DE3908794A1

DE3908794A1 - Monolithisch integrierte schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE3908794A1
Application number: DE3908794A
Authority: DE
Inventors: Hartmut Dipl Phys Seiler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1989-03-17
Filing date: 1989-03-17
Publication date: 1990-09-27
Anticipated expiration: 2009-03-18
Also published as: IT9019705A0; IT9019705A1; IT1239451B; DE3908794C2

Description

Stand der Technik

Monolithisch integrierte Schaltungsanordnungen sind allgemein bekannt. Bei solchen Schaltungsanordnungen sind mehrere elek tronische Komponenten der Schaltung in ein gemeinsames Sub strat eingebettet und durch eine Isolationsdiffusion voneinan der getrennt, so daß Inseln gebildet sind. Jede dieser elek tronischen Komponenten besteht oder befindet sich in einer Insel eines Leitfähigkeitstyps, während das Substrat und die Isolation die entgegengesetzte Leitfähigkeit besitzen, so daß pn-Übergänge vom Substrat zu den Inseln gebildet sind.

Um die Funktion einer solchen integrierten Schaltung zu ge währleisten, muß das Substrat so gepolt sein, daß der pn-Über gang zu jeder Insel stets in Sperrichtung gepolt ist.

Für den Fall eines Substrats aus p-leitendem Material ist das Substrat mit dem negativsten Potential der Schaltung zu ver binden, in der Regel mit der negativen Versorgungsspannung. Voraussetzung für eine störungsfreie Funktion einer Schaltung ist es, daß keine der Inseln aus n-leitendem Material ein negativeres Potential als das Potential des Substrats anneh men kann. Geschieht dies dennoch, so wird der pn-Übergang von der Insel zum Substrat in Flußrichtung gepolt und bereits bei verhältnismäßig geringen Substratströmen wird die Funktion der integrierten Schaltung gestört.

Solche Störungen sind in der Praxis ein häufiges und schwer wiegendes Problem, für das es bisher keine befriedigende Lösung gibt.

Insbesondere werden die Ein- und Ausgänge einer integrierten Schaltung häufig durch externe Störspannungen unter das nega tive Versorgungspotential, mit dem das Substrat verbunden ist, gezogen. Dabei kommt es zu Funktionsstörungen und in man chen Fällen sogar zur Zerstörung der integrierten Schaltung.

Es sind bereits Schutzschaltungen bekannt, die Ein- und Aus gänge einer integrierten Schaltung in der Nähe des negativen Versorgungspotentials klammern. Solche Schutzschaltungen sind insbesondere zum Schutz von integrierten Leistungstreibern nur mit großem Aufwand realisierbar, da hierbei die über die Leistungsausgänge eingekoppelten Störungen meist sehr energie reich sind. Entsprechende Schutzschaltungen beanspruchen des halb häufig mehr Fläche als der Leistungstreiber selbst, was dem Ziel nach Miniaturisierung integrierter Schaltungen ent gegensteht.

Ein weiteres, ähnliches Problem besteht darin, eine inte grierte Schaltung mit zwei Massepotentialen zu betreiben, die gegeneinander wechselnde Potentialdifferenzen annehmen können. Ein solcher Anwendungsfall liegt beispielsweise bei Schaltgeräten in Kraftfahrzeugen vor, wo eine Schaltung mit einer Leistungs- und einer Signal- oder Elektronikmasse be trieben werden soll.

Vorteile der Erfindung

Mit einer monolithisch integrierten Schaltungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 ist es vorteilhaft möglich, eine beliebige Anzahl von Inseln auf unterschiedliche Poten tiale unterhalb der negativen Versorgungsspannung zu bringen, ohne daß die Schaltung gestört wird. Ebenso ist der Betrieb einer Schaltung mit unterschiedlichen mehreren Massepotentia len möglich.

Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, daß in den Anmel dungsunterlagen, auch in den Patentansprüchen, der Fall be schrieben wurde, daß das Substrat aus p-leitendem Material be steht, was dem üblichen Aufbau entspricht. Es versteht sich, daß sich bei der Verwendung eines Substrats aus n-leitendem Material die pn-Übergänge in ihrer Anordnung und Polung ledig lich umkehren und daß auch eine so aufgebaute Schaltungsanord nung vom Schutz erfaßt sein soll.

