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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur
Neutralisierung bzw. Entkopplung einer elektrischen
Schaltung dann, wenn eine Spannung angelegt oder abgeschaltet
wird. Insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, betrifft
die Erfindung den Bereich von programmierbaren elektrischen
Speichern.
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Die Erfindung wird im Zusammenhang mit elektrisch
programmierbaren Permanentspeichern (EEPROM, Flash EPROM)
beschrieben, ohne daß sich daraus irgendeine Einschränkung
für den Anwendungsbereich der Erfindung ergibt.
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Während die Versorgungsspannung an einen Permanentspeicher
angelegt wird, muß jede Schreiboperation in den Speicher
unmöglich gemacht werden, da sonst für das Ergebnis nicht
garantiert werden könnte. Für diese Aufgabe wurden
Vorrichtungen entwickelt, die den Betrieb des Speichers für Werte
der Versorgungsspannung stoppen, die unter einem
Schwellwert sind. Dieser Schwellwert wird normalerweise in
Abhängigkeit der elektronischen Schaltung bestimmt, die
neutralisiert werden soll.
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Die bekannten Neutralisierungsvorrichtungen eines
Permanentspeichers weisen üblicherweise eine Steuerschaltung und
eine Einrichtung auf, die den Betriebsablauf des Speichers
hemmt. Die Steuerschaltung liefert ein Steuersignal POR
(Power On Reset) zur Bestimmung des Ausgangs der
Hemmeinrichtung.
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Die Hemmeinrichtung wandelt das Steuersignal POR in ein
binäres Signal um. Ist die Spannung des Steuersignals POR
gleich Null, ist das binäre Signal auf einem hohen Niveau.
Für jeden Wert der Versorgungsspannung unterhalb des
Schwellwertes Vs ist der Ausgang der Hemmeinrichtung auf
einem niedrigen Niveau. Beim oberen Niveau des binären
Signals sind Schreiboperationen in dem der Hemmeinrichtung
nachgeschalteten Speicher möglich.
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Das Steuersignal POR ist in Fig. 1 dargestellt. Es bleibt
festzuhalten, daß es der Versorgungsspannung Vcc überlagert
wird, solange diese unterhalb dem Schwellwert Vs liegt.
Oberhalb ist der Wert der Spannung des Steuersignals POR
gleich Null.
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Üblicherweise ist die Hemmeinrichtung eine Kippschaltung,
bei der der Anschluß zum "Zurücksetzen auf Null" das
Steuersignal POR empfängt und der Anschluß zum "Auf-Eins-
Setzen" ein Signal zur Schreibaufforderung. Das von der
Hemmeinrichtung ausgehende binäre Signal dient der
Steuerung eines Hochspannungsgenerators, wobei der
Spannungsgenerator die für die Programmierung und das Löschen der
Speicherzellen benötigten Spannungen erzeugt. Wenn die
Versorgungsspannung unterhalb vom Schwellwert Vs liegt, ist
das binäre Signal auf einem niedrigen Niveau und der
Spannungsgenerator wird deaktiviert. Somit ist jegliche
Schreiboperation in den Speicher unmöglich.
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Die Steuerschaltung ist das Schlüsselelement der
Entkopplungsvorrichtung. Fig. 2 stellt eine bekannte
Steuerschaltung dar. Sie weist eine erste Einrichtung 1 zum Halten
bzw. Festlegen des Schwellwerts auf, die an einem Eingang
an eine Versorgungsspannung Vcc und an ihrem Ausgang über
einen Widerstand R1 an Masse Gnd angeschlossen ist. Die
Einrichtung 1 wird durchgängig, wenn die
Versorgungsspannung größer als eine eigene Schwellspannung ist, die in
diesem Fall gleich dem Schwellwert Vs ist.
