DE2924633C2 - - Google Patents

Description

Halbleiter-Regelschaltungen für Ströme und Spannungen sind allgemein bekannt. Im Laufe der Zeit wurde der Bedarf an preis­ werteren und schnelleren Schaltungen mit immer niedrigerem Stromverbrauch und engeren Toleranzen immer größer. Spezielle Lösungen für bestimmte Probleme in diesem Bereich wurden von verschiedener Seite angeboten. Beispiele für die herkömmlichen Regelschaltungen zur Erfüllung eines oder mehrerer dieser Kriterien finden sich in den nachstehend aufgeführten US- Patentschriften und in der angegebenen Literatur: 34 44 476, 37 21 893, 38 68 583 und 40 24 462.

S. Ogawa, R. I. Spadavecchia und J. R. Struk; "STABILIZED REFERENCE VOLTAGE SOURCE"; IBM Technical Disclosure Bulletin; Vol. 13, No. 9; Februar 1971, Seite 2689;

J. W. Mitchell; "Monolithic Current Source"; IBM TDB; Vol. 13, No. 12; Mai 1971, Seite 3720;

D. Azziz; "Current-Source Scaling Circuit"; IBM TDB, Vol 19, No. 5; Oktober 1976, Seiten 1709-10;

W. Chin; "ON-CHIP VOLTAGE REGULATOR"; IBM TDB; Vol. 19, No. 6; November 1976, Seiten 2078-9.

In dieser Literatur sind Schaltungen beschrieben, die mit der erfindungsgemäßen Schaltung Komponenten gemeinsam haben, um eine oder mehrere von der erfindungsgemäßen Schaltung ausge­ führte Funktionen zu übernehmen. Die dort gezeigten Komponenten sind jedoch in anderen Konfigurationen miteinander verbunden und arbeiten anders als die erfindungsgemäße Schaltung.

Das US-Patent Nr. 34 44 476 zeigt einen zweistufigen direkt ge­ koppelten Differenzverstärker (=Differentialverstärker) mit einer Vorwärtskopplung (oder abhängig vom Blickpunkt auch Rückkopplung) zwischen ei­ nem gemeinsamen Lastwiderstand für die erste Verstärkerstufe und für einen Emitterstrom-Regeltransistor in der letzten Stufe. Diese Schaltungsanordnung kompensiert nicht-differentiell und zwar hauptsächlich Schwankungen in der Stromversorgung, das Konzept läßt sich aber wahrscheinlich auch auf die Kompensation anderer Schwankungen anwenden.

Das US-Patent Nr. 37 21 893 betrifft eine Bezugsstrom-Erzeuger­ schaltung, in der ein kompensierender Nebenschluß eingestellt und dadurch der Stromfluß durch die Stromquelle genau gleich­ gesetzt wird dem Stromfluß durch die Last. Diese Anordnung bietet eine Kompensation ohne Verluste aufgrund eines Kompen­ sations-Rückkopplungsnetzes.

Das US-Patent Nr. 38 68 583 beschreibt abgeglichene Rückkopp­ lungspfade für einen Differentialverstärker, wodurch vier Strom­ quellen gleichzeitig und komplementär gesteuert werden und das Ungleichgewicht sehr klein gehalten wird.

Das US-Patent Nr. 40 24 462 zeigt eine Differentialverstärker­ schaltung, deren Transistoren in Darlington-Konfiguration als Hauptverstärkungselemente geschaltet sind und in der genau abgeglichene oder eingestellte Regelwiderstände in der Dar­ lington-Konfiguration so angeordnet sind, daß im wesentlichen eine Gleichstromversetzung von Null aufrecht erhalten wird.

In der Veröffentlichung von Ogawa u. a. wird eine stabilisierte Bezugsspannungs-Generatorschaltung beschrieben, die gewisse Ähnlichkeiten mit der er­ findungsgemäßen Schaltung hat. Hier sind zwei ver­ schiedene Rückkopplungspfade zur Kompensation vor­ gesehen, es werden jedoch zwei zusätzliche Strom­ quellen gebraucht.

Die Anordnung nach Mitchell umfaßt einen Rückkop­ plungspfad über beide Seiten einer einzigen Dif­ ferentialverstärkerschaltung, wodurch der Gleichlauf der Spannungen an den Basen der beiden Transistoren erreicht wird. Wenn zwischen den beiden Spannungen eine Potentialdifferenz besteht, ändert die Rückkop­ plungsverbindung den Basisstrom, der durch den Tran­ sistor fließt, der mit dem Ausgangsemitterfolger verbunden ist, wodurch die Spannungen wieder auf gleiche Höhe gebracht werden.

Die in den Veröffentlichungen von Azziz und Chin gezeigten Schaltungen weisen andere kleinere Schal­ tungskonfigurationen der Art auf, mit denen sich die vorliegende Erfindung befaßt.

Keine dieser oben genannten Quellen zeigt jedoch eine erfindungsgemäße Glättungsschaltung für die Basisstrom- Kompensationsschaltung für den Eingangsdifferentialver­ stärker gemäß der nachfolgend zu beschreibenden Erfindung.

Eine auch für logische Schaltungen einsetzbare Bezugspegel- Regelschaltung mit dem im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen ist aus dem US-Patent Nr. 40 06 400 bekannt.

Die Aufgabenstellung der Erfindung besteht darin, eine neuartige Bezugs­ pegel-Regelschaltung anzugeben, die durch den Einsatz einer doppelten Regelung hinsichtlich Schnelligkeit und Genauigkeit der Regelung und hinsichtlich der Anpassungsfähigkeit an verschiedenste Anwendungen optimale Ergebnisse liefert.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 gekennzeichnet.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den beigefügten Zeichnungen dargestellt und werden anschließend näher beschrieben. Es zeigt

Fig. 1 ein Funktionsdiagramm einer erfindungsgemäßen Bezugspegel- Regelschaltung;

Fig. 2A das Schaltbild eines Ausführungsbeispiels mit einem typischen Lastkreis;

Fig. 2B das Schaltbild eines anderen Ausführungs­ beispiels der Erfindung mit einem anderen typischen Lastkreis;

Fig. 2C das Schaltbild eines weiteren Ausführungs­ beispiels der Erfindung mit einem verein­ fachten Beispiel des Layouts eines Equi­ potentialgitters und

Fig. 3 in einem Blockdiagramm die Verbindung der in den Fig. 2A, 2B und 2C gezeigten Ausführungs­ beispiele bei ihrer Verwendung auf einem gemeinsamen Halbleiterchip.

Ein Funktionsdiagramm einer erfindungsgemäßen Schaltung zur Lieferung einer feingeregelten Spannung ist in Fig. 1 gezeigt.

