DE3855506T2

DE3855506T2 - Differenzverstärker und Strommessschaltung mit einem solchen Verstärker

Info

Publication number: DE3855506T2
Application number: DE3855506T
Authority: DE
Inventors: Desmond Ross Armstrong; Philip Harvey Bird
Original assignee: Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1987-06-08
Filing date: 1988-06-06
Publication date: 1997-03-06
Anticipated expiration: 2008-06-07
Also published as: JP2628694B2; EP0294880B1; GB2206010A; DE3855506D1; KR890001278A; US4885477A; EP0294880A3; EP0294880A2; JPS63316908A; GB8713387D0; KR0128731B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Differentialverstärker mit einem ersten und einem zweiten Feldeffekttransistor vom Erschöpfungstyp (FET), deren Source-Elektroden miteinander und mit einer Stromquelle verbunden sind, und deren Drain-Elektroden mit einem Eingang bzw. einem Ausgang einer Stromspiegelschaltung verbunden sind, wobei der Knotenpunkt des Ausgangs des Stromspiegels und der Drain- Elektrode des zweiten Feldeffekttransistors einen Ausgang des Differentialverstärkers bildet, wobei die genannte Stromquelle einen dritten FET vom Erschöpfungstyp aufweist, dessen Gate-Elektrode und dessen Source-Elektroden miteinander und mit einer Speisequelle verbunden sind und dessen Drain-Elektrode in Reihe mit den Source- Elektroden des ersten und des zweiten FETS verbunden ist.
Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf eine Stromabtastschaltung zum Abtasten eines Ausgangsstromes einer Halbleiter-Speiseanordnung, wobei diese Anordnung einen Haupt- und einen Hilfsstromträgerteil aufweist, wobei jeder Teil wenigstens ein Basis-Halbleiterelement aufweist, wobei jedes derartige Element eine erste und eine zweite Stromträgerelektrode aufweist, wobei die erste und die zweite Stromträgerelektrode des Haupt- und des Hilfsteils der Anordnung eine gemeinsame erste Elektrode der Anordnung bildet, wobei die zweiten Stromträgerelektroden des Haupt- und des Hilfsteils eine zweite Haupt- bzw. Hilfselektrode der Anordnung bilden.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf eine integrierte Schaltung mit einer solchen Stromabtastschaltung und mit einer Halbleiter-Speiseanordnung der eingangs beschriebenen Art.
Ein derartiger Differentialverstärker ist in der US Patentschrift 4 345 213 (siehe Fig. 2 derselben) beschrieben. Der erste und der zweite Feldeffekttransistor vom Erschöpfungstyp (FET) sind zum Bilden eines Differentialverstärkers in der bekannten "kathodengekoppelten" Konfiguration geschaltet. Der Stromspiegel gewährleistet, daß die Ströme in den beiden Schenkeln mit balancierten Eingängen gleich sind, während sie einen unsymmetrischen Ausgang bilden. Der dritte FET, verbunden wie beschrieben, ist als Quelle konstanten Stromes wirksam. Die Quelle konstanten Stromes ist als sehr hoher Widerstand in dem "Schwanz" der Schaltungsanordnung wirksam. Die Stromabtastschaltungen, wie in dem zweiten Abschnitt beschrieben, ebenso wie die Halbleiter-Speiseschaltungen, wie beschrieben in dem dritten Abschnitt, sind in US 4319181, EP-A-0139998 und US4553084 beschrieben.
In einer praktischen Ausführungsform enthält die bekannte Halbleiter- Speiseschaltung einen Hauptstromträgerteil mit einer Vielzahl von Basis-Halbleiterelementen, wie Dioden, Bipolar- und/oder Feldeffekttransistoren und Thyristoren. Der Hilfsstromträgerteil hat eine wesentlich geringere Anzahl solcher Basis-Halbleiterelemente oder nur ein solches Basis-Halbleiterelement.
Es ist auch möglich, daß der Haupt- und der Hilfsstromträgerteil nur ein Basis-Halbleiterelement aufweist, wobei jeder der beiden dann aber eine verschiedene Konstruktion und/oder Geometrie hat. Dies ist der Fall in dem genannten US 4319181, wobei die Bipolar-Transistoren 11 und 12 je einen lateralen Hilfskollektor sowie einen vertikalen Hauptkollektor aufweisen.
Halbleiter-Speiseanordnungen können auch mehrere Hilfsstromträgerteile aufweisen.
außerdem können Steuerelektroden des Haupt- und des Hilfsstromträgerteils miteinander verbunden sein, entweder in dem Halbleiter oder äußerlich.
Bei diesen bekannten Halbleiter-Speiseanordnungen wird vorausgesetzt, daß der Strompegel in dem Hilfsstromträgerteil zu dem Strompegel in dem Hauptstromträgerteil proportional ist, wodurch der Strompegel in dem Hauptstromträgerteil von einer externen Niederspannungsspeiseschaltung abgetastet werden kann, weil nur ein Bruchteil des Ausgangsstromes der Halbleiter-Speiseschaltung, d.h. der Ausgangsstrom des Hilfs-Stromträgerteils, gemessen zu werden braucht, um den Strompegel in dem Hauptstromträgerteil bestimmen zu können.
Es wurde aber gefunden, daß unter bestimmten Umständen, beispielsweise bei einer Differenz zwischen der Eingangsimpedanz der Stromabtastschaltung und der mit der Halbleiter-Speiseschaltung verbundenen Last, der Ausgangsstrom der Halbleiter- Speiseschaltung an der zweiten Hauptelektrode und dem Meßstrom an der zweiten Hilfselektrode nicht proportional zueinander sind.
In der US-Patentschrift 4553084 geht der Meßstrom durch einen Widerstand 14 zum Erzeugen eines Spannungsabfalls, der gemessen werden kann. Dieser Spannungsabfall muß viel geringer sein als der an der Speiseanordnung, oder der Hilfsstromträgerteil wird unterschiedlichen Betriebsumständen ausgesetzt und ist dadurch nicht reprasentativ für den Hauptstromträgerteil. In dem Sinne ist der Spannungsabfall an der Speiseanordnung 5 Volt bei einer Last von 10 A, was für viele Anwendungsbereiche, beispielsweise bei 12 Volt Kraftwagensystemen, unakzeptierbar hoch ist.
