SE453784B - Krets - Google Patents

Description

10 15 20 25 30 453 784 REDoGöRELsE FÖR UPPFINNINGI-:N Det är ett gammalt och välkänt problem att vissa typer av elektriska kretsar kan förstöras eller allvarligt skadas genom kortslutning och att slutsteg i förstärkare m fl kan skadas genom överbelastning. Sedan länge är det därför känt att förse elektriska kretsar med kortslutnings- och/eller överlastskydd.

Vid kretsar med tva seriekopplade slutstegstransistorer e dyl komponenter strömförsörjda med en högre och en lägre matningsspânning och anordnade att vid en utgang mellan transistorerna alstra en utsignal vars potential beror av en insignal till kretsen är det önskvärt att ett överbelastnings-och kortslutnings- skydd kan skydda bada transistorerna dels vid överbelastning dels vid kort- slutning av utgangen till den högre matningsspänningen dels vid kortslutning av utgången till den lägre matningsspänningen. Åtminstone i vissa sammanhang är det också önskvärt att kortslutnings- och överbelastningsskyddet inte begränsar den potentialskillnad som kan åstadkommas pa utgången genom olika komple- mentärstyrning av de bada transistorernas ledningstillstand. I vissa sammanhang är det ocksa viktigt att överbelastnings- och kortslutningsskyddet inte belastar den signalkälla som levererar kretsens insignaler exempelvis genom att kort- siuta eller sänka inimpedansen hos kretsens ingång.

Naturligtvis är det ett önskemål att kortslutningsskydd och överbelastnings- skydd är selektiva i den meningen att de träder i funktion bara vid en kortslutnings- eller överbelastningssituation. Vid kortslutningsskydd för kretsar med tva seriekopplade transistorer av ovan nämnt slag komplementärt styrda till olika ledningstillstand medför inte alla kortslutningssituationer alltid risk för skada pa transistorerna. Beroende på vilken transistor som är styrd till ledande respektive oledande tillstànd och om kortslutningen skett till den högre eller den lägre matningsspänningen kan kortslutningstillstandet åtminstone temporärt vara mer eller mindre skadligt eller t o m inte alls medföra nagon omedelbar risk för skada pa den ena translatorn. Det kan da i vissa fall vara ett önlÉernal att kortslutningsskyddet inte skall träda i funktion vid sadan "ofarliga" kortslutningar.

Det har hittills varit ett problem att för kretsar av det aktuella slaget åstadkomma kortslutnings- och överbelastningsskydd som uppfyller samtliga 10 15 20 25 3D 453 784 3. ~. ovannämnda önskemal och samtidigt dels varit funktlonssäkra dels varit billiga och enkla att åstadkomma, inte minst i samband med integrerade kretsar, ex vis utförda i MOS-teknik. Föreliggande uppfinning syftar till att lösa detta pro- blem.

Nagot kortfattat och förenklat kan föreliggande uppfinning sägas bygga pa användning av minst en skyddskoppling innefattande tva atyrbara komponenter företrädesvis tva seriekopplade transistorer. Skyddskopplingen är inkopplad i kretsen sa att den ena styrbara komponentens ledningsförmaga väsentligen styrs av potentialen pa kretsens utgång och den andra styr-bara komponentens ledningsförmaga väsentligen beror av insignalen till kretsen. Vidare är skydds- kopplingen inkopplad i kretsen sa att den åstadkommer en väsentlig förändring av en av slutstegstransistorernas eller dyl komponenters ledningsförmaga om och endast om skyddskopplingen bada transistorer e dyl blir ledande samtidigt.

Pa grund av kopplingen av kopplingen av skyddskopplingens transistorer till kretsen i övrigt och inte minst till slutstegstransistorn blir de ledande samtidigt endast vid en överbelastning eller kortslutning av för slutstegstransistorn e dyl skadligt slag. Företrädesvis anordnas en skyddskoppling för vardera slutstege- transistorn e dyl och anordnas ett styrsteg för vardera skyddskopplingen.

Vad som är utmärkande för en krets med kortslutnings- och/eller över- belastningsskydd enligt uppfinningen framgar mera korrekt uttryckt av huvud- kravet medan underkraven anger vad som är speciellt utmärkande för vissa föredragna utföringsformer av uppfinningen. Bland fördelar hos en krets enligt uppfinningen kan förutom dess enkla uppbyggnad och lämplighet för integrerade kretsar utförda i olika teknik nämnas den mycket selektiva utlösningen av kortslutningsskyddet och/eller överbelastningsskyddet samt att en krets enligt uppfinningen kan strömförsörjas med bara tva olika matningsspänningar av vilka en kan vara jord. Dessutom är den välanpassad till fall da kretsens ingangs~ impedans inte bör paverkas. Genom att inga strömavkänningsmotstand i serie med slutstegstransistorerna erfordras begränsas inte utsignalens amplitud av koftslutningsskyddet. Ytterligare fördelar kan inses av fackmannen efter att ha studerat beskrivningen av föredragna utföringsformer. 1D 15 20 25 453 784 F IGUR BESKRIVNING Figur l illustrerar ett känt slutsteg med tva olika seriekopplade slutstegs- komponenter med styrbar ledningsförmaga.