Erfindungsgemäß wird das Substrat über Transistoren mit dem jeweils negativsten Potential verbunden, so daß die pn-Über gänge aller Inseln zum Substrat stets ausreichend vorgespannt sind und nicht in Flußrichtung betrieben werden. Es sind je doch dazu eine Reihe von Nebenbedingungen zu beachten und Maß nahmen zu ergreifen, ohne die eine solche Schaltung nicht funktionieren würde.

Die Inseln, welche durch Störspannungen unter die negative Versorgungsspannung gezogen werden, sollen im normalen Be trieb auch auf hohe positive Spannungen gelegt werden können. Daraus folgt, daß die Transistoren, welche das Substrat mit dem jeweils negativsten Inselpotential verbinden, nicht nur im regulären Betrieb beansprucht werden, sondern auch invers betrieben werden. Darüber hinaus muß die Restspannung zwi schen dem Substrat und dem jeweils negativsten Inselpotential stets so klein sein, daß kein Strom über den entsprechenden pn-Übergang der Substratdiode fließt. Da die Kollektor- Emitterstrecke das Substrat mit dem negativsten Potential ver binden muß, um evtl. vorhandene Substratströme abführen zu können, kommen für diese Aufgabe nur npn-Transistoren in Frage. Bei pnp-Transistoren liegt bekanntlich im gesättigten Betrieb die Basis auf dem negativsten Potential. Ein solcher Transistor ist hier nicht geeignet, da für den gewünschten Zweck der Kollektor auf dem negativsten Potential liegen muß. Da die Spannung zwischen Substrat und Insel in der Regel sehr große positive Werte annehmen kann, npn-Transistoren als Vertikaltransistoren jedoch nur im Normalbetrieb hohe Sperr spannungen besitzen, im Inversbetrieb aber schon bei Spannungen zwischen 3 und 7 Volt durchbrechen, muß der Kollektor der npn-Transistoren mit der Insel verbunden werden und der Emitter mit dem Substrat. Wird die Insel unter das Massepotential gezogen, so wird der zugehörige npn-Transistor invers leitend und nimmt das Substrat mit. Er muß in diesem Fall mindestens den von der Schaltung in das Substrat fließen den Strom sowie den Substratsperrstrom abführen können. Hier zu ist es vorteilhaft, wenn der Transistor über eine hohe inverse Stromverstärkung verfügt.

Zeichnung

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 den elektrischen Aufbau einer Ausführungsform der Schaltung,

Fig. 2 den elektrischen Aufbau einer zweiten Ausführungsform einer Schaltung,

Fig. 3 (A und B) den geometrischen Aufbau einer Schaltung,

Fig. 4 den elektrischen Aufbau einer dritten Ausführungsform der Schaltung,

Fig. 5 (A und B) den geometrischen Aufbau einer Schaltungsan ordnung.

In Fig. 1 ist eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ge zeigt, mit einem Transistor T 11, dessen Kollektor über einen Anschluß A nach außen geführt ist. Über diesen Anschluß A können Störspannungen in die integrierte Schaltungsanordnung eingekoppelt werden. Der Kollektor des Transistors T 11 stellt eine Insel im integrierten Schaltungsaufbau dar, die bei her kömmlichen Schaltungen nicht unter das Massepotential gezogen werden darf.

Der Emitter des Transistors T 11 ist mit einem Massepotential M ₁, 112 verbunden, das beispielsweise die Leistungsmasse sein soll.

Ein zweites Massepotential M ₂, 113, die hier Elektronikmasse sein soll, ist ebenfalls vorhanden und kann gegenüber dem Massepotential M ₁, 112 sowohl positive als auch negative Potentiale annehmen. Ein Teil der nicht in ihrer Gesamtheit dargestellten, integrierten Schaltung, deren Bestandteil der Transistor T 11 ist, ist mit der Leistungsmasse M ₁, 112 und ein anderer Teil mit der Elektronikmasse M ₂, 113 verbunden.