Ein erster Differentialverstärker 10 ist mit einem Eingangs­ anschluß an eine Referenzspannungsquelle 12 angeschlossen, die zwischen einem Punkt positiven Potentials und einem Punkt mit einem festen Referenzpotential gelegt ist, das hier als Erde dargestellt ist. Der symmetrische Ausgang des Differential­ verstärkers 10 wird an symmetrische Eingangsanschlüsse eines zweiten Differentialverstärkers 14 angelegt, dessen Ausgangs­ anschluß mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Elemente 16 und 18 einer Spannungsteilerschaltung verbunden ist, die an die Eingangsanschlüsse des symmetrischen Verstärkers 14 ge­ legt ist. Ein unsymmetrischer Verstärker 20 ist mit seinem Eingangsanschluß über einen Schalter 22 mit einem Ausgangs­ anschluß des ersten Differentialverstärkers 10 verbunden, um eine geregelte Spannung an die Ausgangsanschlüsse 24 zu lie­ fern. Diese Spannung wird in der Normalstellung eines Schal­ ters 26, in der er geschlossen ist, an den anderen Eingangs­ anschluß des ersten Differentialverstärkers 10 angelegt. In einigen Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Schaltung wird das Ausgangspotential des unsymmetrischen Ver­ stärkers 20 an den Eingang des ersten Differentialverstärkers 10 über eine Inverterschaltung 30 angelegt, wobei der Schalter 26 natürlich geöffnet ist. Um die richtigen Polaritäten zu erzielen, muß dann auch Schalter 22 und 23 umgeschaltet wer­ den. Dieses Schaltungsprinzip gilt gemäß nachfolgender Darstellung der genaueren Schaltpläne für die verschiedenen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Schaltung, die in den Fig. 2A, 2B und 2C gezeigt sind. Diese Schaltungen werden in der Praxis häufig auf einem Halbleiterchip untergebracht, um die an andere mit integrierte Lastschaltun­ gen, in der Größenordnung von 1000 Schaltungen, angelegte Spannung zu regeln.

Ein Vorteil der Bezugspegel-Regelschaltung nach dem Er­ findungsgedanken besteht auch darin, daß eines oder mehrere Ausführungsbeispiele zur Lieferung einer geregelten Referenz­ spannung an ein anderes Ausführungsbeispiel verwendet werden können. Fig. 3 enthält den Schlüssel zur Verbindung dieser Regelschaltungen zu diesem Zweck.

Eine typische Lastschaltung, die den von der erfindungsgemäßen Regelschaltung gelieferten Genauigkeitsgrad der Regelung braucht, ist als Transistortreiberschaltung in Fig. 2B ge­ zeigt. Ein bistabiles Signal, das zwei binäre logische Schaltpegel darstellt, wird an die Eingangsanschlüsse 34 an­ gelegt, die zur Basis eines in Emitterfolgeschaltung ge­ schalteten Transistor 36 führen, dessen Emitterkreis einen weiteren Transistor 38 und einen Widerstand 39 enthält. Ein fixes Referenzpotential von einer erfindungsgemäßen Quelle erscheint am Eingangsanschluß 40 und wird an die Basis eines in Emitterfolgeschaltung geschalteten Transistors 42 angelegt. Der Emitter dieses Transistors ist mit der Basis des Transi­ stors 38 verbunden. Die Verbindung des Emitters des Transi­ stors 36 mit dem Kollektor des Transistors 38 ist an die Basis eines Transistors 44 angeschlossen, der einen Teil eines Stromschalters bildet. Dieser Stromschalter enthält einen weiteren Transistor 46, dessen Emitter mit dem Emitter des Transistors 44 verbunden ist. Die Widerstände 48 und 50 sind die Lastwiderstände für die Transistoren 44 bzw. 46. Eine geregelte Spannung von vorzugsweise einer anderen er­ findungsgemäßen Schaltung wird an die Basis des Transistors 46 angelegt. Die Emitter sind gemeinsam mit dem Kollektor eines anderen Transistors 52 verbunden, der über einen Wider­ stand 54 mit seinem Emitter an eine Quelle festen Bezugs­ potentials angeschlossen ist, das hier als Erde dargestellt ist. Dieselbe Bezugs- oder Referenzspannung, die an die Basis des Transistors 38 angelegt wird, wird auch an die Basis des Transistors 52 angelegt.

Das Ausgangssignal von Transistor 46 des Stromschalters wird an die Basis eines Transistors 56 angelegt, der einen Teil einer phasengleichen Emitterfolgeschaltung bildet, in der ein Widerstand 57, ein Widerstand 58 und eine Diode 60 zwischen den Emitter des Transistors 56 und einen Punkt mit festem Referenzpotential in Reihe geschaltet sind. Der Aus­ gang des Transistors 44 ist mit der Basis eines anderen Transistors 62 verbunden, der Teil einer gegenphasigen Emitterfolgeschaltung ähnlicher Konfiguration ist. Der Emitter des Transistors 62 ist mit einem Widerstand 64, einem Widerstand 65 und der Kollektor-Emitterstrecke eines anderen Transistors 68 und von dort mit dem Punkt festen Referenz­ potentiales verbunden.

Die Emitterfolgeschaltungen sind so angeschlossen, daß sie einen Signalausgangstransistor 70 im Ausgangskreis treiben. Eine Diode 72 ist zwischen die Verbindung der Widerstände 64 und 65 einerseits und den Kollektor des Signalausgangs­ transistors 70 andererseits gelegt, während eine andere Diode 74 zwischen die Verbindung der Widerstände 57 und 58 einerseits und die Basis des Signalausgangstransistors 70 andererseits gelegt ist. Die Ausgangsanschlüsse 76 sind über Kollektor und Emitter des Signalausgangstransistors 70 angeschlossen, wobei die Verbindung zum Emitter vorzugs­ weise zu einem Punkt mit festem Referenzpotential wie dar­ gestellt geführt ist. Das Betriebspotential für den Signal­ ausgangstransistor 70 kommt von außerhalb der Treiberschal­ tung und wird über einen Lastwiderstand 78 als Teil der externen Schaltung angelegt, die im übrigen mit dem Aus­ gangsanschluß 76 verbunden ist. Diese Lastschaltung ist im einzelnen an anderer Stelle genauer beschrieben.

Bezugspegel-Regelschaltung

Wie schon gesagt, ist der Transistor 46 im Schaltkreis mit einer Basis an eine Quelle festen Bezugspotentials ange­ schlossen, das an den Anschluß 47 angelegt wird. Darstellungs­ gemäß ist dieser mit dem Emitter eines Transistors 80 für den geregelten Bezugspegel verbunden und in der Regelschaltung angeordnet, die nach dem Erfindungsgedanken auf demselben Halbleiterchip integriert ist. Ein Paar Transistoren 82 und 84 ist in Kollektor-Emitterschaltung in Reihe mit einem Widerstand 86 zwischen einen Punkt positiven Betriebspotentials und dem Punkt mit festem Bezugspotential gelegt. Die Basen der Transistoren 82 und 84 werden mit einem geregelten Bezugspegel gespeist, der erfindungsgemäß erzeugt und an die Eingangsanschlüsse 88 und 90 gegeben wird, die entsprechend mit den Emittern der Regelschaltungs-Ausgangstransistoren 92 und 94 verbunden sind. Diese beiden Transistoren funktionie­ ren im wesentlichen genauso wie der erwähnte Transistor 80 und die Transistoren 96, 98 und 99, die im Rückkopplungspfad an­ geordnet sind. Die Verbindung zwischen dem Emitter des Transistors 82 und dem Kollektor des Transistors 84 läuft über einen Widerstand 95 zur Basis eines Transistors 102 eines ersten Differentialverstärkerkreises 100 mit einem weiteren komplementären Eingangstransistor 104, dessen Basis über einen Transistor 126 mit dem Emitter eines Transistors 96 verbunden ist. Ein Kondensator 109 ist zwischen Basis und Kollektor des Transistors 104 gelegt. Die Kollektor-Emitter­ strecken der Transistoren 102 und 104 sind über Widerstände 106 und 107 mit dem Emitter eines Transistors 108 verbunden.