Figur 2 illustrerar ett känt alternativt slutsteg med tva i princip lika serie- kopplade slutstegskomponenter med styrbar ledningsförmaga.

Figur 3 illustrerar en krets i form av slutsteget i figur 1 med tillhörande styrsteg eller buffertsteg.

Figur 4 illustrerar en alternativ krets i form av slutsteget i figur 2 med tillhörande styrsteg eller buffertsteg.

Figur 5 illustrerar en kortslutningsskyddad krets enligt uppfinningen inne- fattande ett slutsteg enligt figur l med delvis separata styrsteg eller buffert- steg för de seriekopplade slutstegskomponenterna samt tva skyddskopplingar och tva ytterligare styrsteg.

Figur 6 illustrerar en alternativ kortslutningsskyddad krets enligt uppfinningen innefattande ett slutsteg enligt figur 2 med tillhörande styrsteg eller buffert- steg enligt figur 4 samt ett strömbegränsningsmotstand, en skyddskoppling och ett ytterligare styrsteg.

UTFÜRINGSFORMER Figur 1 illustrerar ett känt transistorsteg i CMOS-teknik med en p-kanals translator seriekopplad med en n-kanals transistor. Steget har en ingång IN kopplad till bada transistorerna och en utgång OUT ansluten mellan transist- orerna. Da potentialen pa ingangen är tillräckligt hög ijförhallande till matningsspänningarna VDD och VSS är n-kanaltransistorn ledande och p- kanlaltransistorn spärrad. Da potentialen pa ingången är tillräckligt lag i förhallande till matningsspänningarna är i stället p-kanaltrensistorn ledande och n-kanaltransistorn spärrad. Tack vare att den ena transistorn är av p-kanalstyp och den andra av n-kanalstyp kan bada transistorernas ledningsförmaga styras komplernentärt direkt via en gemensam ingang, IN.

U.

'ID 15 20 25 30 453 784 Figur 2 illustrerar ett känt transistorsteg i NMOS-teknik med två i princip lika seriekopplade n-kanals transistorer. Steget har en utgång OUT ansluten mellan transistorerna. På grund av att båda transistorerna är av samma typ kan deras ledningsförmåga inte styras komplernentärt direkt via en gemensam ingång.

Steget i figur 2 har därför i princip två ingångar, lN och IT! avsedda för komplementära insignaler, dvs då potentialen på den ena transistorns ingång IN är jämförelsevis låg skall potentialen på den andra ingången m vara jämför- elsevis hög och vice versa. Åtminstone då ett transistorsteg enligt figur l eller 2 är utformat för att vara ett slutsteg med förmåga att leverera en jämförelsevis hög utström eller Uteffekt erfordras i allmänhet buffertsteg eller styrsteg för att kunna alstra lämpliga insignaler till slutstegen härrörande från logiska kretsar i MDS-teknik.

Figur 3 och 4 illustrerar exempel på drivning av slutsteg enligt figur 1 respektive 2 med hjälp av buffertsteg eller styrsteg.

Kretsen i figur 3 har en ingång IN och en utgång OUT och tre till synes lika kaskadkopplade transistorsteg, vilka transistorsteg vart och ett är av i princip samma typ som i figur l. I verkligheten är emellertid transistorerna normalt olika dimensionerade varvid transistorerna i slutsteget, dvs transistorsteget närmast utgången, är störst. Kaskadkopplingen gör att lasten på signalen blir liten samtidigt som kretsen kan driva en stor utström.

Kretsen i figur á har en ingång IN och en utgång OUT och två kaskadkopplade styrsteg eller buffertsteg. Eftersom de båda seriekopplade transistorerna av samma typ i slutsteget skall ha komplementärt varierande styrsignaler för att få komplementärt varierande ledningsförmågor är den övre transistorn i slut- steget kopplad direkt till det första buffert- eller styrstegets utgång medan den undre transistorn i slutsteget är kopplad direkt till det andra buffert- eller styrstegets utgång.

