DE2407291A1

DE2407291A1 - Integrierte halbleiterschaltung

Info

Publication number: DE2407291A1
Application number: DE19742407291
Authority: DE
Inventors: William Folsom Davis
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1973-02-15
Filing date: 1974-02-15
Publication date: 1974-09-05
Also published as: JPS49113153A; GB1434332A; JPS5437799B2; FR2217812B1; DE2407333A1; JPS5041037A; US3911296A; FR2217841A1; GB1427468A; JPS5231679A; DE2407333B2; FR2217812A1; FR2217900A1; DE2407333C3; GB1435401A; FR2217900B1; DE2407376A1; FR2217841B1

Description

Integrierte Halbleiterschaltung

Die Erfindung betrifft eine integrierte Halbleiterschaltung mit einer Eingangskiemme für den Anschluss einer externen S i gnalle itung.

Halbleiteranordnungen und insbesondere integrierte Schaltkreise finden immer grössere Anwendung in der modernen Autoelektrik. Dabei können diese Halbleiteranordnungen sowohl für Zündsysteme als auch für Steuer- und Überwachungseinrichtungen sowie für Verriegelungssysteme von Sicherheitsgurten Verwendung finden, wobei sich durch die Verwendung von derartigen Halbleiteranordnungen auch erhebliche Kostenersparnisse erzielen lassen. Die Verwendung von Halbleiteranordnungen und integrierten Schaltkreisen im Rahmen der Autoelektrik ist jedoch nicht ohne Problematik, da diese Teile ungünstigen elektrischen Bedingungen ausgesetzt sind, was insbesondere für integrierte Schaltkreise gilt. Diese ungünstigen Bedingungen können durch

ls/wi . Temperaturbelastungen

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l'emperaturbelastungen in einem grossen Temperaturbereich ausgelöst sein, aber auch durch Stör- und Rauschsignale, die beim Betrieb des elektrischen Systems in einem Kraftfahrzeug nicht zu vermeiden sind. Diese Störsignale können z.B. aus verhältnismässig energiearmen positiven oder negativen Impulsen mit sehr grosser Amplitude bestehen, die mehr als 100 Volt annehmen kanii. Derartige Signale werden nachfolgend als "Rauschsignale" bezeichnet und treten typischerweise in Leitungen auf, die zur Signalübertragung z.B. Fühlelemente und Schalteinrichtungen mit der integrierten Schaltung verbinden. Diese Rauschsignale können eine Fehlfunktion bei bisher verwendeten integrierten Schaltkreisen auslösen oder sogar zerstörend wirken. Es wurde auch festgestellt, dass selbst relativ robuste und widerstandsfähige diskrete Halbleiteranordnungen, wie z.B. Leistungstransistoren, die über die integrierten Schaltungen gesteuert werden, durch derartige Rauschsignaleinflüsse beschädigt wurden. Ausserdem ist es bekannt, dass in den Hauptversorgungsleitungen des elektrischen Systems der Autoelektrik durch Abschalten von Verbrauchern von der Batterie,die üblicherweise eine 12 Volt-Batterie ist, sehr hochenergetische Ausgieichsspannungen auftreten können, die bis zu 100 Volt Spannungsspitze erreichen. Derartige Ausgleichsspannungen zerstören die sehr bekannten integrierten Schaltkreise, wenn keine besonderen Schutζschaltungen verwendet werden.

Bekannte Zwischenschaltungen oder Trennschaltungen haben zwei wesentliche Nachteile, wenn sie in einer Umgebung mit hoher Rauschsignalstörung verwendet werden sollen. Der eine Nachteil besteht darin, dass solche Zwischenschaltungen einen N-leitenden epitaxialen Bereich umfassen, der direkt entweder mit einer Eingangsklemme oder einer Ausgangsklemme der integrierten Halbleiterschaltung verbunden ist. Diese Eingangsklemme bzw. Ausgangsklemme kann an eine lange Signalleitung angeschlossen sein, die die Rauschsignale aufnimmt und damit