Zwei Eingangstransistoren 112 und 114 eines zweiten Differen­ tialverstärkers 110 sind mit ihrer Basis einzeln an die Kollektoren der Transistoren 102 und 104 des ersten Differen­ tialverstärkers 100 angeschlossen. Die Basis des Transistors 102 ist mit dem Kollektor durch einen Kondensator 103 ver­ bunden. Die Emitter beider Transistoren 112, 114 sind mit dem festen Referenzpotential über einen Widerstand 115 ver­ bunden. Der Kollektor des ersten Transistors 112 ist an ein zweites positives Betriebspotential, das höher ist als das erste Betriebspotential, über einen in Reihe geschalteten Widerstand 116 und eine Diode 117 angeschlossen, während der Kollektor des anderen Transistors 114 direkt mit demselben positiven Potential verbunden ist. Der Kollektor des Tran­ sistors 110 ist mit dem Emitterfolgetransistor 108 verbunden. Der Kollektor des Transistors 108 liegt am zweiten, höheren Betriebspotential.

Ein dritter Verstärker 120 enthält einen Transistor 122, dessen Basis mit dem Kollektor des Transistors 104 und dessen Kollektor mit dem zweiten Punkt positiven Potentiales über einen Widerstand 124 verbunden ist. Der Emitter des Transistors 122 ist gemeinsam an die Basen der Regelschaltungs-Ausgangs­ transistoren 80, 96, 98 und 99 angeschlossen. Ein Widerstand 126 mit demselben Widerstandswert wie der Widerstand 95 ist in die Rückkopplungsschleife zwischen der Basis des Tran­ sistors 104 und den Emittern der Transistoren 96, 98, 99 unter anderen gemeinsam angeschlossenen Transistoren gelegt, die alle über einen Widerstand 128 mit festem Bezugspotential verbunden sind. Eine Diode 97 ist so angelegt, daß die Tran­ sistoren zum Abschalten vorgespannt sind. Andere Verbindungen zu den Ausgangstransistoren 80, 96, 98 und 99 und 188 werden später noch im einzelnen beschrieben.

Modifiziertes Ausführungsbeispiel

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Regel­ schaltung ist in Fig. 2A gezeigt. Die Bezugspotentialquelle 12 besteht in diesem Fall aus zwei Widerständen 131 und 132, die in Reihe zwischen einen Punkt positiven Betriebspotentiales und den Punkt mit festem Referenzpotential, hier als Erde dargestellt, geschaltet sind. Das Bezugspotential an der Verbindung der beiden Widerstände 131 und 132 wird an die Basis eines Transistors 134 des ersten Verstärkers 10 angelegt, der einen komplementären Eingangstransistor 136 hat. Die Emitter der letztgenannten Transistoren sind über einen Widerstand 138 mit dem festen Bezugspotential verbunden. Die Ausgangssignale des Differentialverstärkers 10 erhält man mittels der Lastwider­ stände 142 bzw. 144, an die über die Kollektor-Emitterschal­ tung eines Transistors 146, dessen Basis mit dem Kollektor eines anderen Eingangstransistors 148 des zweiten Verstärker­ kreises 14 verbunden ist, ein höheres positives Betriebspo­ tential angelegt wird. Ein Kondensator 140 ist zwischen die Basis und den Kollektor des Transistors 136 gelegt. Ein Kondensator 150 ist zwischen Basis und Kollektor des Tran­ sistors 148 geschaltet. Der Emitter des Transistors 148 ist über eine Diode 151 und einen Widerstand 152 mit dem festen Bezugspotential und mit dem Emitter eines komplementären Eingangstransistors 154 verbunden. Der Kollektor des letzt­ genannten Transistors ist direkt mit der zweiten Quelle eines positiven Betriebspotentiales verbunden, während der Kollektor des anderen Eingangstransistors 148 über einen Lastwiderstand 156 mit demselben Betriebspotential verbunden ist. Die Basis des Transistors 154 ist mit dem Kollektor des Transistors 136 des ersten Differentialverstärkers 10 verbun­ den, der auch an die Basis des Transistors 160 des dritten unsymmetrischen Verstärkers 20 angeschlossen ist. Ein positives Betriebspotential wird über einen Widerstand 162 an den Kollektor des Verstärkertransistors 160 angelegt, dessen Ausgang an die Basis mehrerer Regelschaltungs-Ausgangs­ transistoren angelegt wird, von denen hier nur die Transistoren 166, 168 und 169 dargestellt sind. Diese sind effektiv in Emitterfolgeschaltung geschaltet und gleiche Elektroden sind im wesentlichen gemeinsam angeschlossen, wobei einzelne Lastelemente an die gemeinsam verbundenen Emitter gelegt sind. Die Ausgangstransistoren 166, 168 und 169 sind somit in einen negativen Rückkopplungspfad des Differentialver­ stärkers 10 vom Kollektor zur Basis des Transistors 136 gelegt, wobei der Rückkopplungspfad auch den Transistor 160 und den Widerstand 165 einschließt. Eine Diode 167 liefert die Ab­ schaltvorspannung für die Transistoren 166, 168 und 169. Der Widerstand 165 muß im wesentlichen denselben Wert haben wie der Widerstand 133. Auf diese Weise können bis zu etwa 1000 logische Schaltkreislasten aufgenommen werden. In diesem Fall sind mehrere dieser Ausgangstransistoren in Emitter­ folgeschaltung auf dem Halbleiterchip ganz dicht an den Punkten verteilt angeordnet, an denen der geregelte Bezugs­ pegel gebraucht wird.

Die Emitter der Ausgangstransistoren 166, 168 und 169 sind ge­ meinsam mit der Basis der beiden Transistoren 170, 172, verbunden, die Teile einer logischen Schaltung sind. Die Emitter der Transistoren 170 und 174 sind mit dem Kollektor eines Transistors 176 in einer Teilschaltung verbunden. Der Emitter des Transistors 176 und eines anderen komplementären Transistors 178 ist wiederum an den Kollektor-Emitterkreis eines Transistors 180 angeschlos­ sen. Ein Emitterwiderstand 182 vervollständigt die Verbin­ dung zu dem festen Referenzpotential, das hier als Erde dargestellt ist. Ein anderer Transistor 184 bildet das Komplement des Transistors 172 für eine Schaltung, die der Schaltung ähnlich ist, in der die oben erwähnten Transistoren 170 und 174 geschaltet sind, und vervollständigt so die hier gezeigte logische Schaltung, die sehr typisch für die Last­ schaltung ist, die von der erfindungsgemäßen Regelschaltung zu speisen ist. Der obere logische Bezugspegel, der am Emitter des Transistors 168 erscheint, wird an die Basis des Transistors 170 angelegt. Die Untergrenze des logischen Bezugspegels wird an die Basis des Transistors 176 über einen in Emitterfolgeschaltung geschalteten Transistor 188 angelegt, an dessen Basis der Ausgang des Transistors 122 gemeinsam mit dem Ausgang der Regelschaltungs-Ausgangstran­ sistoren 80, 96, 98 und 99 angelegt wird. An die Basis des Transistors 180 wird eine geregelte Spannung über einen Emitterfolgetransistor 186 angelegt, dessen Emitter im Potential fixiert ist, weil die Basis des Transistors 186 in einem weiteren Ausführungsbeispiel einer erfindungsge­ mäßen Bezugspegel-Regelschaltung, das noch zu beschreiben ist, in eine negative Rückkopplungsschleife eingeschlossen ist.