Auf gleiche Weise ist in der US Patentschrift 4319181 die Impedanz der Last zu stark abweichend um mit der Impedanz der Stromspiegeltransistoren 21 und 23 zusammenzugehen, wodurch die beiden Hilfskollektorströme nicht repräsentativ sind für den Hauptlaststrom.
Bei bekannten Differentialverstärkern ist es für die Merkmale der beiden Transistoren des kathodengekoppelten Paares meistens erwünscht, daß sie gut an einander angepaßt sind. Anpassung liefert eine größere Genauigkeit und insbesondere eine verbesserte Zurückweisung von Gleichtaktsignalen.
Deswegen ist es u.a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Differentialverstärker zu schaffen, bei dem die Anpassung der Transistoren des kathodengekoppelten Paares wesentlich verbessert ist.
Eine weiter Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Stromabtastschaltung zu schaffen zum Gebrauch bei einer Halbleiter-Speiseschaltung, wie oben beschrieben, (die einen solchen erfindungsgemäßen Differentialverstärker aufweist, und) wobei die Wirkung des Hilfsstromträgerteils mehr repräsentativ ist für die Wirkung des Hauptstromträgerteils.
Die Erfindung schafft einen Differentialverstärker mit einem ersten und einem zweiten Feldeffekttransistor (FET) vom Erschöpfungstyp, deren Source-Elektroden miteinander und mit einer Stromquelle verbunden sind, und deren Drain- Elektroden mit einem Eingang bzw. einem Ausgang einer Stromspiegelschaltung verbunden sind, wobei der Knotenpunkt des Ausgangs des Stromspiegels und der Drain- Elektrode des zweiten FETS einen Ausgang des Differentialverstärkers bildet, wobei die genannte Stromquelle einen dritten FET vom Erschöpfungstyp aufweist, wobei die Gate- Elektrode und die Source-Elektrode miteinander sowie mit einer Speisequelle verbunden sind, und wobei die Drain-Elektrode in Reihe mit den Source-Elektroden des ersten und zweiten FETs verbunden sind, mit dem Kennzeichen, daß die Stromquelle weiterhin einen vierten FET vom Erschöpfungstyp aufweist, der mit dem dritten FET parallelgeschaltet ist, daß die Source-Elektroden des ersten und des zweiten FETs und die Drain- Elektroden des dritten und des vierten FETs zu einem gemeinsamen Knotenpunkt verbunden sind und daß der erste, der zweite, der dritte und der vierte FET monolithisch auf einem gemeinsamen Träger integriert und aneinander angepaßt sind.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß obschon angepaßte Anordnungen niemals auf ideale Weise angepaßt sind, bestimmte Gruppen von Betriebsumständen eine bessere Anpassung ergeben als andere. Durch Verwendung eines Paares von Anordnungen für die Stromquelle, die an die Anordnungen des kathodengekoppelten paares angepaßt sind, und weiterhin durch Kopplung der Gate-Elektroden und der Source-Elektroden auf eine vorbestimmte Weise, können nicht nur die Anordnungen der Stromquelle sondern auch die Anordnungen des kathodengekoppelten Paares selber zu einer Betriebskurve forciert werden, für welche die Übertragungsmerkmale optimal angepaßt sind.
Wenn beispielsweise die Gate-Elektroden des dritten und vierten FETs auf gleichen festen Potentialen gegenüber den Source-Elektroden gehalten werden, gehen für wenigstens einen Differentialeingang Null der erste und der zweite FET je durch einen gleichen Strom, wodurch sie dieselbe Betriebskurve zeigen (d.h. dasselbe Gate- Source-Potential) wie der dritte und der vierte FET.
Von jedem des dritten und vierten FETs kann die Gate-Elektrode unmittelbar mit der Source-Elektrode verbunden sein. Dies definiert ein Null-Gate- Source-Potential (VGS =0V) für den dritten und vierten Transistor und folglich einen gleichen und kennzeichnenden Strom in jedem. Für einen Null-Differentialeingang ist dann der Strom in dem ersten und dem zweiten FET gleich diesem kennzeichnenden Strom und folglich arbeitet der erste und der zweite FET bei VGS=0. Metalloxid-Halbleiter-FETs vom Erschöpfungstyp (MOSFET) sind beispielsweise optimal angepaßt, wenn VGS=0 ist.
Der Differentialverstärker kann Mittel aufweisen zum Herleiten eines Ausgangssignals in Form einer Stromdifferenz am Knotenpunkt des Ausgangs des Stromspiegels und der Drain-Elektrode des zweiten FETs.
Der Differentialverstärker kann weiterhin Schaltmittel aufweisen zum Entkoppeln der Schaltungsanordnung von der Speisung, wenn nicht im Betrieb, zur Verringerung des Stromverbrauchs. Dies wäre vorteilhaft im batteriebetriebenen Anwendungsbereich.
Der erste, der zweite, der dritte und der vierte FET sind monolithisch auf einem gemeinsamen Träger integriert. Obschon es möglich ist, angepaßte diskrete Anordnungen zu selektieren, wird bevorzugt die FET zu integrieren, so daß außer gleichen Geometrien, die Prozeßabweichungen und Betriebsumstände (beispielsweise Temperatur), welche Transistormerkmale beeinflussen, für alle vier FET identisch sein werden.
Es sei bemerkt, daß bei den 5. "International Analogue Computation Meetings" 1967, K.Kurokawa u.a. einen Differentialverstärker beschreibt, bei dem zwei FETs vom Erschöpfungstyp als Stromquelle verwendet werden. Die verwendeten Elemente waren aber diskrete Anordnungen, und es gibt nur eine Lehre in bezug auf die den Wunsch einer Anpassung solcher Anordnungen an die Anordnungen des kathodengekoppelten Paares auf die Art und Weise der vorliegenden Erfindung.
