DE3927281A1 - Bei niedriger spannung sperrender schaltkreis - Google Patents

Description

Die Erfindung ist zur Anwendung bei integrierten Schaltungs­ chips vorgesehen, bei denen gleichzeitig digitale und analoge Funktionen benutzt werden. Analoge oder lineare Schaltkreise werden in Verbindung mit logischen RTL-, TTL-, ECL- oder CMOS-Funktionen eingesetzt. Die Wahl des logischen Schaltkreises beruht auf den ge­ wünschten Funktionseigenschaften, und die analogen Schaltkreise werden so ausgewählt, daß sie die ge­ wünschte Funktion liefern und mit dem Herstellprozeß für den logischen Schaltkreis kompatibel sind.

Typischerweise wird ein integrierter Schaltkreis so konzipiert, daß er bei einer bestimmten Versorgungs­ spannung arbeitet. Unglücklicherweise kann ein logisches System, wenn es an einer niedrigen Spannung betrieben wird, fehlerhafte Ausgänge erzeugen und somit unkorrekt arbeiten. Entsprechend ist es üblich geworden, eine Schaltkreisfunktion bereitzustellen, die auf den Zustand einer niedrigen Spannung anspricht und die digitalen Schaltkreisausgänge abschaltet oder blockiert, wenn der Zustand der niedrigen Spannung vor­ liegt. Während die Erfindung sich hauptsächlich auf das Sperren von digitalen Schaltkreisen bezieht, kann sie auch allein bei linearen Schaltkreisen eingesetzt werden.

Eine der besten Arten, eine Sperrung bei niedriger Spannung zu erzielen, ist es, den Zustand niedriger Spannung zu erkennen oder zu identifizieren und dann einen Schaltkreis bereitzustellen, der diesen Zustand zuverlässig erfaßt und ein Signal erzeugt, das für die elektrische Unterbrechung des Schaltkreisbetriebs be­ nutzt werden kann. Das Erkennen solch einer Spannung kann problematisch sein, da das Ansprechen des Schalt­ kreises in einer Ansprechtoleranz für die niedrige Spannung resultieren kann. Auch kann der auf die niedrige Spannung ansprechende Schaltkreis selbst eine Toleranz aufweisen. Diese kombinierten Toleranzen können einen größeren Unsicherheitsbereich erzeugen, sodaß die Schaltkreisentwicklung alle beteiligten Tole­ ranzen berücksichtigen muß und in einer solchen Weise ansprechen muß, daß eine erfolgreiche Sperrung unter allen Bedingungen auftritt. Diese Toleranzen werden durch ebenfalls zu berücksichtigende Temperatureffekte noch erschwert. Das Ergebnis ist, daß das Ansprechen auf die niedrige Spannung konservativ anzuwenden ist und somit erheblich höher in der Ansprechschwelle anzu­ setzen ist, als es unter den meisten Bedingungen wünschenswert wäre.

Eine wohlbekannte Anwendung einer kombinierten linearen/ digitalen Schaltung ist der Motorsteuerungschip. In dieser Anordnung wird ein Motor durch die Verwendung von sehr leistungsfähigen Schalt- oder digitalen Steuerungs­ komponenten gesteuert, die von Pulsen angesteuert werden, die im linearen Schaltungsteil erzeugt werden. Es ist sehr wichtig, die Bildung von Fehlimpulsen zu vermeiden, falls der Motor ausgeschaltet bleiben soll, wenn er als ausgeschaltet angenommen wird. Weiterhin ist es wichtig, daß der Motor nicht so angesteuert wird, daß er sowohl in Vorwärts- als auch in Rückwärts­ richtung laufen will, was den Motor und/oder seine An­ steuerungsglieder beschädigen könnte.

