DE3800102A1

DE3800102A1 - Verfahren und vorrichtung zum verringern von uebergangsrauschen in integrierten schaltungen

Info

Publication number: DE3800102A1
Application number: DE3800102A
Authority: DE
Inventors: Timothy Glen O'shaughnessy; Kenneth Wisheng Ouyang; Victor Guy Pierotti
Original assignee: Western Digital Corp
Current assignee: Western Digital Corp
Priority date: 1987-04-07
Filing date: 1988-01-05
Publication date: 1988-10-27
Also published as: JPS63263821A; GB2203308A; GB8801637D0; KR880013321A; FR2613888A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich tung zum Verringern von Rauschen in elektronischen Vor richtungen, und insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verringern des Übergangsrauschens, das beim Schalten von in integrierten Schaltungen verwende ten Ausgangstreibern erzeugt wird.

In vielen elektronischen Vorrichtungen und Systemen ist die Erzeugung von Übergangsrauschen eine unerwünschte Begleiterscheinung beim Normalbetrieb. Obwohl Über gangsrauschen mit niedrigem Niveau unter bestimmten Betriebsbedingungn tolerierbar ist, kann Übergangs rauschen mit hohem Niveau unter bestimmten Betriebsbedingungen tolerierbar ist, kann Übergangs rauschen mit hohem Niveau zu unzulässigen Ausgangssi gnalen der elektronischen Vorrichtung führen oder bewir ken, daß die elektronische Vorrichtung für eine Zeit dauer ihre Höchstbetriebswerte überschreitet. Dies kann zum endgültigen Versagen der elektronischen Vorrichtung und des Systems, in dem diese verwendet wird, führen.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines Ausgangstreibers 10, der in einer herkömmlichen integrierten Schaltung ver wendet wird. Der Ausgangstreiber 10 wird von einer Ein gangsspannung V _IN gesteuert, die von der Logik der (nicht gezeigten) integrierten Schaltung empfangen wird, und erzeugt eine Ausgangsspannung V _OUT, die zum Steuern einer externen elektronischen Vorrichtung ver wendet wird. Der Ausgangstreiber 10 weist einen ersten Schalter 14, einen zweiten Schalter 16 und eine Induk tivität 12 auf, die repräsentativ für jede interne oder externe mit der elektronischen Vorrichtung verbundene Induktivität ist.

Vor der Aktivierung des Ausgangstreibers 10 ist der erste Schalter 14 geschlossen und der zweite Schalter 16 geöffnet. Eine Stromversorgungsspannung V _DD wird der Lastkapazität 18 durch den ersten Schalter 14 zuge führt, so daß die Lastkapazität 18 voll geladen wird und die Ausgangsspannung V _OUT des Ausgangstreibers 10 auf dem gleichen Betrag hält wie die Stromversorgungs spannung V _DD. Die Geräteinduktivität 12 der integrier ten Schaltung ist durch den geöffneten zweiten Schalter 16 von der Stromversorgungsspannung V _DD und der Last kapazität 18 elektrisch isoliert. Wie Fig. 2 zeigt, ist deshalb das Niveau I _G des durch die Geräteinduktivität 12 fließenden Stroms anfangs null. Auf ähnliche Weise ist auch die Spannung an der Geräteinduktivität vor der Aktivierung des Ausgangstreibers 10 minimal.

Zu einem Zeitpunkt, der sich als Null-Zeitpunkt (t ₀) bezeichnen läßt, wird die Aktivierungs-Eingngsspannung V _IN von der Logik der integrierten Schaltung aus zuge führt. Als Antwort wird der erste Schalter 14 geöffnet und der zweite Schalter 16 geschlossen. Die voll gelade ne Lastkapazität 18 beginnt sich sehr schnell zu entla den, wobei sie der Geräteinduktivität 12 einen Strom I _G zuführt. Das Niveau des durch die Geräteinduktivität 12 fließenden Stroms I _G steigt somit zum Zeitpunkt t ₀ als Stufenfunktion an, wie Fig. 2 zeigt. Auf ähnliche Weise beginnt gemäß Fig. 3 die Ausgangsspannung V _OUT abzuneh men, wenn sich die Lastkapazität 18 entlädt.

Fig. 4 zeigt die Änderungsrate des durch die Gerätein duktivität 12 fließenden Stromes I _G. Aufgrund des zum Zeitpunkt t ₀ erfolgenden Stufenanstiegs des Stroms I _G wird in der Änderungsrate des Stroms I _G eine Spitze 19 erzeugt. Da Übergangsrauschen proportional zur Ände rungsrate des durch die Geräteinduktivität 12 fließen den Stroms I _G ist, führt die Spitze 19 dazu, daß ein unerwünschtes Übergangsrauschen mit hohem Niveau er zeugt wird.