Das Substrat S, 111 der integrierten Schaltung ist mit dem Kollektor des Transistors T 11 sowie mit den beiden Massepoten tialen 112, 113 jeweils über die Schaltstrecke von Transisto ren T 12, T 14 und T 16 verbunden. Die Emitter dieser Transisto ren sind mit dem Substrat S, 111 verbunden. Der Kollektor des Transistors T 12 ist mit dem Kollektor des Transistors T 11, die Leistungsmasse M ₁, 112 ist mit dem Kollektor des Tran sistors T 14 verbunden und die Elektronikmasse M ₂, 113 ist mit dem Kollektor des Transistors T 16 verbunden.

Die Basen der Transistoren T 12, T 14 und T 16 werden über Strom quellen 108, 109 und 110 angeströmt. Zur Begrenzung der Kollektorströme im Vorwärtsbetrieb sind jedem der Transisto ren T 12, T 14 und T 16 zur Basis-Emitterstrecke je ein als Diode geschalteter Transistor T 13, T 15 und T 17 parallel ge schaltet.

Die Transistorpaare T 12 und T 13, T 14 und T 15, sowie T 16 und T 17 bilden somit Stromspiegel. Dabei ist es vorteilhaft, diese als untersetzende Stromspiegel auszuführen, indem die als Dioden geschalteten Transistoren T 13, T 15 und T 17 jeweils eine um die Faktoren n, m, k größere Emitterfläche besitzen als die zugeordneten Transistoren T 12, T 14 und T 16.

Mit dieser Maßnahme wird beispielsweise bei dem Transistor T 12 der Kollektorstrom auf den n-nten Teil des Stromes J₁ der Stromquelle 108 reduziert, wenn die Kollektorspannung des Transistors T 12 positiv ist. Da dieser Strom von außen über den Anschluß A fließt, soll er in der Regel auch möglichst klein sein.

Das Substrat wird bei dieser Anordnung geringfügig höher als das niedrigste der drei Potentiale M 1, M 2 und A sein, da der jenige der Transistoren T 12, T 14 und T 16, dessen Kollektor mit dem niedrigsten Potential verbunden ist, invers leitend wird und das Substrat S, 111 mitzieht.

Der zu seiner Basis-Emitterstrecke parallel geschaltete jewei lige Transistor T 13, T 15 und T 17, stört dabei nicht, da die ser bei diesem Betrieb nahezu stromlos wird.

Der jeweils invers leitende Transistor (T 12, T 14 oder T 16) hat über seine Kollektor-Emitterstrecke die Emitterströme der beiden anderen in Vorwärtsrichtung betriebenen Stromspiegel zu übernehmen sowie einen Substratsperrstrom 114 (symbolisch mit J _S eingezeichnet), der von der Restschaltung in das Sub strat 111 fließt. Dieser Substratsperrstrom 114 ist jedoch in der Regel klein.

Wenn die drei Stromquellen 108, 109 und 110 gleich ausgeführt werden, muß der invers leitende Transistor geringfügig mehr als das doppelte seines Basis-Stroms über seine Kollektor- Emitterstrecke abführen. Wenn der Transistor T 16 leitet, er gibt sich sein inverser Kollektorstrom zu

J _Kinv. = (1+1/n) J₁ + (1+1/m) J₂ + J _S .

Es genügt hier somit eine verhältnismäßig geringe inverse Stromverstärkung, um eine kleine Sättigungsspannung zu erhal ten.

In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dar gestellt. Ein Transistor T 21 entspricht dem Transistor T 11 aus Fig. 1 und ist wiederum mit seinem Kollektor über einen Anschluß A, 211 nach außen geführt. Sein Emitter ist mit Masse M, 204 verbunden, wobei hier nur eine Masse vorgesehen ist.

Der Transistor T 21 ist wiederum in einem Substrat S ₁, 203.1 realisiert, wobei der Kollektor die Insel bildet und das Substrat S ₁, 203.1 niederohmig an mehreren Stellen mit Masse M, 204 verbunden ist. Diese Verbindung kann beispielsweise über eine Rückseitenmetallisierung des Substrats erfolgen, wie sie bei Leistungs-IC′s wegen der guten thermischen Anbin dung an eine Wärmesenke notwendig ist. Das Substrat in der un mittelbaren Umgebung des Transistors T 21 ist mit S₂, 203 be zeichnet. Dieser Bereich ist über einen Ausbreitungswider stand 205 mit dem restlichen Substrat S ₁, 203.1 verbunden.