Om ett slutsteg enligt figur l eller 2, exempelvis ingående i en krets enligt figur 3 eller li får driva en annan last än det dimensionerats för eller dess utgång kortslutes till den ena eller andra matningsspänningen, dvs den högre VDD eller den lägre V55, av vilka en kan vara jord, eller en annan matnings- spänning för en krets kopplad till utgången OUT, finns risk för att en av 10 15 20 25 30 35 453 784 transistorerna i slutsteget i beroende av insignalens potential utsättes för en ström som är betydligt större än den maximalt tillatna, vilket kan varaktigt skada transistorn. Om nagon translator skadas och i sa fall vilken beror dels av hur lasten är beskaffad och kopplad respektive till vilken matningsspänning ut- gangen OUT kortslutes dels insignalens potential under kortslutningen resp- ektive inkopplingen av lasten. I gynnsamma fall uppkommer ingen varaktig skada pa nagon transistor. Om emellertid insignalen pa kretsens ingang lN har sadan potential att den strävar att styra slutstegets transistorers lednings- förmåga sa att utgangen far en hög potential samtidigt som utgången kortslutes till den lägre matningsspänningen VSS, som vanligen är negativ eller jord, eller en ännu lägre matningsspänning för en annan krets kopplad till utgangen OUT kan strömmen genom den ledande transistorn i slutsteget bli alltför stor sa att den ledande transistorn varaktigt skadas. Motsvarande gäller om insignalen har en sadan potential att den strävar att styra slutstegets transistorers lednings- förmaga sa att utgangen far en lag potential samtidigt som utgangen kortslutes till den högre matningsspänníngen VDD eller en hög matningsspänning för en annan krets kopplad till utgangen OUT. Däremot är risken för varaktig skada pa en transistor i slutsteget väsentligt mindre eller rent av obefintlig om insignalen har sadan potential att den strävar att styra slutstegets transistorers ledningsförmagor sa att utgangen OUT far en hög potential samtidigt som utgangen kortslutes till den högre matningsspänningen. Risken är pa mot- svarande sätt mindre eller i gynnsamma fall obefintlig om insignalen har sadan potential att den strävar att styra slutstegets transistorers ledningsförmagor sa att utgangen OUT far en lag potential samtidigt som utgangen kortslutes till den lägre matningsspänningen. Vid en alltför lagohmig last kopplad mellan utgangen OUT och en hög eller lag matningsspänning är riskerna för skada liknande de vid kortslutning men de minskar med ökande resistans hos lasten.

De i figur 5 och 6 illustrerade utföringsformerna av kortslutningsskyddade kretsar enligt uppfinningen bygger pa denna insikt om skaderiskerna.

Den i figur 5 illustrerade kortslutningsskyddade kretsen innefattar ett slutsteg med tva seriekopplade slutstegskomponenter i form av transístorerna MPIÛ och MNlÛ. Kretsens kretsutgang OUT är kopplad till punkten 10 mellan de serie- kopplade transistorerna i slutsteget. Kretsens kretsingang IN är kopplad vid punkten 2 till de bada transistorerna MP3 och MNS i ett ingangssteg. För styrning av transistorns MNlD ledningsförmaga är ett första buffert- eller Is Il, 10 15 20 25 30 455 784 t styrsteg innefattande transistorerna MP4 och MNli inkopplat mellan ingångs- stegets utgång 3 och styringången (styret) hos transistorn MNlO. För styrning av transistorns MPlÛ ledningsförmåga är ett andra buffert-eller styrsteg inne- fattande transistorerna MP7 och MN7 inkopplat mellan ingångsstegets utgång 3 och styringången (styret) hos transistorn MPlU. De första och andra styrstegen kan sägas tillsammans ersätta det mittre steget av de tre kaskadkopplade stegen i kretsen i figur 3. Ingångssteget, de båda styrstegen och slutsteget i kretsen i figur 5, är också anordnade att vid normal drift utan kortslutning eller felaktig last fungera tillsammans på i princip samma sätt som de tre stegen i kretsen i figur 3. Övriga komponenter, d v s transistorer, i kretsen i figur 5 har i princip till uppgift att åstadkomma överbelastnings- och kortslutningsskydd för transistorerna i slutsteget. Överbelastnings- och kortslutningsskyddet för transistorn MN10 innefattar dels en första skyddskoppling med två skyddskopplingskomponenter i form av skydds- transistorerna MN6 och MN46 dels ett första ytterligare styrsteg med två styrstegstransistorer MP5 och MNSDe båda skyddstransistorerna MNó och MN46 i den första skyddskopplingen är seriekopplade mellan den låga matnings- spänningen VSS och förbindelsen mellan det första styrstegets utgång och styringången (styret) hos transistorn MNlÛ vid 4.Det första ytterligare styr- steget fungerar i princip på samma sätt som det första styrsteget och har sin styrstegsingång kopplad till ingångsstegets utgång vid 3 och sin styrstegsutgång vid-S kopplad till transistorns MN46 styre. Transistorns MN6 styre är kopplad till slutstegets utgång vid 10. Överbelastnings- och kortslutningsskyddet för transistorn MPlÜ innefattar dels en andra skyddskoppling med två styrbara skyddskopplingskomponenter i form av transistorerna MP9 och MP79 dels ett andra ytterligare styrsteg med två styrstegstransistorer MP8 och MN8. Det andra ytterligare styrsteget fungerar i princip på samma sätt som det andra styrsteget och har sin styrstegsingång kopplad till ingångsstegets utgång vid 3 och sin styrstegsutgång vid 8 kopplad till Jtransistorns MP79 styre. De båda skyddstransistorerna MP9 och MP79 i den andra skyddskopplingen är seriekopplade mellan den höga matningsspëinningen VDD och transistorns MPIÛ styringång vid 7. En första, MP9, av transistorerna i den andra skyddskopplingen har sin styringång kopplad till slutstegets utgång vid 10. 1D 15 20 25 3D 35 453 784 Kortslutningsskyddet för transistorn MNlÛ är anordnat att träda i funktion då insignalen till kretsen vid 2 har jämförelsevis hög potential samtidigt som slutstegets utgång är kortsluten till en högre matningsspänning eller utgången OUT driver en alltför lågohmig last kopplad till den högre matningsspänningen.

