DE102021112471A1

DE102021112471A1 - Schutz vor negativen spannungen für busschnittstellenvorrichtungen

Info

Publication number: DE102021112471A1
Application number: DE102021112471.9A
Authority: DE
Inventors: Toru MIYAMAE; Kazuhiro Tomita; Koji Okada
Original assignee: Cypress Semiconductor Corp
Current assignee: Cypress Semiconductor Corp
Priority date: 2020-05-12
Filing date: 2021-05-12
Publication date: 2021-11-18
Also published as: CN113659525A; US20210359685A1; US11290108B2

Abstract

Es wird eine Busschnittstelle beschrieben. Ein erster logischer Zustand wird durch einen höheren Spannungspegel über den Bus übermittelt und ein zweiter logischer Zustand wird durch einen niedrigeren Spannungspegel übermittelt. Eine Ausgangsstufe der Schnittstelle enthält einen Leistungstransistor, der konfiguriert ist zum Treiben des niedrigeren Spannungspegels auf den Bus, um den zweiten logischen Zustand zu übermitteln, und eine Schutzvorrichtung zwischen dem Leistungstransistor und dem Bus. Die Schutzvorrichtung verbindet den Leistungstransistor mit dem Bus, wenn die Schutzvorrichtung eingeschaltet wird, und begrenzt negative Spannungsausschläge an dem Leistungstransistor, wenn sie ausgeschaltet wird. Ein Steuerschaltkreis der Schnittstelle ist konfiguriert, um die Schutzvorrichtung einzuschalten, wenn die Busspannung über dem niedrigeren Spannungspegel liegt, und um die Schutzvorrichtung auszuschalten, wenn die Busspannung auf oder unter dem niedrigeren Spannungspegel liegt.

Description

Diese Anmeldung beansprucht Priorität aus der vorläufigen US-Patentanmeldung 63/023.387 , eingereicht am 12. Mai 2020, die hiermit durch Bezugnahme vollinhaltlich aufgenommen wird.
Ein LIN (Local Interconnect Network) ist ein serielles Netzwerkprotokoll, das für eine Kommunikation zwischen Komponenten in Fahrzeugen verwendet wird. Der LIN-Bus ist ein bidirektionaler Eindraht-Bus, der in fahrzeuginternen Netzwerken verwendet wird. Ein Transceiver oder eine ähnliche Vorrichtung stellt eine Schnittstelle zwischen einer Mikrosteuereinheit und dem physischen LIN-Bus bereit. Logische Werte werden über einen „TxD“-Eingang der LIN-Schnittstelle auf den LIN-Bus getrieben, wo Übertragungsdaten, die an dem TxD-Eingang kommuniziert werden, in ein LIN-Bussignal umgewandelt werden. Die LIN-Schnittstelle hat auch einen „RxD“-Ausgang, der Informationen von dem LIN-Bus zur Mikrosteuereinheit zurückliest.
Auf dem LIN-Bus sind gemäß den LIN-Spezifikationen 1.2, 1.3, 2.0, 2.1, 2.2 und 2.2A zwei logische Zustände, dominant und rezessiv, erlaubt. In dem dominanten Zustand wird die Spannung auf dem LIN-Bus auf oder in die Nähe des Massepegels eingestellt. In dem rezessiven Zustand wird die Spannung auf dem LIN-Bus auf eine Versorgungsspannung eingestellt. Durch das Einstellen des TxD-Eingangs einer LIN-Schnittstelle auf einen logischen Low-Pegel erzeugt die Schnittstelle an seinem LIN-Busschnittstellenkontaktstift einen dominanten Pegel. Der RxD-Ausgang der LIN-Schnittstelle liest das Signal auf dem LIN-Bus zurück zu der Mikrosteuereinheit und zeigt ihr ein dominantes LIN-Bussignal mit einem logischen Low-Signal an. Als Reaktion darauf, dass die Mikrosteuereinheit den TxD-Kontaktstift der Schnittstellenvorrichtung auf einen logischen High-Pegel einstellt, stellt die Schnittstelle ihren LIN-Busschnittstellenkontaktstift auf den rezessiven Pegel.
Gleichzeitig wird der rezessive Pegel auf dem LIN-Bus durch einen logischen High-Pegel an dem RxD-Ausgang der Schnittstelle angezeigt.
In LIN-Schnittstellen wurden häufig Bipolartransistoren verwendet, um den LIN-Bus anzutreiben. Aufgrund höherer Kosten wurden die Bipolartransistoren mit der Zeit durch weniger teure MOSFET-Vorrichtungen (Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor devices) typischerweise durch Hochspannungs-PMOS-Vorrichtungen ersetzt. Hochspannungs-PMOS-Vorrichtungen benötigen einen Schutz vor negativen Spannungen, die auf dem LIN-Bus auftreten. Die Spannungen auf dem LIN-Bus können von -40 V bis +45 V reichen. Hochspannungsdioden wurden verwendet, um PMOSbasierte Hochspannungstreiber vor negativen Spannungen auf dem LIN-Bus zu schützen. Hochspannungs-PMOS-Vorrichtungen leiden jedoch unter dem Einschalten von parasitären pnp-Vorrichtungen. Die LIN-Spezifikation weist Anforderungen an eine Flankendauer für die Spannung auf dem LIN-Bus auf, somit wird eine Kontrolle der Flankensteilheit benötigt. Ein Einschalten der parasitären pnp-Vorrichtungen, die in den PMOS-basierten Hochspannungs-LIN-Treibern vorhanden sind, verhindern eine Kontrolle der Flankensteilheit und vergrößern ein Substratrauschen in dem LIN-Treiberchip (ungehäusten LIN-Treiberchip).
Von daher besteht ein Bedarf für einen Schutz vor negativen Spannungen für MOSFET-basierte LIN-Busschnittstellen.
Eine Aufgabe besteht darin, bekannte Ansätze zu verbessern.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Diese hierin vorgeschlagenen Beispiele können insbesondere auf zumindest einer der nachfolgenden Lösungen basieren. Insbesondere können Kombinationen der nachfolgenden Merkmale eingesetzt werden, um ein gewünschtes Ergebnis zu erreichen. Die Merkmale des Verfahrens können mit (einem) beliebigen Merkmal(en) der Vorrichtung, des Geräts oder Systems oder umgekehrt kombiniert werden.
Es wird eine Schnittstelle für einen Bus vorgeschlagen, über den ein erster logischer Zustand durch einen höheren Spannungspegel übermittelt wird und ein zweiter logischer Zustand durch einen niedrigeren Spannungspegel übermittelt wird, wobei die Schnittstelle umfasst:

- eine Ausgangsstufe, die einen Leistungstransistor, der eingerichtet ist zum Treiben des niedrigeren Spannungspegels auf den Bus, um den zweiten logischen Zustand zu übermitteln, und eine Schutzvorrichtung zwischen dem Leistungstransistor und dem Bus umfasst, wobei die Schutzvorrichtung eingerichtet ist zum Verbinden des Leistungstransistors mit dem Bus, wenn die Schutzvorrichtung eingeschaltet wird, und zum Begrenzen von negativen Spannungsausschlägen an dem Leistungstransistor, wenn die Schutzvorrichtung ausgeschaltet wird;
- einen Steuerschaltkreis, der eingerichtet ist, die Schutzvorrichtung einzuschalten, wenn die Busspannung über dem niedrigeren Spannungspegel liegt, und die Schutzvorrichtung auszuschalten, wenn die Busspannung auf oder unter dem niedrigeren Spannungspegel liegt.

Es ist eine Weiterbildung, dass der Steuerschaltkreis eingerichtet ist, die Schutzvorrichtung auszuschalten, wenn die Busspannung unter einem maximal zulässigen Wert für den niedrigeren Spannungspegel und über 0 V liegt.
Es ist eine Weiterbildung, dass der Steuerschaltkreis eingerichtet ist zum Treiben einer Gate-Klemme der Schutzvorrichtung in Richtung auf 0 V, damit der Bus von dem ersten logischen Zustand in den zweiten logischen Zustand übergeht, wobei die Spannung an der Gate-Klemme der Schutzvorrichtung den niedrigeren Spannungspegel für den Bus bestimmt.
Es ist eine Weiterbildung, dass der Steuerschaltkreis eine erste p-Kanal-Transistorvorrichtung und eine zweite p-Kanal-Transistorvorrichtung umfasst, die in Reihe geschaltet sind und parallel zu dem Leistungstransistor geschaltet sind.
Es ist eine Weiterbildung, dass

- eine Source-Klemme und ein Body-Gebiet der ersten p-Kanal-Transistorvorrichtung mit der Schutzvorrichtung verbunden sind;
- eine Drain-Klemme und eine Gate-Klemme der ersten p-Kanal-Transistorvorrichtung mit einer Source-Klemme der zweiten p-Kanal-Transistorvorrichtung verbunden sind;
- ein Body-Gebiet der zweiten p-Kanal-Transistorvorrichtung mit der Schutzvorrichtung verbunden ist;
- eine Gate-Klemme der zweiten p-Kanal-Transistorvorrichtung mit einer Drain-Klemme der zweiten p-Kanal-Transistorvorrichtung und mit einer Gate-Klemme der Schutzvorrichtung verbunden ist.

Es ist eine Weiterbildung, dass

- der Steuerschaltkreis außerdem eine erste n-Kanal-Transistorvorrichtung umfasst, die zwischen die zweite p-Kanal-Transistorvorrichtung und Masse in Reihe geschaltet ist;
- die erste n-Kanal-Transistorvorrichtung eingerichtet ist, ausgeschaltet zu werden, wenn die Busspannung unter eine Schwellenspannung der ersten n-Kanal-Transistorvorrichtung abfällt;
- der Steuerschaltkreis eingerichtet ist zum Ausschalten der Schutzvorrichtung, wenn die Busspannung unter eine Schwellenspannung der Schutzvorrichtung minus einer Vorwärtsspannung einer Body-Diode der ersten n-Kanal-Transistorvorrichtung abfällt.

Es ist eine Weiterbildung, dass

- eine Source-Klemme und ein Body-Gebiet der ersten n-Kanal-Transistorvorrichtung mit Masse verbunden sind;
- eine Drain-Klemme der ersten n-Kanal-Transistorvorrichtung mit einer Drain-Klemme der zweiten p-Kanal-Transistorvorrichtung verbunden ist;
- eine Gate-Klemme der ersten n-Kanal-Transistorvorrichtung mit der Drain-Klemme der ersten n-Kanal-Transistorvorrichtung verbunden ist.

Es ist eine Weiterbildung, dass

- der Steuerschaltkreis außerdem eine Ladungspumpe umfasst, die parallel zu der ersten n-Kanal-Transistorvorrichtung geschaltet ist;
- die Ladungspumpe eingerichtet ist zum Beibehalten einer negativen Spannung an der Gate-Klemme der Schutzvorrichtung, wenn sich der Bus in dem zweiten logischen Zustand befindet.

Es ist eine Weiterbildung, dass

- der Steuerschaltkreis außerdem eine zweite n-Kanal-Transistorvorrichtung umfasst, die zwischen die erste n-Kanal-Transistorvorrichtung und Masse in Reihe geschaltet ist;
- die zweite n-Kanal-Transistorvorrichtung eingerichtet ist, ausgeschaltet zu werden, wenn sich der Bus in dem ersten logischen Zustand befindet.

Es ist eine Weiterbildung, dass

- eine Source-Klemme der ersten n-Kanal-Transistorvorrichtung mit einer Drain-Klemme der zweiten n-Kanal-Transistorvorrichtung verbunden ist;
- eine Drain-Klemme und eine Gate-Klemme der ersten n-Kanal-Transistorvorrichtung mit einer Drain-Klemme der zweiten p-Kanal-Transistorvorrichtung verbunden sind;
- ein Body-Gebiet der ersten n-Kanal-Transistorvorrichtung und sowohl eine Source-Klemme als auch ein Body-Gebiet der zweiten n-Kanal-Transistorvorrichtung mit Masse verbunden sind;
- eine Gate-Klemme der zweiten n-Kanal-Transistorvorrichtung durch den logischen Zustand des Busses so gesteuert wird, dass die zweite n-Kanal-Transistorvorrichtung ausgeschaltet wird, wenn sich der Bus in dem ersten logischen Zustand befindet.