Weiter ist wiederum ein Transistor T 22 vorgesehen, der in er findungsgemäßer Weise mit der Insel, d.h. dem Kollektor des Transistors T 21, und dem Substrat S ₂, 203, welches den Tran sistor T 21 in unmittelbarer Nähe umgibt, verbunden ist.

Der Transistor T 22 wird über eine Stromquelle 208 an seiner Basis angesteuert, wobei in der Ansteuerleitung ein Schalter 209 angeordnet ist. Dieser Schalter kann beispielsweise die Schaltstrecke eines Transistors sein.

Der Schalter 209 wird von einer Schaltstufe 210 betätigt. Die Schaltstufe 210 enthält z. B. einen Komparator und ist mit einem Anschluß mit dem Kollektor des Transistors 21 und mit dem anderen Anschluß mit Masse 204 verbunden.

Zwischen der Basis des Transistors T 22 und dem Substratbe reich S ₂, 203 ist ein Widerstand 206 vorgesehen, um den Tran sistor T 22 bei geöffnetem Schalter 209 sicher gesperrt zu hal ten. Andere Schaltmittel zur sicheren Sperrung von Transistor T 22 sind ebenfalls möglich.

Mit J _{s 1}, 207 und J _{s 2}, 207.1 sind symbolisch die Inselsperr ströme zum Substrat dargestellt.

Die Schaltungsanordnung nach Fig. 2 hat folgende Funktion: Durch die Schaltstufe 210 bzw. durch den darin enthaltenen Komparator wird das Potential des Kollektors von T 21 mit dem Massepotential 204 ständig verglichen und der Schalter 209 ge schlossen, sobald das Potential des Kollektors von T 21 an nähernd gleich dem Massepotential ist.

Wird durch eine von außen eingekoppelte Störung dieser Zu stand erreicht oder der Kollektor von T 21 unter das Massepo tential 204 gezogen, so wird der Transistor T 22 an seiner Basis über die Stromquelle 208 und den geschlossenen Schalter 209 angesteuert. Damit wird das Substrat S ₂, 203 in der un mittelbaren Umgebung von T 21 mit dem Kollektor von T 21 mitge zogen. Das Produkt aus der inversen Stromverstärkung und dem Ansteuerstrom J der Stromquelle 208 muß dabei so groß sein, daß der Strom, der über den Ausbreitungswiderstand 205 fließt, sobald zwischen dem übrigen Substrat S ₁, 203.1 und dem Substratbereich S ₂, 203 eine Potentialdifferenz entsteht, sowie die Substratströme J _{S 1}, 207 und J _{S 2}, 207.1, von T 22 übernommen werden können.

Fig. 3 zeigt eine besonders vorteilhafte geometrische Anord nung der erfindungsgemaßen Transistoren T 12 bzw. T 22 in einer Insel 301. Der erste und zweite Transistor sind hierbei ent sprechend der Figuren Nr. 3 mit T 31 und T 32 bezeichnet. Die Fig. 3A stellt eine Draufsicht auf die Anordnung und Fig. 3B einen Schnitt dar.

Da der erfindungsgemäße Transistor T 32 ein npn-Transistor ist, dessen Kollektor ebenfalls eine im Substrat liegende Insel ist, kann er in derselben Insel angeordnet werden, wie der Transistor T 31.

Die nachfolgende Liste gibt die Zuordnung der verwendeten Be zugszeichen zu den einzelnen Bestandteilen wieder:

301
= Substrat, Dotierung p^-
302	= Isolationsdiffusion p⁺
302.1	= Substratkontakt in Isolationsdiffusion
303	= Kollektoranschlußdiffusion n⁺ Transistor T 32
304	= Leitschichtdiffusion n
305	= Epitaxie (Insel) n^-+
306	= Basisdiffusion p Transistor T 32
306.1	= Basiskontakt Transistor T 32
306.2	= Basisanschluß Metall Transistor T 32
307	= Emitterdiffusion n⁺ Transistor T 32
307.1	= Emitterkontakt Transistor T 32
307.2	= Metallverbindung Emitter Transistor T 32-Substrat
308	= Kollektoranschlußdiffusion n⁺ Transistor T 31
308.1	= Kollektorkontakt Transistor T 31
308.2	= Kollektoranschluß Metall Transistor T 31
309	= Basisdiffusion p Transistor T 31
309.1	= Basiskontakt Transistor T 31
309.2	= Basisanschluß Metall Transistor T 31
310	= Emitterdiffusion n⁺ Transistor T 31
310.1	= Emitterkontakt Transistor T 31
310.2	= Emitteranschluß Metall Transistor T 31