Weiteres Ausführungsbeispiel

Ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Regelschaltung ist in Fig. 2C gezeigt. Hier enthält die Bezugspotentialquelle 12 ein Paar Widerstände 201 und 202, die in Reihe zwischen einen Punkt mit positivem Betriebs­ potential und einem Punkt mit festem Referenzpotential ge­ schaltet sind, das hier als Erde gezeigt ist. Die Basis eines Transistors 192 ist mit der Verbindung der Widerstände 201 und 202 so verbunden, daß der Basisstrom das Bezugspotential geringfügig modifiziert, um so besser den anderen, aufgrund von Temperaturschwankungen und Prozeßvariablen auftretenden Schaltungspotentialen folgen zu können. Die Bezugsspannung am Verbindungspunkt ist mit der Basis eines Eingangstran­ sistors 204 des ersten Differentialverstärkers 10 verbunden, der noch einen weiteren komplementären Eingangstransistor 206 hat. Die Emitter der beiden Transistoren sind über einen Widerstand 208 an Erde angeschlossen. Ein Kondensator 210 ist zwischen die Basis und den Kollektor des ersten Tran­ sistors 204 gelegt. Die Lastwiderstände 212 und 214 sind einzeln mit den Kollektoren der Transistoren 204 und 206 und gemeinsam mit der Emitter-Kollektorstrecke eines Transistors 216 und mit dem zweiten positiven Betriebspotential ver­ bunden. Ein Paar Transistoren 222 und 224 bilden die Ein­ gangstransistoren zu dem zweiten Differentialverstärker 14 und sind mit ihren Basen einzeln an die entsprechenden Kollektoren der Transistoren 204 und 206 angeschlossen. Die Emitter der Transistoren 222 und 224 sind gemeinsam mit der Kollektor-Emitterstrecke eines Transistors 226 und über einen Widerstand 225 mit dem festen Referenzpotential verbunden, das hier als Erde dargestellt ist. Der Kollektor des Transistors 222 ist mit der Basis des Transistors 216 und dem Lastwiderstand 228 verbunden, der mit dem zweiten positiven Betriebspotential verbunden ist, wobei dieses Betriebspotential auch direkt an den Transistor 224 ange­ schlossen ist. Ein Transistor 230 ist mit der Basis an den Kollektor des Transistors 204 des Differentialverstärkers 10 angeschlossen und der Kollektor ist über einen Lastwider­ stand 232 mit dem zweiten positiven Betriebspotential ver­ bunden. Der Emitter ist gemeinsam über den parallel geschal­ teten Widerstand 231 und den Kondensator 237 mit der Basis der Regelschaltungs-Ausgangstransistoren verbunden, von denen nur die Transistoren 234, 236, 238 und 239 dargestellt sind. Die Kollektoren dieser Transistoren sind alle mit dem positiven Betriebspotential verbunden, und ein gemeinsamer Lastwiderstand 235 ist zwischen die Emitter und den Punkt festen Bezugspotentials gelegt. Der Widerstand 233 verbindet die zusammengelegten Basen und die zusammengelegten Emitter der Ausgangstransistoren 234, 236, 238, 239 und anderer, um den Basisstrom zu liefern. Der Emitter des Ausgangstransistors 234 ist neben seiner Verbindung mit den Emittern von acht anderen Ausgangstransistoren noch mit der Basis des Transistors 240 verbunden, der den Eingangstransi­ stor einer Inverterschaltung 30′ bildet. Der Emitter des Transistors 240 ist über einen Widerstand 242 mit Erde ver­ bunden. Die Inverterschaltung 30 enthält zwei weitere Tran­ sistoren 244, 246 und eine Diode 248, die zwischen die Basen der Transistoren 244 und 246 gelegt ist. Die Anode der Diode 248 ist mit dem positiven Betriebspotential ver­ bunden, während der Kollektor des Transistors 246 an den Lastwiderstand 247, an das erste positive Betriebspotential und an die Basis des Transistors 206 im Differentialver­ stärker 10′ angeschlossen ist. Der Emitter des Transistors 244 ist direkt mit dem Kollektor des Eingangstransistors 240 verbunden und vervollständigt so die Inverterschaltung. Diese Schaltungsanordnung wird in der Gesamtschaltung zum Erzeugen des geregelten Bezugspegels V _RS verwendet. Die in Fig. 2A dargestellte Schaltungsanordung wird in der Gesamt­ schaltung zum Erzeugen eines geregelten oberen Bezugspegels V _RU verwendet, während der untere geregelte Bezugspegel V _RL von der in Fig. 2B gezeigten Schaltung erzeugt wird.

Die Schaltbilder wurden auf herkömmliche Art und Weise zum leichteren Verständnis der Arbeitsweise der Schaltung gezeich­ net. Die Regelschaltungs-Ausgangstransistoren für die beiden gezeigten Lastkreise wurden dicht an den Schaltungsteilen dargestellt, für die der geregelte Bezugspegel geliefert wird, während andere Ausgangstransistoren zusammen darge­ stellt sind, um den Eindruck zu vermitteln, daß eine Anzahl derartiger Ausgangstransistoren parallel geschaltet ist. Bei einer verwirklichten Anordnung bedienen neun Ausgangs­ transistoren in Emitterfolgeschaltung etwa 1000 Lastkreise. Solche parallelen Ausgangstransistoren sind elektrisch in die Rückkopplungspfade der betreffenden Regelkreise gelegt. Die Ausgangstransistoren 80 und l88 für den unteren Pegel V _RL beispielsweise sind dicht am Einsatzort dargestellt, während die Transistoren 96, 98 und 99 dicht am Verstärkertransistor 122 dargestellt sind, der ihren Treibertransistor bildet. Die Transistoren 166, 168 und 169 für den oberen Pegel V _RU sind dicht am Transistor 160 dargestellt, der sie speist, und Transistor 92 dicht an den Schaltungsteilen, an die die geregelten Pegel geliefert werden. In gleicher Weise sind die Spannungsquelle V _RS , die Ausgangstransistoren 42, 94, 186 und 234 neben den Lasten dargestellt, während andere Ausgangs­ transistoren 236, 238 und 239 neben dem Transistor 230 dargestellt sind, der ihren Treibertransistor bildet. Es ist zu beachten, daß für jede Kategorie von Ausgangstransistoren die Basen, die Kollektoren und die Emitter jeweils gemeinsam verbunden sind. Das gilt ohne Rücksicht auf die tatsächliche Lage der Bezugspegel-Ausgangstransistoren auf dem Halbleiterchip. Somit ist bei einer derartigen Schaltungsanordnung eine Menge von Leitern vorhanden, die gleiches Potential führen. In jedem Leiter, der den geregelten Bezugspegel führt, tritt jedoch tatsächlich ein Spannungsabfall auf. Weil die Tran­ sistoren in gemeinsamer Emitterfolgeschaltung in der Rück­ kopplungsschleife liegen, führen Änderungen des gemeinsamen Spannungsabfalles V _BE aufgrund von Temperatur- und Lastwechseln zu relativ kleinen Änderungen in der gemeinsamen Ausgangs­ spannung. Bei einigen Anwendungen der erfindungsgemäßen Regel­ schaltung liegt die Differenz zwischen Ober- und Untergrenze der logischen Pegel in der Größenordnung von zwei Dritteln der Basis-Emitter-Spannung der zugehörigen Transistoren. In solch einer Anordnung können Spannungsabfälle auf den Leitern nicht immer vernachlässigbar klein sein. Daher ist eine gitter­ förmige Anordnung zwischen den Emittern der Regelschaltungs-Ausgangstran­ sistoren 234, 236, 238, 239, 186, 94 und 42 vorgesehen, wie es in Fig. 2C dargestellt ist. Die Basen der Ausgangstransistoren sind durch eine herkömmliche Schaltung gemeinsam verbunden, da die Basisströme sehr niedrig sind und nur vernachlässigbar kleine Spannungsabfälle auftreten. Die Emitter sind tatsächlich in einer gitterförmigen Anordnung, wie sie in Fig. 2C gezeigt ist, miteinander so verbunden, daß die einzelnen Lasten an die einzelnen Emitter der nächst­ liegenden Ausgangstransistoren über sehr kurze Leitungen an­ geschlossen sind, weil der Strom an diesen Stellen relativ groß ist. Die Verbindungen der Ausgangstransistoren sind im allgemeinen an die Gitterleiter im Interesse der besseren Leitfähigkeit an deren Schnittpunkten vorgesehen, während die Lastkreise an jedem beliebigen Punkt längs des Leiters angeschlossen sind. Bei dieser Konstruktion ist der logische Spannungspegel und/oder Strompegel im wesentlichen über dem Halbleiterchip gleichförmig.