Übergangsrauschen hat auch mehrere andere Ursachen. Beispielsweise kann ein Laststrom I _L vorhanden sein, der durch die Geräteinduktivität 12 fließt, wenn der zweite Schalter 16 zu schließen beginnt. Zudem kann ein Übersprechstrom von der Stromquelle durch die Geräte induktivität 12 fließen und Übergangsrauschen erzeugen, wenn zu irgendeinem Zeitpunkt während des Schaltens der erste Schalter 14 und der zweite Schalter 16 gleichzei tig geschlossen werden.

In den vergangenen Jahren hat man versucht, Verfahren und Vorrichtungen zu entwickeln, um höhere Niveaus der Lastkapazität 18 innerhalb des gleichen Zeitintervalls wie bei herkömmlichen Treibern zu steuern. Wenn jedoch größere Werte der Lastkapazität 18 innerhalb der glei chen Zeitspanne wie bei herkömmlichen Kapazitätswerten entladen werden, ist die Geräteinduktivität 12 höheren Stromveränderungsraten ausgesetzt. Folglich wird ein Übergangsrauschen mit noch höherem Niveau erzeugt. Auf ähnliche Weise wird, wenn das Integrationsniveau und die Anzahl der zum Steuern einer bestimmten Kapazität verwendeten Ausgangstreiber ansteigen, Übergangsrau schen mit höherem Niveau erzeugt.

Ferner ist versucht worden, Verfahren und Vorrichtungen zum Beschleunigen der Entladungszeit von Lastkapazitä ten zu entwickeln. Die Beschleunigung der Entladezeit der Lastkapazitäten bewirkt eine höhere Änderungsrate des durch die Geräteinduktivität fließenden Stromes, wodurch wiederum das Niveau des Übergangsrauschens beim Umschalten erhöht wird.

Zur Verringerung des Übergangsrauschens weisen einige herkömmliche Ausgangstreiber einen Reihenwiderstand auf, der zwischen der Lastkapazität und der Geräte induktivität angeordnet ist. Dadurch jedoch wird die Verzögerungszeit beim Schaltvorgang erhöht, und die aus dem konstanten Laststrom I _L resultierende Ausgangsspan nung wird erhöht oder verringert. Andere herkömmliche Ausgangstreiber weisen ein Widerstandselement zwischen dem Eingangs- und dem Ausgangstreiber und dem vorge schalteten Logik-Element auf. Nachteiligerweise wird dadurch die Einschaltzeit des Ausgangstreibers erhöht und die Frequenz eingeschränkt, bei welcher der Aus gangstreiber auf korrekte Weise eine zulässige Aus gangswellenform erzeugt.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verringern von Übergangsrauschen bei Schaltvorgängen in integrierten Schaltungen zu schaffen, bei denen die oben beschriebenen Nachteile herkömmlicher Vorrichtungen vermieden werden.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrich tung zum Verringern des Übergangsrauschens, das während des Schaltens von Ausgangstreibern integrierter Schal tungen oder von anderen elektrischen Vorrichtungen er zeugt wird, und zum Steuern auch größerer Lasten ohne eine Erhöhung der Schaltzeit. Erfahrungsgemäß ist Über gangsrauschen eine direkte Funktion der Änderungsrate des Stromes, der durch die Geräteinduktiviät der inte grierten Schaltung fließt. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird diese Änderungsrate verringert, indem der durch die Geräteinduktivität fließende Strom derart vorgespannt wird, daß er über der Zeit eine im wesent lichen rampenförmige Funktion annimmt. Die (über der Zeit abgeleitete) Veränderungsrate der rampenförmigen Funktion ist somit im wesentlichen konstant, so daß das Niveau des Übergangsrauschens verringert wird. Indem der Betrag des Rampenstroms passend gewählt wird, wird im Ausgangstreiber keine zusätzliche Verzögerung er zeugt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einer Schaltung, die den durch die Geräteinduktivität fließenden Strom derart vorspannt, daß er eine im we sentlichen rampenförmige Funktion annimmt.

Im folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 einen Ausgangstreiber einer herkömmlichen integrierten Schaltung,

Fig. 2 über der Zeit das Niveau des Stroms, der durch die Geräteinduktivität einer herkömmlichen inte grierten Schaltung mit dem Ausgangstreiber gemäß Fig. 1 fließt,

Fig. 3 über der Zeit das Spannungsniveau an der Gerät induktivität einer herkömmlichen integrierten Schaltung mit dem Ausgangstreiber gemäß Fig. 1,

Fig. 4 über der Zeit den Ableiungswert des Niveaus des Stroms, der durch die Geräteinduktivität einer herkömmlichen integrierten Schaltung mit dem Ausgangstreiber gem. Fig. 1 fließt,

Fig. 5 ein schematisches Schaltbild einer ersten Aus führungsform,

Fig. 6 über der Zeit das Niveau des Stroms, der durch die Geräteinduktivität einer integrierten Schal tung mit dem erfindungsgemäßen Ausgangstreiber fließt,

Fig. 7 den Ableitungswert des Niveaus des Stroms, der durch die Geräteinduktivität einer integrierten Schaltung mit dem erfindungsgemäßen Ausgangs treiber fließt,

Fig. 8 ein schematisches Schaltbild einer zweiten Aus führungsform, und

Fig. 9 ein schematisches Schaltbild einer dritten Aus führungsform.