Es ist eine Weiterbildung, dass

- der Steuerschaltkreis außerdem eine Ladungspumpe umfasst, die zu der ersten n-Kanal-Transistorvorrichtung und der zweiten n-Kanal-Transistorvorrichtung, die in Reihe geschaltet sind, parallel geschaltet ist;
- die Ladungspumpe eingerichtet ist zum Beibehalten einer negativen Spannung an der Gate-Klemme der Schutzvorrichtung, wenn sich der Bus in dem zweiten logischen Zustand befindet.

Es ist eine Weiterbildung, dass der Steuerschaltkreis außerdem einen Widerstand umfasst, der zwischen eine Drain-Klemme der zweiten p-Kanal-Transistorvorrichtung und eine Drain-Klemme der ersten n-Kanal-Transistorvorrichtung in Reihe geschaltet ist.
Es ist eine Weiterbildung, dass der Steuerschaltkreis außerdem eine zweite n-Kanal-Transistorvorrichtung und eine Stromquelle umfasst, die mit einer Drain-Klemme der zweiten n-Kanal-Transistorvorrichtung verbunden sind.
Es ist eine Weiterbildung, dass

- sowohl eine Source-Klemme als auch ein Body-Gebiet der zweiten n-Kanal-Transistorvorrichtung mit Masse verbunden sind;
- eine Gate-Klemme der zweiten n-Kanal-Transistorvorrichtung sowohl mit einer Drain-Klemme der zweiten n-Kanal-Transistorvorrichtung als auch mit einer Gate-Klemme der ersten n-Kanal-Transistorvorrichtung verbunden ist.

Es ist eine Weiterbildung, dass

Es ist eine Weiterbildung, dass

- der Steuerschaltkreis außerdem eine dritte n-Kanal-Transistorvorrichtung umfasst, die zwischen die erste n-Kanal-Transistorvorrichtung und die zweite p-Kanal-Transistorvorrichtung in Reihe geschaltet ist;
- die dritte n-Kanal-Transistorvorrichtung eingerichtet ist, ausgeschaltet zu werden, wenn sich der Bus in dem ersten logischen Zustand befindet.

Es ist eine Weiterbildung, dass der Steuerschaltkreis außerdem eine Stromquelle umfasst, die zwischen eine Drain-Klemme der zweiten p-Kanal-Transistorvorrichtung und Masse in Reihe geschaltet ist.
Es ist eine Weiterbildung, dass

- die Schutzvorrichtung eine p-Kanal-Transistorvorrichtung umfasst, die eine Drain-Klemme, die mit dem Bus verbunden ist, und eine Source-Klemme aufweist, die mit dem Leistungstransistor verbunden ist;
- der Steuerschaltkreis eingerichtet ist zum Treiben einer Gate-Klemme der p-Kanal-Transistorvorrichtung in Richtung auf 0 V, damit der Bus von dem ersten logischen Zustand zu dem zweiten logischen Zustand übergeht;
- wobei die Spannung an der Gate-Klemme der p-Kanal-Transistorvorrichtung den niedrigeren Spannungspegel für den Bus bestimmt.

Es ist eine Weiterbildung, dass

- die Schutzvorrichtung eine erste p-Kanal-Transistorvorrichtung umfasst, die monolithisch mit einer zweiten p-Kanal-Transistorvorrichtung integriert ist, sodass die erste p-Kanal-Transistorvorrichtung und die zweite p-Kanal-Transistorvorrichtung ein gemeinsames Body-Gebiet gemeinsam nutzen;
- eine Source-Klemme der ersten p-Kanal-Transistorvorrichtung mit dem Leistungstransistor verbunden ist;
- eine Drain-Klemme der ersten p-Kanal-Transistorvorrichtung und eine Drain-Klemme der zweiten p-Kanal-Transistorvorrichtung mit dem Bus verbunden sind;
- eine Source-Klemme der zweiten p-Kanal-Transistorvorrichtung mit dem gemeinsamen Body-Gebiet verbunden ist;
- eine Gate-Klemme der ersten p-Kanal-Transistorvorrichtung und eine Gate-Klemme der zweiten p-Kanal-Transistorvorrichtung mit dem Steuerschaltkreis verbunden sind.

Es ist eine Weiterbildung, dass der Bus ein LIN-Bus (Local Interconnect Network Bus) ist.
Es ist eine Weiterbildung, dass der Bus ein CXPI-Bus (Clock Extension Peripheral Interface Bus) ist.
Weiterhin wird ein Transceiver vorgeschlagen, der die hierin beschriebene Schnittstelle umfasst, wobei der Transceiver außerdem umfasst:

- einen ersten Kontaktstift, der mit der Ausgangsstufe verbunden ist und eingerichtet ist, mit dem Bus verbunden zu werden;
- einen zweiten Kontaktstift, der eingerichtet ist, einen übertragenen Datenstrom von einer Steuereinheit zu empfangen;
- einen Übertragungsschaltkreis, der eingerichtet ist, den empfangenen übertragenen Datenstrom in ein Bussignal umzuwandeln, das der Schnittstelle bereitgestellt wird;
- einen Empfangsschaltkreis, der eingerichtet ist, das Bussignal von dem Bus zurückzulesen und den logischen Zustand des Busses aufgrund des Spannungspegels des Bussignals anzuzeigen;
- einen dritten Kontaktstift, der eingerichtet ist zum Kommunizieren des logischen Zustands des Busses, wie er durch den Empfangsschaltkreis für die Steuereinheit angezeigt wird.

Auch wird ein Halbleiterchip (Die) für eine Batterieverwaltung vorgeschlagen, wobei der Halbleiterchip umfasst:

- eine Logik, die eingerichtet ist zum Messen eines oder mehrerer Parameter, die dem Laden und/oder Entladen einer Batterie zugeordnet sind;
- eine Schnittstelle, die eingerichtet ist zum Kommunizieren von Messergebnissen für die Batterie über einen Bus, über den ein erster logischer Zustand durch einen höheren Spannungspegel übermittelt wird und ein zweiter logischer Zustand durch einen niedrigeren Spannungspegel übermittelt wird,
- wobei die Schnittstelle umfasst:
- - eine Ausgangsstufe, die einen Leistungstransistor, der eingerichtet ist zum Treiben des niedrigeren Spannungspegels auf den Bus, um den zweiten logischen Zustand zu übermitteln, und eine Schutzvorrichtung zwischen dem Leistungstransistor und dem Bus umfasst, wobei die Schutzvorrichtung eingerichtet ist zum Verbinden des Leistungstransistors mit dem Bus, wenn die Schutzvorrichtung eingeschaltet wird, und zum Begrenzen von negativen Spannungsausschlägen an dem Leistungstransistor, wenn die Schutzvorrichtung ausgeschaltet wird;
- - einen Steuerschaltkreis, der eingerichtet ist, die Schutzvorrichtung einzuschalten, wenn die Busspannung über dem niedrigeren Spannungspegel liegt, und die Schutzvorrichtung auszuschalten, wenn die Busspannung auf oder unter dem niedrigeren Spannungspegel liegt.

Ferner wird ein Verfahren vorgeschlagen zum Bilden einer Schnittstelle mit einem Bus, über den ein erster logischer Zustand durch einen höheren Spannungspegel übermittelt wird und ein zweiter logischer Zustand durch einen niedrigeren Spannungspegel übermittelt wird, wobei das Verfahren umfasst:

- Treiben, über eine Ausgangsstufe, die einen Leistungstransistor und eine Schutzvorrichtung umfasst, des niedrigeren Spannungspegels auf den Bus, um den zweiten logischen Zustand zu übermitteln, wobei die Schutzvorrichtung eingerichtet ist zum Verbinden des Leistungstransistors mit dem Bus, wenn die Schutzvorrichtung eingeschaltet wird, und zum Begrenzen von negativen Spannungsausschlägen an dem Leistungstransistor, wenn die Schutzvorrichtung ausgeschaltet wird;
- Steuern einer Spannung an einer Gate-Klemme der Schutzvorrichtung, so dass die Schutzvorrichtung eingeschaltet wird, wenn die Busspannung über dem niedrigeren Spannungspegel liegt, und die Schutzvorrichtung ausgeschaltet wird, wenn die Busspannung auf oder unter dem niedrigeren Spannungspegel liegt.

Gemäß einer Ausführungsform einer Schnittstelle für einen Bus, über den ein erster logischer Zustand durch einen höheren Spannungspegel übermittelt wird und ein zweiter logischer Zustand durch einen niedrigeren Spannungspegel übermittelt wird, umfasst die Schnittstelle: eine Ausgangsstufe, die einen Leistungstransistor, der konfiguriert ist zum Treiben des niedrigeren Spannungspegels auf den Bus, um den zweiten logischen Zustand zu übermitteln, und eine Schutzvorrichtung zwischen dem Leistungstransistor und dem Bus umfasst, wobei die Schutzvorrichtung konfiguriert ist zum Verbinden des Leistungstransistors mit dem Bus, wenn die Schutzvorrichtung eingeschaltet wird, und zum Begrenzen von negativen Spannungsausschlägen an dem Leistungstransistor, wenn die Schutzvorrichtung ausgeschaltet wird; und einen Steuerschaltkreis, der konfiguriert ist, die Schutzvorrichtung einzuschalten, wenn die Busspannung über dem niedrigeren Spannungspegel liegt, und die Schutzvorrichtung auszuschalten, wenn die Busspannung auf oder unter dem niedrigeren Spannungspegel liegt.
Gemäß einer Ausführungsform eines ungehäusten Halbleiterchips (Die) einer Batterieverwaltung umfasst der ungehäuste Halbleiterchip der Batterieverwaltung: eine Logik, die konfiguriert ist zum Messen eines oder mehrerer Parameter, die dem Laden und/oder Entladen einer Batterie zugeordnet sind; und eine Schnittstelle, die konfiguriert ist zum Kommunizieren der Messergebnisse für die Batterie über einen Bus, über den ein erster logischer Zustand durch einen höheren Spannungspegel übermittelt wird und ein zweiter logischer Zustand durch einen niedrigeren Spannungspegel übermittelt wird, wobei die Schnittstelle umfasst: eine Ausgangsstufe, die einen Leistungstransistor, der konfiguriert ist zum Treiben des niedrigeren Spannungspegels auf den Bus, um den zweiten logischen Zustand zu übermitteln, und eine Schutzvorrichtung zwischen dem Leistungstransistor und dem Bus umfasst, wobei die Schutzvorrichtung konfiguriert ist zum Verbinden des Leistungstransistors mit dem Bus, wenn die Schutzvorrichtung eingeschaltet wird, und zum Begrenzen von negativen Spannungsausschlägen an dem Leistungstransistor, wenn die Schutzvorrichtung ausgeschaltet wird; und einen Steuerschaltkreis, der konfiguriert ist, die Schutzvorrichtung einzuschalten, wenn die Busspannung über dem niedrigeren Spannungspegel liegt, und die Schutzvorrichtung auszuschalten, wenn die Busspannung auf oder unter dem niedrigeren Spannungspegel liegt.
Gemäß einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Bilden einer Schnittstelle mit einem Bus, über den ein erster logischer Zustand durch einen höheren Spannungspegel übermittelt wird und ein zweiter logischer Zustand durch einen niedrigeren Spannungspegel übermittelt wird, umfasst das Verfahren: Treiben, über eine Ausgangsstufe, die einen Leistungstransistor und eine Schutzvorrichtung umfasst, des niedrigeren Spannungspegels auf den Bus, um den zweiten logischen Zustand zu übermitteln, wobei die Schutzvorrichtung konfiguriert ist zum Verbinden des Leistungstransistors mit dem Bus, wenn die Schutzvorrichtung eingeschaltet wird, und zum Begrenzen von negativen Spannungsausschlägen an dem Leistungstransistor, wenn die Schutzvorrichtung ausgeschaltet wird; und Steuern einer Spannung an einer Gate-Klemme der Schutzvorrichtung, sodass die Schutzvorrichtung eingeschaltet wird, wenn die Busspannung über dem niedrigeren Spannungspegel liegt, und die Schutzvorrichtung ausgeschaltet wird, wenn die Busspannung auf oder unter dem niedrigeren Spannungspegel liegt.
Nach dem Lesen der nachfolgenden detaillierten Beschreibung und dem Betrachten der begleitenden Zeichnungen wird der Fachmann weitere Merkmale und Vorteile erkennen.
Die Elemente in den Zeichnungen sind in Bezug zueinander nicht unbedingt maßstabsgetreu gezeichnet. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen entsprechende ähnliche Teile. Die Merkmale der verschiedenen dargestellten Ausführungsformen können miteinander kombiniert werden, ausgenommen wenn sie sich gegenseitig ausschließen. Einige Ausführungsformen werden in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung ausführlich erläutert.

