SE520306C2 - Regulator för en halvledarkrets - Google Patents

Description

520' 306 2 substratspänningen är fördelad över hela IC-kretsen är det möjligt att på godtyckligt ställe på IC-kretsen fästa en kontakt till en isoleringsdiffusion för att få tillgång till substratspänningen.

Det är således inte nödvändigt att utforma separata metallanslutningar för denna spänning om inte en mycket låg resistans eller mycket lågt brus erfordras i applikationen. I vissa applikationer görs själva substratet och isoleringen som del av halvledarkomponenten såsom exempelvis i en s.k. substrat-pnp-transistor, där isoleringen runt transistom och substratet utformats som en kollektor.

Eftersom substratpotentialen är den lägsta potentialen i en krets kommer substrat- potentialen tillsammans med den högsta matningsspänningen att bestämma det tillgängliga spänningsområdet i kretsen.

I vissa applikationer såsom exempelvis en abonnentlinjekrets (SLIC) som tillhandahåller en ringsignal i ett telefonsystem är det önskvärt att variera utspänningen från kretsen.

I fallet med en SLIC som tillhandahåller en ringutsignal är det vanligt att använda ett s.k. talbatteri när SLICen är i talmod och ett annat batteri i ringmod, nämligen ett s.k. ringbatteri med en utspänning med högre absolutvärde än talbatteriet.

Matningsspänningarna i SLICar är normalt lägre än jord och substratets potential bestämmer det tillgängliga spänningsområdet i SLICen. För att växla mellan de i de olika moderna använda olika batterierna förefinns en integrerad batteriswitch.

I ñg. 1 visas en dylik känd switch S som är implementerad i en SLIC som är konstruerad till att avge en ringsignal. Under taltransmission när SLICen befinner sig i talmod kommer en över lasten RL, d.v.s. en abonnents telefonapparat som är w q. 10 15 20 25 30 .s n.. 520 306 3 » ~ - , - . ansluten till SLICen och linj en till/ från abonnenten, påtryckt spännings absolutvärde att vara lägre än talbatteriets OHB spänning.

Strömmen från lasten RL kommer att gå igenom en diod D2 till talbatteriet OHB som kan ha en spänning av ca. -50 V och den över lasten påtryckta spänningen Vbat2 kommer att vara ca. -50 V.

När SLICen befinner sig i talmod kommer switchen S att vara öppen. När det fastställs att SLICen ska avge en ringsignal över lasten RL, d.v.s. när det fastställs att telefonen hos den till SLICen anslutna abonnenten ska ringa, aktiveras och sluts switchen.

Potentialen Vbat2 kommer som resultat härav att vara densamma som ringbatteriets RB spänning nämligen -90 V i detta fall. Dioden D2 kommer nu att backspännas och kommer inte att leda någon ström. Linjedrivkretsama A och B är nu anslutna till ringspänningen och kan påtrycka denna över lasten i och för att därigenom öka spänningen när ringsignalen avges.

I talmod föreligger emellertid ett problem med med känd teknik associerade effektförluster. Läckströmmen från kretsanordningen kommer således att flyta till substratet sbt som har en mot ett högt spänningsfall svarande potential, varför läckströmmama kommer att förorsaka en väsentlig effektförlust.

REDoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN Ett ändamål med föreliggande uppfinning består i att åstadkomma en förbättrad halvledarkrets med lägre effektförluster än kända kretsar.

Ett annat ändamål med föreliggande uppfinning består i att åstadkomma en mekanism varigenom halvledaranordningens substratpotential kan regleras till ett optimalt värde för en specifik arbetsmod. mfl. 10 15 20 25 30 520 306 4 .s -~» Dessa och andra ändamål emås medelst en krets som är konstruerad till att avge en varierande utspänning, varvid halvledarkomponentens substrat är anslutet till en regulator, särskilt en switch, som är ansluten till en potential som är lägre än potentialen hos kretsens substrat.

FIGURBESKRIVNING Uppfinningen beskrivs närmare nedan under hänvisning till bifogade ritning på vilken - fig. 1, som beskrivits ovan, är ett kretsschema som visar en SLIC enligt känd teknik, - fig. 2 är ett kretsschema som visar en första utföringsform av uppfinningen och - fig. 3 är ett kretsschema i enlighet med en andra utföringsform av uppfinningen.

BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN I fig. 2 visas ett kretsschema över en abonnentlinjekrets (SLIC). SLICen innefattar ett första förstärkarsteg l som är anslutet mellan en potential Vbat2 och jord gnd samt ett andra förstärkarsteg 2 som är anslutet mellan potentialen Vbat2 och jord gnd. Utgångsklämmoma från förstärkarstegen l och 2 utgör utgångsklämmorna från SLICen, mellan vilka utgångsklämmor en last RL är ansluten.

De till potentialen Vbat2 anslutna klämmorna hos förstärkarstegen är dessutom anslutna till den integrerade kretsens substrat 3 på vilket SLICen är utformad samt via en diod D2 till ett första batteri 4 med en första utspänning Vbat2. Batteriet 4 kan ha en utspänning av ca. -50 V.

De till potentialen Vbat2 anslutna klämmoma hos förstärkarstegen är också anslutna till en forsta klämma hos en switch S. En andra klämma hos switchen S är ansluten till ett andra batteri 5 med en andra utspänning Vrbat. Batteriets 5 utspänning har företrädesvis en högre absolut utspänning och kan exempelvis uppgå till ~9O V. 10 15 20 25 520 306 , | - - -~ .. nu Switchen S har vidare en tredje styrklämma. I beroende av den ström som matas till switchens S styrklämma bryts respektive sluts en förbindelse mellan den första och den andra klämman. Switchen S är således inkopplad mellan matningsspänningen med den högsta absolutspänningen och den integrerade kretsens substrat.

I fig. 2 visas switchen i form av en enda npn-transistor. Potentialen på transistoms ernitter och bas ligger nära ringbatteripotentialen och transistoms kollektorklämma är kortsluten till substratpotentialen. Potentialen på npn-kollektom kan således inte ligga under potentialen på substratet eftersom kollektorisoleringsdioden i så fall skulle vara framspänd.

Den till switchen S matade styrströmmen 12, d.v.s. den till npn-transistorns basklämma matade strömmen, kan tillhandahållas av en lateral pnp-transistor E såsom visas i fig. 2. Den laterala pnp-transistoms kollektor som i detta fall är av p- typ kan ha en potential under substratets potential eftersom pnp-transistoms basklämma kan backspännas.

Potentialen hos den laterala pnp-transistoms basklämma, d.v.s. en epitaxiell nïö, kan överstiga substratpotentialen och kan regleras medelst en krets C som arbetar på en potential som ligger nära jordpotential.

Det finns flera fördelar med ett dylikt arrangemang. Under transmission av tal är switchen S således bruten och potentialen Vbat2 huvudsakligen utspänningen från det första batteriet 4.

Eftersom substratet nu är anslutet till denna potential kommer alla läckströmmar att gå till en potential som motsvarar utspänningen från det första batteriet 4 istället för från det andra batteriet 5 som har högre utspänning. Härigenom kommer de av 10 15 20 25 30 520 306 6 läckströmmar resulterande effektförlusterna att reduceras väsentligt när SLICen befinner sig i talmod.

Samtliga substrat-pnp-transistorer, d.v.s. en pnp-transistor med sin kollektor ansluten till transistoms substratpotential, kan bibehâllas utan att öka effektförbruk- ningen. I annat fall skulle det ha blivit nödvändigt att ersätta varje dylik substrat- pnp-transistor med större konventionella pnp-transistorer samt att ansluta de större transistorernas kollektorer till Vbat2 såsom i fig. 2, vilket skulle resultera i att ytterligare metallförbindelser måste formas, vilket givetvis inte är önskvärt.

Risken för lavinfenomen i en krets som beskrivits i samband med ñg. 2 kommer vidare att reduceras kraftigt. Detta beror på faktumet att kretsen är möjlig att konstruera på sådant sätt att aktiva delar av kretsen när switchen är sluten, d.v.s. när kretsen befinner sig i ringmod, kan implementeras under användande av komponenter med högre genombrottsspänning.

Kretsen kommer även att bli mer pålitlig eftersom substratpotentialen kommer att ligga nära jordpotential och spänningsfallet mellan metalledare, eventuella polykiselundergångar och motstånd som korsar isoleringen, kommer att bli lägre.

Den höga spänningen påtrycks endast när en ringsignal avges, vilket är en relativt kort tid av kretsens totala aktiva tid.