Aus Fig. 3A ist zu ersehen, daß von rechts nach links ge hend, die Isolationsdiffusion 302 mit dem Substratkontakt 302.1, die in die Insel (Epitaxie 305) eingebrachte Kollektor anschlußdiffusion 303 und die Kollektoranschlußdiffusion 308 für den Transistor T 31 mit dem Kollektorkontakt 308.1 strei fenförmig durchgehend angeordnet sind. In diesen streifenför migen Bereichen sind ebenfalls streifenförmig die Basisdiffu sionen 306 und 309 für die Transistoren T 32 und T 31 mit den entsprechend streifenförmigen Anschlußkontakten 306.1 und 309.1 eingebracht. In den streifenförmigen Basisdiffusionen 306 und 309 sind zur Realisierung eines Leistungstransistors eine Vielzahl von Transistoren T 31 und T 32 durch getrennt von einander liegende Emitterdiffusionen 310 bzw. 307 mit den ent sprechenden Anschlußkontakten 310.1 und 307.1 angebracht. Aus Fig. 3B ist zu ersehen, daß alle Teile bzw. Diffusionen mit Ausnahme der Isolationsdiffusion 302 über der Leitschicht diffusion 304 angeordnet sind und lediglich die Emitterdiffu sion 307 für den Transistor T 32 in erfindungsgemäßer Weise über den Substratkontakt 302.1 mit dem Substrat 301 verbunden ist.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung nach Fig. 2 ge stattet den störungsfreien Betrieb integrierter Schaltungen bis zu einer Spannungsdifferenz zwischen dem auf Massepoten tial 204 liegenden Emitter des Transistors T 21 und seinem über den Anschluß A, 211 nach außen geführten Kollektor von ungefähr -7 Volt, entsprechend seiner Emitter-Basisdurchbruch spannung. Um diese maximal mögliche Spannungsdifferenz zu er reichen, ist dafür zu sorgen, daß der Transistor T 21 für den Fall des Untertauchens seines Kollektors unter das Emitter potential für diese inverse Beanspruchung richtig gesperrt wird. Die Basis des Transistors T 21 ist für diesen Fall mög lichst niederohmig mit dem Kollektor und möglichst hochohmig mit dem Emitter zu verbinden.

Eine geeignete Schaltungsanordnung dafür ist in Fig. 4 darge stellt. Der erste und zweite Transistor sind entsprechend der Figurennummer 4 mit T 41 und T 42 bezeichnet.

Der Transistor T 41 wird durch einen Strom J ₄₄ einer Strom quelle 413, welcher über einen Schalter 415, z. B. die Schalt strecke eines Transistors, seiner Basis zugeführt wird, in den stromleitenden Zustand versetzt.

Der Kollektor des Transistors T 41 ist sowohl mit dem Kollek tor des Transistors T 42 verbunden, welcher das Substrat S, 411 mit dem Kollektorpotential 423 verbindet, wenn dieses negativer als das Massepotential 412 wird, als auch mit dem Kollektor eines weiteren Transistors T 46, dessen Emitter mit der Basis des Transistors T 41 verbunden ist.

Die Basis des Transistors T 46 ist mit einem als Diode geschal teten, weiteren Transistor T 47 verbunden, dessen Emitter mit dem Substrat S, 411 verbunden ist und der im Vergleich zum Transistor T 46 die k-fache Emitteranzahl besitzt. Die Basis des Transistors T 46 ist mit einer Stromquelle 410 verbunden.