1 stellt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines LIN-Transceivers (Local Interconnect Network transceiver) dar.
2 stellt ein schematisches Schaltbild einer Schnittstelle des LIN-Transceivers ausführlicher dar.
3 stellt verschiedene Wellenformen dar, die zu dem Betrieb der LIN-Schnittstelle gehören, die in 2 gezeigt wird.
4, 6, 8 und 10 zeigen schematische Schaltbilder von verschiedenen Ausführungsformen eines Steuerschaltkreises, der in der LIN-Schnittstelle enthalten ist.
5, 7, 9 und 11 stellen verschiedene Wellenformen dar, die zu dem Betrieb der Steuerschaltkreise gehören, die in den 4, 6, 8 und 10 gezeigt werden.
12 stellt ein Schaltkreisschema einer Ausführungsform einer Ladungspumpe dar, die in dem Steuerschaltkreis enthalten ist.
13 stellt verschiedene Wellenformen dar, die zu dem Betrieb der Ladungspumpe gehören, die in 12 gezeigt wird.
14 bis 17 stellen schematische Schaltbilder von zusätzlichen Ausführungsformen des Steuerschaltkreises dar.
18 stellt ein schematisches Schaltbild einer Ausführungsform einer Schutzvorrichtung dar, die in der LIN-Schnittstelle enthalten ist.
19 stellt einen teilweisen Querschnitt eines Halbleitersubstrats dar, in dem p-Kanal-Transistorvorrichtungen der Schutzvorrichtung ein gemeinsames Body-Gebiet gemeinsam nutzen.
20 stellt ein Blockschaubild einer Ausführungsform eines ungehäusten Halbleiterchips einer Batterieverwaltung (Chip) dar, der in der LIN-Schnittstelle enthalten ist.

Die hier beschriebenen Ausführungsformen stellen einen Schutz vor negativen Spannungen für MOSFET-basierte Busschnittstellen wie zum Beispiel Busschnittstellen eines LIN (Local Interface Network), Busschnittstellen einer CXPI (Clock Extension Peripheral Interface) usw. bereit. Die Ausgangsstufe (Ausgangstreiberstufe) der MOSFET-basierten Busschnittstelle kann zum Beispiel einen PMOS-Leistungstransistor zum Treiben des Spannungspegels des Busses gemäß dem logischen Zustand aufweisen, der über den Bus zu übermitteln ist. In dem Fall der LIN-Spezifikationen 1.2, 1.3, 2.0, 2.1, 2.2 und 2.2A zeigt der Spannungspegel, der auf den Bus getrieben wird, zum Beispiel den dominanten Zustand oder den rezessiven Zustand an. Eine Schutzvorrichtung verbindet den Leistungstransistor der Ausgangsstufe mit dem Bus, wenn die Schutzvorrichtung eingeschaltet wird, und begrenzt negative Spannungsausschläge an dem Leistungstransistor, wenn die Schutzvorrichtung ausgeschaltet wird. Das hier beschriebene Schema zum Schutz vor negativen Spannungen weist einen Steuerschaltkreis zum Steuern des Ein-/Aus-Zustands der Schutzvorrichtung in einer Weise auf, die negative Spannungsausschläge an dem Leistungstransistor begrenzt, während gleichzeitig verhindert wird, dass eine parasitäre Vorrichtung innerhalb der Schutzvorrichtung eingeschaltet wird.
Als Nächstes werden in Bezug auf die Figuren beispielhafte Ausführungsformen des verbesserten Schemas zum Schutz vor negativen Spannungen beschrieben. Die hier beschriebenen Ausführungsformen werden im Zusammenhang mit einem LIN-Bus beschrieben. Das hier beschriebene verbesserte Schema zum Schutz vor negativen Spannungen kann auch auf andere Fahrzeugkommunikationsprotokolle angewandt werden, die ein Multiplexen zwischen elektronischen Steuereinheiten (Electronic Control Units, ECUs) wie zum Beispiel Steueranwendungen der Fahrzeugkarosserie einschließlich eines Lenkschalters, AC und Armaturenbrettsystemen ermöglichen. Zum Beispiel können die Schnittstellen-, Bus- und Transceiver-Elemente, die nachfolgend beschrieben werden, mit dem CXPI-Protokoll anstelle des LIN-Protokolls kompatibel sein.
1 zeigt eine Ausführungsform eines LIN-Transceivers 100. Der LIN-Transceiver 100 weist eine Schnittstelle 102 für einen LIN-Bus auf, über den ein erster logischer Zustand durch einen höheren Spannungspegel übermittelt wird und ein zweiter logischer Zustand durch einen niedrigeren Spannungspegel übermittelt wird. Bei einer Ausführungsform ist die Schnittstelle 102 kompatibel mit den LIN-Spezifikationen 1.2, 1.3, 2.0, 2.1, 2.2 und 2.2A, der erste logische Zustand entspricht dem rezessiven Zustand, der in den LIN-Spezifikationen 1.2, 1.3, 2.0, 2.1, 2.2 und 2.2A definiert wird, und der zweite logische Zustand entspricht dem dominanten Zustand, der in den LIN-Spezifikationen 1.2, 1.3, 2.0, 2.1, 2.2 und 2.2A definiert wird.
Ungeachtet des spezifischen Typs des LIN-Busses enthält die LIN-Schnittstelle 102 eine Ausgangsstufe 104, die einen Leistungstransistor T1 zum Treiben des LIN-Busses und eine Schutzvorrichtung „PD“ 106 zwischen dem Leistungstransistor T1 und dem LIN-Bus aufweist. Der Leistungstransistor T1 treibt den höheren Spannungspegel auf den LIN-Bus, um den ersten logischen Zustand zu übermitteln, und treibt den niedrigeren Spannungspegel auf den LIN-Bus, um den zweiten logischen Zustand zu übermitteln.
Die Schutzvorrichtung 106 verbindet den Leistungstransistor T1 mit dem LIN-Bus, wenn die Schutzvorrichtung 106 eingeschaltet wird, und begrenzt negative Spannungsausschläge an dem Leistungstransistor T1, wenn die Schutzvorrichtung 106 ausgeschaltet wird. Die LIN-Schnittstelle 102 weist auch einen Steuerschaltkreis 108 auf, um die Schutzvorrichtung 106 einzuschalten, wenn die LIN-Busspannung über dem niedrigeren Spannungspegel liegt, und um die Schutzvorrichtung 106 auszuschalten, wenn die LIN-Busspannung auf oder unter dem niedrigeren Spannungspegel liegt.
Der LIN-Transceiver 100, der in 1 gezeigt wird, weist auch einen LIN-Buskontaktstift „BUS“ auf, der mit der Ausgangsstufe 104 der LIN-Schnittstelle 102 verbunden ist. Der LIN-Buskontaktstift Bus dient dazu, den LIN-Transceiver 100 mit einem LIN-Bus zu verbinden. Ein Übertragungsdateneingangskontaktstift „TxD“ des LIN-Transceivers 100 dient dazu, einen Übertragungsdatenstrom „TX_DATA“ von einer Steuereinheit 110 wie zum Beispiel einer Mikrosteuereinheit zu empfangen. Ein Übertragungsdateneingangsschaltkreis 112 des LIN-Transceivers 100 wandelt den empfangenen Übertragungsdatenstrom in ein LIN-Bussignal „LBUS“, das einem Treiberschaltkreis 114 der LIN-Schnittstelle 102 bereitgestellt wird. In dem Fall der LIN-Spezifikationen 1.2, 1.3, 2.0, 2.1, 2.2 und 2.2A stellt eine integrierte Pull-down-Vorrichtung R_TD sicher, dass der empfangene Übertragungsdatenstrom in dem dominanten Zustand logisch Low ist. Der LIN-Transceiver 100 weist auch einen Versorgungseingangskontaktstift „V_S“, um eine Versorgungsspannung V_sup wie zum Beispiel eine Batteriespannung bereitzustellen, und einen Eingangskontaktstift „GND“ auf. Ein interner Abschluss und eine Pull-up-Stromquelle 110 können den Versorgungseingangskontaktstift Vs mit dem LIN-Buskontaktstift Bus verbinden.
Ein Empfangsschaltkreis 116 des LIN-Transceivers 100 liest das LIN-Bussignal zurück von dem LIN-Bus und zeigt den logischen Zustand des LIN-Busses aufgrund des Spannungspegels des LIN-Bussignals an. Der Empfangsschaltkreis 116 ist durch einen Pull-up-Schaltkreis R_X1, R_X2 mit dem Versorgungseingangskontaktstift Vs verbunden. Ein Empfangsdatenausgangskontaktstift „RxD“ des LIN-Transceivers 100 kommuniziert den logischen Zustand des LIN-Busses, wie durch den Empfangsschaltkreis 116 für die Steuereinheit 110 über einer Treibervorrichtung T2 angezeigt wird, die den empfangenen Datenstrom „RX_data“ zu der Steuereinheit 110 überträgt.
Der LIN-Transceiver 100 kann auch einen Aktivierungseingangskontaktstift „EN“ zum Empfangen eines Aktivierungssignals aufweisen. Mit dem Aktivierungseingangskontaktstift EN können eine integrierte Pull-down-Vorrichtung R_EN und ein Schaltkreis 118 zum Einstellen des LIN-Transceivers 100 auf einen normalen Betriebsmodus verbunden sein, wenn das an dem Aktivierungseingangskontaktstift EN empfangene Signal aktiv z.B. logisch High ist. In dem normalen Betriebsmodus werden Daten von der Steuereinheit 112 über den TxD-Kontaktstift zu dem LIN-Bus übertragen und der Empfänger 116 erkennt den Datenstrom auf dem LIN-Bus und leitet die erkannten Daten weiter zu dem RxD-Ausgangskontaktstift.