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In der Ausführungsform von Fig. 2 besteht die Einrichtung
1 aus einem eigenleitenden Transistor vom Typ P TP1, dessen
Source-Elektrode an die Versorgungsspannung Vcc, die Drain-
Elektrode an den Widerstand R1 und die Gate-Elektrode an
Masse Gnd angeschlossen ist. Ein eigenleitender Transistor
ist ein Transistor, in dessen Leitungskanal nichts weiter
eingebracht wurde. Eine Leitungsschwellspannung liegt für
einen Transistor vom Typ N ist in der Größenordnung von
0,2 Volt und bei 1,3 Volt für einen Transistor vom Typ P.
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Die Steuerschaltung weist darüber hinaus einen Inverter I1
auf, der zwischen dem Ausgang der Einrichtung 1 und einem
Ausgang OUT angeschlossen ist, durch den das Steuersignal
angelegt wird. Ein Startkondensator C1 ist zwischen der
Versorgungsspannung Vcc und dem Ausgang OUT angeschlossen,
um das zu Beginn des Anstiegs der Versorgungsspannung
erwartete Ausgangsniveau zu erreichen.
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In diesem Beispiel stellt der Leitungsschwellwert des
Transistors TP1 die Schwellspannung der Einrichtung 1 dar. Sie
ist gleich dem Wert der Schwellspannung Vs.
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Die Wirkungsweise einer solchen Steuerschaltung ist dem
Fachmann bekannt. Zusammenfassend läßt sich sagen, daß,
sobald der Wert der Versorgungsspannung Vcc größer als der
Leitungsschwellwert des Transistors TP1 ist, der
Spannungswert am Eingang des Inverters I1 Null ist. Der Ausgang OUT
der Vorrichtung liefert somit am Ausgang eine Spannung, die
der Versorgungsspannung entspricht.
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Die Wirkungsweise des Inverters I1 wird jedoch oberhalb
eines gewissen Niveaus der Versorgungsspannung gestört. Die
beiden Transistoren, die den Inverter darstellen, sind
gleichzeitig blockiert. Der Startkondensator C1 ermöglicht
es, eine Spannung anzulegen, die der Versorgungsspannung am
Ausgang des Inverters I1 entspricht.
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Sobald die Versorgungsspannung die Schwellspannung des
Transistors TP1 übertrifft, entspricht die Spannung am
Eingang des Inverters I1 ungefähr der Versorgungsspannung. Die
Spannung am Ausgang OUT der Vorrichtung wird Null. Wird im
Gegensatz dazu die Versorgungsspannung wieder geringer als
die Schwellspannung des Transistors, ist die Spannung am
Ausgang OUT gleich der Versorgungsspannung.
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Eine derartige Vorrichtung hat einen großen Nachteil: Der
Schwellwert des Steuersignals kann sich aufgrund der
Streuung von Parametern stark ändern, abhängig vom
Herstellungsverfahren der Transistoren. Diese Änderungen des
Schwellwertes werden um so störender, je geringer der nominale
Wert der Versorgungsspannung ist.
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Betrachtet man einen Speicher, der mit einer
Versorgungsspannung von 1,8 Volt arbeitet, muß sichergestellt werden,
daß der Schwellwert des Transistors TP1 immer unterhalb von
1,8 Volt bleibt. Vorzugsweise wählt man in diesem Fall eine
Versorgungsspannung von 1,5 Volt, wobei dieser Wert geringe
Versorgungsspannungsänderungen ermöglicht und den richtigen
Ablauf von Schreiboperationen im Speicher garantiert.
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Wenn man in der Praxis einen Schwellwert für den Transistor
TP1 auswählt, dessen nominaler Wert nur 1,3 Volt beträgt,
kann es vorkommen, daß die reelle Schwellspannung von
1,8 Volt bei unpassenden Anwendungsbedingungen, wie geringe
Temperatur, übersteigt, wobei der Unterschied zwischen der
wirklichen Schwellspannung und der nominalen
Schwellspannung eine Anhäufung der Werteabweichungen aufgrund
einerseits der Herstellungsbedingungen und andererseits der
Anwendungsbedingungen ist. Die richtige Wirksamkeit der
Vorrichtung kann also nicht mehr garantiert werden.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine zuverlässigere
Entkopplungsschaltung zu realisieren, die insbesondere weniger
von den Änderungen der Werte aufgrund der
Herstellungsbedingungen der Komponenten abhängt.