Fig. 1 ist charakteristisch für den Stand der Technik eines bei niedriger Spannung sperrenden Schaltkreises. Wenn auch in Fig. 1 nicht gezeigt, ist klar, daß der Schaltkreis einen konventionellen Spannungsregelkreis enthält, der V-REF erzeugt. Natürlich muß die Spannungs­ versorgung einen Minimalwert etwas oberhalb V-REF aufweisen, um einen Ausfall zu vermeiden. Die Schalt­ kreise werden an einer Spannungsversorgung V-S betrieben, wobei der Pluspol an den Anschluß 10 und der Minuspol an den Masseanschluß 11 angeschlossen wird. Ein Lateraltransistor 12 mit mehrfachen Kollektoren hat seinen Emitter zu +V-S zurückgeführt. Seine Basis ist mit einem der Kollektoren und mit einer Konstantstrom­ senke 13 verbunden. Somit fließt I- 1 im unteren Kollektor des Transistors 12. Falls alle drei Kollektoren gleiche wirksame Länge und Abstand haben, sind jeweils I- 2 und I- 3 gleich I- 1. I- 2 fließt in die Zenerdiode 14 und spannt sie somit in Rückwärtsdurchbruch vor. I- 2 fließt auch noch in die Basis des Transistors 15 und schließlich durch die Diode 16. I- 3 fließt in den Kollektor des Transistors 15. Da I- 2 = I- 3, geht der Transistor 15 in Sättigung und schaltet somit den Transistor 17 ab, da der Widerstand 19 den unteren Emitter des Transistors 17 zum Emitter des Transistors 15 zu­ rückführt. Unter diesen Bedingungen kann der obere Emitter des Transistors 17 nicht auf viel mehr als 0,1 V ansteigen, wodurch die Transistoren 20-22 abge­ schaltet bleiben. Somit arbeitet die digitale Logik normal.

Wenn aus irgendeinem Grund V-S auf einen niedrigen Wert abfällt, leitet ab einem bestimmten Wert die Zenerdiode 14 nicht mehr, und I- 2 fließt nicht mehr. I- 1 und I- 2 fließen jedoch weiterhin. Falls z. B. die Zenerspannung 6,3 V ist, wird die Zenerdiode beginnen auszufallen, wenn die Spannung V-S auf etwa 7,6 V fällt. Bei einer kleinen weiteren Abnahme der Versorgung leitet die Zenerdiode 14 nicht mehr, und I- 2 hört auf zu fließen. Damit wird der Transistor 15 abgeschaltet. Der Strom I- 3, der ursprünglich in den Transistor 15 floß, fließt jetzt in die Basis des Transistors 17 und schaltet diesen ein. Der untere Emitter des Transistors 17 arbeitet an einem Potential von einer Diodenspannung plus dem Spannungsabfall über dem Widerstand 19. Der obere Emitter führt einen ähnlichen Strom und entwickelt einen ähnlichen Spannungsabfall über dem Widerstand 23. Dies wird über Widerstände 24-26 an Transistoren 20-22 angekoppelt, welche dadurch eingeschaltet werden. Eine Leitung in den Transistoren 20-23 führt zum Ab­ schalten des betroffenen digitalen Schaltungsteils, und eine Sperrung bei niedriger Spannung ist eingetreten.

Aus praktischen Gründen werden I- 1, I- 2 und I- 3 ziemlich klein gehalten. Der Strom wird allgemein gerade groß genug gemacht, um die Diode 14 zuverlässig in Rückwärtsdurchbruch vorzuspannen. Da dem Transistor 14, falls eingeschaltet, I- 3 in die Basis fließt, fließt ein erheblich größerer Strom aus den Emittern, und ein zuverlässiges Schalten der Transistoren 20-22 ist ge­ währleistet. Jedoch ist der Schaltpegel der Schaltung auf den Durchbruch der Zenerdiode bezogen, welche eine Toleranz wie auch einen Temperaturkoeffizienten auf­ weist. Weiterhin haben auch die Transistorschaltkreise Toleranzen, und all diese Toleranzen unterliegen ebenfalls Temperatureinflüssen. Entsprechend ist es wichtig, daß die Zenerdiodenspannung groß genug ist, damit die Sperrung bei niedriger Spannung oberhalb eines kritischen Minimalwerts auftritt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Sperrung bei niedriger Spannung zu schaffen, welche auf dem Einsatz der Sättigung eines Transistors im IC beruht.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, den Transistor zu selektieren, der am wahrscheinlichsten in Sättigung geht, und ihn mit einem Sättigungserfassungs­ glied zu versehen, das ein Sperrsignal beim Einsatz der Sättigung erzeugt.

Schließlich ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung, einen PNP-Lateraltransistor und einen NPN-Vertikaltran­ sistor als am wahrscheinlichsten bei niedriger Versor­ gungsspannung zu sättigende zu selektieren und sie jeweils mit Sättigungserfassungsgliedern zu versehen, von denen eines eine Sperrfunktion beim Einsatz der Sättigung auslöst.