Der LIN-Transceiver 100 kann auch einen Aufweckeingangskontaktstift „WK“ aufweisen, der in Verbindung mit dem Zustand des LIN-Busses verwendet werden kann, um den LIN-Transceiver 100 in einen Standby-Modus zu setzen, in dem eine Kommunikation auf dem LIN-Bus nicht erlaubt ist. Der LIN-Transceiver 100 kann einen Vergleichsschaltkreis 120 zum Überwachen der Zustände des Aufweckeingangskontaktstift WK und des LIN-Busses, um zu ermitteln, wann der LIN-Transceiver 100 in den Standby-Modus zu setzen ist, und eine Pull-up-Vorrichtung T3 zum Ziehen des Übertragungsdateneingangskontaktstifts TxD auf die Spannung des Versorgungseingangskontaktstifts Vs aufweisen, um den ersten logischen Zustand (z.B. den rezessiven Zustand anzuzeigen, wie er in den LIN-Spezifikationen 1.2, 1.3, 2.0, 2.1, 2.2 und 2.2A definiert wird).
Der LIN-Transceiver 100 kann auch einen Sperrausgangskontaktstift „INH“ aufweisen, der ein versorgungsbezogener Ausgang ist. Der Sperrausgangskontaktstift INH kann verwendet werden, um einen externen Spannungsregler zu steuern oder um einen externen Busabschlusswiderstand zu steuern, wenn der LIN-Transceiver 100 in einem Master-Modus verwendet wird. Der Sperrausgangskontaktstift INH ist durch eine Leistungsvorrichtung T4 mit dem Versorgungseingang Vs verbunden. Der LIN-Transceiver 100 kann auch einen Schaltkreis 122 aufweisen, um den LIN-Transceiver 100 in einen Slave-Modus zu setzen. Der LIN-Transceiver 100 kann in den Master-Modus gesetzt werden, indem ein Widerstand R_slave und eine Rückwärtsdiode D1 z.B. über eine Schaltvorrichtung T5 zwischen den LIN-Buskontaktstift Bus und den Versorgungseingangskontaktstift Vs oder den Sperrausgangskontaktstift INH geschaltet werden. Es können noch weitere zusätzliche Schaltungen in den LIN-Transceiver 100 eingefügt werden.
2 stellt die LIN-Schnittstelle 102 ausführlicher dar. Gemäß dieser Ausführungsform ist der Versorgungseingangskontaktstift Vs des LIN-Transceivers zum Beispiel durch ein Paar in Reihe geschaltete Rückwärtsdioden Da, Db und Widerstände Ra, Rb mit dem LIN-Buskontaktstift Bus verbunden. Der Schutzvorrichtungssteuerschaltkreis 108 der LIN-Schnittstelle 102 schaltet die Schutzvorrichtung 106 aus, wenn die LIN-Busspannung „Vlin“ unter einem maximal erlaubten Wert für den niedrigeren Spannungspegel und über 0 V liegt und schaltet die Schutzvorrichtung 106 über dieser Spannungsbedingung ein. Bei einer Ausführungsform liegt der maximal erlaubte Wert für den niedrigeren Spannungspegel bei 1,2 V, wie in 3 gezeigt wird und wie z.B. in den LIN-Spezifikationen 1.2, 1.3, 2.0, 2.1, 2.2 und 2.2A spezifiziert wird.
In 2 wird die Schutzvorrichtung 106 als eine p-Kanal-Transistorvorrichtung PM1 dargestellt, die eine Drain-Klemme „D“, die mit dem LIN-Buskontaktstift Bus verbunden ist, und eine Source-Klemme „S“ aufweist, die mit dem Leistungstransistor T1 verbunden ist, der den LIN-Bus antreibt. Für p-Kanal-Vorrichtungen sind die Source- und Drain-Gebiete p-dotiert und das Body-Gebiet ist n-dotiert. Das Body-Gebiet „BG“ liegt auf einem Substratpotential „Vsub“, das auf dem gleichen Potential wie die Erdungsreferenzklemme „Vssl“ (Masse) liegen kann. Ein Treiberstrom „Idrv“ fließt von dem Drain D zur Source S der p-Kanal-Transistorschutzvorrichtung PM1, wenn PM1 durch den Steuerschaltkreis 108 eingeschaltet wird, und an der Drain-Klemme D des Leistungstransistors T1 erscheint eine Spannung Vdi.
Wenn das LIN-Bussignal Lbus, das von dem Übertragungsdateneingangsschaltkreis 114 des LIN-Transceivers 100 bereitgestellt wird, von einem logischen High-Pegel zu einem logischen Low-Pegel übergeht, geht die LIN-Busspannung Vlin von dem ersten logischen Zustand zu dem zweiten logischen Zustand über, aber mit einer kontrollierten Flankensteilheit. Wenn das LIN-Bussignal Lbus von einem logischen Low-Pegel zu einem logischen High-Pegel übergeht, geht die LIN-Busspannung Vlin von dem zweiten logischen Zustand zu dem ersten logischen Zustand über, aber auch mit einer kontrollierten Flankensteilheit. 2 zeigt die High-zu-Low und die Low-zu-High Flankensteilheiten durch gestrichelte schräge Linien in der oben rechts gezeigten Vlin-Wellenform an. Der Steuerschaltkreis 108 der LIN-Schnittstelle 102 stellt sicher, dass die Schutzvorrichtung 106 die Flankensteilheitssteuerung nicht nachteilig beeinflusst, indem ein parasitäres Einschalten innerhalb der p-Kanal-Transistorvorrichtung PM1 vermieden wird.
Zu diesem Zweck und für die Ausführungsform der p-Kanal-Transistorvorrichtung PM1, die in 2 gezeigt wird, treibt der Schaltersteuerschaltkreis 108 die Gate-Klemme „G“ der p-Kanal-Transistorvorrichtung PM1 auf 0 V, damit der LIN-Bus von dem ersten logischen Zustand zu dem zweiten logischen Zustand übergeht, in dem die Spannung „Vg1“ an der Gate-Klemme G der p-Kanal-Transistorvorrichtung PM1 den niedrigeren Spannungspegel für den LIN-Bus für die in 2 dargestellte Ausführungsform bestimmt. Für die LIN-Spezifikationen 1.2, 1.3, 2.0, 2.1, 2.2 und 2.2A bedeutet dies, dass der Steuerschaltkreis 108 die p-Kanal-Transistorschutzvorrichtung PM1 für LIN-Busspannungen bei oder in der Nähe von 0 V ausschaltet. Der Steuerschaltkreis 108 kann zum Beispiel die p-Kanal-Transistorschutzvorrichtung PM1 zwischen 0 V und der maximalen für den LIN-Bus in dem dominanten Zustand erlaubten Spannung „VMax“ abschalten, wie in 3 gezeigt wird. Durch das Steuern der Schutzvorrichtung 106 in dieser Weise, wird ein parasitäres Einschalten innerhalb der p-Kanal-Transistorschutzvorrichtung PM1 vermieden, während auch negative Spannungsausschläge an dem Leistungstransistor T1 begrenzt werden.
4 stellt den Steuerschaltkreis 108 der LIN-Schnittstelle 102 ausführlicher dar. Gemäß dieser Ausführungsform weist der Steuerschaltkreis 108 eine erste p-Kanal-Transistorvorrichtung PM2 und eine zweite p-Kanal-Transistorvorrichtung PM3 auf, die in Reihe geschaltet sind und parallel zu dem Leistungstransistor T1 geschaltet sind. Die Source-Klemme S und das Body-Gebiet BG der p-Kanal-Transistorvorrichtung PM2 sind mit der Schutzvorrichtung 106 verbunden. Die Drain-Klemme D und die Gate-Klemme G der p-Kanal-Transistorvorrichtung PM2 sind mit der Source-Klemme der p-Kanal-Transistorvorrichtung PM3 verbunden. Das Body-Gebiet BG der p-Kanal-Transistorvorrichtung PM3 ist mit der Schutzvorrichtung 106 verbunden. Die Gate-Klemme G der p-Kanal-Transistorvorrichtung PM3 ist sowohl mit der Drain-Klemme D der p-Kanal-Transistorvorrichtung PM3 als auch der Gate-Klemme G der Schutzvorrichtung 106 verbunden. Der Steuerschaltkreis 108 weist auch einen Widerstand R1 auf, der in Reihe geschaltet ist zwischen der Drain-Klemme D der p-Kanal-Transistorvorrichtung PM3 und der Erdungsreferenzklemme Vssl. In dem Fall der LIN-Spezifikationen 1.2, 1.3, 2.0, 2.1, 2.2 und 2.2A kann der Widerstand R1 in dem Megaohm-Bereich liegen.
Gemäß der Ausführungsform der 4 wird der Spannungspegel des zweiten logischen Zustands durch die Schwellenspannung „Vthp1“ der p-Kanal-Transistorschutzvorrichtung PM1 bestimmt. In dem Fall der LIN-Spezifikationen 1.2, 1.3, 2.0, 2.1, 2.2 und 2.2A bedeutet dies, dass der maximale Pegel VMax von 1,2 V, der von der LIN-Spezifikation für den dominanten Zustand gefordert wird, abhängig von der Variationsgröße in Vthp1 nicht erfüllt werden kann. Dies wird in 5 dargestellt, die zeigt, dass eine Differenz zwischen der LIN-Busspannung Vlin und der Gate-Spannung Vg1 der p-Kanal-Transistorschutzvorrichtung PM1 vorhanden ist. Diese Differenz entspricht der Gate-zu-Source-Spannung „Vgs1“ der p-Kanal-Transistorschutzvorrichtung PM1, die gegeben ist durch: $Vgs 1 = Vthp2 + Vthp3 > Vthp1$