Zunächst wird die erste Ausführungsform beschrieben.

Die beschriebene Vorrichtung ist für alle elektroni schen Vorrichtungen zum Steuern von Hochstrom-Geräten verwendbar. Zur Veranschaulichung wird sie jedoch im folgenden im Zusammenhang mit der Verringerung des Übergangsrauschens bei Ausgangstreibern beschrieben.

Bei der in Fig. 5 gezeigten ersten Ausführungsform weist der Ausgangstreiber 20 eine Übertragungseinrich tung 21 auf, die zwischen dem Ausgangsanschluß 23 des Ausgangstreibers 20 und der Geräteinduktivität 22 g schaltet ist. Die Geräteinduktivität 22 dient in dieser Beschreibung als Beispiel für jede mit dem Ausgangs treiber verbundene interne oder externe Induktivität; in der Beschreibung wird angenommen, daß es sich um eine interne Induktivität handelt. Eine Stromversor gungsspannung V _DD ist über einen ersten Schalter 24 mit dem Ausgangsanschluß 23 des Ausgangstreibers 20 verbun den. Ein zweiter Schalter 26 ist zwischen der Übertra gungseinrichtung 21 und einem Lastwiderstand 29 sowie der geerdeten Lastkapazität 28 vorgesehen, welche re präsentativ für die gesteuerte(n) elektrische(n) Vor richtung(en) ist.

Der Ausgangstreiber 20 arbeitet zunächst auf ähnliche Weise wie der herkömmliche Ausgangstreiber 10 gemäß Fig. 1. Vor der Aktivierung des Ausgangstreibers 20 ist der erste Schalter 24 geschlossen und der zweite Schal ter 26 geöffnet. Die Stromversorgungsspannung V _DD wird der elektrischen Lasteinrichtung durch den geschlosse nen ersten Schalter 24 zugeführt, wodurch die Lastkapa zität 28 geladen wird. Wenn zum Zeitpunkt t ₀ ein von der (nicht gezeigten) Logik der Schaltung kommendes Eingangsspannungssignal V _IN am Ausgangstreiber 20 em pfangen wird, wird der erste Schalter 24 geöffnet und der zweite Schalter 26 geschlossen. Deshalb beginnt die Lastkapazität 28 einen Strom I ₁ über den geschlossenen zweiten Schalter 26 zu entladen. Der Strom I ₁ steigt anfangs an, während sich die Lastkapazität 28 entlädt.

Die Übertragungseinrichtung 21 der beschriebenen Vor richtung spannt den von der Lastkapazität 28 entladenen Strom I ₁ in einen Strom I ₁′ vor, der anfangs über der Zeit eine linear ansteigende rampenförmige Funktion gemäß Fig. 6 aufweist. Indem der Strom I ₁ vorgespannt wird, so daß er während der Aktivierung des Ausgangs treibers 20 als rampenförmige Funktion statt als Stu fenfunktion ansteigt, wird die (über der Zeit abgelei tete) Änderungsrate des durch die Geräteinduktivität 22 fließenden Stroms I _G für eine Zeitphase im wesentlichen konstant, wie Fig. 7 zeigt. Das Übergangsrauschen beim Schalten, das bei der Aktivierung des Ausgangstreibers 20 auftritt und eine Funktion der Änderungsrate des durch die Geräteinduktivität 22 fließenden Stroms ist, wird somit verringert.

Fig. 8 zeigt ein detailliertes schematisches Schalt bild des Ausgangstreibers 20. Gemäß Fig. 8 ist die Übertragungseinrichtung 21 gemäß Fig. 5 durch eine spe zifische Schaltung ersetzt worden, die den Strom I ₁ derart vorspannt, daß dieser eine rampenförmige Funk tion annimmt. Insbesondere ist die Übertragungseinrich tung 21 ersetzt worden durch ein Übertragungselement 32, eine Konstant-Stromquelle 34, einen dritten Schal ter 36 und einen Kondensator 38 zum Anzeigen der Gate kapazität des Übertragungselementes 32 und/oder eine eventuell vorgesehene integrierte oder separate Kapa zität. Das Übertragungselement 32 erzeugt einen Aus gangsstrom, der die Form der Spannung an einem zweiten Anschluß 42 hat. Ein erster Anschluß 40 des Übertra gungselementes 32 ist elektrisch mit dem Ausgang 23 des Ausgangstreibers 20 verbunden, und der zweite Anschluß 42 des Übertragungselementes 32 ist mit der Geräte induktivität 22 der integrierten Schaltung verbunden. Der dritte Anschluß 44 des Übertragungselementes 32 ist mit der Konstant-Stromquelle 34 verbunden, die durch die Stromversorgungsspannung V _DD aktiviert wird. Der dritte Schalter 36 und der Kondensator 38 sind parallel zwischen der Stromquelle 34 und der Geräteinduktivität 22 geschaltet.

