EP0604485B1

EP0604485B1 - Vorrichtung zur erzeugung von zwischenspannungen

Info

Publication number: EP0604485B1
Application number: EP92919019A
Authority: EP
Inventors: Rudolf Koblitz; Karl Dieter Nutz; Jürgen Steiner
Original assignee: Deutsche Thomson Brandt GmbH
Current assignee: Deutsche Thomson Brandt GmbH
Priority date: 1991-09-19
Filing date: 1992-09-07
Publication date: 1997-08-13
Anticipated expiration: 2012-09-07
Also published as: EP0604485A1; JP3381919B2; WO1993006541A1; DE59208798D1; DE4131170A1; JPH06510875A; US5604428A; ES2108133T3

Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Erzeugung von Zwischenspannungen und eine bevorzugte Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgestellt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt es, bei geringer Verlustleistung und guter dynamischer Stabilität über einen weiten Bereich von außen angelegten Spannungen (Vpos, Vneg) Zwischenspannungen abzugeben, deren Werte zwischen denen der von außen angelegten Spannungen liegen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung gibt in einer ersten Version eine Zwischenspannung ab, deren Wert zwischen denen von außen angelegten Spannungen Vpos, Vneg liegt und die erzeugt wird durch einen Strom durch einen Zenerblock, der von einer regelbaren Stromquelle eingeprägt wird. Die Stromquelle wird dabei in Abhängigkeit von Vergleichswerten angesteuert, die sich aus einem Vergleich einer Sollspannung (Sollwert) mit einer an einem Bauelement, das in Reihe geschaltet ist mit dem Zenerblock und der Stromquelle, abfallenden Spannung ergeben. Bei der bevorzugten Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die erzeugten Spannungen bevorzugt an eine in integrierter Technik realisierten Schaltungsanordnung gelegt, genauer gesagt an einzelne Diffusionsbereiche, wodurch die Spannungsfestigkeit der integrierten Schaltung erhöht wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Zwischenspannung gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs sowie eine bevorzugte Verwendung gemäß dem Oberbegriff des ersten Verwendungsanspruchs.
Für bestimmte Schaltungsanwendungen ist es notwendig, daß neben den von außen angelegten maximalen positiven und negativen Spannungen Zwischenspannungen mit vorgegebenen Zwischenwerten zur Verfügung stehen. Das kann beispielsweise aus schaltungstechnischen Gründen der Fall sein.
Es ist auch allgemein bekannt, daß Halbleiterbauelemente aufgrund des verwendeten Herstellungsprozesses für bestimmte Sperrspannungen ausgelegt sind. Damit ergibt sich, daß Spannungsdifferenzen innerhalb eines Bauelementes, das nach einem solchen Herstellungsprozeß hergestellt wurde, die entsprechenden Sperrspannungswerte nicht überschreiten dürfen.
Das gilt beispielsweise bei einem Bipolar-npn-Transistor, der in integrierter Technik hergestellt ist, insbesondere für die Differenzen von Spannungen, die zwischen seinem Basis-Gebiet, seinem Isolations-/Substratanschluß und seinem Kollektoranschluß, d.h. seinen Epitaxiegebieten, anliegen.
Der Aufbau von Halbleiterbauelementen ist bekannt und auf sie soll an dieser Stelle nicht weiter eingegangen werden.
Weiterhin ist aus DE-A-2 437 700 eine Schaltungsanordnung von zwei konstanten Spannungen bekannt.
Bisher bekannte Systeme, die über einen weiten Bereich von von außen angelegten Spannungen Zwischenspannungen abgeben, deren Werte zwischen denen der von außen angelegten Spannungen liegen, können beispielsweise als Spannungsteiler realisiert sein. Sie zeichnen sich jedoch durch eine relativ hohe Verlustleistung oder durch eine geringe dynamische Stabilität, beispielsweise durch kapazititve Verkopplungen zwischen Epitaxiegebieten und dem Substrat, aus.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Schaltung zu realisieren, die bei geringer Verlustleistung und guter dynamischer Stabilität über einen weiten Bereich von von außen angelegten Spannungen (Vpos, Vneg) Zwischenspannungen abgibt, deren Werte zwischen denen der von außen angelegten Spannungen liegen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Hauptanspruchs.