Die Erfindung schafft weiterhin eine Stromabtastschaltung zum Abtasten eines Ausgangsstroms eins Speisehalbleiters der im Abschnitt zwei beschriebenen Art, wobei diese Stromabtastschaltung die nachfolgenden Elemente aufweist: Mittel zum Vergleichen der Spannungen an den zweiten Haupt- und Hilfselektroden; Mittel zur Steuerung eines Stromes von der zweiten Hilfselektrode in Antwort auf einen Ausgang der Vergleichsmittel um dafür zu sorgen, daß die Spannung an der zweiten Hauptelektrode zu einer wesentlichen Gleichheit mit der an der zweiten Hauptelektrode neigt; und Mittel zum Messen des der zweiten Hilfselektrode entnommenen Stromes, wobei die Vergleichsmittel einen erfindungsgemäßen Differentialverstärker aufweisen, wobei Mittel vorgesehen sind zum Koppeln der Gate-Elektroden des ersten und zweiten FETs mit den Hauptelektroden bzw. den Hilfselektroden der Halbleiter-Speiseanordnung.
Eine ähnliche Stromabtastanordnung ist in einer gleichzeitig eingereichten Europäischen Patentanmeldung nun veröffentlicht als EO 0 227 149 A1(PHN 11587), wobei der Inhalt durch Bezeichnung als hierin aufgenommen betrachtet wird. Die Stromabtastschaltung gewährleistet, daß im normalen Betrieb die Haupt- und die Hilfselektroden einer mit der Schaltungsanordnung verbundenen Halbleiter-Leistungsanordnung auf derselben Spannung gehalten werden, wodurch gewährleistet wird, daß der Strom in dem Hilfsstromträgerkreis genau proportional zu dem Strom in dem Hauptstromträgerteil. Die vorliegende Erfindung verwendet einen Differentialverstärker einer speziellen Konstruktion, die eine verbesserte Leistung liefert.
Die Stromsteuermittel können einen weiteren Feldeffekttransistor aufweisen, dessen Source-Elektrode zum Verbinden mit der zweiten Hilfselektrode der Leistungs-Halbleiteranordnung gemeint ist, dessen Gate-Elektrode mit dem Ausgang des Differentialverstärkers und dessen Drain-Elektrode mit der Strommeßschaltung gekoppelt ist. Der Stromdifferenzausgang des Differentialverstärkers kann dann die Kapazität des Gates des weiteren FETs laden oder entladen, bis der von dem FET vom zweiten Hilfselektrode einer damit gekoppelten Leistungshalbleiteranordnung dazu führt, daß die Spannung an dieser Elektrode der Spannung an der zweiten Hauptelektrode entspricht.
Die Mittel zur Kopplung der Gate-Elektroden der FETs mit den zweiten Elektroden der Halbleiter-Speiseanordnung, können ein Paar Potentialteiler mit je demselben Teilungsverhältnis aufweisen. Weiterhin kann, insbesondere wenn die Stromabtastschaltung eine integrierte Schaltung ist, jeder Potentialteiler zwei FETen vom Erschöpfungstyp aufweisen, wobei von jedem der beiden die Gate-Elektrode mit der Source-Elektrode verbunden ist. Potentialteiler können insbesondere Verwendung finden, wo die miteinander zu vergleichenden Spannungen zu nahe bei einer der Speisespannungen für die FETen des Differentialverstärkers liegt um eingeschaltet zu werden. Es sei bemerkt, daß es notwendig sein kann, die Schwellenspannungen der Transistoren des Stromspiegels oder der Stromquelle, sowie die des kathodengeschalteten Paares selbst zu berücksichtigen.
Die Strommeßmittel können eine oder mehrere Schwellendetektionsschaltungen aufweisen, die je ein Ausgangssignal erzeugen, und zwar abhängig von dem Wert des gegenüber einem vorbestimmten Bezugsstrom gemessenen Stromes. Eine derartige Schwellendetektionsschaltung kann eine Schmidt-Triggerschaltung aufweisen. Schwellendetektion ermöglicht Detektion von extremen Strompegeln, die eine falsche oder kurzgeschlossene Last bezeichnen können, oder eine offene Schaltungsanordnung, beispielsweise eine defekte Lampe. Eine derartige Bezeichnung könnte dann wieder dazu benutzt werden, ein Alarm auszulösen, oder sogar zur automatischen Steuerung der Wirkung der Speise-Halbleiteranordnung, beispielsweise zum Herbeiführen eines Kurzschlußschutzes.
Die Strommeßmittel können eine oder mehrere Stromspiegelschaltungen aufweisen zum Reproduzieren und/oder Einskalen der zu messenden Stromes. Es können Mittel vorgesehen sein zum Sperren eines solchen Stromspiegels zum Verringern von Stromverbrauch, wenn die Stromabtastschaltung nicht funktioniert. Reproduktion des zu messenden Stromes kann beispielsweise eine bequemere Detektion von mehr als nur einem Schwellenpegel herbeiführen, oder es kann Fernüberwachung erwünscht sein. Das Einskalen von Stromspiegeln kann nützlich sein, wenn der zu messende Strom unbequem klein oder groß ist, oder um die Möglichkeit zu schaffen, daß mehr als nur eine Schwelle detektiert wird unter Verwendung eines einzigen Bezugsstromes.
Die Erfindung schafft weiterhin eine integrierte Schaltung mit einer Speise-Halbleiteranordnung mit einem Haupt- und einem Hilfsstromträgerteil, wobei jeder Teil wenigstens ein Basis-Halbleiterelement aufweist, wobei der genannte Hauptund Hilfsstromträgerteil eine gemeinsame erste Elektrode und eine entsprechende zweite Haupt- und Hilfselektrode aufweist, wobei die integrierte Schaltung weiterhin eine erfindungsgemäße Stromabtastschaltung aufweist. Eine derartige integrierte Schaltung kann beispielsweise verwendet werden als Teil eines intelligenten Speiseschalters zur Steuerung elektrischer Anordnungen in Kraftfahrzeugen und ähnlichen Anwendungsbereichen, oder sie kann als veränderliche Speiseschaltung verwendet werden. In all diesen Fällen ermöglicht das Vorhandensein der Stromabtastschaltung eine Überwachung des Stromes der Last, beispielsweise zur Kurzschlußdetektion oder zur Detektion einer offenen Schaltung, oder zur Rückkopplung zum Schaffen eines konstanten Stromes oder zum Schaffen einer Strombegrenzungsfunktion.