- 2 - Rauschimpulse

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Rauschimpulse mit grosser Amplitude an die integrierte Schaltung anlegen. Venn ein solches negatives Rauschsignal mit grosser Amplitude an der Eingangsklemme wirksam ist, erfährt der PN-Übergang zwischen dem N-leitenden epitaxialen Bereich und dem P-leitenden Substrat eine Vorspannung in Durchlassrichtung, so dass Minoritätsträger bzw. Ladungsträger in das Substrat injiziert werden. Diese injizierten Ladungsträger können z.T. von in der Nähe liegenden, in Sperrichtung vorgespannten und N-leitenden epitaxialen Bereichen eingefangen werden. Dadurch werden häufig Fehlfunktionen ausgelöst, insbesondere wenn die integrierte Halbleiterschaltung Flip-Flops oder Speichereinrichtungen umfasst. Ein weiteres Problem, das bei bekannten Trennschaltungen bzw. Zwischenschaltungen auftritt, bezieht sich insbesondere auf solche Schaltungen, die im elektrischen System eines Kraftfahrzeugs verwendet werden und besteht darin, dass unter bestimmten Bedingungen sehr hohe Impedanzen an den Anschlussklemmen erscheinen. An solchen hohen Impedanzen können selbst Rauschsignale mit niedrigem Energieinhalt ausreichend hohe Spannungen auslösen und die Schaltung auf solche Rauschsignale in derselben Weise, wie auf Informationssignale ansprechen lassen. Dies ist insbesondere leicht der Fall, wenn Anschlussklemmen für externe Anschlüsse von zwei integrierten Schaltkreisen miteinander verbunden sind und an einer Signalleitung liegen, die Störsignale aufnimmt, so dass eine ausgangsseitige Stufe der einen integrierten Halbleiterschaltung sowohl die Eingangsstufe der anderen integrierten Halbleiterschaltung und die Signalleitung ansteuert. Der ausgangsseitige Transistor der ersten integrierten Halbleiterschaltung kann in einem bestimmten Betriebszustand abgeschaltet sein und für -die Signalleitung als hochimpedanter Abschlusswiderstand wirksam sein, an dem sich die Rauschsignale ausbilden. Dabei können die Amplituden eine Grosse annehmen, die ausreicht, um eine Fehlfunktion der integrierten Halbleiterschaltung auszulösen. Es ist daher wünschenswert, Massnahmen zu finden, um diese Nachteile von

- 3 - Zwischenschaltungen 409836/0789

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Zwischenschaltungen bzw. Trennschaltungen bei integrierten Schaltkreisen auszuschalten, indem dafür gesorgt wird, dass keine Ladungsträgerinjektion in das Substrat erfolgen kann und immer eine niedrige Impedanz an den Anschlussklemmen während des Betriebs der Schaltung wirksam ist.

Zur Erreichung dieses Zieles liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, für eine integrierte Halbleiterschaltung eine Zwischenschaltung bzw. Trennschaltung zu schaffen, die die Verwendung integrierter Halbleiterschaltungen in einer Umgebung mit sehr hohen Rauschsignalstörungen und insbesondere im elektrischen System von Kraftfahrzeugen möglich macht, wobei diese Zwischenschaltungen derart ausgebildet sein sollen, dass

eine Ladungsträgerinjektion in das Substrat während des Betriebes der Schaltung vermieden wird. Ferner sollen die Zwischen- bzw. Trennschaltungen für angeschlossene Signalleitunger einen niedrig-impedanten Abschlusswiderstand darstellen, um zu verhindern, dass sich Rauschsignale mit einer ausreichend hohen Amplitude ausbilden und den ordnungsgemässen Betrieb der Schaltung stören können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass ein lateraler Transistor mit seinem Emitter an die Eingangsklemme angeschlossen ist und ferner an seinem Emitter mit einer Stromquelle verbunden ist, während die Basis und der Kollektor an eine Vorspannungs- und Lastschaltung angeschlossen sind. An den Emitter des lateralen Transistors ist die externe Signalleitung angeschlossen, so dass bei der Verwendung eines lateralen PNP-Transistors und eines P-leitenden Anschlusses für die Stromquelle die Injektion von Ladungsträgern in das Substrat der integrierten Halbleiterschaltung vermieden wird, wenn 'negative Rauschsignale über die Signalleitung einwirken.

Die Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigen:

- 4- - Fig. 1

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Fig. 1 ein Blockschaltbild, mit welchem die elektrischen Verhältnisse in einem Kraftfahrzeug im Modell nachgebilet sind;

Fig. 2 eine grafische Darstellung eines abklingenden Last-

, . _n , , . , /Geräusche. .

stromes sowie elektrische^ wie sie m dem elektrischen System eines Kraftfahrzeugs auftreten können;

Fig. 3 einen Schnitt durch einen Halbleiteraufbau, in dem eine bekannte Trennschaltung und ein Teil eines Flip-Flops angeordnet sind zur Erläuterung der Nachteile des Halbleiteraufbaus;

Fig. 4 das Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 5 das Schaltbild einer Ausführungsform der Erfindung für die Verwendung im elektrischen System eines Kraftfahrzeugs.