Diese und weitere Aufgaben werden in der folgenden Weise gelöst. Ein PNP-Lateraltransistor mit mehrfachen Kollektoren wird als Mehrfachstromquelle für die linearen Schaltungen verwendet. Ein Spannungsregler, der nach dem Silizium-Bandabstands-Prinzip arbeitet, wird zur Erzeugung einer Referenzspannung benutzt. Ein NPN-Transistor im linearen Schaltkreis wird als am wahrscheinlichsten bei niedriger Spannung zu sättigender selektiert und wird mit einem Sättigungserfassungs­ glied versehen, das beim Einsatz der Sättigung einen Ausgangsstrom erzeugt. Ein ähnliches Erfassungsglied ist für den Kollektor des PNP-Lateraltransistors vorge­ sehen, der bei niedriger Spannung am wahrscheinlichsten in Sättigung geht. Diese beiden Erfassungsglieder werden mit einem gemeinsamen Schaltungsknoten verbunden. Während eines dieser beiden Erfassungsglieder das erste Anzeichen der Sättigung liefert, kann nicht vorausgesagt werden, welches von beiden es sein wird. Wenn jedoch einer der beiden mit einem Erfassungsglied versehenen Kollektoren sich zu sättigen beginnt, wird der Schaltungsknoten nach "High" gezogen, und der ange­ schlossene Schaltkreis erzeugt eine Sperrfunktion. Der Schaltungsknoten wird auch mit einem Pull-Up-Strom ver­ sehen, der von einem Schaltkreis bereitgestellt wird, der ein Abfallen der Versorgungsspannung unterhalb des Ausfallwerts des Reglers erfaßt. Diese letztere Funktion liefert einen zuverlässigen Sperrbetrieb bei extrem niedrigen Versorgungsspannungen, welche möglicher­ weise nicht in der Lage sind, die Sättigungserfassungs­ glieder zuverlässig zu betreiben.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein schematisches Diagramm eines bekannten, bei niedriger Spannung sperrenden Schaltkreises,

Fig. 2 ein schematisches Diagramm des Schaltkreises nach der Erfindung,

Fig. 3 eine topographische Ansicht des PNP-Lateral­ transistors mit mehrfachen Kollektoren nach Fig. 2, wobei der Aufbau des Sättigungserfassungsglieds gezeigt ist, und

Fig. 4 eine topographische Ansicht des NPN-Vertikal­ transistors nach Fig. 2, wobei der Aufbau des Sättigungs­ erfassungsglieds gezeigt ist.

Fig. 2 ist ein schematisches Diagramm, das die Anwendung der Erfindung darstellt. Wo die Elemente die gleichen sind wie in Fig. 1, werden die gleichen Bezeichnungen gewählt. Man beachte, daß die logischen Sperr­ elemente 20-26 die gleichen sind.

Die Schiene 29 führt V-REF, die geregelt und wie folgt erhalten wird. Das Herz des Reglers ist ein Bandab­ standsreferenz-Kreis 30, der die im US-Patent RE 30 596 offenbarte Vielfalt aufweist. Die Transistoren 31 und 32 werden bei Differenzstromdichten betrieben, sodaß das Potential Δ V-BE über dem Widerstand 33 erscheint. Eine Stromspiegellast 34 bestimmt die in den Transistoren 31 und 32 fließenden Kollektorströme. Um die Strom­ dichtedifferenz zu erzielen, können die beiden Transistoren in ihrer Fläche ins Verhältnis gesetzt und bei gleichen Strömen betrieben werden oder sie können von gleicher Größe sein und ihre Ströme ins Verhältnis gesetzt werden. Alternativ können sowohl die Flächen als auch die Ströme ins Verhältnis gesetzt werden. Da Δ V-BE über dem Widerstand 33 erscheint, ist es klar, daß der im Transistor 32 fließende Kollektorstrom pro­ portional zur absoluten Temperatur ist. Entsprechend ist auch der im Widerstand 35 fließende Strom propor­ tional zur absoluten Temperatur. Falls die Summe aus der Spannung über dem Widerstand 35 und der V-BE des Transistors 31 gleich dem Bandabstand von Silizium, extrapoliert auf absolut Null (ca. 1,2 V), ist, bleibt die Spannung der Basen der Transistoren 31 und 32 über einen weiten Temperaturbereich bei ca. 1,2 V. Der positive (oder zur absoluten Temperatur proportionale) Temperaturkoeffizient der Spannung über den Widerstand 35 wird durch den negativen Temperaturkoeffizienten der V-BE des Transistors 31 ausgeglichen.