Eine derartige integrierte Schaltung kann Mittel aufweisen zur automatischen Steuerung der Speise-Halbleiterschaltung in Antwort auf das Ausgangssignal der Stromabtastschaltung. So kann beispielsweise eine Kurzschlußdetektion dafür sorgen, daß der Speisehalbleiter automatisch abgeschaltet wird bevor er (oder die Last) durch einen zu hohen Strom zerstört wird.
Die Speise-Halbleiteranordnung kann einen MOS-Leistungstransistor (MOST) aufweisen mit einer Vielzahl von Zellen, wobei der Hauptstromträgerteil die meisten dieser Zellen aufweist, wobei die Zellen einen gemeinsamen Drain-Anschluß haben, einen gemeinsamen Gate-Anschluß und einen entsprechenden Haupt- und Hilfs- Source-Anschluß. Die Zellenstruktur von Leistungs-MOSTen eignet sich durchaus zur Stromabtastung nach der Erfindung. Es kann typischerweise eine Anzahl in der Größenordnung von zehntausend Zellen geben, also für einen Laststrom von mehreren Amperen, während der Meßstrom nur von der Größenordnung einer Milliampere oder weniger sein darf, was ein bequemer Bereich für die Niederspannungsschaltung ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1a ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen Differentialverstarkers,
Fig. 1b typische Kennlinien eines MOS-Feldeffekttransistors vom Erschöpfungstyp,
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemaßen Stromabtastschaltung und einer zugeordneten Speise-Halbleiteranordnung; und
Fig. 3 ein detailliertes Schaltbild der Stromabtastschaltung nach Fig. 2.
In Fig. 1 hat der Differentialverstärker 1 eine erste und eine zweite Eingangsklemme 11 bzw. 12, die mit der Gate-Elektrode des ersten Transistors vom Erschöpfungstyp 21 bzw. des zweiten Transistors vom Erschöpfungstyp 22 verbunden sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Transistoren 21 und 22 n-leitende MOS- Feldeffekttransistoren, aber es dürfte aus der nachfolgenden Beschreibung einleuchten, daß ander Anordnungen Merkmale aufweisen können, die zum Implementieren der vorliegenden Erfindung durchaus geeignet sind. So dürfte es dem Fachmann ebenfalls einleuchten, daß in den Fällen, wo in der Beschreibung beispielsweise von n-leitenden Anordnungen die Rede ist, p-leitende Anordnungen verwendet werden könnten, und umgekehrt, wobei dann aber auf die Speisespannungspolarität usw. geachtet werden soll.
Die Source-Elektroden der MOS-FETen 21 und 22 sind gemeinsam mit einer ersten Klemme 23 einer Stromquelle 2 verbunden, wodurch eine kathodengekoppelte Anordnung gebildet wird. Die Stromquelle 2 hat eine zweite Klemme 24, die mit der ersten Klemme 13 verbunden ist, welche die Erdungsklemme sein kann.
Es sind zwei p-leitende Anreicherungs-MOS-Feldeffekttransistoren 31 und 32 vorgesehen zum Bilden einer Stromspiegelschaltung 3. Die Gate-Elektrode des Transistors 31 ist mit der Drain-Elektrode verbunden, die, verbunden mit der Drain- Elektrode des Transistors 21, den Eingang des Stromspiegels 3 bildet. Die Gate- Elektrode des Transistors 32 ist mit der Gate-Elektrode und der Drain-Elektrode des Transistors 31 verbunden. Die Source-Elektroden der Transistoren 31 und 32 sind beide mit einer zweiten Speiseklemme 14 verbunden. Die Drain-Elektrode des Transistors 32 bildet den Ausgang des Stromspiegels 3 und ist mit der Drain-Elektrode des Transistors 22 sowie mit der Ausgangsklemme 15 verbunden.
Die Stromquelle 2 weist zwei n-leitende Verarmungs-MOS-Feldeffekttransistoren 25 und 26 auf, die zwischen den Klemmen 23 und 24 parallelgeschaltet sind. Die Gate-Elektrode und die Source-Elektrode jedes Transistors 25 und 26 sind unmittelbar miteinander verbunden.
Im Betrieb sind die Transistoren 21, 22, 25 und 26 in dem gesättigten Zustand vorgespannt. Nach Fig. 1b sind sie auf diese Weise als Quellen nahezu konstanten Stromes wirksam aber durch ihre Gate-Source-Spannungen VGS moduliert. Weil die Ströme am Eingang und am Ausgang des Stromspiegels 3 gezwungen sind gleich zu sein, wird der Ausgangsstrom IDIFF durch die nachfolgende Gleichung gegeben:
IDIFF = I&sub1; - I&sub2;
wobei I&sub1; der Strom durch den Transistor 21 und I&sub2; der Strom durch den Transistor 22 ist.
IDIFF wird dazu von dem Differentialeingangssignal (V&sbplus;-V&submin;) gesteuert, das über die Eingangsklemmen 11 und 12 den Gate-Elektroden der Transistoren 21 und 22 zugeführt wird. Zur Verbesserung der Leistung und insbesondere zur Dämpfung der asymmetrischen Störspannung sind die Transistoren 21 und 22 angepaßt. Dies laßt sich auf bequeme Weise durch gleichzeitige Integration der beiden Transistoren auf einem gemeinsamen Träger unter Anwendung identischer Geometrien verwirklichen. Auf diese Weise werden die beiden Transistoren identischen Prozeß- und Temperaturänderungen ausgesetzt und sollten folglich auf identische Weise wirken.
Es ist aber bekannt, daß sogar angepaßte Verarmungs-MOS-Feldeffekttransistoren ihre Übergangsmerkmale am besten nur um die Kurve VGS = 0 Volt herum angepaßt haben (siehe Fig. 1b). Zur Begrenzung der Wirkung der Transistoren 21 und 22 auf diese vorteilhafte Betriebskurve nach der Erfindung sind die Transistoren 25 und 26 an einander angepaßt und ebenfalls an die Transistoren 21 und 22, vorzugsweise längsintegriert. Die direkte Gate-Source-Verbindung der Transistoren 25 und 26 definiert VGS = 0 für jeden und definiert folglich, daß der Drain-Strom von jedem IDSS sein soll (siehe Fig. 1b). Auf diese Weise wird der gesamte Vorspannstrom IS durch die nachfolgende Gleichung gegeben:

