DE4434792C1

DE4434792C1 - Integrierte, in einem ersten und einem zweiten Betriebsmodus betreibbare Schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE4434792C1
Application number: DE19944434792
Authority: DE
Inventors: Henrik Dr Ing Gutsch; Horst Dipl Ing Haefner; Hermann Dipl Ing Hammel; Juergen Dipl Ing Schnabel
Original assignee: Temic Telefunken Microelectronic GmbH
Current assignee: Microchip Technology Munich GmbH
Priority date: 1994-09-29
Filing date: 1994-09-29
Publication date: 1996-05-23
Anticipated expiration: 2014-09-30

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine derartige integrierte Schaltungsanordnung (IC) ist aus der EP 205 258 A2 bekannt. Die dort beschriebene Schaltungsanordnung läßt sich in verschie denen Betriebsmodi, beispielsweise in einem Arbeitsmodus, d. h. in einem ersten Betriebsmodus, oder in einem Testmodus, d. h. in einem zweiten Be triebsmodus, betreiben, ohne daß zum Umschalten der Betriebsmodi ein zu sätzlicher Anschlußpin benötigt wird. Die Steuerschaltung der Schaltungsan ordnung ist für das Umschalten der Betriebsmodi verantwortlich; sie über wacht die am Signalanschlußpin anliegende Signalspannung und vergleicht sie mit einer Signalschwelle, welche größer als die Versorgungsspannung ist. Der Signalanschlußpin ist über mehrere in Reihe geschaltete MOS-Transisto ren, deren Gate- und Drain-Anschlüsse jeweils miteinander verbunden sind, und über eine den MOS-Transistoren nachgeschaltete Last mit Masse verbun den. Der zweite Schaltungsteil wird durch die an der Last anstehende Span nung gesteuert. Er ist, sofern die Signalspannung die von den Schwellen spannungen der MOS-Transistoren abhängige Signalschwelle nicht über schreitet, inaktiv (ausgeschaltet). Die Schaltungsanordnung befindet sich dann im ersten Betriebsmodus; sie befindet sich im zweiten Betriebsmodus, wenn der zweite Schaltungsteil aktiv (eingeschaltet) ist, d. h. wenn der zwei te Schaltungsteil über den Signalanschlußpin angesteuert wird. Dies ist dann der Fall, wenn die Signalspannung die Signalschwelle überschreitet. Der Signalanschlußpin bildet infolgedessen gleichzeitig einen Eingangsanschluß zum Ansteuern des ersten Schaltungsteils und einen Eingangsanschluß zum Ansteuern des zweiten Schaltungsteils.

Der Signalanschlußpin kann über die in Reihe geschalteten MOS-Transistoren und die Last auch an einen mit einer Versorgungsspannungsquelle verbun denen Versorgungsanschluß angeschlossen sein. Eine derartige Schaltungs anordnung ist aus der US 5 111 136 bekannt.

In der DE 43 05 526 A1 ist eine Schaltungsanordnung beschrieben, die durch eine nicht-elektrische physikalische Größe, beispielsweise durch Licht, durch Temperatur, durch Druck oder durch ein Magnetfeld, in einen Testmodus schaltbar ist.

Aus der US 50 57 774 ist bekannt, die Funktionsfähigkeit einer integrierten Schaltungsanordnung durch Messung eines durch diese fließenden Ruhe stromes zu prüfen.