Die Stromspiegellast 34 treibt den Verstärker 36, dessen Ausgang den Wert der V-REF-Leitung 29 festsetzt. Der aus den Widerständen 37-39 bestehende Wider­ standsteiler ist so eingestellt, daß, wenn 1,2 V an den Basen der Transistoren 31 und 32 erscheinen, der gewünschte Wert von V-REF auf Leitung 29 vorliegt. Im von der Anmelderin verwendeten Beispiel ist V-REF + 5,00 V. Der Widerstand 35 ist einstellbar und wird so bei der Fertigung abgeglichen, daß V-REF genau kalibriert werden kann.

Man kann feststellen, daß der Emitter eines Lateral­ transistors 41 mit mehrfachem Kollektor mit der +V-S-Schiene verbunden ist. Die diversen Kollektoren 42-46 wirken als Stromquellen für diverse Schalt­ kreisfunktionen, von denen nun einige diskutiert werden.

Der Kollektor 42 wird zur Basis zurückgeführt, um einen Stromspiegel zu bilden, in dem der aus dem Kollektor 42 gezogene Strom die Quelleneigenschaften aller anderen Kollektoren bestimmt. Die Kollektoren 42 und 43 sind mit dem Versorgungsgenerator 48 verbunden, der die Vorspannung für den Transistor 49 liefert. Der Betrieb dieses Schaltkreises ist im US-Patent 39 30 172 offenbart. Die dem den Stromfluß im Widerstand 57 steuernden Transistor 49 gelieferte Vorspannung wird vom Schalt­ kreis 48 so gesteuert, daß sie unabhängig von V-S ist. Die Funktion des Transistors 49 wird weiter unten diskutiert.

Der Schaltungsknoten 50 ist der die Sperrung auslösende Knoten und arbeitet wie folgt. Der Transistor 51 ist als NPN-Typ mit zwei Emittern dargestellt. Die gezeigte Verbindung betreibt den Transistor im invertierten Zustand, sodaß er als Bauteil mit zwei Kollektoren arbeitet, wobei ein Kollektor auf die Basis zurückgeführt ist. Der andere Kollektor ist mit dem Knoten 50 ver­ bunden. Somit wirkt der Transistor 51 als ein Paar von NPN-Transistoren mit kleinem Beta und erzeugt somit einen schwachen Stromspiegel. Der Strom aus dem Kollektor 45 des Transistors 41 fließt in den Stromspiegel, und der Transistor 51 reflektiert diesen Strom schwach aus dem Knoten 50. Somit wird der Knoten 50 im Normal­ betrieb nach "Low" gezogen. Damit schaltet der Transistor 52 ab. Unter dieser Bedingung fließt der Strom in der Quelle 53 in die Basis des Transistors 54, wo­ durch dieser eingeschaltet wird. Der Stromfluß im Transistor 54 zieht die Basis des Transistors 56 nach "Low", sodaß dieser nicht zum Vorspannen der Transistoren 20-22 in den leitenden Zustand wirken kann. Da die Transistoren 20-22 abgeschaltet sind, werden die mit der Schaltung nach Fig. 2 verbundenen logischen Schaltkreise voll wirksam. Es wird darauf hingewiesen, daß der in den Ausgang des Stromspiegeltransistors 51 fließende Strom relativ klein ist und leicht in seiner Wirkung überwunden werden kann.

In einer frühen Schaltkreisanalyse in der Entwicklungs­ phase ist festgestellt worden, daß der Kollektor 44 des Transistors 41, der einen Strom zum Verstärker liefert, der erste wäre, der in Sättigung geht, wenn V-S erniedrigt wird. Entsprechend wurde gemäß der Erfindung ein die Sättigung erfassender Transistor 58 hinzugefügt. Seine Basis ist gemeinsam mit der Basis des Transistors 41, und sein Emitter ist tatsächlich der Kollektor 44. Wenn der Kollektor 44 in Sättigung geht, reemittiert er Minoritätsträger (Löcher), die vom Kollektor des Transistors 58 gesammelt werden können, der mit dem Knoten 50 verbunden ist. Unter normalen Bedingungen, wenn keine Kollektorsättigung vorliegt, fließt praktisch kein Strom im Transistor 58. Wenn jedoch der Kollektor 44 in Sättigung geht, zieht der Transistor 58 den Knoten 50 nach "High", da die Wirkung des Transistors 51 überwunden wird. Dadurch wird der Transistor 52 eingeschaltet und der Transistor 54 abgeschaltet. Somit fließt der Strom in der Quelle 55 in die Basis des Transistors 56, der eingeschaltet wird, und Basisstrom fließt in die Transistoren 20-22. Dies wiederum klemmt die digitalen Schaltkreise, sodaß sie gesperrt werden. Wenn - in Zusammenfassung des Obigen - der Knoten 50 nach "High" gezogen wird, werden die digitalen Schaltkreise blockiert, und wenn der Knoten 50 unbeeinflußt gelassen wird, wird er nach "Low" gehen, und die digitalen Schaltkreise sind betriebsfähig.