Erfindungsgemäß wird eine Schaltung vorgestellt, die als Teil einer integrierten Schaltung realisiert werden kann und deren Verlustleistung unterhalb eines vorgegebenen Wertes liegt.
Wesentlich bei der vorliegenden Erfindung ist Folgendes. Wird an die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Gleichspannung angelegt, deren Absolutwert steigt, so wird die Zwischenspannung bezüglich des positiven Potentials der Gleichspannung zunächst absinken.
In Abhängigkeit von dem Absolutwert der von außen angelegten Gleichspannung wird ein Strom durch eine Anordnung aus Halbleiterbauelementen, die im wesentlichen die Wirkung einer Zenerdiode realisieren, derart gesteuert, daß die Zwischenspannung nicht unterhalb eines vorgegebenen Wertes fällt, d.h. betragsmäßig den vorgegebenen Wert nicht überschreitet.
Durch die erfindungsgemäß erzeugte Zwischenspannung können zum einen gewünschte Schaltungsfunktionen realisiert werden.
Zum anderen erlaubt es die erfindungsgemäße Vorrichtung auch, das Potential von Anschlüssen eines Bauelementes, beispielsweise des Substratanschlusses eines Bipolar-npn-Transistors, auf einen derartigen Wert zu legen, daß die Spannungsdifferenzen zwischen den einzelnen Gebieten des Bauelementes vorgegebene Werte nicht überschreiten.
Dabei gilt es zu beachten, daß alle Schaltungsteile, die potentialmäßig unterhalb der Zwischenspannung betrieben werden, mit ihren Epitaxiegebieten (Kollektor bei einem npn-Transistor, Basis bei einem pnp-Transistor, sowie Epitaxiewanne für Widerstände) potentialmäßig über oder allenfalls auf der Zwischenspannung liegen.
Damit können durch integrierte Schaltungsanordnungen von außen angelegte Spannungen verarbeitet werden, die Werte oberhalb der durch einen verwendeten Herstellungsprozeß vorgegebenen Sperrspannungswerte aufweisen. Das hat zum einen den Vorteil, daß ein Herstellungsprozeß mit größerer integrationsdichte verwendet werden kann. Zum anderen steigt die Betriebssicherheit der betrachteten integrierten Schaltungsanordnung.
Wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung als Teil der integrierten Schaltung realisiert wird, die auch die Schaltungsanordnung enthält, der die Zwischenspannung zur Verfügung gestellt werden soll, so ergibt sich weiterhin der Vorteil, daß auf zusätzliche Anschlußmittel, wie Gehäuseanschlüsse oder Bondverbindungen, verzichtet werden kann.
Wird die erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Stufenschaltung, beispielsweise einer Kaskodeschaltung, zusammengeschaltet, so ergibt sich eine spannungsfeste Ausgangsstufe zur Ansteuerung weiterer Stufen.
Ausführungsbeispiele sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen

Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Figur 2 Spannungsverläufe bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1,
Figur 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
Figur 4 das Ausführungsbeispiel der Figur 3 mit zusätzlichen Schaltungsblöcken,
Figur 5 ein bevorzugtes Anwendungsbeispiel für die Anordnung nach Figur 4.

Bevor auf die Beschreibung der Ausführungsbeispiele näher eingegangen wird, sei darauf hingewiesen, daß die in den Figuren einzeln dargestellten Blöcke lediglich zum besseren Verständnis der Erfindung dienen. Üblicherweise sind einzelne oder mehrere dieser Blöcke zu Einheiten zusammengefaßt. Es ist jedoch auch möglich, daß die in den einzelnen Stufen enthaltenen Vorrichtungen und Elemente getrennt ausgeführt werden können.