Det bör vidare noteras att switchen/regulatorn kan utformas på sådant sätt att inga n- dopade öar, d.v.s. npn-transistorers kollektorklämmor eller laterala pnp-transistorers basklämmor och pnp-kollektorklämmor potentiellt är belägna under substratets potential. Således är endast de båda npn-transistorernas bas- och emitterklämmor belägna under substratpotentialen.

I fig. 3 visas en implementering i enlighet med en andra utföringsform. Skillnaden mellan kretsarna i ñg. 2 och 3 består i att switchen S ersatts med en regulator D. . » » = .. 10 15 20 25 30 520 306 7 Fördelen med att använda en regulator istället för en switch består i att substratpotentialen då kan läggas varsomhelst mellan ringbatteriet, d.v.s. batteri 5, och talbatteriet, d.v.s. batteri 4.

Regulatom D kan styras i enlighet med en eller flera parametrar för att 'andra Vbat2 till ett värde mellan batteriets 4 spänning och batteriets 5 spänning med hjälp av exempelvis en av en styrkrets F avgiven styrspänning. Det kommer exempelvis att bli möjligt att övervaka en eller flera transistorer med en genombrottspotential som är lägre än resten av kretsen. Det kommer således att bli möjligt att maximera substratpotentialens absolutvärde och därigenom ringspänningen hos den enskilda kretsen.

Utspänningama hos de använda batteriema kan vidare ges ett högre och ett lägre värde i en dylik tillämpning. Ringbatteriet, d.v.s. batteri 5, kan exempelvis ha en utspänning av -l 10 V och talbatteriet, d.v.s. batteri 4, kan ha en utspänning av -24 V.

I de här givna exemplen visas användandet av en regulator som är ansluten till en potential som är lägre än substratets potential i samband med en SLIC.

Uppfinningen är emellertid inte begränsad till användning i en SLIC utan kan givetvis användas i andra tillämpningar där kretsen är konstruerad till att använda olika matningsspänningar i olika arbetsmoder.

Regulatom kan dessutom utformas på godtyckligt sätt under användande av exempelvis MOS-transistorer, tyristorer eller andra halvledarkomponenter.

Det är inte heller nödvändigt att använda ett substrat av p-typ. Det är således möjligt att använda ett substrat av n-typ. I en sådan tillämpning kommer de använda potentialema att ligga över jordpotential och substraten kommer att ha en potential i motsvarighet till kretsens högsta potential. 1» 1.» . - - . . ~ 520 306 8 Den häri beskrivna kretsen innefattar slutligen endast två olika spänningskällor. I vissa tillämpningar kan det emellertid bli nödvändigt eller önskvärt att använda endast en spänningskälla utöver jord eller att använda tre eller flera matningsspän- ningar och den häri beskrivna regulatorkretsen kan då givetvis modifieras för dylika tillämpningar.

Claims (6)

10 15 20 25 520 306' PATENTKRAV

1. l. Halvledarkrets med minst en första och en andra matningsspänningsklämma som är anslutbara till minst två olika spänningskällor, vilken krets är avsedd att mottaga minst två olika spänningar på nämnda minst två matningsspänningsklämmor, varvid den på den andra klämman mottagna spänningens absolutvärde är högre än den på den första klämrnan mottagna spänningens absolutvärde, varvid kretsen innefattar en regulator som är anordnad att mata en spänning mellan nämnda minst två spänningar till kretsen, kännetecknad av att kretsens substrat är anslutet till den första klämman och att regulatorn är inkopplad mellan kretsens substrat och den andra klämman.

2. Krets enligt kravet l, kännetecknar! av att regulatorn innefattar minst en första bipolär transistor, företrädesvis en npn-transistor.

3. Krets enligt kravet 2, kännetecknad av att regulatorn innefattar minst en andra bipolär npn-transistor som är Darlington-kopplad med nämnda minst en första bipolär npn-transistor.

4. Krets enligt något av kraven 1 - 3, kännetecknad av att kretsen innefattar tre eller flera matningsspänningsklämmor för mottagning av matningsspänningar.

5. Krets enligt något av kraven l - 4, kännetecknad av att kretsen är en abonnent- linj ekrets.

6. Krets enligt något av kraven 1 - 5, kännetecknad av att regulatorn är en switch.