Vor der Aktivierung des Ausgangstreibers 20 ist der erste Schalter 24 geschlossen, wobei er die Stromver sorgungsspannung V _DD elektrisch mit der Lastkapazität 28 verbindet, so daß diese aufgeladen wird. Der dritte Schalter 36 ist geschlossen, so daß er den konstanten Strom I _F von der Stromquelle 34 durch die Geräteinduk tivität 22 der Vorrichtung fließen läßt. Da an beide Anschlüsse der Kapazität 38 die gleiche Spannung gelegt wird, bleibt die Kapazität 38 ungeladen, und die an den dritten Anschluß 44 gelegte Spannung ist null.

Während der Aktivierung des Ausgangstreibers 20 wird eine von der (nicht gezeigten) Logik der integrierten Schaltung kommende Eingangsspannung V _IN empfangen. Als Antwort öffnet der erste Schalter 24, wobei er die Stromversorgungsspannung V _DD elektrisch von der außer halb des Chips liegenden Kapazität 38 isoliert. Der dritte Schalter 36 öffnet, und der konstante Strom I _F von der Stromquelle 34 beginnt die Kapazität 38 derart aufzuladen, daß dem dritten Anschluß 44 des Übertra gungselements 32 eine linear steigende rampenförmige Spannung zugeführt wird.

Wie oben erwähnt, dient das Übertragungselement 32 zum Erzeugen eines Ausgangsstroms, der die Form der Span nung am dritten Anschluß 44 hat. Das Übertragungsele ment 32 der beschriebenen Vorrichtung schafft somit einen durch den zweiten Anschluß 42 fließenden linear ansteigenden Ausgangsstrom, da die an den dritten An schluß 44 gelegte Spannung linear ansteigenden Verlauf hat. Die höchste Amplitude des Ausgangsstroms I _G gleicht der höchsten Amplitude des Eingangsstroms I ₁, multipliziert mit einem Übertragungsparameter K _c (des sen Dimension Strom pro Spannungseinheit ist), der durch Wählen eines geeigneten Übertragungselementes 32 voreingestellt werden kann. Somit weist der linear an steigende Strom I _G während der Aktivierung des Aus gangstreibers 20 einen konstanten Ableitungswert auf. Dadurch wird während des Schaltens des Ausgangstreibers 20 die Änderungsrate des durch die Geräteinduktivität 22 fließenden Stroms und damit das Übergangsrauschen verringert. Das Übertragungselement 32 erzeugt an sei nem Ausgang 42 einen Strom, dessen Stärke der Spannung am Eingang 44 proportional ist.

Fig. 9 zeigt eine komplexere Ausführungsform des Aus gangstreibers 20 der beschriebenen Vorrichtung, bei dem ein N-Kanal-MOS-Transistor 58 die Funktion des Übertra gungselementes 32 gemäß Fig. 8 erfüllt. Ferner ist der erste Schalter 24 des Ausgangstreibers 20 gemäß Fig. 8 durch einen P-Kanal-MOS-Transistor 54 und der dritte Schalter 36 durch einen N-Kanal-MOS-Transistor 56 er setzt worden. Der Transistor 58 übernimmt auch die Funktion des zweiten Schalters 26.

Vor der Aktivierung des Ausgangstreibers 20 ist das Eingangsspannungssignal V _IN am Eingangsanschluß 60 des Ausgangstreibers 20 high. Deshalb ist der P-Kanal-Tran sistor 54, der zwischen der Stromversorgungsspannung und der Lastkapazität 28 angeordnet ist, leitend, so daß die Stromversorgungsspannung V _DD die Lastkapazität 28 aufladen kann. Auch der N-Kanal-Transistor 56 ist leitfähig und stellt dadurch eine elektrische Verbin dung zwischen der Stromversorgungsspannung V _DD und der Geräteinduktivität 22 her. Die beiden Anschlüsse des Kondensators 38 werden somit kurzgeschlossen, und der Kondensator 38 bleibt ungeladen. Der Inverter 62 inver tiert das im High-Zustand befindliche Eingangsspan nungssignal V _IN, das anschließend dem Gate des N-Kanal- Transistors 58 zugeführt wird, wobei es den Transistor 58 elektrisch nichtleitend macht. Auf diese Weise wird die Geräteinduktivität 22 von der Lastkapazität 28 elektrisch isoliert.

Der Ausgangstreiber 20 wird aktiviert, wenn das Ein gangsspannungssignal V _IN von high zu low wechselt. Der N-Kanal-Transistor 56 wird nichtleitend, wobei er ge stattet, daß der konstante Strom von der Stromquelle 34 den Kondensator 38 aufzuladen beginnt. Deshalb wird dem Gate des N-Kanal-Transistors 58 eine linear ansteigende Spannung zugeführt. Gleichzeitig wird der P-Kanal-Tran sistor 54 abgeschaltet, wobei er die Lastkapazität 28 von der Stromversorgungsspannung V _DD elektrisch iso liert. Deshalb beginnt sich die an der Lastkapazität 28 gespeicherte Ladung über den Übertragungstransistor 58 zu entladen. Da sich der N-Kanal-Transistor 58 wie ein Übertragungselement verhält und seinen Ausgangsstrom derart steuert, daß dieser den gleichen zeitlichen Ver lauf annimmt wie die seinem Gate zugeführte Spannung, und da die an das Gate des Transistors 58 gelegte Span nung linear ansteigt, beginnt der N-Kanal-Transistor 58, der Geräteinduktivität 22 einen linear ansteigenden Strom I _G zuzuführen. Somit ist die Änderungsrate des durch die Geräteinduktivität 22 fließenden Stroms I _G für eine Zeitphase konstant, wodurch das Niveau des während der Aktivierung des Ausgangstreibers erzeugten Schaltrauschens verringert wird.