Der Transistor 60 ist ein NPN-Vertikaltyp, von dem als weiterer Transistor auf dem Chip gefunden wurde, daß er in Sättigung gehen könnte. Unter einigen Bedingungen kann er vor dem Transistor 41 in Sättigung gehen. Ent­ sprechend ist gemäß der Erfindung der Transistor 60 mit einem Sättigungserfassungsglied 61 versehen, dessen Kollektor ebenfalls mit dem Knoten 50 verbunden ist. Wenn somit der Transistor 60 in Sättigung geht, zieht der Transistor 61 den Knoten 50 nach "High", und die digitalen Schaltkreise werden gesperrt.

Der Emitter des Transistors 60 ist über einen Wider­ stand 63 mit dem IC-Anschluß 62 verbunden. Der Anschluß 62 kann offen bleiben oder entweder nach +V-S oder Masse zurückgeführt werden. In den ersten beiden Fällen (offen oder +V-S) klemmt der Transistor 64 den Emitter des Transistors 60 auf V-REF + V-BE oder eine Dioden­ spannung über dem Potential auf Leitung 29. Die Transistoren 65 und 66 klemmen den Basisrückführkreis des Transistors 60 innerhalb eines Bereichs von +-V-BE von V-REF. Ihre Emitter werden über den Widerstand 67 mit der Basis des Transistors 60 verbunden. Die Stromver­ sorgung 68 liefert einen Strom zur Basis des Transistors 60, um ihn leitend zu machen. Der Strom in Quelle 68 wird durch eine Stromreflektion des in den Elementen 69 fließenden Stroms erzielt, welche Elemente sich in Reihe mit dem Kollektor des Transistors 60 befinden. Der Strom in Quelle 68 fließt weitgehend im Widerstand 67 und im Transistor 65 nach Masse.

Wenn der Anschluß 62 offen bleibt oder über einen großen Widerstand (mehr als 100 Kilo-Ohm) auf Masse zu­ rückgeführt wird, dann ist die Chance gering, daß der Transistor 60 in Sättigung geht. Falls jedoch ein mittlerer Widerstand (20 Kilo-Ohm oder weniger) zwischen dem Anschluß 62 und Masse vorliegt, ist es wahrscheinlich, daß der Transistor 60 als erster in Sättigung geht, wenn V-S erniedrigt wird. Hier wird nun der Transistor 62 von Bedeutung. Wenn der Transistor 60 in Sättigung geht, wird er vom Basis/Emitter-Potential des Transistors 61 eingeschaltet, und der Kollektor zieht den Knoten 50 nach "High".

Aus dem Obengesagten erkennt man, daß, wenn entweder der Transistor 58 oder 61 eine Sättigung erfaßt, der Knoten 50 nach "High" gezogen wird und eine Sperrung der digitalen Schaltkreise bewirkt wird. Wenn V-S weiter erniedrigt wird, wird ein Punkt erreicht, wo auch V-REF abnimmt. An diesem Punkt kann der Regler 30 als ausgefallen angesehen werden. In anderen Worten: das Potential auf Leitung 29 wird nicht mehr geregelt und nimmt ab, wenn V-S weiter fällt. Unter dieser Bedingung kann der Sättigungszustand des Transistors kein zuverlässiger Indikator mehr für reduzierte V-S sein. Ein Sättigungszustand, der entstand, als V-S erniedrigt wurde, kann wieder verschwinden, wenn V-S noch weiter reduziert wird. Daher ist irgendein Mittel, das auf die noch niedrigere V-S-Spannung anspricht, nützlich.