Es ist des weiteren bekannt, dem Signalanschlußpin im ersten Betriebsmo dus ein Signal mit einem ständigen High- oder ständigen Low-Pegel und zum Umschalten in den zweiten Betriebsmodus ein Signal mit einem zwischen dem High- und Low-Pegel liegenden Pegel zuzuführen. Diese Signalpegel werden von der Steuerschaltung detektiert und ausgewertet. Ein wesentli cher Nachteil einer derartigen Schaltungsanordnung ist die durch den stati schen Stromverbrauch der Steuerschaltung bedingte hohe Stromaufnahme des ICs. Der Signalpegel am Signalanschlußpin darf dann im ersten Betriebs modus nicht wechseln, da sonst der Einschaltpegel des zweiten Betriebsmo dus durchlaufen und somit der zweite Betriebsmodus eingeschaltet wer den würde. Infolgedessen kann der Signalanschlußpin einer derartigen Schaltungsanordnung nicht als Ausgangsanschluß verwendet werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, die einen einfachen Aufbau aufweist, die kostengünstig in einen IC integrierbar ist, die einen geringen Stromverbrauch aufweist und die zumindest einen Signalanschlußpin auf weist, an dem im ersten Betriebsmodus Signalpegeländerungen zulässig sind und der einen Eingangsanschluß und/oder Ausgangsanschluß des ersten Schaltungsteils und einen Eingangsanschluß zur Ansteuerung des zweiten Schaltungsteils bildet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merk male des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung weist mit anderen Worten eine Steuerschaltung auf, die ein Schaltelement mit einem ersten Schaltanschluß, einem zweiten Schaltanschluß und einem Referenzanschluß, sowie eine Stromspiegelanord nung mit einem Spiegeleingang, einem Spiegelausgang und einem Versorgungsanschluß umfaßt. Der erste Schaltan schluß des Schaltelementes ist am Signalanschlußpin mit dem als Eingangs- und/oder Ausgangsanschluß ausgeführ ten Signalanschluß des ersten Schaltungsteils verbun den; der zweite Schaltanschluß des Schaltelementes ist mit dem Spiegeleingang der Stromspiegelanordnung ver bunden; der Referenzanschluß des Schaltelementes ist an eine Referenzspannungsquelle angeschlossen; der Spie gelausgang der Stromspiegelanordnung ist mit dem Steu ereingang des zweiten Schaltungsteils verbunden; der Versorgungsanschluß der Stromspiegelanordnung ist an eine erste Spannungsquelle angeschlossen. Die Referenz spannungsquelle dient zur Bildung einer Steuerspannung zur Ansteuerung des Schaltelementes. Diese Steuerspan nung ist die Spannungsdifferenz zwischen dem Referenz anschluß des Schaltelementes und dem Signalanschlußpin der Schaltungsanordnung. Da sie von der Signalspannung am Signalanschlußpin abhängt, hängt der Schaltzustand des Schaltelementes ebenfalls von der Signalspannung ab.

Im zweiten Schaltungsteil wird ein am Spiegelausgang anstehender und in den zweiten Schaltungsteil fließen der Spiegelstrom ausgewertet und entsprechend dieses Stromes einer der Betriebsmodi eingeschaltet. Da der Spiegelstrom proportional zu einem am Spiegeleingang anstehenden und durch das Schaltelement fließenden Re ferenzstrom ist, welcher seinerseits vom Schaltzustand des Schaltelementes abhängig ist, hängt der eingeschal tete Betriebsmodus vom Schaltzustand des Schaltelemen tes und infolgedessen von der Signalspannung am Signal anschlußpin ab.

Bei sperrendem Schaltelement befindet sich die Schal tungsanordnung im ersten Betriebsmodus - der zweite Schaltungsteil ist inaktiv und der erste Schaltungsteil ist aktiv -; bei leitendem Schaltelement befindet sie sich im zweiten Betriebsmodus - der zweite Schaltungs teil ist aktiv. Solange die Signalspannung am Signalan schlußpin nicht ausreicht, um das Schaltelement zu schließen, wird die Schaltungsanordnung im ersten Be triebsmodus betrieben. Zur Umschaltung der Schaltungs anordnung in den zweiten Betriebsmodus wird eine äußere Spannungsquelle benötigt, die hierzu mit dem Signalan schlußpin verbunden wird. Die Steuerspannung des Schaltelementes läßt sich über diese äußere Spannungs quelle derart variieren, daß das Schaltelement in den leitenden Zustand übergeht und einen von der Signal spannung abhängigen Referenzstrom aufnimmt. Bei leiten dem Schaltelement ist auch die Stromspiegelanordnung leitend. Zur Auswertung des Spiegelstromes ist im zwei ten Schaltungsteil vorzugsweise ein Lastelement vorge sehen, das den Steuereingang des zweiten Schaltungs teils mit einer zweiten Spannungsquelle verbindet. Die am Lastelement anliegende Spannung dient als Steuersi gnal zum Einschalten eines der Betriebsmodi. Das Last element ist vorzugsweise als Lastwiderstand, das Schaltelement vorzugsweise als Bipolartransistor oder MOS-Transistor und die Stromspiegelanordnung vorzugs weise als Schaltung mit MOS-Transistoren ausgeführt. Während des zweiten Betriebsmodus ist es u. U. erfor derlich, den Signalanschlußpin von weiteren Schaltungs teilen des ersten Schaltungsteils zu entkoppeln. Diese Entkopplung erfolgt vorzugsweise über ein im ersten Schaltungsteil angeordnetes Entkopplungselement, wel ches vorzugsweise als Entkopplungswiderstand ausgeführt ist.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist durch fol gende Vorteile charakterisiert:

- sie weist einen einfachen Aufbau auf und ist auf grund des daraus resultierenden geringen Platzbe darfs kostengünstig in einen IC integrierbar,
- sie weist im ersten Betriebsmodus eine geringe Leistungsaufnahme auf, da die Steuerschaltung we gen des offenen Schaltelementes keinen statischen Strom aufnimmt,
- sie weist einen sowohl als Eingangsanschluß als auch als Ausgangsanschluß benutzbaren Signalan schlußpin auf, an dem im ersten Betriebsmodus Si gnalpegeländerungen zulässig sind.