Gemäß Fig. 9 läßt sich der Ausgangstreiber 20 in mehre rer Hinsicht ergänzen. Erstens kann ein Kondensator 64 zwischen dem Eingangsanschluß 60 des Ausgangstreibers 20 und dem Gate des Übertragungstransistors 58 vorgese hen sein. Der Kondensator 64 dient zum Übertragen einer Ladung, die das Gate des Übertragungselementes 58 der art vorspannt, daß das Übertragungselement unmittelbar vor seiner Aktivierung durch die Eingangsspannung V _IN eine knapp unter seinem Schwellenwert liegende Gatespan nung aufweist. Deshalb muß dem Gate des Übertragungs elementes 58 lediglich ein geringes zusätzliches Span nungsniveau zugeführt werden, um das Übertragungsele ment leitend zu machen, wodurch die Reaktionszeit des Ausgangstreibers 20 bei der Änderung des Zustandes der Eingangsspannung V _IN verkürzt wird.

Eine zweite Ergänzung des Ausgangstreibers 20 kann darin bestehen, daß die in Fig. 8 gezeigte Konstant- Stromquelle 34 durch eine modifizierte Stromquelle ge mäß Fig. 9 ersetzt wird. Wenn ein MOS-Transistor 58 als Übertragungselement verwendet wird, nimmt der Übertra gungsparameter K _c des Übertragungselementes mit dem Ansteigen der Temperatur ab, wodurch der Anstieg des durch den Anschluß 42 fließenden Rampenstroms verrin gert wird und die Verzögerung beim Schalten vergrößert wird. Durch die in Fig. 9 gezeigte Stromquelle wird dieses Problem beseitigt, da die folgenden Teile vorge sehen sind: ein erster P-Kanal-MOS-Transistor 66, ein zweiter P-Kanal-MOS-Transistor 68, dessen Gate und Drain in Diodenanordnung kurzgeschlossen sind, ein dritter P-Kanal-MOS-Transistor 69, ein erster N-Kanal- MOS-Transistor 70, dessen Gate und Drain in Dioden anordnung kurzgeschlossen sind, ein zweiter N-Kanal- MOS-Transistor 72 und ein Gegenkopplungswiderstand 74, der zwischen den Source-Elektroden der unabgeglichenen Transistoren 70 und 72 angeordnet ist. Das Drain des ersten P-Kanal-MOS-Transistors 66 ist mit dem Drain des ersten N-Kanal-MOS-Transistors 70 und das Drain des zweiten P-Kanal-MOS-Transistors 68 ist mit dem Drain des zweiten N-Kanal-MOS-Transistors 72 verbunden. Auch die Gates des ersten P-Kanal-MOS-Transistors 66, des zweiten P-Kanal-MOS-Transistors 68 und des dritten P- Kanal-MOS-Transistors 69 sind auf ähnliche Weise ge schaltet wie die Gates des ersten N-Kanal-MOS-Transi stors 70 und des zweiten N-Kanal-MOS-Transistors 72. Die Source-Elektroden des ersten, zweiten und dritten P-Kanal-MOS-Transistors sind mit der Stromversorgungs spannung verbunden, und das Drain des dritten MOS-Tran sistors ist mit dem Gate des Transistors 58 verbunden. Der Gegenkopplungswiderstand besteht aus einem stark dotierten Halbleitermaterial, das einen sehr niedrigen Temperaturkoeffizienten aufweist. Die unabgeglichenen Transistoren 70 und 72 haben einen Übertragungsparame ter, der dem Übertragungsparameter K _c des Übertragungs elementes 32 folgt. Die unabgeglichenen Transistoren erzeugen eine unabgeglichene Spannung am Gegenkopp lungswiderstand 74. Der Übertragungsparameter der un abgeglichenen Transistoren 70 und 72 nimmt mit an steigender Temperatur ab, wobei, während die Temperatur ansteigt, eine zunehmend unabgeglichene Spannung am Gegenkopplungswiderstand 74 verursacht wird. Wenn die Spannung am Gegenkopplungswiderstand 74 bei höher wer denden Temperaturen ansteigt, wird dem Kondensator 38 mehr Strom zugeführt, so daß sich die dem Anschluß 44 zugeführte Rampenspannung pro Zeiteinheit erhöht. Folg lich steigt die Rampe des Stroms am Anschluß 42 stärker an, wodurch sich die durch das Ansteigen der Temperatur verursachte Verzögerung verringert. Indem die Strom quelle 34 gemäß Fig. 8 durch die in Fig. 9 gezeigte Stromquelle ersetzt wird, erhält der zum Laden der Ka pazität 38 verwendete Strom einen positiven Temperatur koeffizienten. Somit lädt sich bei steigender Tempera tur die Kapazität 38 mit zunehmender Rate auf und spannt den Transistor 58 derart vor, daß dieser einen Rampenstrom leitet, welcher über einen großen Tempera turbereich stabil ist.