wobei Vthp2 die Schwellenspannung der p-Kanal-Transistorvorrichtung PM2 ist und Vthp3 die Schwellenspannung der p-Kanal-Transistorvorrichtung PM3 ist.
6 stellt eine weitere Ausführungsform des Steuerschaltkreises 108 der LIN-Schnittstelle 102 dar. Die in 6 dargestellte Ausführungsform ist ähnlich wie die in 4 dargestellte Ausführungsform. Unterschiedlich ist jedoch, dass der Steuerschaltkreis 108 außerdem eine erste n-Kanal-Transistorvorrichtung NM1 aufweist, die zwischen die p-Kanal-Transistorvorrichtung PM3 und die Erdungsreferenzklemme Vssl in Reihe geschaltet ist. Für n-Kanal-Vorrichtungen sind die Source und der Drain n-dotiert und der Body ist p-dotiert. Die Source-Klemme S und das Body-Gebiet BG der n-Kanal-Transistorvorrichtung NM1 sind mit der Erdungsreferenzklemme Vssl in 6 verbunden. Die Drain-Klemme D der n-Kanal-Transistorvorrichtung NM1 ist z.B. durch den Widerstand R1 mit der Drain-Klemme D der p-Kanal-Transistorvorrichtung PM3 verbunden. Die Gate-Klemme G der n-Kanal-Transistorvorrichtung NM1 ist mit der Drain-Klemme D der n-Kanal-Transistorvorrichtung NM1 verbunden. Die n-Kanal-Transistorvorrichtung NM1 wird ausgeschaltet, wenn die LIN-Busspannung Vlin unter die Schwellenspannung „Vthn1“ der n-Kanal-Transistorvorrichtung NM1 abfällt. Der Steuerschaltkreis 108 schaltet die Schutzvorrichtung 106 aus, wenn die LIN-Busspannung Vlin unter die Schwellenspannung Vthp1 der p-Kanal-Transistorschutzvorrichtung PM1 minus einer Vorwärtsspannung „Vfn1“ einer Body-Diode BD1 der n-Kanal-Transistorvorrichtung NM1 abfällt.
Wie in 7 dargestellt wird, wird die n-Kanal-Transistorvorrichtung NM1 eingeschaltet, wenn die LIN-Busspannung Vlin unter die Schwellenspannung Vthn1 der n-Kanal-Transistorvorrichtung NM1 abfällt. Wenn diese Bedingung auftritt, werden auch sowohl die p-Kanal-Transistorvorrichtung PM2 als auch die p-Kanal-Transistorvorrichtung PM3 ausgeschaltet. Dementsprechend kann die Gate-Spannung Vg1 der p-Kanal-Transistorschutzvorrichtung PM1 durch die Gate-Kapazität der p-Kanal-Transistorschutzvorrichtung PM1 auf -Vfn1 verringert werden. In dem Fall der LIN-Spezifikationen 1.2, 1.3, 2.0, 2.1, 2.2 und 2.2A bedeutet dies, dass der Spannungspegel für den dominanten Zustand mit einem adäquaten Spielraum unter dem Maximum von 1,2 V gehalten wird.
8 stellt eine weitere Ausführungsform des Steuerschaltkreises 108 der LIN-Schnittstelle 102 dar. Die in 8 dargestellte Ausführungsform ist ähnlich wie die in 6 dargestellte Ausführungsform. Unterschiedlich ist jedoch, dass der Steuerschaltkreis 108 außerdem eine Ladungspumpe 200 umfasst, die parallel zu der n-Kanal-Transistorvorrichtung NM1 geschaltet ist. Die Ladungspumpe 200 ist eine Stromquelle, die einen Strom „Icp“ bereitstellt, der eine negative Spannung an der Gate-Klemme G der Schutzvorrichtung 106 beibehält, wenn sich der LIN-Bus in dem zweiten logischen Zustand befindet, wie in 9 gezeigt wird. In dem Fall der LIN-Spezifikationen 1.2, 1.3, 2.0, 2.1, 2.2 und 2.2A ist die Ladungspumpe 200 in dem dominanten Zustand aktiv, um eine negative Spannung -Vg1 an der Gate-Klemme G der p-Kanal-Transistorschutzvorrichtung PM1 gemäß einer DC-Spezifikation der LIN-Spezifikation beizubehalten.
10 stellt eine weitere Ausführungsform des Steuerschaltkreises 108 der LIN-Schnittstelle 102 dar. Die in 8 dargestellte Ausführungsform ist ähnlich wie die in 6 dargestellte Ausführungsform. Unterschiedlich ist jedoch, dass der Steuerschaltkreis 108 außerdem eine zweite n-Kanal-Transistorvorrichtung NM2 aufweist, die zwischen die n-Kanal-Transistorvorrichtung NM1 und die Erdungsreferenzklemme Vssl in Reihe geschaltet ist. Die Source-Klemme S der n-Kanal-Transistorvorrichtung NM1 ist mit der Drain-Klemme D der n-Kanal-Transistorvorrichtung NM2 verbunden. Die Drain-Klemme D und die Gate-Klemme G der n-Kanal-Transistorvorrichtung NM1 sind mit der Drain-Klemme der p-Kanal-Transistorvorrichtung PM3 verbunden. Das Body-Gebiet BG der n-Kanal-Transistorvorrichtung NM1 und sowohl die Source-Klemme S als auch das Body-Gebiet BG der zweiten n-Kanal-Transistorvorrichtung NM2 sind mit der Erdungsreferenzklemme Vssl verbunden. Die n-Kanal-Transistorvorrichtung NM2 ist konfiguriert, um ausgeschaltet zu werden, wenn sich der LIN-Bus in dem ersten logischen Zustand befindet. Bei einer Ausführungsform wird die Gate-Klemme G der n-Kanal-Transistorvorrichtung NM2 durch den logischen Zustand des LIN-Busses so gesteuert, dass die n-Kanal-Transistorvorrichtung NM2 ausgeschaltet wird, wenn sich der LIN-Bus in dem ersten logischen Zustand befindet.
Das LIN-Bussignal Lbus, das von dem Übertragungsdateneingangsschaltkreis 114 des LIN-Transceivers 100 bereitgestellt wird, kann zum Beispiel invertiert werden 300. Das invertierte Signal treibt die Gate-Klemme G der n-Kanal-Transistorvorrichtung NM2 an. Dementsprechend wird die n-Kanal-Transistorvorrichtung NM2 ausgeschaltet, wenn sich der LIN-Bus in dem ersten logischen Zustand befindet. In dem Fall der LIN-Spezifikationen 1.2, 1.3, 2.0, 2.1, 2.2 und 2.2A bedeutet dies, dass die n-Kanal-Transistorvorrichtung NM2 in dem rezessiven Zustand ausgeschaltet wird. Die LIN-Spezifikationen 1.2, 1.3, 2.0, 2.1, 2.2 und 2.2A benötigen eine maximale Stromaufnahme von 20 µA, wenn die Ausgangsstufe 104 und der Treiber 114 ausgeschaltet sind. Das Ausschalten der n-Kanal-Transistorvorrichtung NM2, wenn sich der LIN-Bus in dem rezessiven Zustand befindet, verringert die Stromaufnahme I_{BUS_PAS_rec} an dem LIN-Buskontaktstift Bus und hilft somit, die LIN-Spezifikationen 1.2, 1.3, 2.0, 2.1, 2.2 und 2.2A zu erfüllen.
Das invertierte Lbus-Signal bildet auch ein Ladungspumpenaktivierungssignal en_cp für die Ladungspumpe 200, die parallel zu den in Reihe geschalteten n-Kanal-Transistorvorrichtungen NM1, NM2 geschaltet ist. Die Ladungspumpe 200 behält eine negative Spannung an der Gate-Klemme G der Schutzvorrichtung 106 bei, wenn sich der LIN-Bus in dem zweiten logischen Zustand befindet, wie zuvor im Zusammenhang mit 8 erläutert wurde. Wenn das LIN-Bussignal Lbus in 9 logisch High ist, um den ersten logischen Zustand (z.B. den rezessiven Zustand in den LIN-Spezifikationen 1.2, 1.3, 2.0, 2.1, 2.2 und 2.2A) anzuzeigen, ist das Ladungspumpenaktivierungssignal en cp logisch Low und deaktiviert dadurch die Ladungspumpe 200. Wenn das LIN-Bussignal Lbus logisch Low ist, um den zweiten logischen Zustand (z.B. den dominanten Zustand in den LIN-Spezifikationen 1.2, 1.3, 2.0, 2.1, 2.2 und 2.2A) anzuzeigen, ist das Ladungspumpenaktivierungssignal en_cp logisch High und aktiviert dadurch die Ladungspumpe 200.
12 stellt eine Ausführungsform der Ladungspumpe 200 dar. Gemäß dieser Ausführungsform der Ladepumpe 200 ist eine p-Kanal-Transistorvorrichtung PMcpl mit einer Versorgungsspannung Vddd verbunden und eine n-Kanal-Transistorvorrichtung NMcp1 ist durch den Widerstand Rcp1 mit der p-Kanal-Transistorvorrichtung PMcpl verbunden. Zwei zusätzliche n-Kanal-Transistorvorrichtungen NMcp2, NMcp3 sind durch einen Kondensator Ccp1 mit dem Knoten „vcp“ verbunden. Das Ladungspumpenaktivierungssignal en_cp und das gepufferte Signal am Knoten vcp werden in ein logisches UND-Gatter 400 eingegeben. Ein invertierter Ausgang des logischen UND-Gatters 400 ist durch einen Widerstand Rcp2 mit dem Drain einer vierten n-Kanal-Transistorvorrichtung NMcp4 verbunden. Das Gate der n-Kanal-Transistorvorrichtung NMcp4 ist mit dem nicht-invertierten Ausgang des logischen UND-Gatters 400 verbunden. Der invertierte Ausgang des logischen UND-Gatters 400 wird erneut invertiert, um ein Triggersignal „vtrig“ zu bilden, das mit dem Gate der p-Kanal-Transistorvorrichtung PMcpl und dem Gate der n-Kanal-Transistorvorrichtung NMcp1 verbunden ist. Eine invertierte Version des Triggersignals vtrig treibt das Gate der n-Kanal-Transistorvorrichtung NMcp2 an und wird erneut invertiert, um das Gate der n-Kanal-Transistorvorrichtung NMcp3 anzutreiben. Die Source der n-Kanal-Transistorvorrichtung NMcp3 bildet einen Ladungsknoten „cp“, der mit der Drain-Klemme der n-Kanal-Transistorvorrichtung NM1 verbunden ist, wie in den 8 und 10 gezeigt wird.
13 stellt verschiedene Stromwellenformen (I) und Spannungswellenformen (V) an verschiedenen Knoten der Ladungspumpe 200 dar. Das Triggersignal vtrig steuert den Lade-/Entladezustand der Ladungspumpe 200 aufgrund des Ein-/Aus-Zustands der Transistorvorrichtungen PMcpl, NMcp1, NMcp2 und NMcp3, wie in der zweiten Wellenform von oben in 13 gezeigt wird.
14 stellt eine weitere Ausführungsform des Steuerschaltkreises 108 der LIN-Schnittstelle 102 dar. Die in 14 dargestellte Ausführungsform ist ähnlich wie die in 4 dargestellte Ausführungsform. Unterschiedlich ist jedoch, dass der Steuerschaltkreis 108 anstelle des Widerstands R1 eine Stromquelle 500 aufweist, die in Reihe geschaltet ist zwischen die Drain-Klemme D der p-Kanal-Transistorvorrichtung PM3 und die Erdungsreferenzklemme Vssl.
15 stellt eine weitere Ausführungsform des Steuerschaltkreises 108 der LIN-Schnittstelle 102 dar. Die in 15 dargestellte Ausführungsform ist ähnlich wie die in 6 dargestellte Ausführungsform. Unterschiedlich ist jedoch, dass der Steuerschaltkreis 108 eine zusätzliche n-Kanal-Transistorvorrichtung NM3 und eine Stromquelle 600 aufweist, die mit der Drain-Klemme D der n-Kanal-Transistorvorrichtung NM3 verbunden ist. Sowohl die Source-Klemme S als auch das Body-Gebiet BG der n-Kanal-Transistorvorrichtung NM3 sind mit der Erdungsreferenzklemme Vssl verbunden. Die Gate-Klemme G der n-Kanal-Transistorvorrichtung NM3 ist sowohl mit der Drain-Klemme D der n-Kanal-Transistorvorrichtung NM3 als auch der Gate-Klemme G der n-Kanal-Transistorvorrichtung NM1 verbunden.