Die elektrischen Schaltungsverhaltnisse, bei denen sich die Problematik ergibt, für welche die vorliegende Erfindung eine Lösung gibt, werd/anhand der Fig. 1 beschrieben. Dieses Blockschaltbild gibt das elektrische System 100 in einem Kraftfahrzeug wieder, das an einer 12 Volt-Batterie 102 über die negative Klemme 104 und die positive Klemme 106 angeschlossen ist. Die negative Klemme 104 steht mit der Masseleitung 105 in Verbindung, die bei einem Kraftfahrzeug in der Regel aus dem Chassis und an verschiedenen Stellen an dieses angeschlossenen Drahtleitungen besteht. Der Chassis-Widerstand ist gemäss Fig. 1 in mehrere diskrete Widerstände 108, 110, 112, 114, 116 und 118 aufgeteilt. Es ist bekannt, dass diese Widerstände z.B. infolge von Korrosion oder dem sich mechanischen Lösen von Anschlussverbindungen am Ghassis im Laufe des Kraftfahrzeugaiters in ihrem Wert ansteigen können. Die positive Klemme 106 der Batterie 102 ist mit der

- 5 - Feldwicklung:

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Feldwicklung 120 und. der Ausgangsseite des Wechselstromgenerators verbunden, der durch die Stromquelle 121 repräsentiert wird. Die andere Seite des Wechselstromgenerator liegt an Masse. Die positive Versorgungsleitung 122 liegt ebenfalls an der positiven Klemme 105. Die Versorgungsleitung 122 verläuft durch das elektrische Leitungsbündel 124, wobei die verteilte Induktivität dieser Versorgungsleitung 122 in mehrere Einzelinduktivitäten 126, 123 und 130 in der Darstellung geinäss Fig. 1 unterteilt ist. Eine integrierte Schaltung 132 ist über die positive Versorgungsklemme 13^- i^. Punkt 139 mi'k der Versorgungsleitung 122 verbunden, wogegen die negative Versorgungsklemme 136 im Punkt 140 an der Masseleitung 105 liegt. Eine Eingangsklemme 138 dieser integrierten Schaltung ist über eine Leitung 142 an einen Schalter 143 angeschlossen, wobei diese Leitung 142 durch das Leitungsbündel 124 in der Nähe der Versorgungsleitung 122 verläuft. Wenn der Schalter geschlossen wird, ist die Leitung 142 im Punkt 144 an den Masseleiter 105 angeschlossen. Die verteilte Induktivität der Leitung 142 ist in mehrere diskrete Induktivitäten 145, 146, 147 unterteilt. Die zwischen der Versorgungsleitung 122 und der Signalleitung 142 vorhandenen Koppelkapazitäten werden durch die diskreten Kondensatoren 123, 125 und 127 verwirklicht. Ein erstes elektrisches Zubehörgerät 150 liegt zwischen dem Punkt 151 der Versorgungsleitung 122 und dem Punkt 152 der Masseleitung 105. Ein zweites Zubehör gerät 154-, das ζ.Έ. der Motor einer Klimaanlage sein kann, liegt zwischen dem Punkt 155 eier Versorgungsleitung 122 und dem Punkt 156 der Masseleitung IO5. Ein drittes Zubehörgerät 158, das z.B. ein .Antriebsmotor für die elektrische Scheibenbetätigung sein kann, ist zwischen den Punkt 159 der Versorgungsleitung 122 und den Punkt 160 der Masseleitung 105 geschaltet. Die verschiedenen Induktivitäten und Kapazitäten, wie sie sich aus der Darstellung gemäss Pig. I ergeben, sowie die zwischen diesen Elementen bestehende Kopplung führen dazu, dass auf der Signaileitung 142 und der Versorgungsleitung 122 Rausch-

- 6 - signale

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Signale in einem bemerkenswerten Umfang auftreten, wenn die verschiedenen Zubehörgeräte an- und abgeschaltet werden. Wenn z.B. das Zubehörgerät 128 in Betrieb ist, fliesst ein verhältnismässig grosser Strom von der positiven Klemme 106 über die Versorgungsleitung 122, die Induktivitäten 126 und 128 sowie die Widerstände 114, 112 und 108 zur negativen Klemme 104. Die Widerstände in der Masseleitung 105 sind üblicherweise ausreichend gross, um einen wesentlichen Spannungsabfall zwischen dem Punkt 166 und der negativen Klemme 104 entstehen zu lassen. Wenn das Zubehörgerät 158 ausgeschaltet wird, entsteht aufgrund des Stromes durch die Induktivitäten 126 und 128 ei^ne verhältnismässig grosse positive Ausgleichsspannung, die sowohl am Punkt 159 als auch am Punkt 139 in Erscheinung tritt. Folglich wirkt auch zwischen den Versorgungsklemmen und 136 der integrierten Schaltung 132 eine grosse positive Spannung. Ferner kann durch eine gegenseitige Verkopplung der Induktivitäten 126 und 145 sowie der Induktivitäten 128 und 146 ein grosser positiver Ausgleichsimpuls auf der Signalleitung 142 entstehen und damit an der Eingangsklemme 138 der integrierten Schaltung 132 wirksam werden, insbesondere wenn der Schalter 143 nicht geschlossen ist. Das gleiche gilt für das An- und Abschalten der weiteren Zubehörgeräte 150 und 154, wodurch sowohl positive als auch negative impulsförmige Ausgleichsspannungen auf der Versorgungsleitung 122 und damit an der Versorgungsklemme 134 sowie ebenfalls auf der Signalleitung 142 und damit an der Eingangsklemme 138 auftreten können. Im allgemeinen kann davon ausgegangen werden, dass jegliche integrierte Schaltung in einem elektrischen System, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, welche in einer gewissen Entfernung von der Batterie 102 zwischen die Versorgungsleitung 122 und die Masseleitung 105 geschaltet ist, mit Ausgleichsspannungen beaufschlagt werden kann, die zwischen-.den Versorgungsklemmen beim Schalten der Zubehörgeräte auftreten. Man kann auch aus der vorausstehenden Betrachtung entnehmen, dass die Massebezugsspannung nicht genau festliegt aufgrund des über die

