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Dokumentenidentifikation DE3851423T2 19.01.1995
EP-Veröffentlichungsnummer 0322382
Titel Analog integrierte Schaltung mit durch digitale Steuerung auswählbaren Eigentopologien und Kennzeichen.
Anmelder SGS-Thomson Microelectronics S.r.l., Agrate Brianza, Mailand/Milano, IT
Erfinder Daniele, Vincenzo, I-20047 Brugherio, IT;
Monti, Marco Maria, I-20147 Milano, IT;
Taliercio, Michele, I-20010 Arluno, IT;
Capocelli, Piero, I-20131 Milano, IT
Vertreter Klunker, H., Dipl.-Ing. Dr.rer.nat.; Schmitt-Nilson, G., Dipl.-Ing. Dr.-Ing.; Hirsch, P., Dipl.-Ing., Pat.-Anwälte, 80797 München
DE-Aktenzeichen 3851423
Vertragsstaaten DE, FR, GB, NL, SE
Sprache des Dokument En
EP-Anmeldetag 21.12.1988
EP-Aktenzeichen 888305547
EP-Offenlegungsdatum 28.06.1989
EP date of grant 07.09.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.01.1995
IPC-Hauptklasse G06J 1/00

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung 1. Bereich der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft integrierte Schaltungen und insbesondere integrierte Analogschaltungen.

2. Erörterung des Standes der Technik

Die grundlegenden Parameter, die die einer Analogschaltung innewohnenden Kennwerte bestimmen, werden in hohem Maße durch die innewohnenden Strukturkenngrößen von besonders wichtigen Schaltungskomponenten bestimmt. Daher ist es beim Konstruieren von integrierten Analogschaltungen erforderlich, Abmessungen und andere Strukturkenngrößen von Schaltungskomponenten einwandfrei und systematisch zu dimensionieren. Ein typisches Beispiel wird durch den Operationsverstärker dargestellt (wahrlich ein Baustein einer großen Anzahl analoger Schaltungen), der gegenwärtig in Übereinstimmung mit gegebenen Spezifikationen hergestellt wird. Ein Abnehmer ist daher daran gebunden, den Typ des integrierten Operationsverstärkers abhängig von der Anwendung auszuwechseln, wie auch ein Hersteller von Halbleiterschaltungen verpflichtet ist, den Operationsverstärker für spezielle Anwendungen umzukonstruieren und deshalb die bei der Fertigung verwendeten Masken zu ändern, um die benötigten Spezifikationen zu erfüllen. Eine bekannte Lösung zum Ermöglichen eines bestimmten Grades von Änderbarkeit der einem integrierten Operationsverstärker innewohnenden Kennwerte besteht im Verändern der Ruhestromstärke des Verstärkers mittels externer Einrichtungen über einen besonderen Eingangsanschluß der integrierten Vorrichtung. Die mit dieser Technik erzielbaren Veränderungen des Verstärkerbetriebs sind im wesentlichen auf nur wenige Parameter (typischerweise den Verstärkungsfaktor und den Energieverbrauch) begrenzt, wohingegen es schwierig ist, beispielsweise die Durchlaßbandbreite zu verändern, und darüber hinaus sind die Veränderungen, die erzielt werden können, auf einen ziemlich schmalen Bereich um einen Nennwert herum beschränkt.

Von bestimmten integrierten Analogschaltungen ist bekannt, daß sie eine Anzahl von Schaltern enthalten, die von über die Anschlußkontakte der integrierten Schaltung angelegten externen Signalen gesteuert werden können, um die Konfiguration gewisser funktionaler Analogschaltungen, wie eines in der integrierten Schaltung vorhandenen Operationsverstärkers, zu verändern. Das U.S.-Patent 4,209,753 offenbart einen programmierbaren Verstärker, wobei ein besonderer Nur-Lese-Speicher eine Anzahl Schalter steuert, die zum Verändern des Verstärkungsfaktors und der Polarität des Ausgangs des Operationsverstärkers verwendet werden. Die Schalter ermöglichen es, den Widerstandswert und den Eingangsknoten, mit dem eine Widerstands-Rückkopplungsleitung verbunden wird, auszuwählen.

Andere externe Einwirkungsmöglichkeiten auf integrierte Schaltungen sind bekannt, um den Betrieb einer bestimmten, in der integrierten Schaltung vorhandenen funktionalen Analogschaltung entweder in Gestalt von dauerhaft eingestellten Schmelzleitungen oder von integrierten Analogschaltern zu ermöglichen. Ein weiteres Beispiel ist von D. J. Estebau in "IBM Technical Disclosure Bulletin", Band 12, Nr. 5, Oktober 1969, Seite 664-666 unter dem Titel "Digitally controlled multipurpose analog circuit" offenbart. Diese integrierten Schaltungen bleiben im wesentlichen aufgabenspezifische und/oder an Kundenwünsche angepaßte Vorrichtungen, die für eine im wesentlichen spezifische Anwendung konstruiert sind, obwohl sie eine gewisse durch den Anwender betätigbare Einregulierung zulassen.