Die Schaltungsanordnung läßt sich überall dort einset zen, wo bei einem IC die Anzahl der Anschlußpins gering gehalten werden muß.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren bis 3 näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild der Schaltungsanord nung,

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der Schal tungsanordnung,

Fig. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Schal tungsanordnung.

Gemäß den Figuren ist der Signalanschlußpin P mit dem ersten Schaltanschluß SA1 des Schaltelementes SE und mit dem als Eingangs-/Ausgangsanschluß ausgeführten Si gnalanschluß P₀ des ersten Schaltungsteils ES verbun den. Der Referenzanschluß RA des Schaltelementes SE, der ein Steueranschluß ist, ist mit einer Referenzspan nungsquelle V_R verbunden. Der zweite Schaltanschluß SA2 des Schaltelementes SE ist am Spiegeleingang SpE der Stromspiegelanordnung SP an deren Referenzzweig RZ an geschlossen. Die Stromspiegelanordnung SP wird über den Versorgungsanschluß VA aus der ersten Spannungsquelle V₀ gespeist. Der mit dem Spiegelzweig SZ verbundene Spiegelausgang SpA der Stromspiegelanordnung SP ist mit dem Steuereingang StE des zweiten Schaltungsteils ZS verbunden. Der erste Anschluß des im zweiten Schal tungsteil ZS vorgesehenen Lastelementes LE ist mit dem Steuereingang StE des zweiten Schaltungsteils ZS ver bunden; sein anderer Anschluß ist an die zweite Span nungsquelle V₁ angeschlossen. Das Lastelement LE dient zur Umwandlung des von der Stromspiegelanordnung gelie ferten Spiegelstroms I_SP in eine Spannung zur Ansteue rung weiterer Schaltungsteile des zweiten Schaltungs teils ZS.

Solange die Signalspannung am Signalanschlußpin P in nerhalb des Aussteuerbereichs des ersten Betriebsmodus liegt, reicht die zwischen dem Referenzanschluß RA des Schaltelementes SE und dem Signalanschlußpin P an liegende Spannung - die Steuerspannung U_St - nicht aus, um das Schaltelement SE zu schließen. Die Schaltungsan ordnung befindet sich dann, da bei sperrendem Schalt element SE die Stromspiegelanordnung SP stromlos ist und infolgedessen kein Spiegelstrom I_SP am Steuerein gang StE zur Aktivierung des zweiten Schaltungsteils ZS ansteht, im ersten Betriebsmodus und der Signalan schlußpin P dient als Eingangs-/Ausgangsanschluß des ersten Schaltungsteils ES. Die Steuerspannung U_St kann durch eine an den Signalanschlußpin P angelegte Span nung variiert werden. Sobald sie einen bestimmten vom Schaltelement SE und von der Referenzspannungsquelle V_R abhängigen Wert erreicht, wird das Schaltelement SE leitend. Da dann ein Referenzstrom I_Ref durch das Schaltelement SE und durch den Spiegeleingang SpE der Stromspiegelanordnung SP fließt, fließt auch ein Spie gelstrom I_SP aus dem Spiegelausgang SpA der Stromspie gelanordnung SP in den zweiten Schaltungsteil ZS und verursacht dort am Lastelement LE einen Spannungsab fall. Dadurch ändert sich das Potential am Steuerein gang StE. Dieses Potential ist ein Steuersignal zur Ak tivierung des zweiten Schaltungsteils ZS, d. h. ein Steuersignal zum Umschalten der Betriebsmodi. Die Schaltungsanordnung befindet sich infolgedessen bei leitendem Schaltelement SE im zweiten Betriebsmodus. Dieser zweite Betriebsmodus ist ein Testmodus, der nur zum Testen der Schaltungsanordnung eingeschaltet wird.