Ein Referenzkreis 70 arbeitet als Scheinregler und dupliziert als solcher den mit Bezugszeichen 30 ange­ gebenen Referenzkreis. Der Kreis 70 wird Scheinregler genannt, da er zwar wie ein Regler aufgebaut ist, jedoch nicht regelt. Die mit ihren Stromdichten ins Ver­ hältnis gesetzten Transistoren 71 und 72 haben ihre Emitter gemeinsam über den Widerstand 73 auf Masse zu­ rückgeführt, und Δ V-BE erscheint über dem Widerstand 74. Somit ist der Transistor 71 das Bauteil mit der hohen Stromdichte. Die Lasttransistoren 75 bzw. 76 liefern Kollektorströme an die Transistoren 72 bzw. 71. Sie verdoppeln die Wirkung der Last 34. Die Basen der Transistoren 71 und 72 sind mit dem gemeinsamen Punkt der Widerstände 37 und 38 verbunden. Dies stellt sicher, daß die Transistoren 71 und 72 an einem Potential betrieben werden, das normalerweise den Bandabstands- Referenzwert um etwa 100 mV übersteigt. Das bedeutet, daß der Kollektor am Transistor 71 normaler­ weise auf "Low" liegt. Dadurch wird der Transistor 77 zum Leiten gebracht, sodaß der Kollektor des Transistors 49 auf "High" liegt. Somit fließt der im Transistor 49 (und dem Widerstand 57) fließende Strom von der Leitung 29 auch durch den Transistor 77. Unter dieser Bedingung leiten weder der Transistor 78 noch der Transistor 79.

Bei niedrigen Werten von V-S, wenn der Wert für V-REF verloren ist und die Leitung 29 unter 5 V fällt, wird ein Punkt erreicht, an dem die Basen der Transistoren 71 und 72 unter den vom Kreis 70 aufgestellten Silizium-Bandabstands-Referenzwert. Wenn dies passiert, wird der Kollektor von Transistor 71 auf "High" gehen und den Transistor 77 abschalten. Jetzt fließt der im Transistor 49 fließende Strom im mit der Diode ver­ bundenen Transistor 78. Da der Transistor 79 in einer Stromspiegelanordnung verbunden ist, wird der Strom im Transistor 78 in den Knoten 50 reflektiert. Solange die Basen der Transistoren 71 und 72 unterhalb des Bandab­ stands liegen, wird der Knoten 50 somit auf "High" gehalten, unabhängig von der Wirkung der Transistoren 58 und 61. Dies stellt eine zuverlässige Sperrung der digitalen Schaltkreise bei sehr niedrigen Werten von V-S sicher.

Der Schaltkreis nach Fig. 2 wurde mit konventionellen monolithischen, sperrschichtisolierten Siliziumelementen aufgebaut. Fig. 3 stellt den Aufbau des Transistors 58 und seine Beziehung zum Transistor 41 dar. Die Zeichnung zeigt die Topographie der diversen Transistor­ elemente, jedoch wurden das Oxid, die Passivierung und die Metallisierung aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen. Die Zeichnung zeigt einen Teil der IC-Chipoberfläche mit einem Ring 81, der eine P+-Isolierungs­ diffusion darstellt, die eine N-Typ-Epitaxialschicht vollständig durchdringt. Somit stellen Bereich 82 und Innenring 81 eine N-Typ-Wanne dar, die elektrisch vom Rest des Chips getrennt ist. Der Transistor 41 wurde mit zwei Emittern 83 und 84 aufgebaut, welche durch die Metallisierung (nicht gezeigt) verbunden sind. Die P-Typ-Kollektoren 42 und 44 sind im Abstand vom Emitter 83 angeordnet und umgeben diesen im wesentlichen. Die Kollektoren 43, 45 und 46 sind im Abstand vom Emitter 84 angeordnet und umgeben diesen im wesentlichen. Der N+-diffundierte Bereich 85 überlappt den Kollektor 42 etwas. Der Bereich 85 bildet eine ohmsche Verbindung zur N-Typ-Epitaxialwanne 82 und enthält die Transistorbasis.