Das Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 hat eine erste Anschlußklemme 20, an der eine positive Spannung Vpos anliegt, und die verbunden ist mit einem ersten Anschluß einer Spannungsquelle 21 und einem ersten Ende eines Widerstandes 22. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß Vpos ein Potential mit dem höchsten in der betrachteten Schaltungsanordnung vorkommenden Wert darstellt. Bezogen auf einen Masseanschluß oder auf ein weiteres Potential, wie beispielsweise Vneg, das das Potential mit dem niedrigsten in der betrachteten Schaltungsanordnung vorkommenden Wert darstellt, ist die Bezeichnung "Spannung", auch für andere Potentiale, zu verstehen.
Der Widerstand 22 ist mit seinem zweiten Ende an einen ersten Eingang 23 einer Vergleichsstufe 24 angeschlossen. Ein zweiter Eingang 25 der Vergleichsstufe 24 Liegt an einem zweiten Anschluß der Spannungsquelle 21. Das zweite Ende des Widerstandes 22 und der erste Eingang 23 der Vergleichsstufe 24 sind an die Kathode einer Zenerdiode 26 angeschlossen. Die Anode dieser Zenerdiode 26 ist mit einer zweiten Anschlußklemme 27, sowie an einen ersten Eingang einer Stromquelle 28 angeschlossen. Der zweite Anschluß dieser Stromquelle 28 liegt an einer dritten Anschlußklemme 29, und ein Steuereingang der Stromquelle 28 ist mit dem Ausgang der Vergleichsstufe 24 verbunden. An der zweiten Anschlußklemme 27 steht eine Zwischenspannung Vzw zur Verfügung und an die dritte Anschlußklemme 29 wird die negative Spannung Vneg angelegt.
Die Funktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird mit Hilfe von Figur 2 erläutert. Dort ist mit einer durchgezogenen Linie als Funktion der Zeit der Wert der Spannungsdifferenz Vpos - Vneg und gestrichelt der Wert der Spannungsdifferenz Vpos - Vzw aufgetragen.
Wird an die erste Anschlußklemme 20 der positive Anteil einer Gleichspannung und an die dritte Anschlußklemme 29 der negative Anteil dieser Gleichspannung angelegt, und weiterhin der Absolutwert dieser Gleichspannung mit der Zeit erhöht, so fließt durch den Widerstand 22, die Zenerdiode 26 und die Stromquelle 28 ein Strom zu der dritten Anschlußklemme 29.
Bei geringeren Spannungswerten sperrt die Zenerdiode 26 zunächst noch, so daß durch den Widerstand 22 nur ein sehr geringer Strom fLießt und damit an ihm auch nur eine geringe Spannung abfällt. Bei höheren Spannungswerten, das heißt oberhalb der Durchbruchsspannung der Zenerdiode 26, wird diese leitend und es fließt durch sie, durch den Widerstand 22 und durch die Stromquelle 28 zunächst ein wesentlich größerer Strom, dessen Wert von der Stromquelle 28 vorgegeben wird. Der Wert der Zwischenspannung Vzw entspricht im wesentlichen, d.h. bis auf die Sättigungsspannung der Stromquelle 28, der negativen Spannung Vneg.
Das heißt weiterhin, daß an dem Widerstand 22 eine Spannung abfällt, deren Wert höher ist als der einer durch die Spannungsquelle 21 vorgegebenen Spannung. Die Spannungsquelle 21 kann als Sollwertstufe, die von ihr abgegebene Spannung als Sollspannung, oder allgemein als Sollsignal, und deren Wert als Sollwert angesehen werden.
Durch die Vergleichsstufe 24 wird erkannt, daß die an dem Widerstand abfallende Spannung höher ist als die Sollspannung, und sie gibt daraufhin ein Steuersignal an die Stromquelle 28 ab, so daß ciese den von ihr eingeprägten Strom zurückregelt. Diese stellt darauf einen Stromwert derart ein, daß die Zwischenspannung Vzw im Wesentlichen der Zenerdiodensperrspannung und die an dem Widerstand 22 abfallende Spannung der von der Spannungsquelle 21 abgegebenen Spannung entspricht.
Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Figur 3 dargestellt. Dabei wurden Bauelemente ihrer Funktion entsprechend zu Baugruppen zusammengefaßt. Mittel, Bauelemente und Baugruppen, die die gleiche Funktion ausführen wie entsprechende Mittel des Ausführungsbeisoiels der Figur 1 wurden mit denselben Bezugszahlen versehen und auf sie soll im folgenden nur insofern eingegangen werden, wie es für das Verständnis der vorliegenden Erfindung wichtig ist.
Die an der ersten Anschlußklemme 20 anliegende Spannung Vpos wird über den Widerstand 22 an den ersten Eingang 23 der Vergleichsstufe 24 weitergeleitet. Die Vergleichsstufe 24 enthält einen ersten Vergleichstransistor 24a, einen zweiten Vergleichstransistor 24b und einen an den Emitter des ersten Vergleichstransistors 24a mit einem ersten Ende angeschlossenen Vergleichswiderstand 24c, dessen zweites Ende zu dem ersten Eingang 23 führt.
Der Kollektor des ersten Vergleichstransistors 24a ist mit dem Emitter des zweiten Vergleichstransistors 24b verbunden und dessen Kollektor bildet den Ausgang der Vergleichsstufe 24. Die Basis des zweiten Vergleichstransistors 24b ist mit der zweiten Anschlußklemme 27 verbunden, an der die Zwischenspannung Vzw anliegt. Somit bilden die Transistoren 24a, 24b eine Kaskodestufe.
Der erste Eingang 23 und die erste Anschlußklemme 20 sind weiterhin an einen ersten Zenerblock 26' angeschlossen, dessen Funktion der der Zenerdiode 26 entspricht. Dieser Block 26' enthält Zenertransistoren 26a, ..., 26e, sowie einen Zenerwiderstand 26f.
Zwischen der zweiten Anschlußklemme 27 und dem Ausganc der Vergleichsstufe 24 ist ein Kondensator 31 zur Frequenzgangkompensation angeordnet.
Die Stromquelle 28 wird gebildet durch eine Darlington-Stufe, bestehend aus einem ersten Stromquellentransistor 28a, einem zweiten Stromquellentransistor 28b und geeigneten Stromquellenwiderständen 28c, 28d.
Die Funktion des Ausführungsbeispiels nach Figur 3 entspricht im wesentlichen der des Ausführungsbeispiels nach Figur 1. Anzumerken sei jedoch, daß der Zenerblock 26' aufgrund der gewählten Schaltungsanordnung eine Zenerspannung Vz realisiert, die den Wert ${Vz = 4 ∗ Vzt + V}_{BE}$
entspricht, wobei

Vzt: der Zenerspannung der Zenertransistoren 26a, ... 26d und
V_BE: der Basis-Emitter-Spannung des Transistors 26e entspricht.

Bei einer anderen Anzahl von Zenertransistoren ist der Faktor "4" entsprechend zu ändern.
Weiterhin sei erwähnt, daß durch das Anlegen der Zwischenspannung Vzw an die Basis des zweiten Vergleichstransistors 24b bei den beiden pnp-Transistoren 24a, 24b, die eine Kaskodestufe bilden, die Sperrspannung V_CEO nicht überschritten wird.
Weitere mögliche Varianten der genannten Ausführungsbeispiele können zumindest einzelne der Stufen enthalten, die in Figur 4 angedeutet sind.
Außer diesen zusätzlichen Stufen sind die bereits genannten Blöcke und Bauelemente in Figur 4 dargestellt. Auf sie soll im folgenden jedoch nur insoweit eingegangen werden, wie es für das Verständnis der vorliegenden Erfindung erforderlich ist.