IS = I&sub1; + I&sub2; = 2 x IDSS.

Für einen Null-Differentialeingang, was meistens eine gute Annäherung im Anwendungsbereich mit negativer Rückkopplung ist, ist I&sub1; = I&sub2;. Dadurch ist der Strom durch jeden der Transistoren 21 und 22 IDSS, und deswegen ist die Gate-Source- Spannung Null.
Ein derartiger Vorspannungsplan hat den zusätzlichen Vorteil daß es nach wie vor eine optimale Anpassung gibt trotz Schwankungen in den Betriebsumständen, wie Prozeß- und Temperaturschwankungen, weil die angepaßten Transistoren 21, 22, 25, 26 auf solche Schwankungen alle identisch reagieren.
Selbstverständlich kann für andere Typen von Anordnungen eine optimale Anpassung nicht für VGS = 0 sein, aber für einen anderen Wert. In solchen Fällen braucht die Gate-Source-Verbindung der Transistoren 25 und 26 nicht direkt zu sein, kann aber über eine andere Bezugspotentialquelle. So könnte man beispielsweise den Spannungsabfall über eine oder mehrere Dioden verwenden. Die Dioden können sich selbst an die Transistoren angepaßt haben, so daß Temperatur- und Prozeßschwankungen dennoch ausgeglichen werden können.
Fig. 2 zeigt eine Speise-Halbleiteranordnung 4 mit Haupt- und Hilfsteilen 41 bzw. 42. Die Haupt- und Hilfsteile haben eine gemeinsame erste Klemme 43 und entsprechende zweite Haupt- und Hilfsklemmen 44 bzw. 45.
Bei diesem speziellen Beispiel ist die Anordnung 4 eine zellulare vertikale Leistungs-MOSFET-Anordnung. Die Anordnung kann typischerweise Hunderte oder sogar Tausende von Zellen aufweisen, die alle eine gemeinsame Drain-Elektrode haben, die mit der Klemme 43 verbunden ist. Die meisten Zellen sind parallelgeschaltet zum Bilden des Hauptteils 41 der Anordnung, wobei die Source-Elektroden mit der Klemme 44 verbunden sind. Eine einzige Zelle (oder ggf. einige Zellen) bildet den Hilfsstromträgerteil 42, von dem die Source-Elektrode mit der Klemme 45 verbunden ist. Bei diesem Beispiel sind die Gate-Elektroden der beiden Teile mit einer Steuerklemme 46 verbunden.
Wie bereits eingangs erwähnt, sind Leistungs-MOS-Feldeffekttransistoren nicht die einzigen Halbleiteranordnungen, bei denen Stromabtastung nach der Erfindung angewandt werden kann, und sind an dieser Stelle hauptsächlich dargestellt zum Liefern eines Beispiels der Anwendung einer solchen Stromabtastschaltung.
Bei einem p-leitenden MOS-Feldeffekttransistor 51 ist die Source- Elektrode mit der zweiten Klemme 45 verbunden und die Drain-Elektrode ist mit dem Eingang 61 einer Strommeßanordnung 6 verbunden. Die Anordnung 6 ist als Beispiel als bei 62 nach Erde verbunden dargestellt, aber jeder geeignete Speisespannungspegel ist verwendbar, wie dies aus der nachfolgenden Beschreibung einleuchten dürfte.
Die Gate-Elektrode 52 des Transistors 51 ist mit dem Ausgang eines Differentialverstarkers 53 verbunden, der nach der Erfindung konstruiert ist. Der invertierende Eingang (-) des Verstärkers 53 ist mit der zweiten Hilfsklemme 45 der Halbleiteranordnung 4 verbunden und der nicht-invertierende (+) Eingang des Verstärkers 53 ist mit der zweiten Hauptklemme 44 der Anordnung 4 verbunden.
Im Betrieb fließt der Hauptteil des Stromes ILAST von einer mit der Klemme 43 verbundenen Speisequelle zu einer (nicht dargestellten) Last. Die Last kann beispielsweise eine Lampe sein, oder eine Motorwicklung. Das Fließen des Stromes ILAST läßt sich durch Signale steuern, die der Steuerklemme 46 zugeführt werden, und zwar wegen der Transistorwirkung des hauptteils 41 der MOSFET-Anordnung 4.
Der Differentialverstärker 53 betreibt den MOSFET 51, wodurch dieser einen Strom IZELLE von der zweiten Hilfsklemme45 der Speise-Halbleiteranordnung 4 zieht. Die Rückkopplung des Verstärkers 53 und des MOS-Feldeffekttransistors 51 sorgt dafür, daß die Spannung VZELLE an der Klemme 45 der Spannung VLAST an der Klemme44 entsprechend gehalten wird. Auf diese Weise ist in dem dargestellten Beispiel MOSFET-anordnung 4 der Strom IZELLE in dem Hilfsteil 42 der Anordnung 4 genau im Verhältnis zu dem Strom ILAST. Deswegen ermöglicht die Strommeßanordnung 6, die als einfaches Beispiel ein Milliammeter sein kann, eine genaue Messung des Laststromes ILAST, ohne die Notwendigkeit einer Einfügung von Reihenwiderständen oder dgl. in die Hauptstromstrecke.
In der oben beschriebenen zellularen MOSFET-Anordnung ist die Berechnung von ILAST besonders einfach, da das Verhältnis des gemessenen IZELLE zu ILAST einfach das Verhältnis der Anzahl Zellen in den betreffenden Teilen 42 und 41 ist. Wenn beispielsweise die Anordnung 4 ein zellularer MOS-Feldeffekttransistor, wie dargestellt, wäre mit 8000 Zellen in dem Hauptstromträgerteil 41 und nur eine einzige Zelle in dem Hufsteil 42, würde ein gemessener Strom IZELLE von 0,125 mA einen Ausgangsstrom ILAST von 1 A bezeichnen. Auf ähnliche Weise bezeichnet ein gemessener Strom von 0,75 mA einen Ausgang von 6 A, usw. Wenn die Anordnung 4 eine andere Konstruktion als die beschriebene hat, beispielsweise andere Abmessungen oder eine andere Geometrie für die beiden Teile 41 und 42, wäre eine kompliziertere Berechnung erforderlich um die Proportionalitätskonstante herzuleiten, wenn aber diese Konstante einmal gefunden worden ist, kann die Berechnung ebenso einfach und genau sein.
Bei einer typischen Anwendung, wie bei einem intelligenten Speiseschalter in einem Kraftwagen, kann die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 einen einfachen Schalter am Armaturenbrett oder ein Relais ersetzen zur Steuerung eines Scheinwerfers beispielsweise. Bei einer solchen Anwendung ist die Klemme 43 mit der Batteriespeisung (+12 Volt, beispielsweise) des Kraftwagens verbunden und eine Erdverbindung 62 wird die Chassis-Erde des Fahrzeugs. Die Polaritäten der Elemente in Fig. 2 sind diejenigen, die geeignet sind für ein negatives Erdungssystem. Die Klemme 44 ist mit der Last verbunden, wie einer Scheinwerferlampe, die eine Rückführungsverbindung nach Erde hat.
Fig. 3 zeigt detailliert eine Stromabtastschaltung ähnlich wie die aus Fig. 2. Die Schaltungsanordnung eignet sich zur Aufnahme in einen intelligenten Speiseschalter zum Gebrauch in einem Kraftfahrzeug und wird in dieser Anwendung als praktisches Beispiel beschrieben. Andere Anwendungsbereiche dürften dem Fachmann einleuchten.