Arbeitsweise

Die Arbeitsweise der gesamten bisher beschriebenen erfin­ dungsgemäßen Schaltung wird anhand einer praktischen Anwen­ dung erläutert, für die ein Mikroprozessor ein gutes Bei­ spiel ist. Solch eine Anwendung hat häufig die Form einer Stromschaltlogik, die eine sehr genaue Steuerung des Stromes in jedem logischen Schaltkreis verlangt. Die Anordnung von 1000 oder mehr derartigen logischen Schaltkreisen zusammen mit den Stromquellen auf einem Halbleiterchip ist durchaus üblich. Die erfindungsgemäße Schaltung liefert Bezugspegel, die an die Stromquellen in jedem logischen Stromkreis verteilt sind, um die Größe der Ströme der logischen Lastschaltungen zu steuern. Andere an jede logische Schaltung geführte Bezugs­ pegel ermöglichen das Schalten der Ströme innerhalb einer jeden logischen Schaltung.

Wenn der in Fig. 1 gezeigte Schalter 22, der mit dem inver­ tierten Ausgangsanschluß des Differentialverstärkers 10 und dem Schalter 26 verbunden ist, geöffnet ist, ist die Basis für den Betrieb des Ausführungsbeispieles der Bezugspegel- Regelschaltung, dargestellt in Fig. 2C, gegeben. Eine von der Bezugspotentialquelle 12 erhaltene Eingangsbezugs­ spannung wird an die direkte Eingangsklemme des Differen­ tialverstärkers 10 angelegt. Der invertierte Eingang des Differentialverstärkers 10 wird vom Ausgang der Inver­ terschaltung 30 gespeist, an deren Eingang die Referenz­ spannung V _RS angelegt wird. Die Inverterschaltung 30 stellt eine logische Schaltung mit einer Spannungsver­ stärkung von -0,5 dar. Der invertierte Ausgangsanschluß des Differentialverstärkers 10 wird mit dem unsymmetrischen Verstärker 20 verbunden, dessen Leistung ausreicht, um das Bezugspotential V _RS für die gesamte logische Schaltung auf dem Chip zu treiben, die etwa 1000 Schaltkreise und/oder Stromquellen umfaßt. Die Rückkopplungswirkung hält den invertierten Ausgang des Differentialverstärkers 10 auf einem Pegel fest, der durch die Komponenten im unsymmetrischen Verstärker 20 und in der Inverterschaltung 30 bestimmt wird. Der direkte Ausgangsanschluß des Differentialverstärkers 10 ist mit dem direkten Eingangsanschluß des symmetrischen Differential­ verstärkers 14 verbunden, während der invertierte Eingangs­ anschluß dieses Verstärkers mit dem invertierten Ausgangs­ anschluß des Differentialverstärkers 10 und einem Anschluß des Rückkopplungselementes 16 verbunden ist, dessen anderer Anschluß an den invertierten Ausgangsanschluß des Verstärkers 14 angeschlossen ist. Ein weiteres Rückkopplungselement 18 ist zwischen den invertierten Ausgangsanschluß des symmetrischen Differentialverstärkers 14 und dessen direkten Ein­ gangsanschluß gelegt. Diese Rückkopplungsschaltung ist so ausgelegt, daß die Ausgangsanschlüsse des Differentialver­ stärkers 10 und daher die Eingangsanschlüsse des Differen­ tialverstärkers 14 innerhalb von etwa ± 45 Millivolt auf demselben Wert gehalten werden. Die Rückkopplungselemente 16 und 18 sind vorzugsweise einfache Widerstandselemente. Der Gesamtspannungsabfall über den Rückkopplungselementen 16 und 18 wird bestimmt durch die Stromquelle im Differentialver­ stärker 10 und liegt bei etwa 1 Volt. Die Spannungen und daher die Ströme in den Rückkopplungswiderstandselementen 16 und 18 sind daher innerhalb ± 4,5 Prozent gleich. Der in den Widerstandselementen 16 und 18 fließende Strom ist im wesent­ lichen der Laststrom des Differentialverstärkers 10. Die Eingangsspannungsdifferenz für den Differentialverstärker 10 ist eine logarithmische Funktion des Ausgangsstromverhält­ nisses der Ströme durch die Widerstände 16 und 18. Wenn diese Ströme innerhalb von ± 4,5 Prozent gleich sind, dann ist der invertierte Eingang zu dem nicht ausgeglichenen Ver­ stärker 10 im wesentlichen innerhalb weniger Millivolt gleich mit dem Eingang zu den direkten Anschlußklemmen des Differen­ tialverstärkers 10. Dieser Eingang ist die Spannung von der Bezugspotentialquelle 12.