Utan kortslutningsskyddet skulle då det första styrsteget driva styrsignalen till translatorn MNl0 vid Li till en jämförelsevis hög potential så att transistorn MNl0 var ledande. Kortslutningen eller den alltför lågohmiga lasten till den högre matningsspänningen åstadkommer emellertid att potentialen på slut- stegets utgång vid 10 blir högre än normalt. Denna högre nivå påverkar ledningsförmågan hos den första skyddstransistorn, MN6, i den första skydds- kopplingen eftersom skyddstransistorns styre är kopplad till slutstegats utgång.

MN6 börjar leda när spänningen mellan kretsens utgång vid 10 och VSS blir större än tröskelspänningen för MNóNidare åstadkommer kretsens insignal vid 2 via ingångssteget och det första ytterligare styrsteget en jämförelsevis hög potential på styrstegsutgången hos det första ytterligare styrsteget vid 5. Den höga potentialen vid 5 i kombination med en tillräckligt hög potential vid 10 åstadkommer att båda de två seriekopplade skyddstransistorerna MNlió och MN6 börjar leda, vilket i sin tur leder till en sänkning av potentialen vid 4 genom att en ström börjar flyta från VDD genom MP4, MN46 och MN6 till VSS.

Sänkningen av potentialen vid 4 leder till en minskning av transistorns MNl0 ledningsförmåga, vilket i sin tur minskar strömmen genom transistorn MNl0.

För att kortslutningsskyddet för transistorn MNlÛ skall fungera på avsett sätt krävs en viss kombination av spänningar vid 5 och 1D. Enbart en hög potential hos slutstegets utgång vid 10 som skulle kunna styra skyddstransistorn MN6 till ledande tillstånd, är således inte tillräckligt för att kortslutningsskyddet för transistorn MNl0 skall träda i funktion. Hur mycket kortslutningsskyddet begränsar strömmen genom transistorn MNlÛ beror av hur mycket potentialen på styríngången för transistorn MNlÛ vid 4 sänks då både MNltó och MN6 leder.

Hur mycket denna potential sänks beror av de inbördes storlekarna av spän ningsfallet över MP4 och spänningsfallet över MN46 och MN6 då alla dessa tre trañsistorer leder dvs på hur transistorerna MNlió och MN6 är dimensionerade i förhållande till transistorn MP4. Det bör noteras att kortslutningsskyddet i förekommande fall gradvis träder i funktion när potentialen på kretsutgången tvingas mot den matningsspänning som motsvarar kortslutning. Skyddet fungerar således bäst vid kortslutning men även vid överbelastning. f: 10 15 20 25 30 35 453 784 t Kortslutningsskyddet för transistorn MPlü är anordnat att träda i funktion då insignalen till kretsen vid 2 har jämförelsevis låg potential samtidigt som slutstegets utgång vid 10 antingen är kortsluten till en lägre matningsspänning exempelvis, VSS, eller slutstegets utgång driver en alltför lågohmig last kopplad till den lägre matningsspänningen. Utan kortslutningsskyddet skulle då det andra styrsteget driva styrsignalen till transistorn MPlD vid 7 till en jämförelsevis låg potential så att transistorn MPlU var ledande. Kortslutningen eller den alltför lågohmiga lasten till den lägre matningsspänningen åstadkommer emellertid att potentialen på slutstegets utgång vid 1D blir onormalt låg. Denna lägre potential påverkar ledningsförmågan hos den första skyddskopplingskomponenten, MP9, i den -andra skyddskopplingen eftersom transistorns MP9 styre är kopplad till slutstegets utgång. Vidare åstadkommer kretsinsignalen vid 2 via ingångssteget och det andra ytterligare styrsteget en jämförelsevis låg potential på styrstegs- utgången hos det andra ytterligare styrsteget vid 8. Den låga potentialen vid 8 i kombination med en tillräckligt låg potential vid 1D åstadkommer att båda de två seriekopplade transistorerna MP79 och MP9 börjar leda, vilket i sin tur leder till en höjning av potentialen vid 7 genom att ström börjar flyta från VDD genom MP9, MP79 och MN7 till VSS. Höjningen av potentialen vid 7 på transistorns MPIÛ styre leder till en minskning av transistorns MPlO lednings- förmåga, vilket i sin tur minskar strömmen genom transistorn MPIO. Hur mycket kortslutningsskyddet begränsar strömmen genom transistorn MPIO beror av, hur mycket potentialen på styringången för translatorn MPllJ vid 7 höjs då MP9 och MP79 leder. Hur mycket denna potential höjs beror i sin tur av de inbördes storlekarna hos spänningsfallet över MN7 och spänningsfallet över MP9 och MP79 då alla dessa tre transistorer leder dvs på hur transistorerna MP9 och MP7? är dimensionerade i förhållande till transistorn MN7.