Ein Differentialverstärker 1 ist entsprechend der in bezug auf Fig. 1 oben beschriebenen erfindungsgemäßen Ausführungsform konstruiert, wobei dieselben bezugszeichen verwendet worden sind wie bei der obenstehenden Beschreibung. Die Gate-Source-verbundenen Verarmungs-MOS-Feldeffekttransistoren sind als parallele Widerstandsanordnungen 25 und 26 dargestellt zur erläuterung ihrer Funktion, sie sind aber nach wie vor identisch zu den MOS-Feldeffekttransistoren 21 und 22. In Reihe mit den Anordnungen 25 und 26 ist ein zusätzlicher n-leitender Anreicherungs-MOS- Feldeffekttransistor 301 geschaltet. Die Funktion des zusätzlichen Transistors 301 wird nachstehend erläutert, aber im normalen Betrieb schafft er einfach eine direkte Verbindung zwischen den Widerstandsanordnungen 25 und 26 und der Speiseschiene 13, wie in Fig. 1a dargestellt.
Die Eingangsklemmen 344 und 345 sind zur Verbindung mit den zweiten Hauptbzw. Hilfsklemmen einer Speise-Halbleiteranordnung, wie diese oben anhand der Fig. 2 beschrieben worden ist. Die Speise-Halbleiteranordnung selbst ist aus räumlichen Gründen nicht dargestellt. Die Klemmen 344 und 345 sind mittels zweier Potentialteiler 71 und 72 mit den Eingangsklemmen 11 bzw. 12 des Differentialverstarkers 1 verbunden. Der teiler 71 (und auf gleiche Weise der Teiler 72) weist ein Paar Widerstandsanordnungen 711 und 712 (721 und 722) auf. Bei einer bevorzugten Ausführungsform, geeignet zur Konstruktion als integrierte Schaltung, sind die Anordnungen 711, 712 und 721, 722 MOS-Lastanordnungen, wie Verarmungs-MOS-Feldeffekttransistoren, deren Gate- und Source-Elektroden auf dieselbe Art und Weise verbunden sind wie bei den MOS-Feldeffekttransistoren 25 und 26.
Die Teilungsverhältnisse der Teiler 71 und 72 sind durch eine geeignete Wahl der Anordnungen 711, 712 und 721, 722 gleich gemacht worden. Ein Ende jeder der Anordnungen 712 und 722 ist mit der Speiseschiene 13 verbunden. Der Knotenpunkt des Stromspiegels 3 ist mit einer zweiten Speiseschiene 14 verbunden.
Von einem p-leitenden MOS-Feldeffekttransistor 73 ist die Source- Elektrode mit der Eingangsklemme 345 verbunden und die Gate-Elektrode ist mit der Ausgangsklemme 15 des Verstärkers 1 verbunden. Die Drain-Elektrode des MOS- Feldeffektransistors 73 ist bei 361 mit dem Eingang eines Stromspiegels 74 verbunden, der n-leitende MOS-Feldeffekttransistoren 741 und 742 aufweist. Die Klemme 361 bildet den Eingang einer Strommeßschaltung 36, die der Anordnung 6 in Fig. 2 entspricht. Die Wirkungsweise der Strommeßschaltung 36, die alle Teile rechts von dem Stromspiegel 74 aufweist, wird nachher beschrieben.
Im Betrieb ist die Speiseschiene 14 die Batteriespeiseschiene, VBATT, des Kraftfahrzeugs und die Speiseschiene 13 ist die Chassis-Erde, 0 Volt, in einem negativen Erdungssystem, wie dies oben in bezug auf Fig. 2 beschrieben worden ist.
Zum Schutz gegen Hochspannungsspitzen, die oft bei Kraftfahrzeugsystemen auftreten, sind alle mit einem Asterisk (*) bezeichneten Anordnungen als Hochspannungsanordnungen ausgebildet. Andere Teile der Schaltungsanordnung, wie der Stromspiegel 3 und die Strommeßschaltung 36, können unter Verwendung herkömmlicher komplementärer MOS-Anordnungen konstruiert werden, und zwar wegen des Vorhandenseins einer dritten Speiseschiene 70. Die Speiseschiene 70 wird durch einen nicht dargestellten Regler auf einer Speisespannung VNIEDRIG gehalten, was um einen Betrag, geeignet zum Betreiben der CMOS-Schaltung 36, unterhalb VBATT ist. (VBATT - VNIEDRIG) kann 5 bis 12 Volt betragen, je nach einer geeigneten Wahl des Reglers. Dadurch, daß die Niederspannungsschaltung in bezug auf VBATT betrieben wird und nicht in bezug auf Erde (0 Volt) eignet sich die Schaltungsanordnung besser für Integration mit der Speise-Halbleiteranordnung selbst, wobei die Notwendigkeit einer Hochspannungsisolierung um die Niederspannungsschaltung vermieden wird. Diese Technik ist in einer gleichzeitig eingereichten UK Patentanmeldung, die nun als GB 2 207 315 A (PHB33363) eingehend beschrieben.
Wenn die Speiseanordnung eingeschaltet wird (beispielsweise um einen Scheinwerfer brennen zu lassen) steigen die Klemmen 344 und 345 meistens auf VBATT. Die Potentialteiler 71 und 72 lassen diese Spannungen auf Pegel fallen, die zum Zuführen zu den Eingängen 11 und 12 des Differentialverstärkers 1 geeignet sind. Es soll zwischen jedem Eingang, 11 und 12 und VBATT eine ausreichende Spannungsdifferenz geben, damit die MOS-Feldeffekttransistoren 31 und 32 des Stromspiegels 3 in den gesättigten Zustand geraten. Der Differentialverstärker 1 kann auf diese Weise VZELLE und VLAST vergleichen, wie oben anhand der Fig. 1a, 1b und 2 beschrieben.
Auf ähnliche weise wie bei Fig. 2 ist der Ausgang 15 des Differentialverstärkers 1 unmittelbar mit der Gate-Elektrode des Stromsteuertransistors 73 (51 in Fig. 2) verbunden. Das Ausgangssignal bei 15 ist eine Stromdifferen IDIFF, wie oben anhand der Fig. 1 näher erläutert. Diese Strom IDIFF lädt oder entlädt die effektive Gate- Kapazität des Transistors 73. Auf diese Weise steuert IDIFF die Gate-Spannung des Transistors 73, der an sich wieder den Strom IZELLE, gezogen aus dem (in Fig. 3 nicht dargestellten) Hilfsteil der Speise-Halbleiteranordnung steuert.
In der Strommeßschaltung 36 reproduziert der Stromspiegel 74 mit den Transistoren 741 und 742 den Meßstrom IZELLE, und skaliert diesen Strom durch ein vorbestimmtes Verhältnis. Das Skalieren laßt sich auf bekannte Weise dadurch erzielen, daß die Transistoren 741 und 742 derart konstruiert werden, daß sie verschiedene Kanalabmessungen haben und, bei dieser Ausführungsform, das Verhältnis der Ströme durch die Transistoren 741 und 742 ein Verhältnis 6 : 1 ist. Die Meßschaltung 36 weist weiterhin Stromspiegel 75, 78 und 79 auf, die Transistoren 751-753, 781-782 bzw. 791 - 792 aufweisen, und je ihr eigenes vorbestimmtes Skalierungsverhältnis haben. Bei dieser Ausführungsform ist das Skalierungsverhältnis der Stromspiegel 75, 78 und 79 7:1, 6:1 bzw. 7:1. Die Schaltungsanordnung 36 enthält weiterhin Schmidt-Triggerschaltungen 77 und 80, die Transistoren 771-774 bzw. 801-804 aufweisen.
Es sind Bezugsstromquellen in Form von Transistoren 762 und 763 vorgesehen, die typischerweise beide Ausgangstransistoren eines Stromspiegels sind, dessen Eingangstransistor nicht dargestellt ist, der aber mit den Transistoren 762 und 763 bei REF verbunden sind. Jeder funktioniert zum Durchlassen eines Bezugsstromes IREF, der als für beide Transistoren 762 und 763 gleich dargestellt ist. Diese Bezugsströme könnten, gewünschtenfalls, dadurch verschieden gemacht werden, daß verschiedene Skalierungsverhältnisse in den Transistoren 762 und 763 verwendet werden, oder dadurch, daß es zwei einzelne REF-Klemmen gibt, wobei jeder Transistor 761, 762 dann einen Teil eines anderen Stromspiegels bildet. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform ermöglicht aber die Verwendung skalierender Stromspiegel 74, 75, 78 und 79 es, daß unter Verwendung des einzigen Bezugsstromes, IREF, zwei verschiedene Schwellen detektiert werden, wie nachstehend erläutert.