Die dargestellte Anordnung hat folgende Funktion: Ist das Kollektorpotential 423 des Transistors T 41 größer als das Massepotential 412, so fließt der Strom J ₄₃ der Stromquelle 410 in bekannter Weise über den Transistor T 47 in das Sub strat S, 411 und von dort wie im Zusammenhang mit Fig. 1 be schrieben, über den invers leitenden Transistor T 44 nach Masse M, 412 ab. Erreicht das Kollektorpotential 423 des Tran sistors T 41 das Massepotential 412, so wird der Transistor T 46 invers leitend und verbindet die Basis und den Kollektor des Transistors T 41 niederohmig miteinander. Dadurch wird der Transistor T 41 für den Inversbetrieb gesperrt.

Der Ansteuerstrom der Quelle 413 wird vom Transistor T 46 über nommen und an der Basis vorbei auf den Kollektoranschluß 423 des Transistors T 41 geführt. Für Spannungen am Kollektor des Transistors T 41, die negativer als das Massepotential 412 sind, ändern sich die Verhältnisse solange nicht, bis die Emitter-Basis-Durchbruchspannung des Transistors T 41 erreicht ist.

Für den Fall, daß der Transistor T 41 gesperrt ist, wenn sein Kollektorpotential unter das Massepotential gezogen wird, muß der Transistor T 41 genauso für die inverse Beanspruchung ge sperrt werden, wie im Falle der Ansteuerung. Um im normalen Betrieb den Transistor T 41 sicher und schnell sperren zu können, muß die Basis-Emitter-Ladung möglichst schnell ausge räumt werden, d. h., daß die Basis und der Emitter über die Schaltstrecke eines Sperrtransistors kurzzuschließen sind. Im Falle des Untertauchens des Kollektorpotentials ist dies je doch unerwünscht, da ein solcher Sperrtransistor den Tran sistor 41 invers ansteuern würde. Es ist daher dafür Sorge zu tragen, daß dieser Sperrtransistor seinerseits gesperrt wird.

Eine Möglichkeit der Realisierung der vorstehenden Forderun gen ist ebenfalls in Fig. 4 dargestellt. Hierbei ist ein Sperrtransistor 417 vorgesehen, dessen Sperrung über einen als Diode geschaltenen Transistor 419 vorgenommen wird, wenn das Kollektorpotential 423 des Transistors T 41 unter das Massepotential 412 gezogen wird.

Wie obenstehend beschrieben, schließt der Transistor T 46 die Basis und den Kollektor des Transistors T 41 kurz und der An steuerstrom der Stromquelle 414 für den mit einem Transistor T 418 als Stromspiegel geschalteten Sperrtransistor T 417 wird über einen Transistor T 419 vom Transistor T 46 zum Kollektoran schluß 423 des Transistors T 41 geleitet. Dadurch wird der Transistor T 417 gesperrt und das Kollektorpotential des Tran sistors T 41 kann wiederum bis zur Emitter-Basis-Durchbruch spannung negativer als das Massepotential 412 werden. Mit Hilfe eines Widerstandes 420 läßt sich festlegen, bei welcher Kollektor-Emitterspannung des Transistors T 41 der Ansteuer strom des Sperrtransistors T 417 über den Transistor T 419 abge zogen wird. Ein Widerstand 421 dient als Strombegrenzungs widerstand für den Fall, daß der Transistor T 417 bei inverser Beanspruchung früher durchbrechen sollte als der Transistor T 41. Schalter 415 und 416, die wechselseitig offen oder ge schlossen sind, dienen der Zuführung der jeweiligen Ansteuer ströme für die angeschlossenen Transistoren T 41 und T 417.

Die Fig. 5A und 5B zeigen eine Draufsicht bzw. einen Schnitt durch die erfindungsgemäße Halbleiterstruktur im Be reich des Transistors T 51 (entsprechend dem Transistor T 21 aus Fig. 2). Innerhalb dessen Kollektoranschlußdiffusion 508 mit Kollektoranschluß 508.1 (entsprechend 308 aus Fig. 3) be finden sich die Basis und der Emitter des Transistors T 51. Die Kollektoranschlußdiffusion 508 ist umgeben von der Isola tionsdiffusion, Substrat S ₂, 502 (entsprechend 302 aus Fig. 3). Weiter ist hier eine, den Transistor 51 umgebende, sog. Leerwanne 520 vorgesehen, wobei die Leerwanne 520 durch eine sie umgebende, weitere Isolationsdiffusion S ₁, 520.1 gebildet ist. Wenn die Leerwanne 520 ausgenützt wird, z. B. zur Auf nahme von Teilen der integrierten Schaltung, muß sie auf ein "hohes" Potential gelegt werden. Weiter sind hier Ausbrei tungswiderstände 505 eingezeichnet (entsprechend dem Ausbrei tungswiderstand 205 aus Fig. 2).