Das Rechteck 86 stellt den Bereich eines Oxidkontakt­ schnitts dar, in welchem nacheinander aufgebrachte Metallisierung gleichzeitig die Bereiche 42 und 85 kon­ taktiert, wo sie überlappen. Dieser Kontakt verbindet den Kollektor 42 mit der Transistorbasis. Ein ähnlicher Kontaktbereich 87 sorgt für eine elektrische Verbindung mit dem Kollektor 44. Es ist festzustellen, daß ein weiterer P-Typ-Bereich 88 direkt außerhalb des Kollektors 44 existiert. Der Bereich 89 stellt die metallische Verbindung mit dem Kollektor 88 dar. Im normalen Betrieb sammelt der Kollektor 44 im wesentlichen die Hälfte der vom Emitter 83 injizierten Minoritätsträger. Sehr wenige, falls überhaupt, dieser Träger finden ihren Weg zum Kollektor 88, und dessen Strom ist nahezu Null. Wenn jedoch der Kollektor 44 in Sättigung ist, emittiert er wieder seine gesammelten Träger, und der benachbarte Kollektor 88 sammelt sie. Somit existiert der Transistor 58 als ein Lateraltransistor, bei dem der Emitter der Kollektor 44 ist, die Basis ist das N-Typ-Material zwischen den Kollektoren 44 und 48, und sein Kollektor ist der Bereich 88. Wegen seiner Geometrie existiert der Transistor 58 elektrisch nur dann, wenn der Kollektor 44 in Sättigung geht.

Fig. 4 ist eine Darstellung ähnlich zu der von Fig. 3, betrifft jedoch die Topographie von Transistor 60. Der Ring 91 stellt einen P+-Isolationsring dar, der die N-Typ-Wanne 92 vom Rest des IC-Chips isoliert. Der P-Bereich 93 stellt die P-Typ-Transistorbasis dar, und das Rechteck 94 befindet sich dort, wo ein ohmscher Basiskontakt mit der Metallisierung stattfindet (nicht gezeigt). Der N+-Bereich 95 ist der Emitter, während das Rechteck 96 der Emitterkontakt ist. Der N+-Bereich 97 ist eine N+-Diffusion, die ohmschen Kontakt zur N-Typ-Wanne 92 herstellt und wiederum über das Rechteck 98 kontaktiert ist. Die P-Diffusion 99 ist von der Basis 93 im Abstand angeordnet und steht dieser gegen­ über, während das Rechteck 100 ein Kontaktbereich hier­ mit ist. Somit bildet die Basis 93 des Transistors 60 einen Emitter des Lateraltransistors 61, bei dem 99 der Kollektor ist und das dazwischenliegende N-Typ-Material eine Lateraltransistorbasis bildet.

Wenn auch in Fig. 3 und 4 nicht gezeigt, ist jeder der aktiven Transistoren über einer zwischen dem Silizium­ substratwafer und der Epitaxialschicht gebildeten, vergrabenen N+-Schicht angeordnet. Solche vergrabenen N+-Schichten sind beim Aufbau von IC's wohlbekannt.

Folgende Schaltkreiselemente wurden beim Aufbau der Schaltung nach Fig. 2 verwendet:

Die Schaltung wurde zum Betrieb an einem Versorgungs­ spannungsbereich von 9 bis 40 V entwickelt. V-REF war 5 V ±1% über den gesamten Versorgungsbereich. Als die Versorgungsspannung bei offenem Anschluß 62 gesenkt wurde, wurde herausgefunden, daß die Sperrschaltkreise bei ca. 8,8 V wirksam werden. Die Sperrung war bis hinab zu ca. 2 V aktiv.

Die Erfindung ist beschrieben und ein Ausführungsbeispiel ist erläutert worden. Wenn ein Fachmann die vor­ stehende Beschreibung liest, werden ihm Alternativen und Äquivalentlösungen offenbar. Während z. B. im Beispiel eine kombinierte digitale/lineare Ausführung erläutert wird, könnte die Erfindung auch in allen linearen Strukturen eingesetzt werden. Entsprechend ist beabsichtigt, daß der Umfang der Erfindung lediglich durch die vorstehenden Ansprüche begrenzt ist.

Ein integrierter Schaltkreis wird gezeigt, in dem Vorsorge für die Blockierung oder Sperrung der Betriebs­ schaltung getroffen wird, wenn die Versorgungsspannung unter einen Wert fällt, der anomalen oder unzuverlässigen Betrieb bewirken kann. Bestimmte selektierte Tran­ sistoren sind mit Sättigungserfassungsgliedern versehen, die einen Strom erzeugen, wenn die Transistoren in Kollektorsättigung gehen. Wenn eines der Erfassungs­ glieder den Einsatz der Sättigung anzeigt, wird eine Klemmschaltung aktiviert, die die Sperrung liefert. Zu­ sätzlich ist ein temperaturkompensierter Bandabstands- Scheinschaltkreis enthalten, um extrem niedrige Versorgungsspannungen zu erfassen und die Sperrfunktion unter Bedingungen zu liefern, wenn eine zuverlässige Sättigungsanzeige möglicherweise nicht verfügbar ist.