Am Knotenpunkt 91 wird der Strom IREF von der skalierten Replik des Meßstromes IZELLE, erzeugt durch den Stromspiegel 75, subtrahiert. Wenn der skalierte IZELLE größer ist als IREF, fließt in den Eingang der Schmidt-Triggerschaltung 77 positive Ladung, wodurch die Transistoren 772 und 773 eingeschaltet werden, während der Transistor 77 abgeschaltet wird, so daß der Ausgang LC niedrig ist (logisch "0"). Wenn aber der skalierte IZELLE kleiner ist als IREF, ist die Situation umgekehrt und LC = "1". Der Ausgang LC nimmt dadurch einen logischen Wert "1" an, wenn der abgetastete Strom (ILAST) eine bestimmte Schwelle unterschreitet, wobei diese Schwelle auf einfache Weise als das Produkt aus dem Verhältnis IZELLE : ILAST und den Verhältnissen 1:6 und 1:7 für die Stromspiegel 74, 75 multipliziert mit dem bezugsstrom IREF bestimmt wird. Der Transistor 774 erzeugt die Hysterese-Wirkung der Schmidt-Triggerschaltung 77 in bekannter Weise. Hysterese verbessert die Störungsunempfindlichkeit und eliminiert Schwingungen in den Schwellendetektionsschaltungen.
Der Transistor 753 liefert einen zweiten Ausgang für den Stromspiegel 75, und folglich eine weitere skalierte Replik des Meßstromes IZELLE. Das Skalierungsverhältnis für diesen zweiten Ausgangstransistor 753 kann anders sein als das für den ersten Ausgangstransistor 752, aber bei dieser Ausführungsform ist es dasselbe (7:1). Beim Knotenpunkt 92 wird der Strom IREF von dieser weiteren skalierten Replik von IZELLE subtrahiert. Wenn die skalierte IZELLE gröber ist als IREF, fließt positive Ladung in den Eingang der Schmidt-Triggerschaltung 80, wodurch die Transistoren 802 und 803 eingeschaltet werden, während der Transistor 801 abgeschaltet wird. Der Transistor 804 schafft eine Hysterese-Kennlinie ähnlich wie die des Transistors 774 in der Triggerschaltung 77. Der Ausgang der Triggerschaltung 80 betreibt die Transistoren 811 und 812, die eine einfache CMOS-Inverterschaltung 81 bilden, die den Ausgang "HC" betreibt. Wegen des Inverters 81 nimmt der Ausgang HC einen Wert "1" an, wenn ILAST höher ist als die geeignete Schwelle.
Auf diese Weise kann durch eine geeignete Wahl von IREF und der Verhältnisse m:n für alle Stromspiegelschaltungen, LC = "1" zu einer externen Schaltungsanordnung signalisieren, daß der Laststrom zu niedrig ist, vielleicht durch eine defekte Lampe, während HC = "1" signalisieren kann, daß der Laststrom zu hoch ist - wodurch vielleicht angegeben wird, daß es einen Kurzschluß gibt. HC kann von einer anderen Schaltungsanordnung verwendet werden, die Speiseschaltung automatisch abzuschalten, bis der Fehler behoben worden ist.
Bei dieser speziellen Ausführungsform, wobei die Verhältnisse der Stromspiegel 78 und 79 6:1 bzw. 7:1 sind, ist der Schwellenwert von IZELLE (und folglich von ILAST), der am Knotenpunkt 92 detektiert wird, etwa vierzig-mal höher als der, der durch die triggerschaltung 77 bei 91 detektiert wird. Wenn also für diese Ausführungsform, die niedrige Stromschwelle am Knotenpunkt 92, die eine offene Schaltung bezeichnet, 5% des Nennlaststromes entspricht, wird die Stromschwelle am Knotenpunkt, die einen zu großen Laststrom bezeichnet, dem doppelten Nennlaststrom entsprechen. Für diese Beispielswerte, für einen Nennlaststrom von 6A und für den Fall ILAST : IZELLE 8000 :1 ist, wird der erforderliche Bezugsstrom IREF etwa 0,9 µa betragen.
Es kann jede beliebige Anzahl Repliken des Meßstromes vorgesehen werden, beispielsweise zum Detektieren vieler verschiedener Schwellenpegel oder vielleicht zum Liefern einer analogen Stromdarstellung. Analoge Rückkopplung zu der Speiseanordnung könnte benutzt werden zum Schaffen eines konstanten Stromes oder einer Strombegrenzungsfunktion. Diese und andere Abwandlungen dürften dem Fachmann klar sein und können in einer speziellen Anwendung frei gewählt werden.
Weil die beschriebene Kraftfahrzeuganwendung batteriebetrieben ist und weil es normalerweise erwartet werden kann, daß die Batterie ihre Ladung auch nach wochenlangem Stillstand behält, wird die Schaltungsanordnung nach Fig. 3 wie folgt mit Speisungsaufbewahrungsmaßnahmen versehen. Es werden zusätzliche Transistoren 302, 740, 750, 780, 790 vorgesehen um die betreffenden Stromspiegelschaltungen 3, 74, 75, 78, 79 usw. abzuschalten, wenn das logische Signal ON den Wert "0" hat (wobei das entsprechende Signal ON' bei verschiedenen Signalpegeln für die Hochspannungsteile der Schaltungsanordnung geliefert werden). Dieses Signal wird als komplementäres Paar ON/ON entsprechend der Lage des Speiseschalters, durch nicht dargestellte Mittel erzeugt. Der Transistor 301 ist ebenfalls dazu vorgesehen, die Stromquelle 35/26 des Differentialverstärkers 1 von der Speiseschiene 13 zu trennen, wenn ON = "0". Auf diese Weise läßt sich in dem "AUS "-Zustand der Stromverbrauch minimieren, so daß es sich um nur einige µA für den Speiseschalter handelt.
Mit einer intelligenten Speiseschalterschaltung, wie diese oben beschrieben ist, ist es möglich, nicht nur die einfache Speiseschalterfunktion zu schaffen, sondern auch eine Fehlerdetektion und einen Schutz gegen kostspielige Störungen. Diese Funktionen und andere lassen sich auf bequeme Weise auf einem einzigen Chip integrieren. Ein derartiger Speiseschalter kann gewünschtenfalls auch mit einem "On- Chip"-Temperaturschutz, einem Spannungsstoßschutz und anderen Funktionen, wie74 beschrieben, versehen werden.
Dem Fachkundigen werden nach der Lektüre der vorliegenden Beschreibung leicht weitere Abwandlungen einfallen. Solche Abwandlungen können andere Merkmale betreffen, die bereits im Entwurf und in der Verwendung von integrierten elektrischen Filtern und Teilen davon bekannt sind und die anstelle der hier bereits beschriebenen Merkmale oder ergänzend dazu verwendet werden können. Obwohl die in dieser Patentanmeldung enthaltenen Patentansprüche für bestimmte Kombinationen von Merkmalen formuliert wurden, ist zu beachten, daß der Rahmen der Beschreibung der vorliegenden Patentanmeldung auch jegliches neue, hier beschriebene Merkmal oder jegliche neue, hier beschriebene Kombination von Merkmalen entweder explizit oder implizit oder eine Verallgemeinerung oder Abwandlung hiervon umfaßt, die dem Fachkundigen klar sein wird und unabhängig davon, ob auf die gleiche Erfindung bezogen wie in einem der vorliegenden Patentansprüche genannt sowie unabhängig davon, ob hierdurch eines oder alle gleichen technischen Probleme abgeschwächt werden, wie durch die vorliegende Erfindung.