Zusätzlich zu den bereits genannten Stufen ist in Figur 4 an die Stromquelle 28, die Anode eines zweiten Zenerblocks 32, der Zenertransistoren 32a, ... 32d enthält, und an die Anschlußklemme 27 dessen Kathode angeschlossen.
Dieser Zenerblock 32 stellt eine Schutzschaltung für den Fall dar, daß die von außen angelegte Spannung (Vpos, Vneg) vorgegebene Werte überschreitet. In diesem Ausführungsbeispiel würde die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung als Zenerdiode wirken und die an den Anschlußklemmen 20, 29 angelegte Spannung auf einen Wert von ${8 ∗ Vzt + 2 ∗ V}_{BE}$
begrenzen. Dabei muß beachtet werden, daß der Strom durch die Schaltungsanordnung vorgegebene Werte nicht überschreitet.
Bei einer weiteren Variante ist ein dritter Zenerblock 33 vorgesehen, dessen Anode mit dem dritten Anschluß 29 und dessen Kathode mit einer vierten Anschlußklemme 34 und einem Stromspiegel 35 verbunden ist. An die vierte Anschlußklemme 34 wird eine Spannung Vepi abgegeben, deren Wert 5 ∗ Vz oberhalb der Spannung Vneg liegt. Durch den Stromspiegel 35, der zwei Transistoren 35a, 35b sowie Widerstände 35c, 35d enthält, wird der dritte Zenerblock 33 mit einem kleinen Strom gespeist.
Die Spannung Vepi ist besonders dann von Interesse, wenn die abgegebenen Spannungen dazu dienen, daß Spannungsdifferenzwerte an einem Bauelement, wie beispielsweise einem Widerstand, vermieden werden sollen, die oberhalb von zulässigen Werten (V_CBO) liegen. Auf eine solche Anwendung wird weiter unten noch eingegangen.
Zusätzlich kann in der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung eine Vorspannungsstufe 36 vorgesehen sein, die eine Vorspannung Vvs mit einem vorgegebenen Wert, beispielsweise V_BE + 0,6 Volt, bezogen auf die Zwischenspannung Vzw, an eine vierte Anschlußklemme 37 abgibt.
Die von der erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugten Ausgangsspannungen, wie die Zwischenspannung Vzw, die Spannung Vepi, die Vorspannung Vvs, dienen bevorzugt dazu, eine weitere Schaltungsanordnung spannungsfester gegenüber den von außen angelegten Spannungen Vpos, Vneg zu machen.
Eine mögliche nachgeschaltete Schaltungsanordnung, die einerseits den vollen Spannungshub (Vpos, Vneg) an ihre Ausgangsklemmen bringt und die andererseits in integrierter Form realisiert ist und deren Herstellungsprozeß für Sperrspannungen ausgelegt ist, die unterhalb der Spannungsdifferenz Vpos - Vneg liegen, ist in Fig. 5 angegeben.
Dort ist eine Kaskodestufe bestehend aus einem ersten Kaskodetransistor 41 und einem zweiten Kaskodetransistor 42 dargestellt. Der Kollektor des ersten Kaskodetransistors 41 ist mit einem ersten Ende eines Kollektorwiderstandes 43 verbunden, dessen zweites Ende zu einem ersten Versorgungsanschluß 44 führt, an dem die Spannung Vpos angelegt wird. Der erste Versorgungsanschluß 44 ist weiterhin mit dem Emitter eines ersten Treibertransistors 45 verbunden, dessen Basis zu einem Kaskodeeingangsanschluß 46 führt.
