert des Potenzials des Substrats (Sub) liegt und/oder
  • - unter dem Wert des Potenzials der Bezugspotenzialleitung (GND) liegt und
• - dass die zweite Überwachungsvorrichtung (UVL) die zweiten Mittel (T1L) dazu veranlasst, den zweiten Anschluss (PDL) des Zündelements (SQ) mit der Bezugspotenzialleitung (GND) zu verbinden, wenn der Wert des erfassten zweiten Potenzials des zweiten Anschlusses (PDL)
  • - unter dem Wert des Potenzials des Substrats (Sub) liegt und/oder
  • - unter dem Wert des Potenzials der Bezugspotenzialleitung (GND) liegt.
• Merkmal 10: Verfahren zur Überwachung einer Airbag-Zündstufe
• - mit einem Substrat (Sub) und
• - mit einem High-Side-Ausgangstransistor (T1H) und
• - mit einem Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) und
• - mit einem Zündelement (SQ) und
• - wobei das Zündelement (SQ) zwischen den Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) und den High-Side-Ausgangstransistor (T1H) geschaltet ist und
• - wobei das Zündelement (SQ) einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist und
gekennzeichnet durch folgende Schritte während des Betriebs der Airbag-Zündstufe
• - erfassen des Potenzials zumindest eines Anschlusses des Zündelements (SQ);
• - Verbinden des zumindest einen Anschlusses des Zündelements (SQ) mit der Bezugspotenzialleitung (GND) oder einer anderen Leitung mit einem Potenzial höher als das Potenzial der Bezugspotenzialleitung (GND), wenn der Wert des erfassten Potenzials des zumindest einen Anschlusses des Zündelements (SQ)
  • - unter dem Wert des Potenzials des Substrats (Sub) liegt und/oder
  • - unter dem Wert des Potenzials der Bezugspotenzialleitung (GND) liegt.
• Merkmal 11: Verfahren zur Verhinderung der Injektion eines Substratstroms in das Substrat (Sub) eines CMOS-Schaltkreises
• - mit einem Kontakt (PDH, PDL) des CMOS-Schaltkreises und
• - mit einer Bezugspotenzialleitung (GND),
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
• - Erfassen des Potenzials des Kontakts (PDH, PDL);
• - Vergleichen des Werts des erfassten Potenzials des Kontakts (PDH, PDL) mit einem Referenzwert;
• - Verbinden des Kontakts (PDH, PDL) mit der Bezugspotenzialleitung (GND) oder einer anderen Leitung mit einem Potenzial höher als das Potenzial der Bezugspotenzialleitung (GND), wenn der Wert des Potenzials des Kontakts (PDH, PDL) unter einem Referenzwert liegt, wobei dieser Referenzwert für den Wert des Potenzials des Kontakts (PDH, PDL)
  • - unter dem Wert des Potenzials des Substrats (Sub) liegt und/oder
  • - unter dem Wert des Potenzials der Bezugspotenzialleitung (GND) liegt.
• Merkmal 12: Schaltstufe (Figur 20) für den Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) eines Airbag-Systems
• - mit einem Kontakt (PDL) und
• - mit einer dritten Stromquelle (IQ3) und
• - mit einem fünften Widerstand (R5) und
• - mit einem sechsten Transistor (T6) und
• - mit einem vierten Knoten (K4) und
• - mit einem Ausgang (OPOL) und
• - mit einer Low-Side-Anschlussleitung (PDCL) und
• - mit einer Bezugspotenzialleitung (GND),
• - wobei der sechste Transistor (T6) einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss und einen Steueranschluss aufweist und
• - wobei der Low-Side-Ausgangstransistor (T1L) einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss und einen Steueranschluss aufweist und
• - wobei die dritte Stromquelle (IQ3) einen dritten Strom (I3) in den vierten Knoten (K4) einspeist und
• - wobei der erste Anschluss des sechsten Transistors (T6) mit dem Ausgang (OPOL) verbunden ist und
• - wobei der zweite Anschluss des sechsten Transistors (T6) mit der Bezugspotenzialleitung (GND) verbunden ist und
• - wobei der Steueranschluss des sechsten Transistors (T6) mit dem vierten Knoten (K4) verbunden ist und
• - wobei der erste Anschluss des Low-Side-Ausgangstransistors (T1L) mit der Low-Side-Anschlussleitung (PDCL) verbunden ist und
• - wobei der zweite Anschluss des Low-Side-Ausgangstransistors (T1L) mit der Bezugspotenzialleitung (GND) verbunden ist und
• - wobei der Steueranschluss des Low-Side-Ausgangstransistors (T1L) mit dem Ausgang (OPOL) verbunden ist.
• Glossar
• ESD
• ESD steht für englisch „elektrostatic discharge“, was übersetzt elektrostatische Entladung bedeutet. Für weitere Informationen wird auf die Wikipedia-Seite
  „https://de.wikipedia.org/wiki/Elektrostatische_Entladung“ verwiesen. Ein beispielhaftes Buch zu ESD-Schutzschaltungen ist Oleg Semenov, Hossein Sarbishaei, Manoj Sachdev, „ESD Protection Device and Circuit Design for Advanced CMOS Technologies“ Springer, 2008 DOI 10.1007/978-1-4020-8301-3.
• Bezugszeichenliste

D1

erste Diode;

D2

zweite Diode;

EN

Einschaltsignal;

ESD

ESD-Schutzschaltung, die typischerweise an einem Außenkontakt, hier dem Kontakt (PD), eines CMOS-Schaltkreises vorhanden ist und den Ausgangstransistor (T1) für die Ableitung von ESD-Ereignissen nutzt.