Claims

1. Monolithisch integrierte Schaltungsanordnung, bei der mehrere elektronische Komponenten der Schaltung in ein gemein sames Substrat eingebettet sind, bei der die elektronischen Komponenten durch eine Isolationsdiffusion voneinander ge trennt sind, so daß Inseln gebildet sind, jede dieser elektro nischen Komponenten besteht oder befindet sich in einer Insel eines Leitfähigkeitstyps, während das Substrat und die Isola tion die entgegengesetzte Leitfähigkeit besitzen, so daß pn- Übergänge vom Substrat zu den Inseln (Substratdiode) gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (111; 203; 411) über wenigstens einen Transistor (T 12, T 22, T 32, T 42, T 52) mit dessen Kollektor-Emitterstrecke mit dem jeweils negativsten Potential verbunden ist, daß der Transistor (T 12, T 22, T 32, T 42, T 52) ein npn-Transistor ist, wenn das Substrat vom p-leitenden Typ ist, und daß dessen Kollektor mit der Insel und dessen Emitter mit dem Substrat (111; 203; 411) ver bunden ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß Maßnahmen getroffen sind, so daß der Transistor (T 12, T 22, T 32, T 42, T 52) über eine hohe inverse Stromverstär kung verfügt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Kollektor eines ersten Transistors (T 11) eine Insel einer integrierten Schaltung bildet und nach außen zu einem Anschluß (A) geführt ist und der Emitter dieses ersten Transistors (T 11) mit einem ersten Massepotential (M 1, Leistungsmasse 112) verbunden ist, daß ein zweites Massepoten tial (M ₂, Elektronikmasse 113) vorhanden ist, das gegenüber dem ersten Massepotential (112) positive wie negative Poten tiale annehmen darf und ein Teil der integrierten Schaltung mit dem ersten Massepotential (112) und ein anderer Teil mit dem zweiten Massepotential (113) verbunden ist, daß das Sub strat (111) der integrierten Schaltung mit dem Kollektor des ersten Transistors (T 11) über die Schaltstrecke eines zweiten Transistors (T 12) verbunden ist, wobei dessen Emitter mit dem Substrat (111) und dessen Kollektor mit dem Kollektor des ersten Transistors (T 11) verbunden ist, daß das Substrat (111) der integrierten Schaltung mit dem ersten Massepoten tial (M ₁, Leistungsmasse 112) über die Schaltstrecke eines vierten Transistors (T 14) verbunden ist, wobei dessen Emitter mit dem Substrat (111) und dessen Kollektor mit dem ersten Massepotential (M 1, Leistungsmasse 112) verbunden ist, daß das Substrat (111) der integrierten Schaltung mit dem zweiten Massepotential (M 2, Elektronikmasse 113) über die Schalt strecke eines sechsten Transistors (T 16) verbunden ist, wobei dessen Emitter mit dem Substrat (111) und dessen Kollektor mit dem zweiten Massepotential (M 2, Elektronikmasse 113) ver bunden ist, daß jeweils die Basis des zweiten, vierten und sechsten Transistors (T 12, T 14, T 16) von je einer Stromquelle (108, 109, 110) angeströmt ist und zur Begrenzung der entspre chenden Kollektorströme im Vorwärtsbetrieb jedem der Tran sistoren (T 12, T 14, T 16) zur Basis-Emitterstrecke je ein als Diode geschalteter dritter, fünfter und siebter Transistor (T 13, T 15, T 17) parallel geschaltet ist, wobei jeweils der zweite und dritte, vierte und fünfte sowie sechste und siebte Transistor Transistorpaare (T 12 und T 13; T 14 und T 15; T 16 und T 17) von Stromspiegelschaltungen bilden.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, daß der dritte, fünfte und siebte Transistor (T 13, T 15, T 17) jeweils größere Emitterflächen (Faktoren n, m, k) als der jeweils zugehörige zweite, vierte und sechste Transistor (T 12, T 14, T 16) aufweisen, so daß untersetzende Stromspiegel gebildet sind.