DE4238114A1 - Reference voltage generator IC with serial integrated resistances - uses FETs to short-circuit selected resistances of resistance chain to obtain required IC resistance value - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine digitale Schaltungsanordnung und insbesondere auf eine Schaltung zur Änderung des Widerstandswerts einer integrierten Schaltung zur Erzeugung ei­ ner genauen Referenzspannung.

Fortgesetzte Verbesserungen in der Herstellungstechnologie haben die Anzahl von auf einem Chip einer integrierten Schal­ tung unterbringenbaren Transistor-Bauelementen erhöht und die Größe derartiger Chips reduziert. Zwar können Feldeffekttransi­ storen und ähnliche Bauelemente in integrierten Schaltungen mit sehr hoher Genauigkeit hergestellt werden; jedoch gilt dies nicht für alle Schaltungskomponenten, die Bestandteile der in­ tegrierten Schaltung bilden. So variieren die Werte von inte­ grierten Widerständen häufig bis zu 20% gegenüber dem Sollwert. In vielen Fällen hängt die fehlerfreie Funktion der Schaltung von den Widerstandswerten ab. So hängen bei diskret aufgebauten Schaltungen die Spannungsreferenzschaltungen beispielsweise von den Werten von Präzisionswiderständen ab, wenn genaue Span­ nungspegel an den Ausgängen erzeugt werden sollen. Bei inte­ grierten Schaltungen ist es schwieriger, Spannungsreferenz­ schaltungen aufzubauen, da die Widerstandswerte in derartigen Schaltungen schwer zu kontrollieren sind.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, in inte­ grierten Schaltungen Widerstandswerte mit hoher Präzision vor­ zusehen. Insbesondere sollen die Widerstandswerte nach der Her­ stellung der Schaltung variiert werden können, um genaue Werte für den Betrieb mit den anderen, als Teil der integrierten Schaltung hergestellten Bauelementen zur Verfügung zu stellen. Die Spannungsreferenzschaltungen sollen in integrierter Schal­ tungstechnik mit Widerstandswerten ausgerüstet sein, die nach der Herstellung der Schaltung noch geändert werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe zeichnet sich die erfindungsge­ mäße integrierte Schaltung aus durch eine Vielzahl von Schal­ tungsbauelementen, eine Vielzahl von in Serie geschalteten Wi­ derständen in integrierter Schaltungstechnik und einer Einrich­ tung zur Auswahl einer solchen Anzahl von Widerständen aus der Vielzahl der integrierten Schaltungswiderstände, die zum Ab­ gleich auf den für die integrierte Schaltung im Hinblick auf die Werte der anderen integrierten Schaltungsbauelemente ge­ wünschten Wert ausreicht.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der er­ findungsgemäß ausgebildeten integrierten Schal­ tung.

In Fig. 1 ist das beschriebene Ausführungsbeispiel der Er­ findung insgesamt mit 10 bezeichnet. Die Schaltung 10 dient bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel zur Einstellung von Prä­ zisionswiderstandswerten für die Steuerung der Ausgangsspan­ nungspegel, die von einer Bezugsspannungsschaltung 12 an einem Ausgangsanschlußpaar zur Verfügung gestellt werden. Bezugsspan­ nungsschaltungen sind im Stande der Technik bekannt. Sie bedin­ gen im allgemeinen einen Präzisionswiderstand zum Anschließen der Schaltung an eine Spannungsquelle derart, daß ein genauer Ausgangswert erzeugt werden kann. Die Funktionsweise der Be­ zugsspannungsschaltung 12 ist für die Erläuterung der vorlie­ genden Erfindung nicht wesentlich, so daß Einzelheiten hierüber in der folgenden Beschreibung nicht ausführlich angegeben wer­ den.

Kurz zusammengefaßt ist ein erster P-Kanal-Feldeffekttran­ sistor M1 mit seinen Source- und Drain-Anschlüssen mit den Source- und Drain-Anschlüssen eines N-Kanal-Feldeffekttransi­ stors M3 in Reihe geschaltet. Die Transistoren M1 und M3 bilden einen Strompfad zwischen einer Spannungsquelle Vcc und einer Serienschaltung von Widerständen 16, welche mit einer zweiten Spannungsquelle Vss oder Masse verbunden ist. Ein zweiter P-Ka­ nal-Feldeffekttransistor M2 liegt mit seiner Source-Drain- Strecke mit den Source-Drain-Anschlüssen eines zweiten N-Kanal- Feldeffekttransistors M4 in Reihe zwischen der Spannungsquelle Vcc und der Spannungsquelle Vss.