Der Kollektor des ersten Treibertransistors 45 ist mit dem Emitter eines zweiten Treibertransistors 47, der Basis des ersten Kaskodetransistors 41 und der Basis eines weiteren Transistors 48 verbunden, die außerdem an dem Kollektor des Transistors 48 angeschlossen ist. Dessen Emitter ist zum einen mit einem zweiten Versorgungsanschluß 49 und mit einem Eingang eines Stromspiegels 50 verbunden. Dessen Ausganc führt zu der Basis des zweiten Treibertransistors 47, dessen Kollektor an der Basis des zweiten Kaskodetransistors 42 und an ein erstes Ende eines Widerstandes 51 angeschlossen ist, dessen zweites Ende zu dem Emitter des Transistors 42 führt. Weiterhin ist der Emitter des Transistors 42 mit einem Ausgangsanschluß 52, an dem eine von der Eingangsspannung Vein abhängige Ausgangsspannung Vaus zur Verfügung gestellt wird und einem ersten Ende eines Emitterwiderstands 53 verbunden, der aus einer Reihenschaltung der Widerstände 53a und 53b gebildet wird, und dessen zweites Ende zu einem dritten Versorgungsanschluß 54 führt, an dem die negative Spannung Vneg angelegt wird.
Die Widerstände 53a, 53b sind, wie in einer integrierten Schaltung üblich, derart gestaltet, daß Gebiete einer Basisdiffusion, die in einer Epitaxiewanne, auch "Box" genannt, eingebettet sind, die elektrischen Werte des jeweiligen Widerstandes bestimmen.
Die Epitaxiewanne 55 des Widerstandes 53b ist elektrisch mit einem vierten Versorgungsanschluß 56 verbunden, an den die Spannung Vepi angelegt wird.
An die Masse der Schaltungsanordnung nach Figur 5, die, wie bei einer integrierten Schaltung üblich, mit dem Substrat-/Isolationsanschluß identisch ist, wird die Zwischenspannung Vzw über den fünften Versorgungsanschluß 57 gelegt.
Die Zwischenspannung Vvz hat bevorzugt einen Wert, der im wesentlichen die Hälfte der Spannungen Vpos und Vneg beträgt, also $Vvz = 1/2 (Vpos - Vneg).$
Folgende Gesichtspunkte sind bei der Schaltungsanordnung gemäß Figur 5 besonders wesentlich.
Da die Ausgangsspannung Vaus auch Werte annehmen kann, die im wesentlichen Vpos entsprechen, liegt dann an den Emitterwiderstand 53 eine Spannungsdifferenz von angenähert Vpos - Vneg. Wie vorausgesetzt, liegt diese Spannungsdifferenz oberhalb zulässiger durch den Herstellungsprozeß vorgegebener Sperrspannungswerte, wie beispielsweise V_CBO.
Damit der Emitterwiderstand 53 bei dem verwendeten Herstellungsprozeß dennoch die Spannungsdifferenz verarbeiten kann, wird er aufgeteilt in die beiden Widerstände 53a und 53b, die in diesem Ausführungsbeispiel die gleichen Widerstandswerte besitzen. Damit fällt an beiden Widerständen jeweils eine Spannung ab, die dem halben Spannungsdifferenzwert (Vpos-Vneg) entspricht. Damit sichergestellt wird, daß die Epitaxiewanne 55 des Widerstandes 53b auf einem Spannungswert liegt, der sowohl zu der Spannung Vpos als auch zu der Spannung Vneg einen zulässigen Abstand hat, wird sie auf ein Potential entsprechend der Spannung Vepi gelegt. Die Spannung Vepi ist dabei so gewählt, daß zum einen die Differenz zu den Spannungen Vpos und Vneg nicht zu hoch ist und zum anderen ihr Wert nicht unterhalb der Zwischenspannung Vzw liegt, die an das Substrat angelegt ist.
Weiterhin ist wesentlich, daß an dem Kollektoranschluß und damit an der Epitaxiewanne des zweiten Kaskodetransistors 42 eine Spannung anliegt, die einen Wert hat, der oberhalb oder gleich dem der Substratspannung Vzw ist. Das wird erreicht durch die Vorspannung Vvs, die an dem zweiten Versorgungsanschluß 49 anliegt und die über die Basis-Emitter-Dioden der Transistoren 48, 41 zu dem Kollektoranschluß des Transistors 42 geführt wird, wo sie einen Wert größer dem der Substratspannung aufweist. Dadurch können parasitäre Effekte, wie ein Zünden eines parasitären Triacs, bestehenc aus dem Substrat, dem Epitaxiegebiet von Transistor 42, der Basis von Transistor 42 und dem Emitter von Transistor 42, vermieden werden.