Fig. 1

PRIOR ART = Stand der Technik
LOCKOUT TO DIGITAL LOGIC CIRCUITS =
Sperrung der digitalen logischen Schaltkreise

Fig. 2

BIAS GENERATOR = Vorspannungsgenerator
CURRENT MIRROR LOAD = Stromspiegellast
LOCKOUT TO DIGITAL LOGIC CIRCUITS s. Fig. 1

Claims (8)

1. Bei niedriger Spannung sperrender integrierter Schaltkreis, der an einer Versorgung betrieben wird, die Spannungswerte niedriger als normal liefern kann, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis umfaßt:

• - einen Schaltungsknoten (50);
• - mit dem Knoten (50) verbundene Mittel (52, 54, 55, 56, 20, 22), die zur Erzeugung einer Sperrfunktion wirksam sind, wenn die Versorgungsspannung unterhalb eines bestimmten Minimalwerts ist;
• - aus mindestens an einem Transistor (41, 60) vorgesehene Mittel (58, 61) zum Erfassen des Einsatzes der Sättigung und zum Liefern eines Ausgangsstroms bei Einsatz der Sättigung; und
• - Mittel zum Verbinden dieses Ausgangsstroms mit dem Schaltungsknoten (50), wodurch der Einsatz der Sättigung die Sperrfunktion bewirkt.

2. Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der integrierte Schaltkreis sowohl lineare als auch digitale Schaltkreise enthält, und daß die digitalen Schaltkreise bei einem zunehmenden Potential am Schaltungsknoten (50) gesperrt werden.

3. Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltungsknoten (50) mit relativ schwachen Mitteln (51) verbunden ist, um ihn nach "Low" zu ziehen, wenn Normalbetrieb vorliegt.

4. Schaltkreis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltungsknoten (50) nach "High" gezogen wird, um die relativ schwachen, nach "Low" ziehenden Mittel (51) zu überwinden.

5. Schaltkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Transistoren (41, 60) in den linearen Kreisen Mittel (58, 61) zum Erfassen des Einsatzes der Sättigung aufweisen, wobei jedes dieser Mittel mit dem Schaltungsknoten verbunden ist.

6. Schaltkreis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Transistor (41) ein Lateraltransistor (41) mit mehrfachen Kollektoren (42-46) ist, wobei einer dieser Kollektoren (44) zur Anzeige der Sättigung vorgesehen ist, daß die Mittel (58) zum Erfassen der Sättigung einen zusätzlichen Kollektor auf der Seite des Kollektors (44) entgegengesetzt zum Emitter aufweist und daß der zusätzliche Kollektor mit der Transistorbasis zusammenwirkt und der Kollektor (44) in Sättigung gesammelte Träger zum zusätzlichen Kollektor reemittiert, welcher wiederum Strom auf den Schaltungsknoten (50) aufbringt.

7. Schaltkreis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Transistor (60) eine vertikal angeordnete Struktur ist, bei dem die Mittel (61) zum Erfassen der Sättigung einen Lateralkollektor in Abstand und gegenüber der Kante des Basisbereichs des Transistors (60) aufweisen, und daß der Lateral­ kollektor aktiv wird, wenn der Transistor (60) in Sättigung geht, und der resultierende Lateraltransistor Strom an den Schaltungsknoten (50) liefert.

8. Schaltkreis nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die lineare Schaltkreis­ konfiguration einen Spannungsregler aufweist, der den Versorgungsspannungswert bei variierenden Leitungs- und Lastbedingungen konstant hält, daß der Spannungsregler einen Referenzspannungsregler (30) aufweist, der ein auf den Bandabstand bezogenes Potential erzeugt, und daß der Schaltkreis weiterhin einen Scheinregelkreis (70) aufweist, der an einem Spannungsinkrement oberhalb des auf den Bandabstand bezogenen Potentials arbeitet, wobei der Scheinregelkreis (70) so angeschlossen ist, daß ein Stromgenerator versorgt wird, der Strom an den Schaltungsknoten (50) liefert, wenn der Scheinregel­ kreis (70) ein Potential unterhalb des Bandabstands erfaßt, wodurch eine temperaturkompensierte Sperrfunktion bei niedriger Spannung erzielt wird.