- 7 - verteilten

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verteilten Widerstände 108, 110 usw. fliessenden Stromes. Ferner werden in Signalleitungen, die durch das Leitungsbündel 124 verlaufen, durch die induktive und kapazitive Verkopplung der Versorgungsleitung 122 Eauschsignale eingekoppelt. Weitere Rauschsignale, die von den beschriebenen abweichen, können auftreten, wenn die Batterie von der positiven Anschlussklemme 106 abgeschaltet wird und noch ein Strom in der Feldspule 120 fliesst. In diesem Fall tritt eine positive Ausgleichsspannung mit grossem Energieinhalt auf der Versorgungsleitung 122 auf, die auch als abklingende Lastspannung bezeichnet wird.

Sowohl die abklingende Lastspannung als auch die Rauschsignale sind in Fig. 2 dargestellt. Dabei ist die abklingende Lastspannung auf der linken Seite der Abszisse zwischen den Punkten A und B dargestellt. Aus der Darstellung kann man entnehmen, dass die Amplitude dieser abklingenden Lastspannung 100 Volt übersteigen kann, wobei zwischen den beiden Punkten A und B eine Zeitdauer von typischerweise einer halben Sekunde liegt. Diese Ausgleichsspannung auf der Versorgungsleitung hat eine ausreichend grosse Amplitude und einen ausreichend grossen Energieinhalt, um bisher verwendete integrierte Schaltkreise und auch diskrete Halbleiterkomponenten, z.B. Leistungstransistoren, zu zerstören, wenn nicht spezielle Verfahren verwendet werden, um die integrierten Schaltkreise zu schützen. Die Schwingungsform C auf der rechten Seite der Abszisse in Fig. 2 stellt ein Rauschen mit hoher Spannung und hoher Frequenz dar, das sowohl auf der Versorgungsleitung 122 als auch auf der Signalleitung 142 auftreten kann. Die Amplitude solcher Rauschsignale kann 300 Volt übersteigen, wobei die Signale typischerweise für eine Zeitdauer von etwa einer Mikrosekunde bis etwa fünfzig MikroSekunden· wirksam sein können. Auch diese Rauschimpulse haben einen ausreichend hohen Energieinhalt, um gelegentlich integrierte Schaltkreise zu zerstören. Eine Spektralanalyse der in Fig. 2 dargestellten

- 8 - Rauschsi&nale

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Rauschsignale zeigt, dass sehr hochfrequente Komponenten mit Amplituden von mehreren Volt und Frequenzen bis zu etwa 100 MHz auftreten können. Da bipolare integrierte Schaltungen in der Regel HF-Schaltkreise umfassen, reagieren diese auf hohe Rauschfrequenzen sehr empfindlich, so dass Vorkehrungen beim Entwurf derartiger Schaltkreise getroffen werden müssen, wenn diese im Rahmen der Autoelektrik Verwendung finden sollen. Aufgrund der hohen, über die Chassis-Widerstände fliessenden Ströme, die viele Ampere gross sein können, entstehen wesentliche Spannungsabfälle auf der Masseleitung, so dass sich die Situation ergeben kann, dass Schalter oder Fühlelemente auf einem anderen Massepotential liegen als die integrierte Schaltung, die über eine lange Signalleitung mit einem solchen Schalter oder Fühlelement verbunden ist.

Ernsthafte Probleme ergeben sich, wenn Trennschaltungen bekannter Art mit ihren Eingangs- und Ausgangsklemmen direkt an N-leitende epitaxiale Inselbereiche von Halbleiteranordnungen angeschlossen werden, die in einem Kraftfahrzeug unter den oben angegebenen Umwelteinflüssen verwendet werden. Wenn z.B. der Kollektor eines NPN-Transistors an einer externen Anschlussklemme liegt, die an eine lange Steuerleitung angeschlossen ist, welche unter dem Einfluss von Rauschsignalen steht, werden lange negative und auf die Drahtleitung eingekoppelte Rauschimpulse eine Vorspannung in Durchlassrichtung für den PN-Übergang zwischen dem Substrat und dem K-Ieitenden Bereich auslösen, wodurch Elektronen in das Substrat injiziert werden. Dieser Umstand wird nachfolgend anhand der Fig. näher erläutert. Diese Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch einen Teil einer als Trennschaltung verwendeten bekannten Halbleiteranordnung. Auf einem P-leitenden Substrat 302 ist eine integrierte Schaltung 300 ausgebildet,'wobei in dem Substrat durch P⁺-leitende Isolationsbereiche 304- N-leitende Bereiche 306 und 308 begrenzt werden, die aus einer auf dem Substrat aufgebrachten epitaxialen Schicht bestehen. In dem N-leitenden

- 9 - Bereich

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ν ίο.