Det bör noteras att kortslutningsskyddet för transistorn MPlü träder i funktion först i och med att både translatorn MP9 och transistorn MP79 blir ledande. För detta krävs en viss kombination av spänningar vid 8 och 10. Enbart en låg potential hos slutstegets utgång vid 10 som skulle kunna styra skyddstransistorn Ml59 till ledande tillstånd är således inte tillräckligt för att kortslutnings- skyddet för transistorn MNIÜ skall träda i funktion. Det bör påpekas att kortslutningsskyddet för MPlü gradvis träder i funktion när potentialen på kretsens utgång närmar sig den matningsspänning som motsvarar kortslutning. Även om skyddet således fungerar bäst vid kortslutning så har det således en vis 10 15 20 25 3D 453 784 10. effekt också vid överbelastning. Det finns således kombinationer av insignal- potential vid 2 till kretsen i figur S och utgångspotential vid 10 fran kretsen vid vilka inget av skyddskopplingarna eller de ytterligare styrstegen behöver ha nagon nämnvärd betydelse för sambandet mellan ínsignalnivå och utsignalnivå.

Den i figur 6 illustrerade kortslutningsskyddade kretsen innefattar ett slutsteg med de seriekopplade transistorerna MNll och MNlÛ. Kretsens kretsutgang OUT är kopplad till punkten 10 mellan de seriekopplade transistorerna i slutsteget. Kretsens kretsingång IN vid 2 är kopplad till styrena hos de båda transistorerna MP3 och MN3 i ett ingångssteg. Transistorns MNll styringång är kopplad direkt till ingångsstegets utgång vid 3. För styrning av transistorns MNlD ledningsförmåga är däremot ett första styrsteg innefattande trans- istorerna MP4 och MNll inkopplat mellan transistorns MNlÛ styringång vid 4 och ingångsstegets stegutgång vid 3.

Kortslutningsskyddet för transistorn MNlÛ innefattar liksom vid kretsen enligt figur 5 dels en första skyddskoppling med två seriekopplade transistorer MN46 och MN6 dels ett första ytterligare styrsteg med två seriekopplade transistorer MP5 och MN5. Liksom vid kretsen i figur 5 är det första ytterligare styrstegets stegutgång vid 5 kopplad till transistorns MN46 styringång och slutstegets utgång vid lÛ kopplad till transistorns MN6 styringang. Detta kortslutningsskydd för transistorn MNlÛ i kretsen illustrerad i figur 6 är av i princip samma konstruktion som och har i princip samma verkningssätt som kortslutnings- skyddet för transistorn MNlÛ i kretsen illustrerad i figur 5. Nagon ytterligare beskrivning av detta torde därmed inte vara nödvändigt.

Kortslutningsskyddet för transistorn MNll i figur 6 skiljer sig från kortslut- ningsskyddet för transistorn MPlÛ och MNlÛ i figur 5 och 6 och består i princip av endast ett seriemotstand R inkopplat mellan den högre matningsspänningen VDD och transistorn MNll. Att ett på sådant sätt inkopplat seriemotstånd med tillräckligt hög resistans kan begränsa strömmen genom transistorn MNll inses omedelbart av fackmannen. Ju större motståndet är desto mindre blir kortslut- níngsströmmen. Emellertid blir den möjliga normala utnivån och utströmmen vid hög potential vid slutstegets utgång allt lägre ju högre resistans seriemat- standet R . En övre gräns för resistansen hos motståndet R ges av att transistorn MNll inte börjar arbeta i sitt linjära område när den leder. 10 15 20 25 30 453 784 11.

I Lämpligt motstånd hos R bestäms därför av matningsspänningarna VDD och VSS, dimensioneringen av transistorerna MNlÛ och MNll samt önskade områden för utspänningar och utströmmar vid slutstegets utgång under normal drift, dvs utan kortslutning eller alltför lagohrnig last.

Liksom dimensioneringen av seriemotståndet R bör utformningen av kort- slutningsskydden för transistorerna MNIÛ och MPlD utformas så att de inte alls eller åtminstone bara obetydligt stör kretsens normala funktion. Kortslutnings- skydden bör således inte träda i funktion i onödan och deras verkan bör upphöra när den inte längre behövs, exempelvis därför att kortslutningstillstandet upphört.