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß der Kollektor eines ersten Transistors (T 21) eine Insel einer integrierten Schaltung darstellt und nach außen (A) geführt ist und der Emitter dieses ersten Transistors (T 21) mit Masse (M, 204) verbunden ist, daß ein zweiter Tran sistor (T 22) vorgesehen ist, der mit seinem Kollektor mit dem Kollektor des ersten Transistors (T 21) und der mit seinem Emitter mit dem Substrat (S ₂, 203) verbunden ist, daß eine Stromquelle (208) zur Ansteuerung des zweiten Transistors (T 22) vorgesehen ist, die über einen Schalter (209), z. B. die Schaltstrecke eines Transistors, mit dessen Basis verbunden ist, daß der Schalter (209) von einem Komparator (10) gesteu ert wird, wobei ein Eingang des Komparators (10) mit dem Kollektor des ersten Transistors (T 21), der andere Eingang mit Masse (M, 204) verbunden ist, der Komparator die Poten tiale vergleicht und den Schalter (209) schließt, wenn das Potential des Kollektors des ersten Transistors (T 21) an nähernd gleich dem Massepotential (204) ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich net, daß der Kollektor eines ersten Transistors (T 21) eine Insel einer integrierten Schaltung darstellt und nach außen (A) geführt ist und der Emitter dieses ersten Transistors (T 21) mit Masse (M, 204) verbunden ist, wobei das Substrat (S ₁, 203.1) an mehreren Stellen niederohmig mit Masse (M, 204) verbunden ist, daß ein zweiter Transistor (T 22) vorge sehen ist, der mit seinem Kollektor mit dem Kollektor (Insel) des ersten Transistors (T 21) und der mit seinem Emitter mit dem Substrat (S ₂, 203) in unmittelbarer Umgebung des ersten Transistors (T 21) verbunden ist, wobei dieser Substratbereich (S ₂, 203) über einen Ausbreitungswiderstand (205) mit dem restlichen Substrat (S ₁, 203.1) Verbindung hat, daß eine Stromquelle (208) zur Ansteuerung des zweiten Transistors (T 22) vorgesehen ist, die über einen Schalter (209) mit dessen Basis verbunden ist, daß der Schalter (209) von einer Schaltstufe (10) gesteuert wird, wobei die Schaltstufe mit dem Kollektor des ersten Transistors (T 21) und Masse (M, 204) verbunden ist, die Potentiale vergleicht und den Schalter (209) schließt, wenn das Potential des Kollektors des ersten Transistors (T 21) annähernd dem Massepotential (204) ist und daß Maßnahmen getroffen sind, um den zweiten Transistor (T 22) bei geöffnetem Schalter (209) sicher zu sperren, z. B. durch Anordnung eines Ableitwiderstandes (206) zwischen seiner Basis-Emitterstrecke.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß der jeweils zweite Transistor (T 32) in der selben Insel wie der jeweils erste Transistor (T 31) an geordnet ist.

8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da durch gekennzeichnet, daß die Basis des jeweils ersten Tran sistors (T 41) bei inverser Beanspruchung niederohmig mit dem Kollektor und hochohmig mit dem Emitter verbunden ist.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeich net, daß jeweils zwei weitere Transistoren (T 46 und T 47) vor gesehen sind, wobei der Kollektor des einen Transistors (T 46) mit dem Kollektor des ersten Transistors (T 41) Verbindung hat und der Emitter mit der Basis des ersten Transistors verbun den ist, daß die Basis des einen Transistors (T 46) mit einer Stromquelle (J 43, 410) und mit einem als Diode geschalteten anderen Transistor (T 47) verbunden ist, dessen Emitter mit dem Substrat (S, 411) verbunden ist.

10. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, da durch gekennzeichnet, daß im normalen Betrieb (nicht inversen Betrieb) des ersten Transistors (T 41) dessen Basis über die Schaltstrecke eines Sperrtransistors (T 417) sperrbar ist und im Falle des Untertauchens des Kollektorpotentials auch der Sperrtransistor (T 417) sperrbar ist.