Bereich 306 ist ein Transistor 310 ausgebildet, wogegen in dem N-leitenden Bereich 308 ein Transistor 312 einer Flip-Flopschaltung angeordnet ist. Der Transistor 310 kann z.B. als lateraler PHP-Transistor der Eingangstransistor eines PNP-Differenzverstärkers sein, dessen Basis an die externe Anschlussklemme 314 angeschlossen ist. Ein N⁺-dotierter Kontaktbereich 316 ist innerhalb des N-leitenden Bereiches ausgebildet, über welchen der Anschluss zum Basisbereich erfolgt. Die P-leitenden Bereiche 318 und 320 innerhalb des N-leitenden Bereiches 306 stellen den Emitterbereich und den Kollektorbereich des lateralen PNP-Transistors 310 dar. Wenn ein ausreichend negatives Rauschsignal an der Klemme 314 wirksam wird, erfährt der PN-Übergang zwischen dem Substrat 302 und dem Bereich 306 eine Vorspannung in Durchlassrichtung, womit Minoritätsträger 332 aus dem Bereich 306 in das Substrat 302 injiziert werden können. Wenn der Transistor 312 einer von zwei kreuzweise miteinander gekoppelten Transistoren eines bipolaren Flip-Flops ist, dann ist der PN-Übergang 330 zwischen dem Bereich 308 und dem Substrat 302 in Sperrichtung vorgespannt, vorausgesetzt dass im Flip-Flop eine logische Eins gespeichert ist und der Kollektoranschluss 328 gegenüber dem Substrat 302 auf einer positiven Spannung liegt. Der Kollektorbereich 308 ist mit einem N⁺-leitenden Kontaktbereich 322 versehen. In dem Kollektorbereich ist der P-leitende Basisbereich 324 und innerhalb dieses Basisbereiches der N-leitende Emitterbereich ausgebildet. Injizierte Ladungsträger 323 können sich im Substrat 302 verteilen, wobei diejenigen, welche in den Yerarmungsbereich des PN-Übergangs 330 eindringen, aufgrund des wirksamen elektrischen Feldes über diesen Übergang hinweg in den Kollektorbereich wandern und von diesem eingefangen werden. Wenn auf diese Weise genügend injizierte Elektronen im Kollektorbereich eingefangen werden, kann sich der Schaltzustand des Flip-Flops ändern, wodurch die korrekte Wirkungsweise der Schaltung beeinträchtigt wird.

- 10 - Diese

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Diese Schwierigkeiten können jedoch mit einer Schaltung gemäss der Erfindung, wie sie in Fig. 4 dargestellt ist, vermieden \ferden. Bei dieser Schaltung gemäss Fig. 4 ist der integrierte Schaltkreis 400 mit einer externen Anschlussklemme 402 versehen, die an eine lange Steuerleitung 403 angeschlossen ist. Diese Steuerleitung 403 kann durch einen Bereich verlaufen, in dem Rauschsignale sehr stark wirksam sind, wobei die Steuerleitung gemäss 403 der Signalleitung 142 gemäss Fig. 1 entsprechen kann. Innerhalb der integrierten Schaltung 400, die der integrierten Schaltung 132 gemäss Fig. 1 entsprechen kann, ist eine Trennschaltung mit einem lateralen PNP-Transistor 404 vorgesehen. Der Emitter 406 des Transistors 404 ist mit der externen Anschlussklemme 402 verbunden.

Die Basis 408 des Transistors 404 ist mit einer Schaltung 410 verbunden, die die notwendigen Schaltelemente enthält, um die Basis 408 mit der richtigen Vorspannung zu versehen. Der Kollektor 402 des Transistors 404 ist mit der Schaltung 410 verbunden, die auch die Lastschaltung enthält, in der die über die Anschlussklemme 402 zugeführte Information zum Ausfiltern der hochfrequenten Rauschsignale verarbeitet wird. Eine Stromquelle 414 mit einer P-leitenden Elektrode 416 ist mit dem Emitter 406 verbunden. Wenn an der Anschlussklemme 402 ein Rauschimpuls wirksam ist, der einen wesentlich negativeren Wert annimmt als das P-leitende Substrat der integrierten Schaltung 400, wird der Emitter-Basisübergang des Transistors 404 in Sperrichtung vorgespannt und bewirkt, dass von der Basis 408, welche als N-leitender Bereich in dem P-leitenden Substrat ausgebildet ist, keine Minoritätsträger in das Substrat injiziert werden. In Fig. 4 ist eine zweite integrierte Schaltung 420 mit einer externen Anschlussklemme 423 dargestellt. Innerhalb dieser integriertea Schaltung 420 ist ein lateraler PNP-Transistor 422 vorgesehen, der einen Emitterbereich 424, einen Kollektorbereich 426 und einen ΪΓ-leitenden Basisbereich