För att exempelvis kortslutningsskyddet för translatorn MNIÛ inte skall träda i funktion vid normal drift i samband med att insignalen till kretsen vid 2 övergår fran lag till hög nivå maste potentialen pa slutstegets utgang vid 10 bli lag innan potentialen på stegutgangen fran det första ytterligare styrsteget vid 5 blir hög. Därigenom kan p g a omslaget nämligen inte bade MN46 och MN6 temporärt bli ledande samtidigt. Om i stället potentialen vid 5 hinner bli hög innan potentialen pa utgången vid 10 hinner bli låg så blir bade MN46 och MN6 ledande ett kort tidsintervall, vilket sänker potentialen på styringangen vid 4 hos transistorn MNIO, varigenom övergangen på slutstegets utgång fran hög till lag.potential försenas. Övergången fran lag till hög potential vid 5 bör således vara jämförelsevis långsam eller avsiktligt fördröjd. Detta kan vid integrerade kretsar i MOS-teknik t ex åstadkommas genom lämplig dimensionering av transistorn MP5, vilket kan uppnås genom att göra dess bredd tillräckligt liten i förhållande till dess längd.

För att kortslutningsskyddet för transistorn MNlD inte skall träda i funktion vid normal drift i samband med att insignalen till kretsen vid 2 övergår från hög till låg nivå skall MN5 av analoga skäl dimensioneras så att omslag fran hög till lag niva vid S sker snabbt, eftersom potentialen vid 5 maste hinna bli låg innan pniêniialen vid 10 far bn hög. _ För att exempelvis kortslutningsskyddet för transistorn MPIU i figur 5 inte skall träda i funktion i samband med att insignalen till kretsen vid 2 övergår från hög till lag nivå bör pa motsvarande sätt övergången från hög till lag potential vid 8 10 15 20 25 30 453 784 12. vara jämförelsevis långsam eller avsiktligt fördröjd, vilket likaså kan uppnås genom att göra transistorns MN8 bredd tillräckligt liten i förhållande till dess längd. För att kortslutningsskyddet för transistorn MPIÜ i figur 5 inte skall träda i funktion i samband med att insignalen till kretsen vid 2 övergar fran låg till hög nivå maste vidare MP8 dimensioneras analogt med MN5.

Da styrstegen eventuellt avviker från de i figur S illustrerade gäller allmänt att respektive styrsteg och ytterligare styrsteg bör vara sa utformade att de förändringar av potentialen pa respektive stegutgång som blir resultatet av förändringar av potentialen hos insignalen pa kretsingangen uppträder tidigare respektive senare pa ett styrstegs stegutgang än pa motsvarande ytterligare styrstegs stegutgång beroende pa i vilken riktning potentialen hos insignalen förändras.

Efter att kortslutningsskyddet för translatorn MNlÛ trätt i funktion bör när kortslutningen till den högre matningsspänningen upphör respektive belastningen återgår till tillåtna värden kretsen återgå till normal funktion. Transistorn MNl0 maste i sa fall kunna driva kretsutgangen till lag potential inom ramen för tillåten last och med styrsignalen vid 4 fortfarande vid en sänkt potential.

Detta innebär att det finns en minimalt tillaten potential vid 4 i samband med kortslutning och således en maximalt tillåten drivförmåga hos kombinationen av transistorerna MNll-á och MNG.

Pa motsvarande sätt bör efter att kortslutningsskyddet för transistorn MPlO i 5 trätt i spänningemexempelvis VSS, upphör respektive belastningen atergar till tillåtna figur funktion när kortslutningen till den lägre matnings- värden kretsen i figur 5 aterga till normal funktion. Transistorn MPlÛ maste i så fall kunna driva utgången hos kretsen vid 10 till hög potential inom ramen för tillåten last och med styrsignalen vid 7 fortfarande vid en förhöjd potential.

Detta innebär att det finns en maximalt tillaten potential vid 7 i samband med kortslutning och således en maximalt tillaten drivförmåga hos kombinationen av transistorerna MP9 och MP79.

Uppfinningen är inte begränsad till de två utföringsformerna i figur 5 och 6 utan andra utföringsformer är tänkbara med respektive komponenter utförda såväl i MOS som bipolär teknik, eller i en kombination av bada. Uppfinningen är inte '10 15 20 25 30 453 784 t 13. begränsad till integrerade kretsar även om detta är det kanske naturligaste tillâmpningsområdet. Det är till och med tänkbart att tillämpa uppfinningen i samband med vissa andra komponenter med styrbar ledningsförmåga än trans- istorer. Varken ingàngssteget eller styrstegen måste nödvändigtvis helt överens- stämma i både utformning och antal med vad som illustreras i figur 5 och 6.