Claims

1. Differentialverstärker mit einem ersten und einem zweiten Feldeffekttransistor vom Erschöpfüngstyp (FET), deren Source-Elektroden miteinander und mit einer Stromquelle verbunden sind, und deren Drain-Elektroden mit einem Eingang bzw. einem Ausgang einer Stromspiegelschaltung verbunden sind, wobei der Knotenpunkt des Ausgangs des Stromspiegels und der Drain-Elektrode des zweiten Feldeffekttransistors einen Ausgang des Differentialverstärkers bildet, wobei die genannte Stromquelle einen dritten FET vom Erschöpfungstyp aufweist, dessen Gate-Elektrode und dessen Source- Elektroden miteinander und mit einer Speisequelle verbunden sind und dessen Drain- Elektrode in Reihe mit den Source-Elektroden des ersten und des zweiten FETs verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle weiterhin einen vierten FET vom Erschöpfungstyp aufweist, der mit dem dritten FET parallelgeschaltet ist, daß die Source-Elektroden des ersten und des zweiten FETs und die Drain-Elektroden des dritten und des vierten FETs zu einem gemeinsamen Knotenpunkt verbunden sind und daß der erste, der zweite, der dritte und der vierte FET monolithisch auf einem gemeinsamen Träger integriert und aneinander angepaßt sind.

2. Differentialverstärker nach Anspruch 1 mit Schaltmitteln zum Trennen der Schaltungsanordnung von der Speisung, wenn nicht im Betrieb, zur Verringerung des Stromverbrauchs.

3. Differentialverstärker nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der erste, zweite, dritte und vierte Feldeffekttransistor Verarmungs-MOS-Feldeffekttransistoren sind.

4. Stromabtastschaltung zum Abtasten eines Ausgangsstromes einer Halbleiter-Speiseanordnung, wobei diese Anordnung einen Haupt- und einen Hilfsstromträgerteil aufweist, wobei jeder Teil wenigstens ein Basis-Halbleiterelement aufweist, wobei jedes derartige Element eine erste und eine zweite Stromträgerelektrode aufweist, wobei die erste und die zweite Stromträgerelektrode des Haupt- und des Hilfsteils der Anordnung eine gemeinsame erste Elektrode der Anordnung bildet, wobei die zweiten Stromträgerelektroden des Haupt- und des Hilfsteils eine zweite Haupt- bzw. Hilfselektrode der Anordnung bilden, wobei die Stromabtastschaltung die nachfolgenden Elemente aufweist: Mittel zum Vergleichen der Spannungen an den zweiten Haupt- und Hilfselektroden; Mittel zur Steuerung eines Stromes von der zweiten Hilfselektrode in Antwort auf einen Ausgang der Vergleichsmittel um dafür zu sorgen, daß die Spannung an der zweiten Hauptelektrode zu einer wesentlichen Gleichheit mit der an der zweiten Hauptelektrode neigt; und Mittel zum Messen des der zweiten Hilfselektrode entnommenen Stromes, wobei die Vergleichsmittel einen Differentialverstärker nach Anspruch 1 bis 3 aufweisen, wobei Mittel vorgesehen sind zum Koppeln der Gate-Elektroden des ersten und zweiten FETs mit den Hauptelektroden bzw. den Hilfselektroden der Halbleiter-Speiseanordnung.

5, Stromabtastschaltung nach Anspruch 4, wobei die Stromsteuermittel einen weiteren Feldeffekttransistor aufweisen, dessen Source-Elektrode zum Verbinden mit der zweiten Hilfselektrode der Leistungs-Halbleiteranordnung gemeint ist, dessen Gate- Elektrode mit dem Ausgang des Differentialverstärkers und dessen Drain-Elektrode mit der Strommeßschaltung gekoppelt ist.

6. Stromabtastschaltung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die Mittel zum Koppeln der Gate-Elektroden des ersten und zweiten FETs mit den zweiten Elektroden der Speise-Halbleiteranordnung ein Paar Potentialteiler mit je demselben Teilungsverhältnis aufweisen, wobei jeder Potentialteiler zwei FETen vom Erschöpfungstyp aufweist, wobei von jedem der beiden die Gate-Elektrode mit der Source-Elektrode verbunden ist.

7. Stromabtastschaltung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei die Strommeßmittel eine oder mehrere Schwellendetektionsschaltungen aufweisen, die je ein Ausgangssignal erzeugen, und zwar abhängig von dem Wert des gegenüber einem vorbestimmten Bezugsstrom gemessenen Stromes.

8. Stromabtastschaltung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei die Strommeßschaltungen eine oder mehrere Stromspiegelschaltungen aufweisen zum Reproduzieren und/oder Skalieren des zu messenden Stromes.

9. Stromabtastschaltung nach Anspruch 8, wobei Mittel vorgesehen sind zum Sperren wenigstens eines Stromspiegels zum Verringern von Stromverbrauch, wenn die Stromabtastschaltung nicht funktioniert.

10. Integrierte Schaltung mit einer Halbleiter-Speiseanordnung, wobei diese Anordnung einen Haupt- und einen Hilfsstromträgerteil aufweist, wobei jeder Teil wenigstens ein Basis-Halbleiterelement aufweist, wobei der genannte Haupt- und Hilfsstromträgerteil eine gemeinsame erste Elektrode und eine entsprechende zweite Hauptbzw Hilfselektrode aufweist, wobei die integrierte Schaltung weiterhin eine Stromabtastschaltung nach einem der Ansprüche 4 bis 9 aufweist.

11. Integrierte Schaltung nach Anspruch 10, wobei die Halbleiter-Speiseanordnung einen MOS-Halbleiter-Leistungstransistor mit einer Anzahl Zellen aufweist, wobei der hauptstromträgerteil die meisten Zellen aufweist, wobei die Zellen eine gemeinsamen Anschluß, einen gemeinsamen Gate-Anschluß und entsprechende Haupt- und Hilfs-Source-Anschlüsse haben.

Beschriftung in der Zeichnung

Fig. 2: Last; Zelle

Fig. 3: Last; Zelle; VNIEDRIG