- 11 - 428 aufweist

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428 aufweist, wobei der Bunicbcroich 428 der M-leitende Inaelbereich in dem P-leitenden Substrat der integrierten Schaltung 420 ist. Der Emitter 424- ist mit der externen Anschlussklemme 423 verbunden, die ihrerseits wieder an der Anschlussklemme 402 liegt. Der Kollektor 426 liegt an Masse, wogegen die Basis 428 mit einem NPN-Transistor 430 verbunden ist, dessen Emitter an Masse liegt, und dessen Basis mit einer Schaltung 432 verbunden ist. Diese Schaltung 432 liefert die Steuersignale für den Transistor 430. Wenn die integrierte Schaltung 400 und die integrierte Schaltung 420 miteinander über die externen Anschlussklemmen verbunden sind, bilden die Transistoren 404 und 422 zusammen mit der Stromquelle 414 einen PNP-Differenzverstärker. Auf diese Weise wird eine ideale Verbindung von HaIbleiterplättchen zu Halbleiterplättchen in einer Umgebung mit hohen Rauschsignalstörungen geschaffen, da die langen negativen Ausgleichsspannungen keine Injektion von Minoritätsträgern in das Substrat weder der integrierten Schaltung 400 noch der integrierten Schaltung 420 auslösen können, da die Emitter-Basisübergänge in Sperrichtung vorgespannt sind. Unter normalen Betriebsbedingungen ist der eine oder der andere Transistor 404 bzw. 422 leitend, wodurch sich an den externen Anschlussklemmen 402 bzw. 423 eine niedrige Rauschimpedanz präsentiert. Dadurch haben Rauschsignale mit niedrigem Energieinhalt aufgrund der niedrigen Impedanz auch eine kleine Amplitude, so dass die Schaltung 410 auf diese Rauschsignale nicht mehr anspricht, sondern lediglich die Informationssignale verarbeitet, die an der externen Anschlussklemme 402 wirksam sind.

Da die Betriebsfrequenz integrierter Schaltungen bei elektrischen Systemen in Kraftfahrzeugen verhältnismässig niedrig ist, wird das Schaltungsverhalten durch den Übertragungsfrequenzgang von lateralen PNP-Transistoren nicht begrenzt, obwohl dieser Übertragungsfrequenzgang von Natur aus tiefer liegt als bei bipolaren vertikalen NPN-Transistoren. Jedoch sind für die meisten Anwendungsfälle von integrierten Schaltungen

- 12 - laterale

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laterale PNP-Transistoren in Eingangsstufen wegen des verhältnismässig tiefliegenden Übertragungsfrequenzbereiches nicht geeignet. Jedoch in Verbindung mit den sehr ungünstigen Bedingungen in einem Kraftfahrzeug werden durch die Schaltung zum Verbinden von integrierten Schaltkreisen die Schwierigkeiten überwunden, die sich durch die Injektion von Minoritätsträgern in das Substrat ergeben, so dass auch Fehlfunktionen der Schaltung ausgeschaltet werden können, welche sonst durch eingekoppelte Rauschsignale nicht zu vermeiden sind.

In Fig. 5 ist das Schaltbild einer weiteren Ausfuhrungsform der Erfindung in Form einer integrierten Schaltung 500 dargestellt. Diese integrierte Schaltung 500, die der integrierten Schaltung 132 gemäss Fig. 1 entsprechen kann, hat eine Eingangsklemme 503 eins? Trennschaltung mit einem lateralen PNP-Transistor 506. Dieser Transistor 506 ist mit seinem Emitter an die Eingangsklemme 503 angeschlossen, wogegen seine

/liegt

Basis an einer Schaltung 514·' und der Kollektor mit dem Kollektor eines lateralen PHP-Transistors 511 verbunden ist, der als konstante Stromquelle wirkt. Die Schaltung 514- umfasst Schaltelemente zur Erzeugung einer Bezugs- und Vorspannung für die Basis des Transistors 506 und ferner eine Lastschaltung für den Kollektor des Transistors 506, in der das Signal zur Steuerung eines .Flip-Flops 520 erzeugt wird. Die Schaltung 514- ist mit einer zweiten externen Anschlussklemme 529 verbunden und umfasst Schaltkreiselemente zur Erzeugung eines zweiten Signals für die Ansteuerung des Flip-Flops 520. Dieser Flip-Flop 520 enthält zwei kreuzweise gekoppelte NPKi-Transistor en 521 und 522, die mit ihrer Basis jeweils an die Schaltung 514- und mit dem jeweiligen Kollektor an die Kollektoren der Transistoren 523 bzw. 524- angeschlossen sind. Diese Transistoren 523 und 524- sind als Last-wirksam. In Fig. 5 sind ferner parasitäre laterale NPN-Transistoren 516 und dargestellt, um das Problem zu illustrieren, welches mit der Erfindung gelöst werden soll. Die Basis der parasitären