Matningsspänningarna VDD och VSS skall naturligtvis vara olika men det är inte absolut nödvändigt att den ena är positiv och den andra negativ utan en av dem kan ha jordpotential. Huvudsaken är att i kretsar enligt figur 1-6 VDD har lagom mycket högre potential än VSS. Även om det vanligen är fördelaktigt att ha samma matningsspänningar för alla steg i kretsarna, inte minst i integrerade kretsar av typ CMOS, är det tänkbart att i vissa fail ha en avvikande speciell matningsspänning för något visst steg, exempelvis matningsspänningen VDD för slutsteget i kretsen enligt figur 6. Den eller de kretsar som kopplas till utgången OUT och genom vilka kortslutning eller överbelastning kan uppkomma kan naturligtvis vara strömförsörjda via andra matningsspänningar än VDD och VSS. Ytterligare modifikationer är tänkbara inom ramen för patentkraven. Det är vidare visserligen inte att föredraga men åtminstone tänkbart att ersätta en skyddskopplings två seriekopplade transistorer med en enda skyddstransistor e dyl styrd av både insignalens och utgångens potential via ett logiskt nät e dyl.

Da kretsen eventuellt avviker från den i figur 5 illustrerade gäller allmänt att respektive styrteg och ytterligare styrsteg bör vara så utformade och in- kopplade i kretsen att de förändringar av potentialen pâ respektive stegutgång som blir resultatet av förändringar av potentialen i viss riktning hos insignalen på kretsingången uppträder tidigare på ett styrstegs stegutgång än på motsvar- ande ytterligare styrstegs stegutgång. Styrstegen skall vidare vara så utformade och inkopplade i kretsen att de förändringar av potentialen på respektive stegutgång som blir resultatet av förändringar av potentialen i motsatt riktning mot ovannämnda "vissa" riktningar hos insignalen på kretsutgången uppträder senare på ett styrstegs stegutgång än på motsvarande ytterligare styrstegs stegutgång.

Claims (8)

10 15 20 25 30 453 784

14. ~. PATENTKRAV l. Krets för att vid en kretsutgang (10) mellan tva seriekopplade slutstege- komponenter (MNl0 och antingen MNll eller MPIÛ) alstra en kretsutsignal vars potential beror av en kretsinsignal vid en kretsingang (2), vilka slutstegs- komponenters ledningsförmagor är individuellt styrbara via individuella kompo- nentstyringangar hos respektive slutstegskomponenter, vilka slutstegs- komponenter är kopplade för att i beroende av kretsinsignalen styras komp- lementärt via åtminstone ett första av kretsinsignalen styrt styrsteg, (MP4, MNll), vilket första styrsteg har en första styrstegsutgang kopplad (vid 4) till en komponentstyringang hos en första av de tva seriekopplade slutstegs- komponenterna, vilken krets vidare innefattar kortslutnings- och/eller över- belastningsskydd för åtminstone den första slutstegskomponenten och inne- fattande en första skyddskoppling med tva skyddskopplingskomponenter (MNó och MNl-ló), vilka skyddskopplingskomponenters ledningsförmagor är individuellt styrbara via individuella komponentstyringangar hos respektive skydds- kopplingskomponenter, varvid en komponentstyringang hos en första (MN6) av de tva skyddskopplingskomponenterna är kopplad till kretsutgangen för styrning av den första skyddskopplingskomponentens ledningsförmaga i beroende av potentialen pa kretsutgangen k ä n n e t e c k n a d av att en komponentstyringang hos den andra (MN46) av de tva skyddskopplings- komponenterna är kopplad för styrning av den andra skyddskopplings- komponentens ledningsförmaga i beroende av kretsinsignalen, att den första av de tva skyddskopplingskomponenterna är kopplad för att styras till ledande tillstànd endast da potentialen pa kretsutgangen till följd av överbelastning eller kortslutning av utgangen väsentligt avviker fran potentialen pa krets- utgangen da överbelastning eller kortslutning inte föreligger och avvikelsen har sadan riktning som innebär strömökning genom den första slutstegs- komponenten, att den andra av de tva skyddskopplingskomponenterna är kopplad för att styras till ledande tillstand endast da kretsinsignalen är sådan att den första slutstegskomponenten skall styras till ledande tillstand för att kretsen skall alstra den avsedda mot kretsinsignalen svarande kretsutsignalen, samt att den första skyddskopplingen är kopplad till det första styrstegetsa att skyddskopplingen endast da dess bada skyddskopplingskomponenter är styrda till ledande tillstand bildar en ledande strömbana som väsentligt paverkar potent- ialen pa det första styrstegets utgang och komponentstyringangen hos den fp 10 15 2D 453 784 E 15. första slutstegskomponenten i sadan riktning att den första slutstege- komponentens ledningsförmaga väsentligt minskas

2. Kreta enligt krav 1 k ä n n e t e c k n a d av att kortslutnings- ooh/eller överbelastningsskyddet för den första slutstegskomponenten innefattar ett första ytterligare styrsteg (MP5, MNS) som har en styrstegsutgang kopplad (vid 5) till komponentstyringangen hos den andra skyddskopplingkomponenten (MNlió) och en styrstegsingang kopplad (vid 3) för styrning av det första ytterligare styrsteget i beroende av kretsinsignalen sa att ledningsförmagan hos den första skyddskopplingens andra skyddskopplingskomponent (MNlzó) styrs i beroende av kretsinsignalen via det första ytterligare styrsteget