16 stellt eine weitere Ausführungsform des Steuerschaltkreises 108 der LIN-Schnittstelle 102 dar. Die in 16 dargestellte Ausführungsform ist ähnlich wie die in 15 dargestellte Ausführungsform. Unterschiedlich ist jedoch, dass der Steuerschaltkreis 108 außerdem eine Ladungspumpe 200 umfasst, die parallel zu der n-Kanal-Transistorvorrichtung NM1 geschaltet ist. Wie in Zusammenhang mit den 8 und 10 erläutert wird, behält die Ladungspumpe 200 eine negative Spannung an der Gate-Klemme G der Schutzvorrichtung 106 bei, wenn sich der LIN-Bus in dem zweiten logischen Zustand befindet.
17 stellt eine weitere Ausführungsform des Steuerschaltkreises 108 der LIN-Schnittstelle 102 dar. Die in 17 dargestellte Ausführungsform ist ähnlich wie die in 16 dargestellte Ausführungsform. Unterschiedlich ist jedoch, dass der Steuerschaltkreis 108 außerdem eine zusätzliche n-Kanal-Transistorvorrichtung NM2 aufweist, die zwischen die n-Kanal-Transistorvorrichtung NM1 und die p-Kanal-Transistorvorrichtung PM3 in Reihe geschaltet ist. Die n-Kanal-Transistorvorrichtung NM2 wird ausgeschaltet, wenn sich der LIN-Bus in dem ersten logischen Zustand befindet.
18 stellt eine weitere Ausführungsform der Schutzvorrichtung 106 der LIN-Schnittstelle 102 dar. Gemäß dieser Ausführungsform weist die Schutzvorrichtung 106 eine p-Kanal-Transistorvorrichtung PM1 auf, die monolithisch mit einer weiteren p-Kanal-Transistorvorrichtung PM4 integriert ist, sodass die p-Kanal-Transistorvorrichtungen PM1, PM4 ein gemeinsames Body-Gebiet gemeinsam nutzen. Die Source-Klemme S der p-Kanal-Transistorvorrichtung PM1 ist mit dem Leistungstransistor T1 verbunden. Die Drain-Klemme D der p-Kanal-Transistorvorrichtung PM1 und die Drain-Klemme der p-Kanal-Transistorvorrichtung PM4 sind mit dem LIN-Buskontaktstift Bus verbunden. Die Source-Klemme S der p-Kanal-Transistorvorrichtung PM4 ist mit dem gemeinsamen Body-Gebiet verbunden. Die Gate-Klemme G der p-Kanal-Transistorvorrichtung PM1 und die Gate-Klemme der p-Kanal-Transistorvorrichtung PM4 sind mit dem Steuerschaltkreis 108 verbunden und beide weisen die gleiche Gate-Spannung Vg1 auf.
19 stellt einen teilweisen Querschnitt eines Halbleitersubstrats 700 dar, in dem die p-Kanal-Transistorvorrichtungen PM1, PM4 der Schutzvorrichtung 106 ein gemeinsames Body-Gebiet 702 gemeinsam nutzen. Das Halbleitersubstrat 700 ist p-Typ dotiert, das gemeinsame Body-Gebiet 702 ist n-Typ dotiert und die Source- und Drain-Gebiete 704 der p-Kanal-Transistorvorrichtungen PM1, PM4 sind p-Typ dotiert. Gemäß dieser Ausführungsform wird die parasitäre pnp-Vorrichtung, die in 19 gezeigt wird, nicht aktiviert, obwohl das Body-Gebiet BG/702 der p-Kanal-Transistorvorrichtung PM4 potentialfrei ist. In diesem Fall wird der Spannungspegel für den zweiten logischen Zustand (z.B. den dominanten Zustand in den LIN-Spezifikationen 1.2, 1.3, 2.0, 2.1, 2.2 und 2.2A) verbessert, indem die Gate-Klemme G der p-Kanal-Transistorvorrichtung PM1 und die Gate-Klemme G der p-Kanal-Transistorvorrichtung PM4 gesteuert werden.
20 stellt eine Ausführungsform eines ungehäusten Halbleiterchips einer Batterieverwaltung 800 (Chip) dar, der in der LIN-Schnittstelle 102 enthalten ist, die hier beschrieben wird. Der ungehäuste Halbleiterchip der Batterieverwaltung 800 weist auch eine Logik 802 auf wie zum Beispiel eine analoge und/oder digitale Schaltung zum Messen eines oder mehrerer Parameter, die dem Laden und/oder dem Entladen einer Batterie 804 zugeordnet sind, die eine oder mehrere elektrische Lasten 806 mit Strom versorgt. Die Messlogik 802 kann zum Beispiel einen oder mehrere Stromsensoren, Spannungssensoren, Temperatursensoren usw. aufweisen. Die LIN-Schnittstelle 102 kommuniziert die Messergebnisse für die Batterie 804 zu einer elektronischen Steuereinheit (Electronic Control Unit, ECU) 808, wie zum Beispiel einer Mikrosteuereinheit, indem ein LIN-Bus 810 verwendet wird, über den ein erster logischer Zustand durch einen höheren Spannungspegel übermittelt wird und ein zweiter logischer Zustand durch einen niedrigeren Spannungspegel übermittelt wird. Wie hier zuvor erläutert wurde, enthält die LIN-Schnittstelle 102 eine Ausgangsstufe 104, die einen (in 20 nicht gezeigten) Leistungstransistor T1 zum Treiben des niedrigeren Spannungspegels auf den LIN-Bus 810 enthält, um den zweiten logischen Zustand zu übermitteln, und sie enthält eine (in 20 nicht gezeigte) Schutzvorrichtung 106 zwischen dem Leistungstransistor T1 und dem LIN-Bus 810. Die Schutzvorrichtung 106 verbindet den Leistungstransistor T1 mit dem LIN-Bus 810, wenn die Schutzvorrichtung 106 eingeschaltet wird, und begrenzt negative Spannungsausschläge an dem Leistungstransistor T2, wenn die Schutzvorrichtung 106 ausgeschaltet wird. Die LIN-Schnittstelle 102 weist auch einen (in 20 nicht gezeigten) Steuerschaltkreis 108 auf, der die Schutzvorrichtung 106 einschaltet, wenn die LIN-Busspannung über dem niedrigeren Spannungspegel liegt, und die Schutzvorrichtung 106 ausschaltet, wenn die LIN-Busspannung auf oder unter dem niedrigeren Spannungspegel liegt.
Wie zuvor erläutert wurde, kann das verbesserte Schema zum Schutz vor negativen Spannungen auch auf andere Fahrzeugkommunikationsprotokolle als auf LIN angewandt werden. Zum Beispiel können die Schnittstelle-, Bus- und Transceiver-Elemente, die in den vorangehenden Ausführungsformen beschrieben werden, mit dem CXPI-Protokoll anstelle des LIN-Protokolls kompatibel sein.
Obwohl die vorliegende Offenbarung nicht darauf beschränkt ist, zeigen die nachfolgenden nummerierten Beispiele einen oder mehrere Aspekte der Offenbarung.
Beispiel 1. Eine Schnittstelle für einen Bus, über den ein erster logischer Zustand durch einen höheren Spannungspegel übermittelt wird und ein zweiter logischer Zustand durch einen niedrigeren Spannungspegel übermittelt wird, wobei die Schnittstelle umfasst: eine Ausgangsstufe, die einen Leistungstransistor, der konfiguriert ist zum Treiben des niedrigeren Spannungspegels auf den Bus, um den zweiten logischen Zustand zu übermitteln, und eine Schutzvorrichtung zwischen dem Leistungstransistor und dem Bus umfasst, wobei die Schutzvorrichtung konfiguriert ist zum Verbinden des Leistungstransistors mit dem Bus, wenn die Schutzvorrichtung eingeschaltet wird, und zum Begrenzen von negativen Spannungsausschlägen an dem Leistungstransistor, wenn die Schutzvorrichtung ausgeschaltet wird; und einen Steuerschaltkreis, der konfiguriert ist, die Schutzvorrichtung einzuschalten, wenn die Busspannung über dem niedrigeren Spannungspegel liegt, und die Schutzvorrichtung auszuschalten, wenn die Busspannung auf oder unter dem niedrigeren Spannungspegel liegt.
Beispiel 2. Die Schnittstelle des Beispiels 1, wobei der Steuerschaltkreis konfiguriert ist, die Schutzvorrichtung auszuschalten, wenn die Busspannung unter einem maximal erlaubten Wert für den niedrigeren Spannungspegel und über 0 V liegt.
Beispiel 3. Die Schnittstelle des Beispiels 1 oder 2, wobei der Steuerschaltkreis konfiguriert ist zum Treiben einer Gate-Klemme der Schutzvorrichtung in Richtung auf 0 V, damit der Bus von dem ersten logischen Zustand zu dem zweiten logischen Zustand übergeht, und wobei die Spannung an der Gate-Klemme der Schutzvorrichtung den niedrigeren Spannungspegel für den Bus bestimmt.
Beispiel 4. Die Schnittstelle von einem der Beispiele 1 bis 3, wobei der Steuerschaltkreis eine erste p-Kanal-Transistorvorrichtung und eine zweite p-Kanal-Transistorvorrichtung umfasst, die in Reihe geschaltet sind und parallel zu dem Leistungstransistor geschaltet sind.
Beispiel 5. Die Schnittstelle des Beispiels 4, wobei: eine Source-Klemme und ein Body-Gebiet der ersten p-Kanal-Transistorvorrichtung mit der Schutzvorrichtung verbunden sind; eine Drain-Klemme und eine Gate-Klemme der ersten p-Kanal-Transistorvorrichtung mit einer Source-Klemme der zweiten p-Kanal-Transistorvorrichtung verbunden sind; ein Body-Gebiet der zweiten p-Kanal-Transistorvorrichtung mit der Schutzvorrichtung verbunden ist; und eine Gate-Klemme der zweiten p-Kanal-Transistorvorrichtung mit einer Drain-Klemme der zweiten p-Kanal-Transistorvorrichtung und mit einer Gate-Klemme der Schutzvorrichtung verbunden ist.
Beispiel 6. Die Schnittstelle des Beispiels 4 oder 5, wobei: der Steuerschaltkreis außerdem eine erste n-Kanal-Transistorvorrichtung umfasst, die zwischen die zweite p-Kanal-Transistorvorrichtung und eine Erdung (Masse) in Reihe geschaltet ist; die erste n-Kanal-Transistorvorrichtung konfiguriert ist, ausgeschaltet zu werden, wenn die Busspannung unter eine Schwellenspannung der ersten n-Kanal-Transistorvorrichtung abfällt; und der Steuerschaltkreis konfiguriert ist zum Ausschalten der Schutzvorrichtung, wenn die Busspannung unter eine Schwellenspannung der Schutzvorrichtung minus einer Vorwärtsspannung einer Body-Diode der ersten n-Kanal-Transistorvorrichtung abfällt.
Beispiel 7. Die Schnittstelle des Beispiels 6, wobei: eine Source-Klemme und ein Body-Gebiet der ersten n-Kanal-Transistorvorrichtung mit einer Erdung verbunden sind; eine Drain-Klemme der ersten n-Kanal-Transistorvorrichtung mit einer Drain-Klemme der zweiten p-Kanal-Transistorvorrichtung verbunden ist; und eine Gate-Klemme der ersten n-Kanal-Transistorvorrichtung mit der Drain-Klemme der ersten n-Kanal-Transistorvorrichtung verbunden ist.
Beispiel 8. Die Schnittstelle des Beispiels 6 oder 7, wobei: der Steuerschaltkreis außerdem eine Ladungspumpe umfasst, die parallel zu der ersten n-Kanal-Transistorvorrichtung geschaltet ist; und die Ladungspumpe konfiguriert ist zum Beibehalten einer negativen Spannung an der Gate-Klemme der Schutzvorrichtung, wenn sich der Bus in dem zweiten logischen Zustand befindet.
Beispiel 9. Die Schnittstelle von einem der Beispiele 6 bis 8, wobei: der Steuerschaltkreis außerdem eine zweite n-Kanal-Transistorvorrichtung umfasst, die zwischen die erste n-Kanal-Transistorvorrichtung und eine Erdung in Reihe geschaltet ist; wobei die zweite n-Kanal-Transistorvorrichtung konfiguriert ist, ausgeschaltet zu werden, wenn sich der Bus in dem ersten logischen Zustand befindet.