Eine Variante der bisher beschriebenen Schaltungsanordnung der Figur 5 kann einen vierten Zenerblock 58 enthalten, wie er in Figur 5 gestrichelt eingezeichnet ist. Dieser hat einen ähnlichen Aufbau wie die bereits beschriebenen Zenerblöcke und besteht aus vier Zenertransistoren 58a, ..., 58d.
Durch den vierten Zenerblock wird eine Spannungsdifferenz zwischen dem Kollektor- und dem Basisgebiet des Transistors 42 auf einen Wert von 4 * Vzt begrenzt, wobei Vzt der Zenerspannung der Transistoren 58a, ..., 58d entspricht.
Es sei an dieser Stelle jedoch nochmals darauf hingewiesen, daß die Verwendung der erfindungsgemäße Vorrichtung zur Erzeugung einer Zwischenspannung nicht darauf beschränkt ist, die Spannungsfestigkeit einer integrierten Schaltung zu erhöhen, sondern daß es sich hierbei lediglich um eine bevorzugte Anwendung handelt.
Andererseits können die Zwischenspannungen, die zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit eines Bauelementes, wie beispielsweise einer integrierten Schaltung, führen, auch von anderen geeigneten Vorrichtungen abgegeben werden.
Somit wird insgesamt eine Vorrichtung zur Erzeugung von Zwischenspannungen und eine bevorzugte Anwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgestellt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung gibt in einer ersten Version eine Zwischenspannung ab, deren Wert zwischen denen von außen angelegten Spannungen Vpos, Vneg liegt und die erzeugt wird durch einen Strom durch eine Anordnung aus Bauelementen, die die Funktion einer Zenerdiode realisieren (Zenerdiode 26; Zenerblock 26'), der von einer regelbaren Stromquelle eingeprägt wird. Die Stromquelle wird dabei in Abhängigkeit von Vergleichswerten angesteuert, die sich aus einem Vergleich einer Sollspannung (Sollwert) mit einer an einem Bauelement, das in Reihe geschaltet ist mit der Zenerdiode (bzw. dem Zenerblock) und der Stromquelle, abfallenden Spannung ergeben.
Weitere Versionen der erfindungsgemäßen Vorrichtung enthalten weitere Bauelemente und Blöcke, wodurch zusätzliche Spannungen erzeugt werden, deren Werte zwischen denen der außen angelegten Spannungen Vpos, Vneg liegen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich bei geringer Verlustleistung durch gute dynamische Stabilität aus.
Bei einer bevorzugten Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden die erzeugten Spannungen bevorzugt an eine in integrierter Technik realisierten Schaltungsanordnung gelegt, genauer gesagt an einzelne Diffusionsbereiche, wodurch die Spannungsfestigkeit der integrierten Schaltung erhöht wird.
Zur Erhöhung der Spannungsfestigkeit werden sowohl einzelne Stufen, die Teil der Vorrichtung zur Erzeugung von Zwischenspannungen sind, als auch nachgeschaltete Stufen, entsprechend realisiert, wie beispielsweise durch Kaskadierung oder Reihenschaltung von Widerständen.
Sowohl bei den einzelnen Stufen der Vorrichtung zur Erzeugung von Zwischenspannungen, als auch bei den nachgeschalteten Stufen (Bauelementen) gilt es zu beachten, daß alle Schaltungsteile, die potentialmäßig unterhalb der Zwischenspannung Vzw betrieben werden, die entsprechenden Epitaxiegebiete (Kollektor bei npn-Transistoren, Basis bei pnp-Transistoren, sowie Box für Widerstand) potentialmäßig über oder allenfalls auf der Zwischenspannung Vzw liegen.