Wenn die Referenzschaltung 12 arbeitet, sind alle Transi­ storen M1-M4 leitend geschaltet. Ein Strom fließt zwischen Vcc und Vss über die Transistoren M1 und M3 und wird vom Wider­ standswert der Widerstandskette 16 gesteuert. Strom fließt auch durch die Transistoren M2 und M4 zwischen Vcc und Vss. Da die Transistoren M1 und M2 die gleiche Größe haben, und der Gate- Anschluß des einen Transistors auf demselben Potential wie der Gate-Anschluß des anderen Transistors liegt, sind die Ströme durch beide Transistoren die gleichen. Der Strom durch die Transistoren M1 und M3 fließt durch die Widerstände 16. Dement­ sprechend steuert der Wert der Widerstände 16 den Strom durch die Transistoren M1 und M3. Da die Ströme durch die Transisto­ ren M1 und M2 gleich sind, sind die Werte der Spannung NREF zwischen den Transistoren M2 und M4 und der Spannung PREF zwi­ schen den Transistoren M1 und M3 Funktionen des Vorspannstroms durch die Widerstände 16. Dementsprechend beeinflußt jede Ände­ rung des Gesamtwiderstandes der Widerstände 16 direkt die re­ sultierenden Ausgangsreferenzspannungen.

Jeder der Widerstände 16 liegt in Reihe mit sämtlichen an­ deren Widerständen 16. Bei dem beschriebenen Ausführungsbei­ spiel der Schaltung 10 ist die Referenzspannungsschaltung 12 zwischen dem fünften und sechsten Widerstand von rechts (in Fig. 1) an die Widerstandskette angeschaltet. Der außen links gelegene Widerstand der Widerstandskette 16 ist mit dem An­ schluß verbunden, an welchem die Spannungsquelle Vss ange­ schlossen ist.

Die Spannung Vss wird über die Serienschaltung aller Wider­ stände 16, ausgenommen der fünf rechten Widerstände 16, an die Schaltung 12 angelegt. Wenn der Wert der Widerstände 16 sehr genau ist, so erzeugt die Bezugsspannungsschaltung 12 genaue Referenzspannungspegel. Für Widerstände, die in integrierter Schaltungstechnik hergestellt sind, sind jedoch sehr genaue Wi­ derstandwerte atypisch. Tatsächlich ändern sich solche Werte gegenüber den gewünschten Werten um bis zu 20%. Dementsprechend ist eine Genauigkeit der von der Schaltung 12 erzeugten Refe­ renzspannungen PREF und NREF unwahrscheinlich.

Um einen Widerstandswert für die Schaltung 12 innerhalb ei­ nes zur Erzeugung genauer Referenzspannungswerte notwendigen Bereichs zu schaffen, finden ein erster und ein zweiter N-Ka­ nal-Feldeffekttransistor M5 und M6 Verwendung. Die Source- Drain-Strecke des Transistors M5 liegt über einem einzigen der Transistoren 16. Der Gate-Anschluß des Transistors M5 ist mit einem externen Anschluß verbunden, damit ein Signal TRIM1 ange­ legt werden kann, welches den Transistor M5 leitend machen und den Einzelsegment-Widerstand 16 kurzschließen kann. In ähnli­ cher Weise ist die Source-Drain-Strecke des Transistors M6 zu drei Widerstandssegmenten 16 parallelgeschaltet. Der Gate-An­ schluß des Transistors M6 ist mit einem anderen externen An­ schluß verbunden, damit ein Signal TRIM2 angelegt werden kann, das den Transistor M6 leitend macht und die drei Widerstands­ segmente 16 überbrücken kann.