Über den Entkopplungswiderstand R_EK werden weitere, in den Figuren nicht gezeigte Schaltungsteile des ersten Schaltungsteils ES vom Signalanschlußpin P entkoppelt. Während des zweiten Betriebsmodus kann die Entkopp lung im ersten Schaltungsteil ES auch über ein vom zweiten Schaltungsteil ZS angesteuertes Entkopplungs element, beispielsweise über ein weiteres Schaltele ment, erfolgen.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Schaltungsanordnung ist das Schaltelement SE als npn-Transistor T_SE ausgebil det. Seine Basis, d. h. der Referenzanschluß RA des Schaltelementes SE, liegt, da die Referenzspannungs quelle V_R als 0-V-Spannungsquelle ausgebildet ist, auf Massepotential. Infolgedessen wird der Transistor T_SE erst leitend, wenn das Potential am Signalanschlußpin P, der an den Emitter des npn-Transistors T_SE ange schlossen ist, um eine Basis-Emitter-Flußspannung unter dem Massepotential liegt. Wenn der npn-Transistor T_SE leitend ist, d. h. wenn die Schaltungsanordnung sich im zweiten Betriebsmodus befindet, fließt ein Referenz strom I_Ref aus dem als PMOS-Transistor M_SP1 ausgeführ ten Referenzzweig RZ der Stromspiegelanordnung SP in den npn-Transistor T_SE. Infolgedessen fließt ein Spie gelstrom I_SP aus dem ebenfalls als PMOS-Transistor M_SP2 ausgebildeten Spiegelzweig SZ der Stromspiegelanordnung SP in das als Lastwiderstand R_L ausgeführte Lastelement LE des zweiten Schaltungsteils ZS. Der Lastwiderstand R_L liegt, da die zweite Spannungsquelle V₁ als 0-V- Spannungsquelle ausgebildet ist, mit einem Anschluß auf Massepotential; d. h. im ersten Betriebsmodus, bei aus geschaltetem Schaltelement SE, liegt am Steuereingang StE ein L-Pegel an. Im zweiten Betriebsmodus fließt ein Strom in den Lastwiderstand R_L, der so dimensioniert ist, daß sich am Steuereingang StE ein H-Pegel ein stellt.

Im in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Stromspiegelanordnung SP als Schaltung mit NMOS-Transi storen M_SP1 und M_SP2 ausgebildet. Der Versorgungsan schluß VA der Stromspiegelanordnung SP liegt, da die erste Spannungsquelle V₀ eine 0-V-Spannungsquelle ist, auf Massepotential. Das Schaltelement SE ist in diesem Fall als PMOS-Transistor M_SE ausgeführt, dessen Refe renzanschluß RA, d. h. dessen Gate, mit der als zweite Spannungsquelle V₁ ausgeführten Referenzspannungsquelle V_R verbunden ist. Diese zweite Spannungsquelle V₁ ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Versorgungs spannungsquelle des ICs. Der PMOS-Transistor M_SE bleibt gesperrt, solange das Potential am Signalanschlußpin P geringer als die Spannung der zweiten Spannungsquelle V₁ ist. Da in diesem Fall kein Strom durch den Lastwi derstand R_L des zweiten Schaltungsteils ZS fließt und dieser an die zweite Spannungsquelle V₁ angeschlossen ist, stellt sich am Steuereingang StE ein H-Pegel ein. Der PMOS-Transistor M_SE kann durch eine an den Signal anschlußpin P angelegte Spannung, die den Pegel der zweiten Spannungsquelle V₁ überschreitet, eingeschaltet werden. Aufgrund des dann fließenden Referenzstromes I_Ref fließt auch ein Spiegelstrom I_SP in den Steuerein gang StE des zweiten Schaltungsteils ZS. Das Potential am Steuereingang StE stellt sich daraufhin auf L-Pegel ein. Die Schaltungsanordnung befindet sich infolgedes sen bei einem L-Pegel des Potentials am Steuereingang StE des zweiten Schaltungsteils im zweiten Betriebsmo dus und bei einem H-Pegel im ersten Betriebsmodus.

Bei den vorliegenden Beispielen wird dem zweiten Schal tungsteil ZS ein H-Pegel oder ein L-Pegel als Steuersi gnal zugeführt. Selbstverständlich können, da der Spie gelstrom I_SP über die Signalspannung U_Sig variierbar ist, mehrere Signalpegel dem zweiten Schaltungsteil ZS zugeführt werden, über die nach einer Decodierung im zweiten Schaltungsteil ZS während des zweiten Betriebs modus weitere Schaltungsteile des zweiten Schaltungs teils ZS angesteuert werden, um beispielsweise unter schiedliche Testfunktionen der Schaltungsanordnung ein zuschalten.