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Hierfür ist erfindungsgemäß eine zusätzliche Einrichtung
vorgesehen, die den Schwellwert des Steuersignals festsetzt
und parallel zur üblichen Einrichtung angeordnet ist.
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Somit ist es ein Ziel der Erfindung, eine
Entkopplungsvorrichtung einer elektronischen Schaltung zu realisieren, die
jede Operation in der elektrischen Schaltung in dem Moment
unterbindet, in dem sie unter Spannung gesetzt wird oder
die Spannung unterbrochen wird, wobei die
Neutralisationsvorrichtung eine Steuerschaltung und eine Einrichtung
aufweist, die die Wirkungsweise der elektrischen Schaltung
hemmt, wobei die Steuerschaltung die Hemmeinrichtung
aktiviert, sobald die Versorgungsspannung unterhalb einer
Schwellspannung bleibt, oder sobald die Versorgungsspannung
geringer als die Schwellspannung wird, wobei die
Steuerschaltung eine erste Einrichtung aufweist, die an einem
Eingang an eine Versorgungsspannung und an ihrem Ausgang
über einen Widerstand an Masse angeschlossen ist, wobei die
erste Einrichtung einen eigenleitenden Transistor vom Typ P
aufweist, der durchgängig wird, wenn die
Versorgungsspannung größer wird als eine erste Schwellspannung der ersten
Einrichtung, wobei ein erster Inverter zwischen dem Ausgang
der ersten Einrichtung und einem Ausgang angeschlossen ist,
an den ein Steuersignal der Hemmeinrichtung angelegt wird,
die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Steuerschaltung
weiterhin eine zweite Einrichtung aufweist, die zwischen
der Versorgungsspannung und dem Eingang des ersten
Inverters angeschlossen ist, wobei die zweite Einrichtung
durchgängig wird, wenn die Versorgungsspannung größer als eine
zweite Schwellspannung der zweiten Einrichtung wird und die
zweite Einrichtung einen eigenleitenden Transistor vom Typ
N aufweist, wobei die Schwellspannung der Steuerschaltung
kleiner ist als die erste und zweite Schwellspannung
jeweils der ersten und zweiten Einrichtungen.
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Der eigenleitende Transistor vom Typ P der ersten
Einrichtung und der eigenleitende Transistor vom Typ N der zweiten
Einrichtung werden während des gleichen
Produktionsvorganges hergestellt, wobei die Unterschiede der
Leitungsschwellen, bezüglich ihrem Nominalwert gegenläufig sind.
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Wenn folglich die durch eine der ersten und zweiten
Einrichtungen festgelegte Schwellspannung gegenüber der
gewählten Schwellspannung zu groß ist, wird sie in der
anderen Einrichtung geringer sein und diese letztere wird
verwendet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste
Einrichtung ein eigenleitender Transistor vom Typ P, dessen
Source-Elektrode an die Versorgungsspannung, dessen Drain-
Elektrode an den Widerstand und an den Ausgang des
Inverters und dessen Gate-Elektrode an Masse angeschlossen sind.
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Die zweite Einrichtung kann ein eigenleitender Transistor
vom Typ N sein, der seriell an den Transistor vom Typ P
angeschlossen ist.