ESDD

ESD-Schutzdiode;

GC

Funktionsschaltung, die die eigentliche Funktion des CMOS-Schaltkreises für diesen Kontakt (PD) realisiert;

GND

Bezugspotenzialleitung;

I1

erster Strom;

I2

zweiter Strom;

I3

dritter Strom;

IC

integrierter CMOS-Schaltkreis;

IN

negativer Eingang des Operationsverstärkers (OP);

IP

positiver Eingang des Operationsverstärkers (OP);

IQ1

erste Stromquelle;

IQ2

zweite Stromquelle;

IQ3

dritte Stromquelle;

IS

interne Schaltung des integrierten Schaltkreises (IC);

K1

erster Knoten;

K2

zweiter Knoten;

K3

dritter Knoten;

K4

vierter Knoten;

NG

N-Gebiet;

NPNpara

parasitärer NPN-Transistor;

NPNparaH

parasitärer NPN-Transistor am Kontakt (PDH) für den High-Side-Ausgangstransistor (T1H);

NPNparaL

parasitärer NPN-Transistor am Kontakt (PDL) für den Low-Side-Ausgangstransistor (T1L);

OFF

Ausschaltsignal;

OP

Operationsverstärker;

OPO

Ausgang des Operationsverstärkers (OP);

OPOH

Ausgang des Operationsverstärkers (OP) bzw. Steuersignal der ersten Überwachungsvorrichtung (UVH);

OPOL

Ausgang des Operationsverstärkers (OP) bzw. Steuersignal der zweiten Überwachungsvorrichtung (UVL);

OPO2H

zweites Ausgangssignal zur Signalisierung einer Potenzialunterschreitung am Kontakt (PDH) für den High-Side-Ausgangstransistor (T1H)

OPO2L

zweites Ausgangssignal zur Signalisierung einer Potenzialunterschreitung am Kontakt (PDL) für den Low-Side-Ausgangstransistor (T1L)

PD

Kontakt;

PDC

Anschlussleitung;

PDCH

High-Side-Anschlussleitung;

PDCL

Low-Side-Anschlussleitung;

PDG

Kontakt für den Anschluss der Steuerelektrode des Sicherheitstransistors (ST);

PDH

Kontakt für den High-Side-Ausgangstransistor (T1H);

PDL

Kontakt für den Low-Side-Ausgangstransistor (T1L);

PDS

Kontakt für den Anschluss des Source-Kontakts des Sicherheitstransistors (ST);

R1

erster Widerstand;

R2

zweiter Widerstand;

R3

dritter Widerstand;

R4

vierter Widerstand;

R5

fünfter Widerstand;

R6

sechster Widerstand;

REV_DET

Signalisierungsleitung;

SdT

Stand der Technik;

SQ

Squib (Sprengladung) eines Fahrzeuginsassenrückhaltesystems oder einer Fahrzeugsicherheitseinrichtung;

Sub

Substrat des CMOS-Schaltkreises;

ST

Sicherheitstransistor;

T1

Ausgangstransistor;

T1H

High-Side-Ausgangstransistor;

T1L

Low-Side-Ausgangstransistor;

T2

Schalttransistor, der ggf. mit dem Ausgangstransistor (T1) identisch sein kann;

T3

Signalisierungstransistor;

T3H

Signalisierungstransistor;

T3L

Signalisierungstransistor;

T4

vierter Transistor;

T5

fünfter Transistor;

T6

sechster Transistor;

UV

Überwachungsvorrichtung;

UVH

erste Überwachungsvorrichtung für den Kontakt (PDH) für den High-Side-Ausgangstransistor (T1H);

UVL

zweite Überwachungsvorrichtung für den Kontakt (PDL) für den Low-Side-Ausgangstransistor (T1L);

VG1H

Steuersignalleitung für die Steuerelektrode des High-Side-Ausgangstransistors (T1H);

VG1L

Steuersignalleitung für die Steuerelektrode des Low-Side-Ausgangstransistors (T1L);

VG2

Steuersignalleitung für die Steuerelektrode des Schalttransistors (T2);

VG3H

Steuersignalleitung für die Steuerelektrode des Signalisierungstransistors (T3H);

VG3L

Steuersignalleitung für die Steuerelektrode des Signalisierungstransistors (T3L);

VST

Steuersignalleitung für die Steuerelektrode des Sicherheitstransistors (ST);

VSTH

Schmidt-Trigger;

VSTL

Schmidt-Trigger;

Vref

Referenzspannungsquelle;

Claims (1)

1. Verfahren zur Verhinderung der Injektion eines Substratstroms in das Substrat (Sub) eines CMOS-Schaltkreises - mit einem Kontakt (PDH, PDL) des CMOS-Schaltkreises und - mit einer Bezugspotenzialleitung (GND), gekennzeichnet durch folgende Schritte: - Erfassen des Potenzials des Kontakts (PDH, PDL); - Vergleichen des Werts des erfassten Potenzials des Kontakts (PDH, PDL) mit einem Referenzwert; - Verbinden des Kontakts (PDH, PDL) mit der Bezugspotenzialleitung (GND) oder einer anderen Leitung mit einem Potenzial höher als das Potenzial der Bezugspotenzialleitung (GND), wenn der Wert des Potenzials des Kontakts (PDH, PDL) unter einem Referenzwert liegt, wobei dieser Referenzwert für den Wert des Potenzials des Kontakts (PDH, PDL) - unter dem Wert des Potenzials des Substrats (Sub) liegt und/oder - unter dem Wert des Potenzials der Bezugspotenzialleitung (GND) liegt.

Images