- 13 -, Transistoren

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Transistoren 516 und 517 ist das P-leitende Substrat, in welchem die integrierte Schaltung 500 ausgebildet ist. Die Emitter 518 und 519 werden von IT-leitenden Isolationsbereichen gebildet, die verhältnismässig nahe bei IT-leitenden epitaxialen Bereichen liegen und die Kollektorbereiche der Schalttransistoren 521 und 522 sein können. Der Emitter 518 kann z.B. der N-leitende epitaxiale Bereich sein, der die Basis des lateralen PiTP-Transistors 506 bildet. Wenn daher die Basis des Transistors 506 ausreichend negativer wird als das P-leitende Substrat der integrierten Schaltung 500, werden Elektronen in das Substrat injiziert, die den lateralen parasitären Transistor 518 einschalten und damit möglicherweise den Flip-Flop 520 unkorrekterweise in dem Schaltzustand ändern. Wenn jedoch die Eingangsklemme 503 wesentlich negativer wird als das Substrat der integrierten Schaltung 500, wird der Emitter-Basisübergang des lateralen PNP-Transistors 506 in Sperrichtung vorgespannt, so dass diese Basis, die auch den W-leitenden epitaxialen Emitterbereich 518 darstellt, niemals negativer als das Substrat wird. Damit können auch die parasitären Transistoren 518 und 519 niemals eingeschaltet werden, womit auch der Flip-Flop 420 in einer Umgebung mit hohen Eauschsignalstorungen zuverlässig arbeitet, wie dies für den an die Eingangsklemme 138 gemäss Fig. 1 angeschlossenen integrierten Schaltkreis gilt.

Der Emitter des Transistors 522 ist mit einer Schaltung 530 verbunden, welche die im Flip-Flop 520 gespeicherte Information abtastet und in Signale umwandelt, mit denen die ausgangsseitigen Transistoren 532 und 534- ansteuerbar sind. Als beispielsweise Verwendung für die Schaltung kann vorgesehen sein, dass diese ein Teil der automatischen Blockiervorrichtung für Sicherheitsgurte in einem' Kraftfahrzeug ist. Dabei wird über die Eingangsklemme 503 ein Sitzsignal angelegt, aus dem aufgrund der Gewichtsbelastung hervorgeht, ob eine Person auf dem Sitz Platz genommen hat oder nicht. Die Eingangsklemme

- 14 - 529 kann

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529 kann mit einem Gurtsignal beaufschlagt werden, aus dem hervorgeht, ob der Gurt angelegt ist öder nicht. Das System ist so ausgelegt, dass bei nicht angelegtem Sicherheitsgurt sowie bei nicht besetztem Sitz die beiden Signale ein verhältnismässig hohes Potential haben. Wenn auf dem Sitz eine Person Platz genommen hat, wird als Sitzsignal an die Eingangsklemme 503 Massepotential angelegt und der Transistor 506 abgeschaltet. Wenn anschliessend der Gurt angelegt wird, nimmt das Gurtsignal ebenfalls Massepotential an, womit der Flip-Flop in eine Lage gesteuert wird, die der Speicherung einer binären Eins entspricht. Beim Ablegen des Sicherheitsgurtes und wenn das Körpergewicht der Person nicht mehr auf dem Sitz lastet, wird der Flip-Flop in den binären Zustand ITuIl umgeschaltet. Der Schaltzustand des Flip-Flops wird über den Emitter des Transistors 522 der Schaltung 530 abgetastet, welche über die Ausgangsklemme 531 einen Steuerstrom zum Einschalten des ausgangsseitigen Transistors 532 liefert, wenn die Eingangsklemme 503 für das Sitzsignal und die Eingangsklemme 529 für das Gurtsignal richtig geerdet sind. Wenn das Sitzsignal und das Gurtsignal nicht in der richtigen Folge geerdet werden und damit auch keine binäre Null im Flip-Flop 520 gespeichert wird, dann liefert die Schaltung 530 einen Basisstrom nur über die Ausgangsklemme 533 an den ausgangsseitigen Transistor 534-· Die Wicklung 536· eines Startrelais kann vom Transistor 532 nur dann erregt werden, wenn im Flip-Flop 520 eine binäre Eins gespeichert ist. Der ausgangsseitige Transistor 534- wird jedoch nur leitend und erregt z.B. eine Warnschnarre 537, wenn im Flip-Flop 520 eine binäre Null gespeichert ist.