Beispiel 10. Die Schnittstelle des Beispiels 9, wobei: eine Source-Klemme der ersten n-Kanal-Transistorvorrichtung mit einer Drain-Klemme der zweiten n-Kanal-Transistorvorrichtung verbunden ist; eine Drain-Klemme und eine Gate-Klemme der ersten n-Kanal-Transistorvorrichtung mit einer Drain-Klemme der zweiten p-Kanal-Transistorvorrichtung verbunden sind; ein Body-Gebiet der ersten n-Kanal-Transistorvorrichtung und sowohl eine Source-Klemme als auch ein Body-Gebiet der zweiten n-Kanal-Transistorvorrichtung mit einer Erdung verbunden sind; und eine Gate-Klemme der zweiten n-Kanal-Transistorvorrichtung durch den logischen Zustand des Busses so gesteuert wird, dass die zweite n-Kanal-Transistorvorrichtung ausgeschaltet wird, wenn sich der Bus in dem ersten logischen Zustand befindet.
Beispiel 11. Die Schnittstelle des Beispiels 9 oder 10, wobei: der Steuerschaltkreis außerdem eine Ladungspumpe umfasst, die zu der ersten n-Kanal-Transistorvorrichtung und der zweiten n-Kanal-Transistorvorrichtung, die in Reihe geschaltet sind, parallel geschaltet ist; und die Ladungspumpe konfiguriert ist zum Beibehalten einer negativen Spannung an der Gate-Klemme der Schutzvorrichtung, wenn sich der Bus in dem zweiten logischen Zustand befindet.
Beispiel 12. Die Schnittstelle von einem der Beispiele 6 bis 11, wobei der Steuerschaltkreis außerdem einen Widerstand umfasst, der zwischen eine Drain-Klemme der zweiten p-Kanal-Transistorvorrichtung und eine Drain-Klemme der ersten n-Kanal-Transistorvorrichtung in Reihe geschaltet ist.
Beispiel 13. Die Schnittstelle von einem der Beispiele 6 bis 12, wobei der Steuerschaltkreis außerdem eine zweite n-Kanal-Transistorvorrichtung und eine Stromquelle umfasst, die mit einer Drain-Klemme der zweiten n-Kanal-Transistorvorrichtung verbunden ist.
Beispiel 14. Die Schnittstelle des Beispiels 13, wobei: sowohl eine Source-Klemme als auch ein Body-Gebiet der zweiten n-Kanal-Transistorvorrichtung mit einer Erdung verbunden sind; und eine Gate-Klemme der zweiten n-Kanal-Transistorvorrichtung sowohl mit einer Drain-Klemme der zweiten n-Kanal-Transistorvorrichtung als auch mit einer Gate-Klemme der ersten n-Kanal-Transistorvorrichtung verbunden ist.
Beispiel 15. Die Schnittstelle des Beispiels 13 oder 14, wobei: der Steuerschaltkreis außerdem eine Ladungspumpe umfasst, die parallel zu der ersten n-Kanal-Transistorvorrichtung geschaltet ist; und die Ladungspumpe konfiguriert ist zum Beibehalten einer negativen Spannung an der Gate-Klemme der Schutzvorrichtung, wenn sich der Bus in dem zweiten logischen Zustand befindet.
Beispiel 16. Die Schnittstelle des Beispiels 15, wobei: der Steuerschaltkreis außerdem eine dritte n-Kanal-Transistorvorrichtung umfasst, die zwischen die erste n-Kanal-Transistorvorrichtung und die zweite p-Kanal-Transistorvorrichtung in Reihe geschaltet ist; und wobei die dritte n-Kanal-Transistorvorrichtung konfiguriert ist, ausgeschaltet zu werden, wenn sich der Bus in dem ersten logischen Zustand befindet.
Beispiel 17. Die Schnittstelle von einem der Beispiele 4 bis 16, wobei der Steuerschaltkreis außerdem eine Stromquelle umfasst, die zwischen eine Drain-Klemme der zweiten p-Kanal-Transistorvorrichtung und eine Erdung in Reihe geschaltet ist.
Beispiel 18. Die Schnittstelle von einem der Beispiele 1 bis 17, wobei: die Schutzvorrichtung eine p-Kanal-Transistorvorrichtung umfasst, die eine Drain-Klemme, die mit dem Bus verbunden ist, und eine Source-Klemme aufweist, die mit dem Leistungstransistor verbunden ist; wobei der Steuerschaltkreis konfiguriert ist zum Treiben einer Gate-Klemme der p-Kanal-Transistorvorrichtung in Richtung auf 0 V, damit der Bus von dem ersten logischen Zustand zu dem zweiten logischen Zustand übergeht; und wobei die Spannung an der Gate-Klemme der p-Kanal-Transistorvorrichtung den niedrigeren Spannungspegel für den Bus bestimmt.
Beispiel 19. Die Schnittstelle von einem der Beispiele 1 bis 18, wobei: die Schutzvorrichtung eine erste p-Kanal-Transistorvorrichtung umfasst, die monolithisch mit einer zweiten p-Kanal-Transistorvorrichtung integriert ist, sodass die erste p-Kanal-Transistorvorrichtung und die zweite p-Kanal-Transistorvorrichtung ein gemeinsames Body-Gebiet gemeinsam nutzen; eine Source-Klemme der ersten p-Kanal-Transistorvorrichtung mit dem Leistungstransistor verbunden ist; eine Drain-Klemme der ersten p-Kanal-Transistorvorrichtung und eine Drain-Klemme der zweiten p-Kanal-Transistorvorrichtung mit dem Bus verbunden sind; eine Source-Klemme der zweiten p-Kanal-Transistorvorrichtung mit dem gemeinsamen Body-Gebiet verbunden ist; und eine Gate-Klemme der ersten p-Kanal-Transistorvorrichtung und eine Gate-Klemme der zweiten p-Kanal-Transistorvorrichtung mit dem Steuerschaltkreis verbunden sind.
Beispiel 20. Die Schnittstelle von einem der Beispiele 1 bis 19, wobei der Bus ein LIN-Bus (Local Interconnect Network bus) ist.
Beispiel 21. Die Schnittstelle von einem der Beispiele 1 bis 19, wobei der Bus ein CXPI-Bus (Clock Extension Peripheral Interface bus) ist.
Beispiel 22. Ein Transceiver, der die Schnittstelle von einem der Beispiele 1 bis 21 umfasst, wobei der Transceiver außerdem umfasst: einen ersten Kontaktstift, der mit der Ausgangsstufe verbunden ist und konfiguriert ist, mit dem Bus verbunden zu werden; einen zweiten Kontaktstift, der konfiguriert ist, einen übertragenen Datenstrom von einer Steuereinheit zu empfangen; einen Übertragungsschaltkreis, der konfiguriert ist, den empfangenen übertragenen Datenstrom in ein Bussignal umzuwandeln, das der Schnittstelle bereitgestellt wird; einen Empfangsschaltkreis, der konfiguriert ist, das Bussignal von dem Bus zurückzulesen und den logischen Zustand des Busses aufgrund des Spannungspegels des Bussignals anzuzeigen; und einen dritten Kontaktstift, der konfiguriert ist zum Kommunizieren des logischen Zustands des Busses, wie er durch den Empfangsschaltkreis für die Steuereinheit angezeigt wird.
Beispiel 23. Ein ungehäuster Halbleiterchip einer Batterieverwaltung, umfassend: eine Logik, die konfiguriert ist zum Messen eines oder mehrerer Parameter, die dem Laden und/oder Entladen einer Batterie zugeordnet sind; und eine Schnittstelle, die konfiguriert ist zum Kommunizieren von Messergebnissen für die Batterie über einen Bus, über den ein erster logischer Zustand durch einen höheren Spannungspegel übermittelt wird und ein zweiter logischer Zustand durch einen niedrigeren Spannungspegel übermittelt wird, wobei die Schnittstelle umfasst: eine Ausgangsstufe, die einen Leistungstransistor, der konfiguriert ist zum Treiben des niedrigeren Spannungspegels auf den Bus, um den zweiten logischen Zustand zu übermitteln, und eine Schutzvorrichtung zwischen dem Leistungstransistor und dem Bus umfasst, wobei die Schutzvorrichtung konfiguriert ist zum Verbinden des Leistungstransistors mit dem Bus, wenn die Schutzvorrichtung eingeschaltet wird, und zum Begrenzen von negativen Spannungsausschlägen an dem Leistungstransistor, wenn die Schutzvorrichtung ausgeschaltet wird; und einen Steuerschaltkreis, der konfiguriert ist, die Schutzvorrichtung einzuschalten, wenn die Busspannung über dem niedrigeren Spannungspegel liegt, und die Schutzvorrichtung auszuschalten, wenn die Busspannung auf oder unter dem niedrigeren Spannungspegel liegt.
Beispiel 24. Ein Verfahren zum Bilden einer Schnittstelle mit einem Bus, über den ein erster logischer Zustand durch einen höheren Spannungspegel übermittelt wird und ein zweiter logischer Zustand durch einen niedrigeren Spannungspegel übermittelt wird, wobei das Verfahren umfasst: Treiben, über eine Ausgangsstufe, die einen Leistungstransistor und eine Schutzvorrichtung umfasst, des niedrigeren Spannungspegels auf den Bus, um den zweiten logischen Zustand zu übermitteln, wobei die Schutzvorrichtung konfiguriert ist zum Verbinden des Leistungstransistors mit dem Bus, wenn die Schutzvorrichtung eingeschaltet wird, und zum Begrenzen von negativen Spannungsausschlägen an dem Leistungstransistor, wenn die Schutzvorrichtung ausgeschaltet wird; und Steuern einer Spannung an einer Gate-Klemme der Schutzvorrichtung, sodass die Schutzvorrichtung eingeschaltet wird, wenn die Busspannung über dem niedrigeren Spannungspegel liegt, und die Schutzvorrichtung ausgeschaltet wird, wenn die Busspannung auf oder unter dem niedrigeren Spannungspegel liegt.
Die Begriffe „erste“, „zweite“ und ähnliche werden verwendet, um mehrere Elemente, Bereiche, Abschnitte usw. zu beschreiben, und sind auch nicht als einschränkend zu verstehen. Gleiche Begriffe beziehen sich in der ganzen Beschreibung auf die jeweils gleichen Elemente.
So wie die Begriffe „aufweisen“, „enthalten“, „beinhalten“, „umfassen“ und ähnliche hier verwendet werden, sind dies offene Begriffe, welche das Vorhandensein der angegebenen Elemente oder Merkmale anzeigen, aber sie schließen zusätzliche Elemente oder Merkmale nicht aus. Die Artikel „ein“, „eine“, „der“, „die“ und „das“ sind so zu verstehen, dass sie sowohl die Einzahl- als auch die Mehrzahlformen gleichermaßen umfassen, ausgenommen, wenn der Zusammenhang eindeutig das Gegenteil anzeigt.
Es ist selbstverständlich, dass die Merkmale der verschiedenen hier beschriebenen Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, außer wenn dies ausdrücklich vermerkt wird.
Obwohl hier spezifische Ausführungsformen dargestellt und beschrieben wurden, versteht der Fachmann, dass eine Vielfalt an alternativen und/oder äquivalenten Umsetzungen die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen ersetzen können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Diese Anmeldung ist so zu verstehen, dass sie alle Anpassungen und Variationen der hier erörterten spezifischen Ausführungsformen abdeckt. Daher ist diese Erfindung so zu verstehen, dass sie nur durch die Ansprüche und deren Äquivalenzen beschränkt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 63/023387 [0001]