Claims

1. Integrierte, in einem ersten und einem zweiten Be triebsmodus betreibbare Schaltungsanordnung, mit:

- einem zumindest im ersten Betriebsmodus aktiven ersten Schaltungsteil (ES) mit einem Signalan schluß (P₀),
- einem im zweiten Betriebsmodus aktiven zweiten Schaltungsteil (ZS) mit einem Steuereingang (StE),
- einer mit dem ersten Schaltungsteil (ES) und dem zweiten Schaltungsteil (ZS) verbundenen Steuer schaltung (SS) zum Umschalten der Betriebsmodi und
- mindestens einem Anschlußpin, von denen einer als Signalanschlußpin (P) ausgebildet ist, der mit dem ersten Schaltungsteil (ES) und mit der Steuer schaltung (SS) verbunden ist, und an dem eine Si gnalspannung (U_Sig) anliegt,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Steuerschaltung (SS) ein Schaltelement (SE) mit einem mit dem Signalanschlußpin (P) verbunde nen ersten Schaltanschluß (SA1), einem mit einer Referenzspannungsquelle (V_R) verbundenen Referenz anschluß (RA) und einem zweiten Schaltanschluß (SA2) aufweist,
- die Steuerschaltung (SS) eine Stromspiegelanord nung (SP) mit einem mit einer ersten Spannungs quelle (V₀) verbundenen Versorgungsanschluß (VA), einem mit dem zweiten Schaltanschluß (SA2) des Schaltelementes (SE) verbundenen Spiegeleingang (SpE) und einem mit dem Steuereingang (StE) des zweiten Schaltungsteils (ZS) verbundenen Spiegel ausgang (SpA) aufweist,
- die Referenzspannungsquelle (V_R) zur Bildung einer zwischen dem Referenzanschluß (RA) und dem Signal anschlußpin (P) anliegenden Steuerspannung (U_St) zur Ansteuerung des Schaltelementes (SE) vorgese hen ist,
- das Schaltelement (SE) zur Umschaltung der Be triebsmodi über den Signalanschlußpin (P) von ei ner externen, außerhalb der Schaltungsanordnung angeordneten, Spannungsquelle ansteuerbar ist,
- das Schaltelement (SE) im ersten Betriebsmodus of fen ist und im zweiten Betriebsmodus leitend ist,
- der Betriebsmodus der Schaltungsanordnung von ei nem am Spiegelausgang (SpA) der Stromspiegelanord nung (SP) bereitgestellten Spiegelstrom (I_SP) ab hängig ist, der seinerseits von der am Signalan schlußpin (P) anliegenden Signalspannung (U_Sig) abhängig ist,
- der Signalanschluß (P₀) des ersten Schaltungsteils (ES) als Eingangs- und/oder Ausgangsanschluß aus gebildet ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Signalanschlußpin (P) im ersten Be triebsmodus den Signalanschluß (P₀) des ersten Schal tungsteils (ES) bildet.

3. Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Signalan schlußpin (P) im zweiten Betriebsmodus einen Eingangs anschluß zur Ansteuerung des zweiten Schaltungsteils (ZS) bildet.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (SE) als Bipolartransistor (T_SE) ausgebildet ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (SE) als MOS-Transistor (M_SE) ausgebildet ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromspiegel anordnung (SP) als Schaltung mit MOS-Transistoren (M_SP1, M_SP2) ausgebildet ist.

7. Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schal tungsteil (ZS) eine Auswerteeinheit zur Auswertung des von der Stromspiegelanordnung (SP) gelieferten Spiegel stromes (I_SP) und zum Einschalten eines der Betriebs modi aufweist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekenn zeichnet, daß die Auswerteeinheit als Lastelement (LE) ausgebildet ist, über das der Steuereingang (StE) des zweiten Schaltungsteils (ZS) mit einer zweiten Span nungsquelle (V₁) verbunden ist, und daß der eingeschal tete Betriebsmodus von der am Lastelement (LE) abfal lenden Spannung abhängig ist.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekenn zeichnet, daß das Lastelement (LE) als Lastwiderstand (R_L) ausgebildet ist.

10. Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schal tungsteil (ES) ein Entkopplungselement aufweist, über das weitere Schaltungsteile des ersten Schaltungsteils (ES) mit dem Signalanschluß (P₀) des ersten Schaltungs teils (ES) verbunden sind.

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch ge kennzeichnet, daß das Entkopplungselement des ersten Schaltungsteils als Entkopplungswiderstand (R_EK) ausge führt ist.

12. Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Be triebsmodus ein Testmodus ist.