Claims

Vorrichtung zur Erzeugung einer Zwischenspannung (Vzw), deren Spannungswert zwischen einer angelegten ersten Spannung (Vpos) und einer angelegten niedrigeren zweiten Spannung (Vneg) liegt, wobei
Mittel (22, 26; bzw. 26') vorgesehen sind die in Reihe geschaltet die Funktion einer Zener diode beinhalten, die einerseits in Abhängigkeit von dem Wert der Differenz der angelegten Spannungen (Vpos, Vneg) ein Signal an einen ersten Eingang (23) einer Vergleichsstufe (24) abgeben und durch die andererseits ein Strom fließt, dessen Wert abhängig ist von der Differenz der angelegten Spannungen (Vpos, Vneg) und der vorgegeben wird durch eine Stromquelle (28), die angesteuert wird durch ein Ausgangssignal der Vergleichsstufe (24), an deren zweiten Eingang (25) ein von einer Sollwertstufe (21) abgegebenes Sollsignal anliegt und die das abgegebene Signal der Mittel (22, 26; bzw. 26') mit dem Sollsignal vergleicht, und die erzeugte Zwischenspannung (Vzw) von dem Spannungsabfall an den Mitteln (22, 26; bzw. 26') anliegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie als Teil einer integrierten Schaltung ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (22, 26; bzw. 26'), die in Abhängigkeit von dem Wert der Differenz der angelegten Spannungen (Vpos, Vneg) ein Signal abgeben, erste Mittel enthalten,
- die die Funktion einer Zenerdiode mit vorgegebener Schwellspannung realisieren (26; 26'), sowie weitere mittel

- die (22) mit den ersten Mitteln (26; 26'), durch die ein Strom fließt, wodurch eine Spannung verursacht wird, deren Wert ein Maß ist für das von den Mitteln (22, 26; bzw. 26') an den ersten Eingang (23) der Vergleichsstufe (24) abgegebene Signal.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Mittel vorgesehen sind, die weitere Spannungen (Vepi, Vvs) erzeugen, deren Werte zwischen denen der angelegten Spannungen (Vpos, Vneg) liegen und die um vorgebene Werte von dem Wert der Zwischenspannung (Vzw) oder dem Wert einer der angelegten Spannungen (Vpos, Vneg) abweichen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einzelne ihrer Stufen (24) als Kaskodestufe ausgebildet sind und daß bei keinem ihrer Epitaxigebiete das Potential unterhalb der Zwischenspannung (Vzw) liegt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß an Diffusionsbereiche einzelner ihrer Bauelemente (24b) eine der erzeugten Spannungen (Vzw, Vepi, Vvs) angelegt ist, so daß die Spannungsfestigkeit der entsprechenden Stufe erhöht ist.
Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenspannung (Vzw) an Diffusionsbereiche eines Halbleiterbauelementes angelegt wird, so daß dieses Halbleiterbauelement angelegte Spannungen verarbeiten kann, deren Differenzwert durch einen Herstellungsprozeß vorgegebene Sperrspannungswerte überschreitet.
Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenspannung (Vzw) an einen Isolations-/Substratanschluß einer integrierten Schaltung angeschlossen wird.
Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, gemäß einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Spannungen (Vepi, Vvs) an weitere Diffusionsbereiche des Halbleiterbauelementes angeschlossen werden, so daß einerseits Spannungsdifferenzen zwischen weiteren Diffusionsbereichen herabgestzt werden und daß andererseits parasitäre Effekte vermieden werden.
Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1-6, gemäß einem der Ansprüch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest einzelne der Stufen einer nachgeschalteten Schaltung als Kaskodestufe realisiert sind (41, 42) und daß bei diesen das Potential keines ihrer Epitaxiegebiete unterhalb der Zwischenspannung (Vzw) liegt.