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Weitere Charakteristiken und Vorteile der Erfindung werden
beispielhaft und mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen
näher erläutert; Es zeigen
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- Fig. 1 eine zeitliche Darstellung des Steuersignals POR,
das von einer Steuerschaltung einer Entkopplungsschaltung
ausgeht,
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- Fig. 2 eine Steuerschaltung in einer
Entkopplungsschaltung nach dem Stand der Technik,
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- Fig. 3 eine erfindungsgemäße Steuerschaltung in einer
Entkopplungsschaltung, und
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- Fig. 4 einen Inverter für eine erfindungsgemäße
Steuerschaltung.
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Die Fig. 1 und 2 gehören zum Stand der Technik und
wurden vorher beschrieben.
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Fig. 3 ist ein Schema einer erfindungsgemäßen
Steuerschaltung.
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Die Steuerschaltung ist eine Verbesserung der
Steuerschaltung von Fig. 2 und wird unter Bezug auf Fig. 3
beschrieben.
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Diese Schaltung weist eine zusätzliche Einrichtung 2 auf,
die zwischen der Versorgungsspannung Vcc und dem Ausgang
der Einrichtung 1 geschaltet ist. In der Ausführungsform
von Fig. 3 besteht die Einrichtung 2 aus einem
eigenleitenden Transistor TN1 vom Typ N, dessen Drain-Elektrode und
dessen Steuergate-Elektrode an die Versorgungsspannung Vcc
angeschlossen sind und dessen Source-Elektrode mit der
Source-Elektrode eines Transistors TP2 vom Typ P verbunden
ist. Die Drain-Elektrode des Transistors TP2 ist an den
Eingang des Inverters I1 angeschlossen und die Steuergate-
Elektrode an Masse Gnd.
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Die Unterschiede zwischen den reellen Leitungsschwellen des
eigenleitenden Transistors TN1 vom Typ N und des
Transistors TP1 vom Typ P und ihren nominalen Werten aufgrund von
Streuungen im Herstellungsprozess sind entgegengesetzt. Der
Schwellwert Vs des Steuersignals POR wird entweder durch
die Einrichtung 1 oder durch die Einrichtung 2 festgesetzt.
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Dieser Schwellwert Vs ist gleich dem kleineren Wert der
Schwellspannungen der Einrichtungen 1 und 2.
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Sobald eine der beiden Einrichtungen durchgängig wird,
ändert der Ausgang des Inverters I1 den Zustand, und die
Spannung des Steuersignals POR wird Null.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden zwei weitere
Inverter I2 und I3 zwischen dem Ausgang des Inverters I1
und dem Ausgang OUT hinzugefügt. Diese zwei Inverter
ermöglichen die Korrektur von eventuellen Verzerrungen des
Steuersignals POR, die auf dem Startkondensator C1 beruhen,
während die Spannung am Ausgang OUT Null ist.
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Eine zweite Verbesserung, die in Fig. 4 dargestellt ist,
besteht darin, einen Inverter I1 zu verwenden, der einen
eigenleitenden Transistor vom Typ P aus Verbrauchsgründen
anstelle eines klassischen Transistors vom Typ P verwendet.
In Wirklichkeit ist die Leitungsschwelle eines
eigenleitenden Transistors vom Typ P größer als die Schwelle eines
klassischen Transistors vom Typ P. Ein eigenleitender
Transistor sperrt somit schneller als ein klassischer
Transistor und ermöglicht somit die Begrenzung des Verbrauchs.
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In der Praxis wird bei durch sehr schlechte
Herstellungsbedingungen verursachte Unterschiede zwischen den reellen und
nominalen Werten der eigenleitenden Transistoren vom Typ P
und vom Typ N, und bei einer Verwendungstemperatur von
-40ºC erfindungsgemäß ein Schwellwert bei 1,6 Volt
erhalten, wobei die Vorrichtung mit 1,8 Volt versorgt wurde.
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Bei gleichen Bedingungen hätte der Schwellwert, der durch
eine oben beschriebene Vorrichtung gemäß dem Stand der
Technik erhalten wird, den Versorgungsspannungswert von 1,8
Volt überschritten.