Da die Spannung am invertierten Eingangsanschluß des Differen­ tialverstärkers 10 der Spannung am Ausgang der Inverter­ schaltung 30 entspricht, wird das Bezugspotential V _RS automatisch so eingestellt, daß die Ausgangsspannung der logischen Schaltung konstant und genauso groß gehalten wird wie die Referenzspannung von der Referenzspannungsquelle 12. Das Klemmen des Eingangssignals für die Emitterfolgeschaltung 20 stammt aus der Rückkopplung über die Inverterschaltung 30. Die kleinen Signalabweichungen des Stromes und der Spannung zeigen die Klemmwirkung. Wenn z. B. der Ausgang des Dif­ ferentialverstärkers 14 um ein Volt ansteigt, steigt die invertierte Eingangsspannung um 1/9 Volt und das invertierte Eingangssignal zum Differentialverstärker 10 nimmt um 1/18 Volt ab, weil die Spannungsverstärkung des Inverters 30 gleich -0,5 ist. Der im Widerstandselement 16 fließende Strom wird jetzt um 4/9 Milliampere erhöht wegen des Übergangsleitwertes des Differentialverstärkers 10 von 0,008 ms. Der Strom im Widerstand 18 wird gleichzeitig um 4/9 Milliampere gesenkt, weil die Summe des vom Differen­ tialverstärker 10 gesteuerten Stromes, bestehend aus den in den Widerstandselementen 16 und 18 fließenden Strömen, im wesentlichen konstant sein muß und durch einen Emitter­ widerstand im Differentialverstärker 10 gesteuert wird. Das Widerstandselement 16 bzw. 18 hat vorzugsweise einen Wert von 2 kΩ und daher beträgt die Änderung des Spannungs­ abfalles über dem Widerstandselement 16 8/9 Volt. Die Zunahme der Ausgangsspannung des Differentialverstärkers 14 von einem Volt abzüglich der Zunahme des Spannungsabfalles über dem Widerstand 16 von 8/9 Volt addiert sich zu einer Netto­ änderung von nur 1/9 Volt am Eingang des unsymmetrischen Verstärkers (Emitterfolger) 20. Die Ausgangsspannung des Differentialverstärkers 10 und die Eingangsspannung des Verstärkers 20 wird somit bei einer Verschiebung von 1 Volt im Ausgang des Verstärkers 20 auf 1/9 Volt festgehalten.

Die beiden Ausgangsanschlüsse des Differentialverstärkers 14 müssen entgegengesetzte Stromänderungen aufweisen und daher steigt die Spannung am direkten Ausgangsanschluß auf (1 + 8/9) Volt. Die ursprünglich angenommene Änderung von 1 Volt am Aus­ gang des Differentialverstärkers 14 hat somit eine relativ große Auswirkung auf den direkten Ausgang des Differential­ verstärkers 10 und eine kleine Wirkung auf den invertierten Ausgang, wodurch die negative Rückkopplung vom Verstärker 14 effektiv die direkte und die invertierte Ausgangsspannung vom Differentialverstärker 10 im wesentlichen auf den gleichen Wert bringen kann, ohne die invertierte Ausgangsspannung des Differentialverstärkers 10 wesentlich zu ändern. Zwischen den beiden Rückkopplungssystemen besteht eine relativ kleine Wechselwirkung.

Der die beiden Widerstände 201 und 202 enthaltende, in Fig. 2C gezeigte Spannungsteiler liefert eine Spannung für die Basis des Transistors 204, die 0,265 Volt unter dem Betriebspoten­ tial liegt (bezeichnet durch das Pluszeichen), das vorzugs­ weise 3,0 Volt beträgt. Das gewünschte logische Schaltsignal ist 0,53 Volt (zweimal 0,265 Volt). Die Transistoren 192 und 194 simulieren eine logische Schaltkreislast nach. Diese Last hat zwei Aufgaben: erstens soll sie die Referenzspannung der V _RU - Versetzung folgen lassen, die der V _RU -Bezugspegel-Regelschal­ tung inhärent ist, und zweitens bewirkt sie einen größeren Signalhub in den logischen Schaltungen auf Halbleiterchips mit integriertem Beta, wo sie toleriert werden kann, und verbessert dadurch den Betrieb im ungünstigsten Falle. Die Ausgangsimpedanz der Bezugspotentialquelle 12 beträgt 1000 Ohm, genauso viel wie die nachgebildete logische Schaltung mit der Inverterschaltung 30. Somit wird die Belastung der Quelle 12 durch den Differentialverstärker 10 an der Basis des Transistors 204 kompensiert durch die Belastung des Wider­ standes 247 durch die Basis des Transistors 206. Die ge­ nannten Transistoren haben großzügig bemessene Emitter, um einen guten Nachlauf von V _BE innerhalb von ± 5 Millivolt zu erreichen. Der Widerstand 208 hält den Gesamtemitterstrom bei ungefähr 1 Milliampere und die Kondensatoren 210 und 237 verhindern eine Schwingung in der Rückkopplungsschleife durch die Verstärker 20 und 30, indem sie sicherstellen, daß die Verstärkung in der offenen Rückkopplungsschleife unter eins bei Frequenzen liegt, wo die Phasenverschiebung 180 Grad oder mehr ausmacht. Der Differentialverstärker 14′ enthält einen am Kollektor belasteten Transistor 222 und einen in Emitterfolgeschaltung mit niedriger Impedanz ge­ schalteten Transistor 224. Der Gesamtstrom wird festgelegt durch die den Transistor 226 und den Widerstand 225 mit 0,50 Milliampere speisende Emittervorspannung. Die Stromteilung zwischen den Transistoren 222 und 224 liegt zwischen 1 : 6 und 3 : 1 im Bereich aller Betriebsbedingungen und Abweichungen der Parameter. Die hauptsächlich auftretende Abweichung liegt in der Versorgung mit Betriebspotential von ungefähr 8,5 Volt, dargestellt durch das doppelte Pluszeichen (++), das innerhalb von ± 0,85 Volt schwankt. Die Spannungsabfälle und Stromverhältnisse an den Widerständen 212 und 214 liegen im Bereich zwischen 0,964-1,045 Volt. Das entspricht einer Versetzung von weniger als ± 1,4 Millivolt aufgrund der Differenz in der Basis-Emitterspannung der Transistoren 204 und 206. Der Kondensator 221 reduziert die Spannungsver­ stärkung in der Schleife des Rückkopplungspfades des Differen­ tialverstärkers 14 durch den Widerstand 212 und 214 auf weniger als 1 bei höheren Frequenzen, wo die Phasenverschiebung mehr als 180° beträgt, um eine Schwingung zu verhindern.

Der Verstärker 20′ ist ein zweistufiger Verstärker in Emitter­ folgeschaltung, der den Transistor 230 und Ausgangstransisto­ ren enthält, von denen hier nur die Transistoren 234, 236, 238 und 239 dargestellt sind. Sie sollen den geregelten Bezugspegel V _RS an die etwa 1000 logischen Schaltungen auf dem Halbleiterchip verteilen. Der Spannungsteiler enthält die Widerstände 231 und 233, die zu einem zusätzlichen Abfall V _BE zwischen dem Emitter des Transistors 230 und der Basis der parallel geschalteten Transistoren 236, 238 usw. führen. Dieser Spannungsabfall wird gebraucht, um die Basis des Transistors 230 hoch genug zu halten, so daß der Transi­ stor 204 des Differentialverstärkers 10 nicht in die Sätti­ gung gelangt. Der Widerstand 231 wird ebenfalls gebraucht, um eine Verriegelung des invertierten Ausganges des Differential­ verstärkers 10 auf positivem Betriebspotential über den Basis- Emitterübergang des Transistors 230 und den Basis-Kollektor­ übergang der parallelen Transistoren 236 und dergleichen zu verhindern. Widerstände in den Kollektorkreisen der Emitter­ folgeschaltungen 234, 236, 238 und 239 dienen dazu, die Emit­ terströme in diesen Ausgangstransistoren zu begrenzen, wenn die Kapazität in der durch die Bezugspotentialquelle V _CS geliefer­ ten Last sich auflädt. Die in Emitterfolgeschaltung geschal­ teten Transistoren 234, 236 usw. sind, wie bereits angegeben, gitterartig auf dem Halbleiterchip verteilt. So muß nur ein relativ kleiner Basisstrom verteilt werden, und es ergibt sich nur ein geringer Spannungsabfall auf den kurzen Leiter­ zügen.