3. Krets enligt krav l eller 2 k ä n n e t e c k n a d av kortslutnings- och/eller överbelastningsskydd för den andra siutstegskomponenten vilket inne- fattar en andra skyddskoppling (MP9, MP79) med tva skyddskopplings- komponenter, vilka skyddskopplingkomponenters ledningsförmagor ocksa är individuellt styrbara via individuella komponentstyringangar hos respektive skyddskopplingskomponenter, att en komponentstyringang hos en första (MP9) av de två skyddskopplingskomponenterna i den andra skyddskopplingen är kopplad till kretsutgangen för styrning av ledningsförmagan hos denna första skyddskopplingskomponent i beroende av potentialen pa kretsutgangen, att en komponentstyringang hos den andra (MP79) av de tva skyddskopplíngs- komponenterna i den andra skyddskopplingen är kopplad för styrning av led- ningsförmagan hos denna andra skyddskopplingskomponent i beroende av krets- insignalen, att den första av de tva seríekopplade skyddskopplings- komponenterna i den andra skyddskopplingen är kopplad för att styras till ledande tillstànd endast da potentialen pa kretsutgangen till följd av över- belastning eller kortslutning av utgangen väsentligt avviker fran potentialen pa kretsutgangen da överbelastning eller kortslutning inte föreligger och avvik- elsen har sadan riktning som innebär strömökning genom den andra slutstegs- komponenten, att den andra av de tva skyddskopplingskomponenterna i den andra skyddskopplingen är kopplad för att styras till ledande tillstånd endast da kretsinsignalen är sadan att den andra slutstegskomponenten skall styras till ledande tillstànd för att kretsen skall alstra den avsedda mot laetsinsignalen svarande kretsutsignalen, av ett andra av kretsinsignalen styrt styrsteg (MP7, MN7), vilket andra styrsteg har en andra styrstegsutgang kopplad (vid 7) till en 453 784

16. ._ komponentstyringång hos den andra slutstegskomponenten, samt att den andra skyddskopplingen är kopplad till det andra styrsteget så att den andra skydds- kopplingen endast då dess båda skyddskopplingskomponenter är styrda till ledande tillstånd bildar en ledande strömbana som väsentligt påverkar poten- tialen på det andra styrstegets utgång och komponentstyringången hos den andra slutstegskomponenten i sådan riktning att den andra slutstege- komponentens ledningsförmåga väsentligt minskas li. Krets enligt krav 3 k ä n n e t e c k n a d av ett andra ytterligare styrsteg (MP8, MN8) som har en styrstegsutgång kopplad (vid 8) till kompo- nents-tyringången hos den andra skyddskopplíngens andra skyddskopplings- komponent (MP79) och en styrstegsingang kopplad (vid 3) för styrning av det andra ytterligare styrsteget i beroende av kretsinsignalen så att lednings- förmågan hos den andra skyddskopplingens andra skyddskopplingskomponent (MP79) styrs i beroende av kretsínsignalen via det andra ytterligare styrsteget

S. Krets enligt ett av föregående krav k ä n n e t e c k n a d av ett ingångssteg (MP3, MN3) med en stegingång (vid 2) som utgör kretsingången (IN) och en stegutgång kopplad (vid 3) till respektive styrstegs ingång

6. Krets enligt ett av föregående krav k ä n e n t e c k n a d av att respektive styrsteg innefattar två styrstegskomponenter med styrbar lednings- förmåga, att de tva styrstegskomponenterna i respektive styrsteg líkasom de två slutstegskomponenterna är seriekopplade mellan en första (VDD) högre matningsspånning gemensam för styrstegen och slutsteget och en andra (VSS) lägre matningsspänning gemensam för styrstegen och slutsteget, samt att de två skyddskopplingskomponenterna i resepektive skyddskoppling är serie- kopplade mellan en av matningsspänningarna (VDD eller VSS) och komponent- styringången hos respektive slutstegskomponent

7. Krets enligt ett av föregående krav k ä n n e t e c k n a d av att .I komponenterna med styrbar ledningsförmåga är transistorer utförda -í MOS- teknik

8. Krets enligt ett av föregående krav k ä n n e t e c k n a d av att respektive styrsteg är så utformade och inkopplade i kretsen att de förändringar Ill' i 453 784 *_ 17. av potentialen pa respektive stegutgàng som blir resultatet av förändringar av potentialen hos insignalen pa kretsingangen uppträder tidigare eller senare pa ett styrstegs stegutgang än pa motsvarande ytterligare styrstegs stegutgang beroende pà i vilken riktning potentialen hos insignalen förändras.