Typischerweise werden die Werte der Widerstände 16 bei de­ ren Herstellung so gewählt, daß der am weitesten links gelegene Widerstand 16 zur Erzeugung des richtigen Widerstandswert für die Schaltung 12 nicht gebraucht wird. In einem solchen Fall werden Eingangssignale an den Transistor M5 angelegt, die die­ sen Transistor leitend machen und den am weitesten links gele­ genen letzten Widerstand 16 überbrücken. Wenn der Widerstand jedoch für die Herstellung genauer Ausgangsspannungen der Schaltung 12 unzureichend ist, so kann der Transistor M5 entak­ tiviert und der letzte Widerstand 16 in die Widerstandskette einbezogen werden und zum Gesamtwiderstand beitragen. Selbst­ verständlich kann einer oder der andere der Transistoren M5 oder M6 entaktiviert werden, damit der Wert des Widerstands im Strompfad zwischen der Quelle Vss und der Schaltung 12 geändert werden. Außerdem können mehr Transistoren als die Transistoren M5 und M6 verwendet werden. Zusätzliche Transistoren können verschiedene Segmente oder Werte der Widerstände 16 über­ brücken, um die Auswahl des Gesamtwiderstandes flexibler zu ma­ chen.

Außerdem sind in Fig. 1 zwei N-Kanal-Feldeffekttransistoren M10 und M11 dargestellt. Letztere können zum Verbinden der Wi­ derstände mit einem Ausgangsanschluß RES derart verwendet wer­ den, daß der Widerstandswert der Reihe von Widerständen 16 ge­ messen werden kann. Um die Transistoren M10 und M11 leitend zu machen, wird ein hoher Wert an einen externen Anschluß RESH und an die Gate-Anschlüsse von M10 und M11 angelegt. Ein Inverter mit den Transistoren M7 und M8 ist eingangsseitig ebenfalls mit dem Anschluß RESH verbunden. Der Inverter bewirkt, daß ein N- Kanal-Feldeffekttransistor M9 Vcc an den Knoten zwischen den Transistoren M10 und M11 in deren nicht-leitenden Zustand an­ legt, so daß eine elektrostatische Aufladung am Knoten die Schaltung 10 nicht beeinträchtigen oder beschädigen kann.

Sobald der Wert der Widerstände 16 in der Widerstandskette bestimmt worden ist, können die geeigneten Transistoren der Transistoren M5 und M6 so betätigt werden, daß sie die präzisen Widerstandswerte für die Referenzspannungsquelle 12 liefern. Bei Verwendung mit einer integrierten Schaltung können die Ein­ gangssignale an den externen Anschlüssen der Transistoren M5 und M6 durch eine geeignete Schaltung, wie ein UPROM (ein EPROM mit Mitteln, beispielsweise einer Metallabschirmung, die eine Änderung der Programmierung verhindern) angelegt werden, um den ausgewählten Zustand der Transistoren M5 und M6 im eingeschal­ teten Zustand der Schaltung 10 über ihre gesamte Lebensdauer hinweg aufrechtzuerhalten.

Claims (5)

1. Integrierte Schaltung mit einer Vielzahl von Schaltungs­ bauelementen und einer Vielzahl von integrierten Widerständen (16), dadurch gekennzeichnet, daß die integrierten Widerstände (16) in Serie geschaltet sind und daß Mittel (M5, M6) zur Auswahl einer solchen Anzahl von Widerständen aus der Vielzahl der integrierten Widerstände (16) vorgesehen sind, die zum Abgleich auf den für die integrierte Schaltung, im Hinblick auf die Werte der anderen integrierten Schaltungsbauelemente gewünschten Widerstandswert ausreicht.

2. Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß Mittel (M7 . . . M11) zum Verbinden der Vielzahl von integrierten Widerständen (16) mit einer Testschaltung zur Bestimmung des Widerstandswerts der Widerstandskette vorgesehen sind.

3. Integrierte Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahlmittel Schaltmittel (M5, M6) zum Kurzschließen einer wählbaren Anzahl von Widerständen (16) auf­ weisen.

4. Integrierte Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schaltmittel zum Kurzschließen einer Anzahl von Widerständen (16) einen Feldeffekttransistor (M5, M6) auf­ weisen.

5. Verwendung der integrierten Schaltung nach einem der An­ sprüche 1 bis 4 zur Erzeugung eines Referenzspannungswerts, wo­ bei die Reihenschaltung aus einer Vielzahl von integrierten Wi­ derständen in einen Strompfad eingebunden ist, durch den ein gesteuerter Strom fließt.