In der Inverterschaltung 30′ injizieren die Transistoren 244 und 246 einen Basisstrom in den Stromquellentransistor 240, der die von jedem logischen Pegel in jeder arbeitenden logi­ schen Schaltung auf dem Halbleiterchip injizierten Basis­ ströme kompensiert. Der Widerstand 247 ist halb so groß wie der logische Lastwiderstand und daher entspricht die Spannung über dem Widerstand 247 dem Ausgangspegel der Bezugspotential­ quelle 12. Die Spannungsverstärkung der Inverterschaltung 30 ent­ spricht ungefähr dem Verhältnis des Widerstandes 247 zum Wider­ stand 242, also etwa 0,5.

Die beschriebene Bezugspegel-Regelschaltung erzeugt einen Pe­ gel V _RS , der den optimalen Signalhub für die logische Schaltung festlegt. Dieser Signalhub bestimmt den maximalen Strom, der aufgenommen werden kann, ohne daß einer der Transistoren in der Logik übermäßig leitet und damit die Schaltgeschwindigkeit unerwünscht herabsetzen würde und die anderen Bezugspegel über­ mäßig gestört würden. Der in Fig. 1 gezeigte Schalter 22 wurde nun geschlossen und dadurch die Inverterschaltung 30 umgangen. Abgesehen von den noch zu erwähnenden Ausnahmen ist die Schaltung im wesentlichen dieselbe und arbeitet auch genauso, wie es oben im einzelnen beschrieben wurde. Die Bezugspoten­ tialquelle 12 liefert ein Bezugspotential bei einer Impedanz von ungefähr 1000 Ohm, die an den direkten Eingangstransistor 134 des Differentialverstärkers 10 angelegt wird. Da die beiden Eingangsspannungen zum Differentialverstärker ungefähr übereinstimmen, folgt abhängig von der Transistor- und Stromübereinstimmung im Verstärkerkreis der invertierte Eingang des Differentialverstärkers 10 am Transistor 136 der Referenzspannung am direkten Eingang. Das Ausgangssignal des unsymmetrischen Verstärkers 20 wird an die Basis des Transistors 136 über einen Widerstand 165 angelegt, wodurch in diesem Fall die negative Rückkopplung den geregelten Bezugs­ pegel V _RU festklemmt, der dem an die Basis des Transistors 134 über einen Widerstand 133 angelegten Bezugspotential folgt. Durch den Differentialverstärker 4 wird wieder die Gleich­ lauftoleranz von ± 30 Millivolt auf etwa ± 7 Millivolt verbessert, und dieser Wert liegt dicht an der von den Prozeßtoleranzen festgelegten Grenze.

Die in Fig. 2B gezeigte Bezugspotentialquelle 12 ist eine logische Emitterfolgeschaltung, die so ausgelegt ist, daß der Eingang zum Differentialverstärker 10 um einen Emitterfolge­ abfall unter den oberen Pegel V _RU verschoben wird. Die Transi­ storen 82 und 84 und der Widerstand 86 bilden eine typische Emitterfolgeschaltung. Der Verstärker 100 ist im wesentlichen mit dem Differentialverstärker 10 in den anderen Regelschal­ tungen identisch. Der Eingangspegel liegt jedoch um ein V _BE niedriger, so daß die Emitterspannung ungefähr 0,8 Volt niedriger ist, und daher in den Transistoren 102 und 104 ein kleinerer Strom fließt, der den effektiven Leitwert etwas reduziert und die Spannungsverstärkung auf ungefähr 10 reduziert.

Die in Fig. 2A gezeigte Bezugspotentialquelle ist lediglich ein Spannungsteiler aus Widerstandselementen, in dem das Ver­ hältnis der Widerstände 131/(131 + 132) den Versatz des Bezugspegels bestimmt. Die äquivalente Impendanz wird so gewählt, daß der über einen logischen Ausgangswider­ stand von ungefähr 2000 Ohm vom Differentialverstärker 10 ge­ zogene Basisstrom einen Spannungsabfall erzeugt, der ungefähr genausogroß ist wie der von einer logischen Schaltungslast erzeugte Spannungsabfall. Durch diesen Spannungsabfall folgt die Spannung V _RU der Spannung V _RS , so daß der Signalhub der logischen Schaltung mit abnehmendem Betawert ungefähr um den Faktor (1 + 1/β) zunimmt. Somit steht ein etwas größerer Signal­ hub zur Verfügung, ohne daß bei niedrigerem Betawert die Sättigung eintritt. Das ist zulässig, weil jede logische Schaltung wenigstens eine Last hat, die den positiven Signal­ pegel absenkt, der sonst den Treiberkreis sättigen könnte.

Durch Ausnutzung dieses Effektes brauchen die Differential­ verstärker 10 nicht auf den Betrieb mit niedrigen Strömen beschränkt zu bleiben. Dadurch wird die Auslegung der Schal­ tung vereinfacht und die Benutzung von Differentialverstärker mit nur zwei Transistoren ermöglicht, während anderweitig eine zusammengesetzte Transistorschaltung erforderlich wäre. Beispielsweise würde die Verwendung von zwei Emitterfolge­ stufen (allgemein Darlingtonpaar genannt) pro Eingang die Belastung der Referenzspannungsquelle sehr klein halten; zwischen den beiden Eingängen und der gemeinsamen Emitter­ verbindung würden jedoch dann zwei Basis-Emitterübergänge liegen. Die Versetzung des Verstärkers betrüge dann etwa 10 Millivolt oder doppelt so viel, wie sich aus der Anpassung von V _BE in der hier beschriebenen Schaltung ergibt.

Der Differentialverstärker 10 besteht aus einem emittergekop­ pelten Transistor. Die Transistoren 134 und 136 haben große Emitter und sind in der Auslegung identisch. Der Differential­ verstärker 14 zieht einen Gesamtstrom von etwa 0,5 Milliampere aus der Stromquelle. Dieser Strom wird abhängig vom Wert des durch das doppelte Pluszeichen bezeichneten Betriebspoten­ tiales aufgeteilt. Die Spannung liegt irgendwo zwischen 7,65 und 9,35 Volt. Das Verhältnis schwankt zwischen 1/4 und 3/4 des Gesamtstromflusses durch den Widerstand 156. Die für diesen Betriebsbereich erforderliche Differentialeingangs­ spannung liegt unter ± 0,034 Volt. Das ist auch die Differen­ tialspannung über den Widerständen 142 und 144 dem Differen­ tialverstärkers 10. Die Spannung über jedem der Widerstände 142 und 144 entspricht der halben Spannung über dem Widerstand 138 oder ungefähr 1,0 Volt. Das Stromverhältnis in den Wider­ ständen 142 und 144 liegt daher bei etwa 1 ± 0,034. Die Diffe­ renz im Basisstrom zwischen den Transistoren 148 und 154 be­ trägt daher nicht mehr als ± 1/2 x 05 Milliampere/b oder ± 0,006 Milliampere. Die Stromquelle im Verstärker 14 umfaßt eine Diode 151 und einen Widerstand 152. Die Basis des Tran­ sistors 154 liegt ungefähr bei 2V _BE über dem oberen Bezugs­ pegel V _RU . Der Emitter der Diode 151 liegt ungefähr um 2V _BE unter der Basis des Transistors 154 und daher ungefähr genauso hoch wie der obere Bezugspegel V _RU . Das ist auch die Spannung über dem Widerstand 152. Der Strom durch diesen Widerstand, der gleich dem Gesamtemitterstrom in den Transistoren 148 und 154 ist, ist daher annähernd konstant, weil die größten, durch Herstellungsprozeß und Betriebstemperatur bedingten Schwankungen von V _BE sich aufheben. Der Kondensator 150 verhindert eine Schwingung im Verstärker 14 durch Reduzierung der negativen Rückkopplungsspannungsverstärkung auf einen Wert unterhalb von 1 bei einer Phasenverschiebung von 180°.