Claims

Schnittstelle für einen Bus, über den ein erster logischer Zustand durch einen höheren Spannungspegel übermittelt wird und ein zweiter logischer Zustand durch einen niedrigeren Spannungspegel übermittelt wird, wobei die Schnittstelle umfasst: - eine Ausgangsstufe, die einen Leistungstransistor, der eingerichtet ist zum Treiben des niedrigeren Spannungspegels auf den Bus, um den zweiten logischen Zustand zu übermitteln, und eine Schutzvorrichtung zwischen dem Leistungstransistor und dem Bus umfasst, wobei die Schutzvorrichtung eingerichtet ist zum Verbinden des Leistungstransistors mit dem Bus, wenn die Schutzvorrichtung eingeschaltet wird, und zum Begrenzen von negativen Spannungsausschlägen an dem Leistungstransistor, wenn die Schutzvorrichtung ausgeschaltet wird; - einen Steuerschaltkreis, der eingerichtet ist, die Schutzvorrichtung einzuschalten, wenn die Busspannung über dem niedrigeren Spannungspegel liegt, und die Schutzvorrichtung auszuschalten, wenn die Busspannung auf oder unter dem niedrigeren Spannungspegel liegt.
Schnittstelle nach Anspruch 1, bei der der Steuerschaltkreis eingerichtet ist, die Schutzvorrichtung auszuschalten, wenn die Busspannung unter einem maximal zulässigen Wert für den niedrigeren Spannungspegel und über 0 V liegt.
Schnittstelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Steuerschaltkreis eingerichtet ist zum Treiben einer Gate-Klemme der Schutzvorrichtung in Richtung auf 0 V, damit der Bus von dem ersten logischen Zustand in den zweiten logischen Zustand übergeht, wobei die Spannung an der Gate-Klemme der Schutzvorrichtung den niedrigeren Spannungspegel für den Bus bestimmt.
Schnittstelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Steuerschaltkreis eine erste p-Kanal-Transistorvorrichtung und eine zweite p-Kanal-Transistorvorrichtung umfasst, die in Reihe geschaltet sind und parallel zu dem Leistungstransistor geschaltet sind.
Schnittstelle nach Anspruch 4, bei der - eine Source-Klemme und ein Body-Gebiet der ersten p-Kanal-Transistorvorrichtung mit der Schutzvorrichtung verbunden sind; - eine Drain-Klemme und eine Gate-Klemme der ersten p-Kanal-Transistorvorrichtung mit einer Source-Klemme der zweiten p-Kanal-Transistorvorrichtung verbunden sind; - ein Body-Gebiet der zweiten p-Kanal-Transistorvorrichtung mit der Schutzvorrichtung verbunden ist; - eine Gate-Klemme der zweiten p-Kanal-Transistorvorrichtung mit einer Drain-Klemme der zweiten p-Kanal-Transistorvorrichtung und mit einer Gate-Klemme der Schutzvorrichtung verbunden ist.
Schnittstelle nach Anspruch 4, bei der - der Steuerschaltkreis außerdem eine erste n-Kanal-Transistorvorrichtung umfasst, die zwischen die zweite p-Kanal-Transistorvorrichtung und Masse in Reihe geschaltet ist; - die erste n-Kanal-Transistorvorrichtung eingerichtet ist, ausgeschaltet zu werden, wenn die Busspannung unter eine Schwellenspannung der ersten n-Kanal-Transistorvorrichtung abfällt; - der Steuerschaltkreis eingerichtet ist zum Ausschalten der Schutzvorrichtung, wenn die Busspannung unter eine Schwellenspannung der Schutzvorrichtung minus einer Vorwärtsspannung einer Body-Diode der ersten n-Kanal-Transistorvorrichtung abfällt.
Schnittstelle nach Anspruch 6, bei der - eine Source-Klemme und ein Body-Gebiet der ersten n-Kanal-Transistorvorrichtung mit Masse verbunden sind; - eine Drain-Klemme der ersten n-Kanal-Transistorvorrichtung mit einer Drain-Klemme der zweiten p-Kanal-Transistorvorrichtung verbunden ist; - eine Gate-Klemme der ersten n-Kanal-Transistorvorrichtung mit der Drain-Klemme der ersten n-Kanal-Transistorvorrichtung verbunden ist.
Schnittstelle nach Anspruch 6, bei der - der Steuerschaltkreis außerdem eine Ladungspumpe umfasst, die parallel zu der ersten n-Kanal-Transistorvorrichtung geschaltet ist; - die Ladungspumpe eingerichtet ist zum Beibehalten einer negativen Spannung an der Gate-Klemme der Schutzvorrichtung, wenn sich der Bus in dem zweiten logischen Zustand befindet.
Schnittstelle nach Anspruch 6, bei der - der Steuerschaltkreis außerdem eine zweite n-Kanal-Transistorvorrichtung umfasst, die zwischen die erste n-Kanal-Transistorvorrichtung und Masse in Reihe geschaltet ist; - die zweite n-Kanal-Transistorvorrichtung eingerichtet ist, ausgeschaltet zu werden, wenn sich der Bus in dem ersten logischen Zustand befindet.
Schnittstelle nach Anspruch 9, bei der - eine Source-Klemme der ersten n-Kanal-Transistorvorrichtung mit einer Drain-Klemme der zweiten n-Kanal-Transistorvorrichtung verbunden ist; - eine Drain-Klemme und eine Gate-Klemme der ersten n-Kanal-Transistorvorrichtung mit einer Drain-Klemme der zweiten p-Kanal-Transistorvorrichtung verbunden sind; - ein Body-Gebiet der ersten n-Kanal-Transistorvorrichtung und sowohl eine Source-Klemme als auch ein Body-Gebiet der zweiten n-Kanal-Transistorvorrichtung mit Masse verbunden sind; - eine Gate-Klemme der zweiten n-Kanal-Transistorvorrichtung durch den logischen Zustand des Busses so gesteuert wird, dass die zweite n-Kanal-Transistorvorrichtung ausgeschaltet wird, wenn sich der Bus in dem ersten logischen Zustand befindet.
Schnittstelle nach Anspruch 9, bei der - der Steuerschaltkreis außerdem eine Ladungspumpe umfasst, die zu der ersten n-Kanal-Transistorvorrichtung und der zweiten n-Kanal-Transistorvorrichtung, die in Reihe geschaltet sind, parallel geschaltet ist; - die Ladungspumpe eingerichtet ist zum Beibehalten einer negativen Spannung an der Gate-Klemme der Schutzvorrichtung, wenn sich der Bus in dem zweiten logischen Zustand befindet.
Schnittstelle nach Anspruch 6, bei der der Steuerschaltkreis außerdem einen Widerstand umfasst, der zwischen eine Drain-Klemme der zweiten p-Kanal-Transistorvorrichtung und eine Drain-Klemme der ersten n-Kanal-Transistorvorrichtung in Reihe geschaltet ist.
Schnittstelle nach Anspruch 6, bei der der Steuerschaltkreis außerdem eine zweite n-Kanal-Transistorvorrichtung und eine Stromquelle umfasst, die mit einer Drain-Klemme der zweiten n-Kanal-Transistorvorrichtung verbunden sind.
Schnittstelle nach Anspruch 13, bei der - sowohl eine Source-Klemme als auch ein Body-Gebiet der zweiten n-Kanal-Transistorvorrichtung mit Masse verbunden sind; - eine Gate-Klemme der zweiten n-Kanal-Transistorvorrichtung sowohl mit einer Drain-Klemme der zweiten n-Kanal-Transistorvorrichtung als auch mit einer Gate-Klemme der ersten n-Kanal-Transistorvorrichtung verbunden ist.
Schnittstelle nach Anspruch 13, bei der - der Steuerschaltkreis außerdem eine Ladungspumpe umfasst, die parallel zu der ersten n-Kanal-Transistorvorrichtung geschaltet ist; - die Ladungspumpe eingerichtet ist zum Beibehalten einer negativen Spannung an der Gate-Klemme der Schutzvorrichtung, wenn sich der Bus in dem zweiten logischen Zustand befindet.
Schnittstelle nach Anspruch 15, bei der - der Steuerschaltkreis außerdem eine dritte n-Kanal-Transistorvorrichtung umfasst, die zwischen die erste n-Kanal-Transistorvorrichtung und die zweite p-Kanal-Transistorvorrichtung in Reihe geschaltet ist; - die dritte n-Kanal-Transistorvorrichtung eingerichtet ist, ausgeschaltet zu werden, wenn sich der Bus in dem ersten logischen Zustand befindet.
Schnittstelle nach Anspruch 4, bei der der Steuerschaltkreis außerdem eine Stromquelle umfasst, die zwischen eine Drain-Klemme der zweiten p-Kanal-Transistorvorrichtung und Masse in Reihe geschaltet ist.
Schnittstelle nach Anspruch 1, bei der - die Schutzvorrichtung eine p-Kanal-Transistorvorrichtung umfasst, die eine Drain-Klemme, die mit dem Bus verbunden ist, und eine Source-Klemme aufweist, die mit dem Leistungstransistor verbunden ist; - der Steuerschaltkreis eingerichtet ist zum Treiben einer Gate-Klemme der p-Kanal-Transistorvorrichtung in Richtung auf 0 V, damit der Bus von dem ersten logischen Zustand zu dem zweiten logischen Zustand übergeht; - wobei die Spannung an der Gate-Klemme der p-Kanal-Transistorvorrichtung den niedrigeren Spannungspegel für den Bus bestimmt.
Schnittstelle nach Anspruch 1, bei der - die Schutzvorrichtung eine erste p-Kanal-Transistorvorrichtung umfasst, die monolithisch mit einer zweiten p-Kanal-Transistorvorrichtung integriert ist, sodass die erste p-Kanal-Transistorvorrichtung und die zweite p-Kanal-Transistorvorrichtung ein gemeinsames Body-Gebiet gemeinsam nutzen; - eine Source-Klemme der ersten p-Kanal-Transistorvorrichtung mit dem Leistungstransistor verbunden ist; - eine Drain-Klemme der ersten p-Kanal-Transistorvorrichtung und eine Drain-Klemme der zweiten p-Kanal-Transistorvorrichtung mit dem Bus verbunden sind; - eine Source-Klemme der zweiten p-Kanal-Transistorvorrichtung mit dem gemeinsamen Body-Gebiet verbunden ist; - eine Gate-Klemme der ersten p-Kanal-Transistorvorrichtung und eine Gate-Klemme der zweiten p-Kanal-Transistorvorrichtung mit dem Steuerschaltkreis verbunden sind.
Schnittstelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Bus ein LIN-Bus (Local Interconnect Network Bus) ist.
Schnittstelle nach einem der Ansprüche 1 bis 19, bei der der Bus ein CXPI-Bus (Clock Extension Peripheral Interface Bus) ist.
Transceiver, der die Schnittstelle nach einem der Ansprüche 1 bis 21 umfasst, wobei der Transceiver außerdem umfasst: - einen ersten Kontaktstift, der mit der Ausgangsstufe verbunden ist und eingerichtet ist, mit dem Bus verbunden zu werden; - einen zweiten Kontaktstift, der eingerichtet ist, einen übertragenen Datenstrom von einer Steuereinheit zu empfangen; - einen Übertragungsschaltkreis, der eingerichtet ist, den empfangenen übertragenen Datenstrom in ein Bussignal umzuwandeln, das der Schnittstelle bereitgestellt wird; - einen Empfangsschaltkreis, der eingerichtet ist, das Bussignal von dem Bus zurückzulesen und den logischen Zustand des Busses aufgrund des Spannungspegels des Bussignals anzuzeigen; - einen dritten Kontaktstift, der eingerichtet ist zum Kommunizieren des logischen Zustands des Busses, wie er durch den Empfangsschaltkreis für die Steuereinheit angezeigt wird.
Halbleiterchip einer Batterieverwaltung, umfassend: - eine Logik, die eingerichtet ist zum Messen eines oder mehrerer Parameter, die dem Laden und/oder Entladen einer Batterie zugeordnet sind; - eine Schnittstelle, die eingerichtet ist zum Kommunizieren von Messergebnissen für die Batterie über einen Bus, über den ein erster logischer Zustand durch einen höheren Spannungspegel übermittelt wird und ein zweiter logischer Zustand durch einen niedrigeren Spannungspegel übermittelt wird, - wobei die Schnittstelle umfasst: - eine Ausgangsstufe, die einen Leistungstransistor, der eingerichtet ist zum Treiben des niedrigeren Spannungspegels auf den Bus, um den zweiten logischen Zustand zu übermitteln, und eine Schutzvorrichtung zwischen dem Leistungstransistor und dem Bus umfasst, wobei die Schutzvorrichtung eingerichtet ist zum Verbinden des Leistungstransistors mit dem Bus, wenn die Schutzvorrichtung eingeschaltet wird, und zum Begrenzen von negativen Spannungsausschlägen an dem Leistungstransistor, wenn die Schutzvorrichtung ausgeschaltet wird; - einen Steuerschaltkreis, der eingerichtet ist, die Schutzvorrichtung einzuschalten, wenn die Busspannung über dem niedrigeren Spannungspegel liegt, und die Schutzvorrichtung auszuschalten, wenn die Busspannung auf oder unter dem niedrigeren Spannungspegel liegt.
Verfahren zum Bilden einer Schnittstelle mit einem Bus, über den ein erster logischer Zustand durch einen höheren Spannungspegel übermittelt wird und ein zweiter logischer Zustand durch einen niedrigeren Spannungspegel übermittelt wird, wobei das Verfahren umfasst: - Treiben, über eine Ausgangsstufe, die einen Leistungstransistor und eine Schutzvorrichtung umfasst, des niedrigeren Spannungspegels auf den Bus, um den zweiten logischen Zustand zu übermitteln, wobei die Schutzvorrichtung eingerichtet ist zum Verbinden des Leistungstransistors mit dem Bus, wenn die Schutzvorrichtung eingeschaltet wird, und zum Begrenzen von negativen Spannungsausschlägen an dem Leistungstransistor, wenn die Schutzvorrichtung ausgeschaltet wird; - Steuern einer Spannung an einer Gate-Klemme der Schutzvorrichtung, so dass die Schutzvorrichtung eingeschaltet wird, wenn die Busspannung über dem niedrigeren Spannungspegel liegt, und die Schutzvorrichtung ausgeschaltet wird, wenn die Busspannung auf oder unter dem niedrigeren Spannungspegel liegt.