Wie aus Fig. 9 leicht ersichtlich ist, läßt sich, indem lediglich die Kanalbreite über der Kanallänge (W/L) des dritten P-Kanal-MOS-Transistors 69 variiert wird, eine schnellere oder langsamere Schaltgeschwindigkeit für den gleichen Wert der Geräteinduktivität und/oder der Lastkapazität erzielen. Wenn z. B. eine schnelle Schalt geschwindigkeit erforderlich ist, läßt sich ein großes Breite-/Länge-Verhältnis wählen, so daß die Steigung der in Fig. 6 gezeigten Rampe erhöht wird und folglich die Schaltgeschwindigkeit zunimmt. Alternativ kann ein geringes Breite-/Länge-Verhältnis gewählt werden, so daß die Steigung der in Fig. 6 gezeigten Rampe verrin gert wird und folglich die Schaltgeschwindigkeit ent sprechend abnimmt. Auf ähnliche Weise läßt sich die gleiche Schaltgeschwindigkeit für größere bzw. kleinere Werte der Lastkapazität erreichen, welche gesteuert werden, indem der Wert des Breite-/Länge-Verhältnisses für den dritten P-Kanal-MOS-Transistor 69 vergrößert bzw. verringert wird. Somit ist es nicht notwendig, für verschiedene Anwendungsformen den geometrischen Aufbau des Ausgangstreibers zu verändern. Wenn bei der betref fenden Anwendungsform eine geringere Geräteinduktivität auftritt, die Schaltverzögerung jedoch verkleinert wer den muß, braucht bei diesem Aufbau lediglich das Brei te-/Länge-Verhältnis des dritten P-Kanal-MOS-Transi stors 69 vergrößert zu werden.

Gemäß einer dritten Ergänzung des Ausgangstreibers 20 kann eine Klemmschaltung vorgesehen sein, um während der Aktivierung des Ausgangstreibers 20 ein geringes Rauschniveau weiter beizubehalten. Wenn sich die in Fig. 2 gezeigte Ausgangsspannung V _OUT des Ausgangstrei bers 20 während des Entladens der Lastkapazität 28 ver ringert, nimmt der Übertragungsparameter K _C der Über tragungseinrichtung unabhängig von der Art der als Übertragungseinrichtung verwendeten Einrichtung ab. Wenn die Übertragungskonstante K _C abnimmt, nimmt das Niveau des von der Übertragungseinrichtung abgegebenen Stroms I ₁′ beträchtlich ab. Folglich kann die Ände rungsrate des Stroms, die die Ableitung des Stromver laufs darstellt, eine negative Spitze 82 bilden, wie Fig. 7 zeigt. Die negative Spitze 82 entspricht einem niedrigen Spannungssignal und repräsentiert deshalb einen gültigen logischen Nullwert. Die negative Spitze 82 jedoch kann das Vorspannen der Eingänge der anderen vom Ausgangstreiber gesteuerten elektronischen Einrich tungen verstärken, was zu einem Ansprechen und/oder unkorrekten Betrieb der anderen gesteuerten elektroni schen Einrichtungen führt.

Die in Fig. 9 gezeigte Klemm- oder Begrenzungsschaltung 83 führt der Geräteinduktivität 22 zusätzlichen Strom zu, wenn die Änderungsrate des Stroms I _G negativ wird, und verringert dadurch die Größe der negativen Spitze 82. Die Klemmschaltung 83 weist eine Stromquelle mit einem P-Kanal-MOS-Transistor 84, einem N-Kanal-MOS- Transistor 92 und einem N-Kanal-MOS-Transistor 90 auf, dessen Gate und dessen Source-Elektrode in Diodenanord nung geschaltet sind. Ferner sind ein erster P-Kanal- MOS-Transistor 88, ein zweiter P-Kanal-MOS-Transistor 86, ein Widerstand 94 und ein Kondensator 96 vorgese hen. Die Stromquelle, die Transistoren 86 und 88, der Widerstand 94 und der Kondensator 96 arbeiten derart zusammen, daß sie eine präzise Spannung am Gate des Transistors 88 und eine Initialladung am Kondensator 96 erzeugen. Wenn die Ausgangsspannung V _OUT abzunehmen beginnt, erfolgt ein entsprechender Spannungsabfall am Drain des Transistors 88. Der Spannungsabfall wird dem Kondensator 96 übermittelt, wodurch die Präszisionsspan nung am Gate des Transistors 88 gesenkt wird. Das Ab sinken der Gatespannung am Transistor 88 bewirkt einen kurzzeitigen Anstieg des am Drain des Transistors 88 erzeugten Stromniveaus I ₃, wodurch die Änderungsrate des durch die Geräteinduktivität 22 fließenden Stroms I _G abnimmt. Somit dient der Transistor 88 dazu, eine negative Änderungsrate im Strom I _G zu ermitteln, wo durch die Leitfähigkeit des Transistors 88 erhöht wird. Anschließend wird der Geräteinduktivität 22 ein zusätz licher Strom I ₃ zugeführt, um den Wert der negativen Spannungsspitze 82 zu verringern. Dadurch wird die Wahrscheinlichkeit eines Ansprechens der anderen vom Ausgangstreiber 20 gesteuerten elektronischen Einrich tungen verringert.