Das vorteilhafte Merkmal der gesamten in den Fig. 2A, 2B und 2C gezeigten Schaltung ist die Steuerung des Ausgangstransistors 70 (2B) durch Veränderung des Stromes an einem Prüfpunkt TP, dargestellt in Fig. 2A. Ein Siliciumchip und die darauf be­ findliche Schaltung, die typischerweise viele derartige Kompo­ nenten enthält, sind oft Teil einer wesentlich größeren Schal­ tung, die sich nicht auf dem Chip befindet und die an die Ausgangs­ anschlüsse 76 angeschlossen ist. Um die größere Schaltung zu prüfen, müssen oft alle Schaltelemente abgeschaltet werden. Keiner der Ausgangstransistoren 70 soll leiten. Das läßt sich leicht für alle Elemente auf einem Chip dadurch erreichen, daß man den Bezugspegel am Anschluß 47 (Fig. 2B) um den Betrag des logischen Signalhubs senkt.

Da dieser Vorgang über die Spannung am Anschluß 47, der allen Treiberkreisen auf dem Chip gemeinsam ist, gesteuert wird, werden alle Schaltelemente abgeschaltet. Die Spannung am An­ schluß 47 wird über die Referenzeingangsspannung am Prüfpunkt TP gesteuert, indem man lediglich einen Prüfwiderstand TR in Nebenschluß zum Widerstand 132 legt. Ein Widerstandswert von 4 Kiloohm mindert die Spannung um 0,6 Volt, so daß alle Aus­ gangstransistoren 70 (2B) abgeschaltet werden.

Claims (11)

1. Bezugspegel-Regelschaltung für logische Schaltungen
mit einem ersten Differenzverstärker (10), an dessen erstem Eingang eine primäre Bezugspotential­ quelle angeschlossen ist,
mit einem zweiten Differenzverstärker (14), von dessen beiden Eingängen jeder mit jeweils einem der beiden Ausgänge des ersten Differenzverstärkers (10) verbunden ist,
und mit einem Ausgangsverstärker (20), zwischen dessen Ausgang und dem zweiten Eingang des ersten Differenzverstärkers (10) ein Rückkopplungspfad (30) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Eingang des Ausgangsverstärkers (20) mit einem der Ausgänge des ersten Differenzverstär­ kers (10) verbunden ist, und
daß an den einen Ausgang des zweiten Differenz­ verstärkers (14) eine Verzweigungsschaltung (16, 18) angeschlossen ist, von der jeweils ein Pfad auf jeweils einen der beiden Eingänge des zweiten Dif­ ferenzverstärkers (14) rückgeführt ist.

2. Bezugspegel-Regelschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die beiden Differenzverstärker (10, 14; 100, 110; 10′, 14′) zwei emittergekoppelte, nach dem Stromübernahmeprinzip arbeitende Transistoren (134, 136; 148, 154; 102, 104; 112, 114; 204, 206; 222, 224) umfassen, deren Basen die Eingänge und deren Kollektoren die Ausgänge bilden, und daß der Aus­ gangsverstärker (20, 120, 20′) aus einem ersten (160, 122, 230) und mindestens einem oder mehreren parallel­ geschalteten, dem ersten nachgeschalteten und die Ausgänge der Regelschaltung bildenden zweiten Emitterfolgern (166, 168, 169; 96, 98, 99; 236, 238, 239) besteht.

3. Bezugspegel-Regelschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rückkopplungspfad einen Inverter (30′) ent­ hält.

4. Bezugspegel-Regelschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Inverter (30′) aus mehreren mit ihren Kollektor-Emitterstrecken in Serie geschalteten Tran­ sistoren (240, 244, 246) besteht, wobei die Basis des mit seinem Emitter über einen Widerstand (242) an ein festes Bezugspotential gelegten Transistors (240) am einen Ende der Serienschaltung den mit dem Ausgang des Ausgangsverstärkers zu verbindenden Eingang und der über einen weiteren Widerstand (247) an Betriebs­ potential angeschlossene Kollektor des Transistors (246) am anderen Ende der Serienschaltung den mit dem zweiten Eingang des ersten Differenzverstärkers (10′) zu verbindenden Ausgang bildet.

5. Bezugspegel-Regelschaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Emitterkreis des zweiten Differenzver­ stärkers (14) eine Diode (151) angeordnet ist.

6. Bezugspegel-Regelschaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Emitterkreis des zweiten Differenzverstär­ kers (14′) die Kollektor-Emitterstrecke eines zusätz­ lichen Transistors (226) angeordnet ist, dessen Basis mit dem Ausgang des Ausgangsverstärkers (20′) verbunden ist.

7. Bezugspegel-Regelschaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verzweigungsschaltung darin besteht, daß die Lastwiderstände in den Kollektorkreisen der beiden, den ersten Differenzverstärker bildenden Transistoren über eine gemeinsame Kollektor-Emitterstrecke eines weiteren Transistors (146, 108, 216) an Be­ triebspotential gelegt sind, wobei die Basis dieses weiteren Transistors mit dem einen Ausgang des zwei­ ten Differenzverstärkers (14, 110, 14′) verbunden ist.

8. Bezugspegel-Regelschaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in den Lastzweig des zweiten Differenzver­ stärkers (110) eine Diode (117) eingefügt ist.

9. Bezugspegel-Regelschaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die primäre Bezugspotentialquelle aus einem an Betriebspotential angeschlossenen ohmschen Spannungs­ teiler (131, 132; 201, 202) besteht, dessen Abgriff mit dem ersten Eingang des ersten Differenzver­ stärkers (10, 10′) verbunden ist.

10. Bezugspegel-Regelschaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die primäre Bezugspotentialquelle selbst der Aus­ gang einer weiteren erfindungsgemäßen Bezugspegel- Regelschaltung ist, der mit dem ersten Eingang des ersten Differenzverstärkers verbunden ist.

11. Bezugspegel-Regelschaltung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren, jeweils durch einen Emitterfolger (236, 238, 239) gebildeten Ausgängen der Regelschal­ tung ein an die Emitter angeschlossenes, gitter­ artiges Leitungsmuster zur Verteilung der erzeugten Bezugspegel an die Verbraucher vorgesehen ist.