Durch die Erfindung wird in vorteilhafter Weise eine Möglichkeit geschaffen, integrierte Schaltkreise gegen die Injektion von Minoritätsträgern in das Substrat zu schützen, wenn negative Eauschsignale auf Steuerleitungen einwirken, wie dies in dem elektrischen System von Kraftfahrzeugen der Fall sein kann. Durch eine geeignete Schaltungsanordnung kann ein Differenz-

- 15 - verstärker

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Verstärker geschaffen werden, der dafür sorgt, dass für Rauschsignale nur eine kleine Impedanz an den davon "beaufschlagten Anschlussklemmen wirksam ist.

- 16 - Patentansprüche

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Claims

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Patentansprüche

Integrierte Halbleiterschaltung mit einer Eingangsklemme für den Anschluss einer externen Signalleitung, dadurch gekennzeichnet, dass ein lateraler Transistor (404) mit seinem Emitter (4-08) an die Eingangsklemme (402) angeschlossen ist.

Halbleiterschaltung nach Anspruch 1, dadurch g e kennze ichne t, dass eine Spannungsquelle (414) mit dem Emitter des lateralen Transistors verbunden ist, dessen Basis und dessen Kollektor an eine Vorspannungsund Lastschaltung (410) angeschlossen sind.

Halbleiterschaltung nach Anspruch 2, dadurch g e kennz e ichnet, dass die Basis des lateralen Transistors als erster Bereich (306) einer ersten Leitfähigkeit in einem Substrat (302) einer zweiten Leitfähigkeit ausgebildet ist, dass der Emitter als zweiter Bereich (318) der zweiten Leitfähigkeit in dem ersten Bereich ausgebildet ist, und dass der Kollektor als dritter Bereich (320) mit der zweiten Leitfähigkeit innerhalb des ersten Bereiches ausgebildet ist.

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4. Halbleiterschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leitfähigkeit eine N-Leitfähigkeit und die zweite Leitfähigkeit eine P-Leitfähigkeit ist.

5. Halbleiterschaltung nach Anspruch 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromquelle (410) ein P-leitender Widerstand ist.

6. Halbleiterschaltung nach den Ansprüchen 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromquelle (414) ein zweiter lateraler P2TP-Transistor ist, der mit seinem Kollektor an den Emitter des ersten lateralen Transistors (404) angeschlossen ist.

7· Halbleiterschaltung nach Anspruch 2, dadurch g e kennze ichnet, dass die Vorspannungs- und Lastschaltung (410) eine Bezugsspannung für die Basis des lateralen Transistors (404) liefert und ferner mit Impedanzeinrichtungen versehen ist, um eine Kollektorstromänderung des lateralen Transistors (404) in eine verhältnismässig grosse Spannungsänderung umzuwandeln.

8. Halbleiterschaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7₅ dadurch gekennzeichnet, dass die Signalleitung unter hoher Rauschsignalbeeinflussung steht.

9· Halbleiterschaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennz e ichnet, dass eine zweite integrierte Halbleiterschaltung (420) vorgesehen ist, deren Eingangsklemme (423) zusammen mit der Eingangsklemme (402) der ersten integrierten Halbleiterschaltung (400) an der Signalleitung (403) liegt, dass der erste integrierte Schaltkreis (400)

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einen ersten lateralen PNP-Transistor (404) umfasst, der mit seinem Emitter über die erste Eingangsklemme (402) an die Signalleitung angeschlossen ist und mit seinem Kollektor an einer Lastschaltung (410) liegt, dass die aus einem weiteren lateralen PNP-Transistor bestehende Stromquelle (414) mit dem Kollektor am Emitter des ersten lateralen PNP-Transistors liegt, dass ein zweiter Transistor (422) in der zweiten integrierten Halbleiterschaltung (420) mit seinem Emitter über die Eingangsklemm Qi (423 und. 402) an die Signalleitung angeschlossen ist und mit dem Kollektor an einer Last liegt, während die Basis von einer Steuerschaltung (432) aus ansteuerbar ist.

10. Integrierte Halbleiterschaltung nach Anspruch 9» dadurch gekennz e ichnet, dass der zweite Transistor (422) ein lateraler PNP-Transistor ist.

11. Integrierte Halbleiterschaltung nach einem oder mehreren der .Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der erste laterale PNP-Transistor (310) in einem N-leitenden Bereich (306) ausgebildet ist, dass die Basis dieses Transistors mit einer Vorspannungsschaltung verbunden und der Kollektor an eine Lastschaltung angeschlossen sind, dass eine Stromquelle mit einem P-leitenden Anschluss an den Emitter angeschlossen ist, der auch vom Eingangssignal ansteuerbar ist, und dass bei dem Anliegen negativer Rauschimpulse keine Trägerinjektion in das P-leitende Substrat der integrierten Halbleiterschaltung erfolgt.

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