Die beschriebene Vorrichtung verringert das während der Aktivierung eines Ausgangstreibers erzeugte Übergangs rauschen, indem sie mittels einer Übertragungseinrich tung 21 den durch die Geräteinduktivität entladenen Strom derart steuert, daß er über der Zeit linear an steigt. Die beschriebene Vorrichtung verhindert auch das Übergangsrauschen, das während des Schaltens auf grund von Übersprechstrom und durch die Geräteindukti vität 22 fließenden Laststroms I _L auftreten könnte. Die Vorrichtung ist jedoch nicht auf die im Zusammenhang mit Fig. 8 beschriebene spezifische Anordnung des Über tragungselementes 32, der Konstant-Stromquelle 34 des dritten Schalters 36 und des Kondensators 38 be schränkt, die in ihrem Zusammenwirken die Übertragungs einrichtung 21 bilden. Vielmehr umfaßt die Übertragungs einrichtung 21 alle Anordnungen, die in der Lage sind, den durch die Geräteinduktivität entladenen Strom der art zu steuern, daß er während des Schaltvorgangs li near ansteigt.

Die Vorrichtung ist im Zusammenhang mit dem Grundrau schen beschrieben worden, das erzeugt wird, wenn sich die gesteuerte elektronische Vorrichtung aufgrund eines Schaltvorgangs durch die Masse-Induktivität entlädt. Wie leicht erkennbar ist, ist die Vorrichtung auch zum Verringern oder Beseitigen von Stromversorgungs-Schalt rauschen verwendbar, das erzeugt wird, wenn die ge steuerte elektronische Vorrichtung zu Anfang durch einen Schaltablauf geladen wird. Vorteilhafterweise werden sowohl das Stromversorgungs-Schaltrauschen als auch das Massepotential-Schaltrauschen beseitigt.

Claims

1. Schaltung zum Verringern des Übergangsrauschens, das während des Schaltens einer zum Steuern eines Last stroms vorgesehenen integrierten Schaltung erzeugt wird, mit
einem Ausgangstreiber (20), der derart aktiviert wird, daß er die Entladung der Lastkapazität (28) zuläßt;
einer Geräteinduktivität (22), die die Induktivität der integrierten Schaltung repräsentiert;
einer Lastkapazität (28), die sich während der Aktivie rung des Ausgangstreibers (20) entlädt und dabei einen Eingangsstrom abgibt, der durch die Geräteinduktivität (22) fließt;
dadurch gekennzeichnet, daß
eine Steuereinrichtung (21) den von der Lastkapazität (28) abgegebenen Eingangsstrom derart steuert, daß die ser für eine vorbestimmte Zeit nach Beginn des Entla dens der Lastkapazität (28) eine linear ansteigende Funktion annimmt.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine linear ansteigende Spannung vorgesehen ist und die Steuereinrichtung (21) aufweist: ein Übertragungs element (32) mit einem ersten Anschluß (40), der elek trisch mit der Lastkapazität (28) verbunden ist und durch den der Eingangsstrom fließt, einem zweiten An schluß (42), dem die linear ansteigende Spannung zuge führt wird, und einem dritten Anschluß (44), der elek trisch mit der Geräteinduktivität (22) der integrierten Schaltung verbunden ist, wobei die Übertragungseinrich tung (21) den dem ersten Anschluß (40) zugeführten Strom derart steuert, daß dieser den gleichen linear ansteigenden Verlauf annimmt wie die an den zweiten An schluß (42) gelegte Spannung.

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die Steuereinrichtung (21) ferner auf weist: einen Kondensator (38) mit einem ersten und einem zweiten Anschluß, wobei der erste Anschluß elek trisch mit dem zweiten Eingang (42) des Übertragungs elementes (32) verbunden ist; und eine Konstant-Strom quelle (34), die derart mit dem zweiten Anschluß des Kondensators (38) verbunden ist, daß sie während der Aktivierung des Ausgangstreibers (20) den Kondensator (38) mit einem konstanten Strom lädt und dadurch die linear ansteigende Spannung erzeugt, die dem zweiten Anschluß (42) des Übertragungselementes (32) zugeführt wird.

4. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Konstant-Stromquelle (34) ein Paar unabgegli chener Transistoren (70, 72) und einen Widerstand (74) aufweist, wobei die unabgeglichenen Transistoren (70, 72), wenn die Temperatur ansteigt, einen Spannungsan stieg am Widerstand (74) verursachen, um die Stromquel le (34) derart vorzuspannen, daß diese dem zweiten An schluß des Kondensators (38) einen Strom mit einem er höhten Niveau zuführt.

5. Schaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungselement ein MOS- Transistor (58) mit einem Gate, einer Source-Elektrode und einem Drain ist, wobei das Gate der zweite Anschluß (42) des Übertragungselements ist, dem die linear an steigende Spannung zugeführt wird, die Source-Elektrode der erste Anschluß (40) des Übertragungselements ist, der elektrisch mit der Lastkapazität (28) verbunden ist, und das Drain der dritte Anschluß (44) des Über tragungselements ist, der elektrisch mit der Geräte induktivität (22) der integrierten Schaltung verbunden ist.

6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der MOS-Transistor (58) eine Schwellenspannung auf weist, die den MOS-Transistor derart vorspannt, daß er elektrisch leitend wird, und die Steuereinrichtung (21) ferner einen Kondensator (64) aufweist, der vor Beginn des Leitendzustands des MOS-Transistors (58) eine La dung an das Gate des MOS-Transistors (58) legt, die um ein vorbestimmtes Niveau unter der Schwellenspannung des MOS-Transistors (58) liegt.

7. Verfahren zum Verringern des Übergangsrauschens, das während der Aktivierung eines Ausgangstreibers einer mit einer Geräteinduktivität versehenen integrierten Schaltung erzeugt wird, gekennzeichnet durch die fol genden Verfahrensschritte:
Entladen eines Stroms aus einer Lastkapazität (28) durch die Geräteinduktivität (22) während der Aktivie rung des Ausgangstreibers (20); und
Vorspannen des von der Lastkapazität (28) entladenen Stroms, derart, daß dieser über der Zeit während der Aktivierung des Ausgangstreibers (20) eine annähernd linear ansteigende Funktion annimmt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß beim Vorspannen
ein Übertragungselement (32) mit einem ersten Anschluß (40), der mit der den Strom entladenden Lastkapazität (28) verbunden ist, und mit einem zweiten Anschluß (42) den dem ersten Anschluß (40) zugeführten Strom derart steuert, daß dieser den gleichen Verlauf wie der Pa rameter am zweiten Anschluß (42) annimmt;
eine über der Zeit im wesentlichen linear ansteigende Spannungsfunktion erzeugt wird, und
die über der Zeit im wesentlichen linear ansteigende Spannungsfunktion dem zweiten Anschluß (42) zugeführt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß beim Erzeugen der annähernd linear ansteigenden Spannungsfunktion
einem Anschluß eines anfangs ungeladenen Kondensators (38) ein Strom mit einem konstanten Betrag zugeführt wird.

10. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Klemmschaltung (83) vorgesehen ist, die auf weist:
eine Spannungsversorgungsschaltung;
einen ersten MOS-Transistor (88) mit einem Gate, einer Source-Elektrode und einem Drain, wobei die Source- Elektrode mit der Spannungsversorgungsschaltung ver bunden ist und das Drain mit der Geräteinduktivität (22) verbunden ist;
einen zweiten MOS-Transistor (86) vom gleichen Leit fähigkeitstyp wie der erste MOS-Transistor (88), mit einem Gate, einer Source-Elektrode und einem Drain, das in Diodenanordnung mit dem Gate verbunden ist, wobei die Source-Elektrode des zweiten MOS-Transistors (86) mit der Spannungsversorgungsschaltung verbunden ist;
einen Widerstand (94), der zwischen dem Drain des zwei ten MOS-Transistors (86) und dem Gate des ersten MOS- Transistors (88) geschaltet ist;
einen Kondensator (96), der zwischen dem Gate des er sten MOS-Transistors (88) und der Geräteinduktivität (22) angeordnet ist; und
eine Stromquelle, die mit dem Gate und dem Drain des zweiten MOS-Transistors (86) verbunden ist;
wobei die Klemmschaltung (83) einen abnehmenden Über gangsstrom ermittelt, der aus einer Abnahme der Ladung in der Lastkapazität (28) resultiert, und der Geräte induktivität (22) einen kurzzeitigen zusätzlichen Strom zuführt.

11. Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
ferner eine Stromversorgungsquelle vorgesehen ist und die Konstant-Stromquelle (34) mit einem MOS-Transistor (69) versehen ist, der ein spezielles Verhältnis von Kanalbreite zu Kanallänge aufweist und der mit dem zweiten Anschluß des Kondensators (38) einen Steuerstrom von der Stromquelle zuführt,
die Schaltgeschwindigkeit der integrierten Schaltung für den gleichen Betrag des gesteuerten Laststroms er höht werden kann, und der Betrag des gesteuerten Last stroms für die gleiche Schaltgeschwindigkeit veränder bar ist, indem das Verhältnis von Kanalbreite zu Kanal länge des MOS-Transistors (69) verändert wird.