Die Erfindung in Kürze

Es ist daher eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, wie sie in Anspruch 1 definiert ist, eine integrierte Analogschaltung vorzusehen, deren aus Transistoren und anderen Komponenten bestehendes Netzwerk dauerhaft durch den Anwender selbst mittels einer digitalen Steuerung verändert werden kann, um innewohnende Kennwerte zu erzielen, die innerhalb der ,benötigten Spezifikationen für eine bestimmte Anwendung liegen.

Es ist ebenfalls eine Aufgabe der in Anspruch 1 definierten Erfindung, eine integrierte Analogschaltung vorzusehen, deren Schaltungstopologie durch den Anwender selbst mittels einer digitalen Steuerung dauerhaft verändert werden kann, um funktionale Analogschaltungen unterschiedlichen Typs, die innewohnende Kennwerte aufweisen, die ebenfalls mittels einer digitalen Steuerung auswählbar sind, in Übereinstimmung mit Bedürfnissen zu implementieren.

Die Erfindung nach Anspruch 1 beabsichtigt im Grundsätzlichen, in der integrierten Schaltung "Batterien" (oder Anreihungen) von im wesentlichen parallel oder in einer Matrixanordnung angeordneten und innewohnende Kennwerte (Abmessungen, Dotierungsstärken usw.) aufweisenden funktional ähnlichen Vorrichtungen zu bilden, die untereinander identisch oder, falls dies gewünscht ist, verschieden sein können, um durch Parallelschalten einer Anzahl identischer Vorrichtungen zum inkrementellen Verändern der innewohnenden Kennwerte der entstehenden Vorrichtung (für einen "linearen" Typ der Veränderung bestimmter Parameter), als auch durch Verbinden einer der einzelnen Vorrichtungen oder einer anderen Batterie von Vorrichtungen mit unterschiedlichen innewohnenden Kennwerten oder durch Parallelschalten zweier oder mehrerer Vorrichtungen einer Batterie von Vorrichtungen mit unterschiedlichen Strukturparametern zum Erzielen eines "Exponential-" Typs der Veränderung der die innewohnenden Kennwerte der entstehenden Vorrichtung bestimmenden Parameter in einer funktionalen Schaltung eine beachtliche Auswahl von Kennwerten anzubieten. Je Vorrichtung oder Normschaltungskomponente jeder Batterie ist mit einem in Serie geschalteten, als Auswähleinrichtung wirkenden integrierten Analogschalter versehen. Jede Batterie von Schaltungskomponenten desselben Typs stellt in der funktionalen Analogschaltung selbst eine bestimmte Komponente einer derartigen funktionalen Schaltung dar.

Natürlich brauchen nicht alle Schaltungskomponenten einer bestimmten funktionalen integrierten Analogschaltung mehrfach in Gestalt einer Batterie funktional ähnlicher Normschaltungskomponenten, die befähigt sind, einen gewünschten Variationsbereich der innewohnenden Kennwerte der bestimmten Schaltungskomponente anzubieten, "multipliziert" zu werden, sondern nur diejenigen Schaltungskomponenten, die wesentlich der gesamten funktionalen Analogschaltung besondere innewohnende Kennwerte verleihen, können derart in der Gestalt der Batterien "multipliziert" werden. Die Anzahl der eine bestimmte Batterie bildenden Normschaltungskomponenten kann selbstverständlich gegenüber der Anzahl eine andere Batterie der Schaltung bildender einzelner Schaltungskomponenten unterschiedlich sein. Die Anzahl Normkomponenten mit individuell unterschiedlichen innewohnenden (Struktur-) Kennwerten oder identischer Normkomponenten (die einfach nach ihren Abmessungen zusammengefaßt werden können) einer Batterie wird in Abhängigkeit von dem gewünschten Maß des Veränderungsbereiches der innewohnenden Kennwerte der speziellen Komponenten der funktionalen Analogschaltung konstruiert, die durch korrektes Verbinden der verschiedenen Batterien und/oder der einzelnen integrierten Komponenten gemäß einem bestimmten funktionalen Schaltplan gebildet werden kann.

Die Auswahl einer oder mehrerer Komponenten aus jeder der in der integrierten Schaltung vorhandenen Batterien von Komponenten wird mittels eines in dem gleichen integrierten Schaltungschip integrierten nichtflüchtigen Speichers bewirkt. Der Zustand des Speichers legt eine bestimmte Konfiguration aller integrierten Auswählschalter fest, und der Speicher kann gemaß einer der üblichen Programmierprozeduren für derartige nichtflüchtige (Nur-Lese-) Speicher elektrisch programmiert werden. Ein programmierter Speicherzustand zum Ansteuern aller integrierten Auswählschalter gemäß den gewünschten Kennwerten der funktionalen integrierten Schaltung kann als eine durch ein Softwareprogramm, das befähigt ist, gewünschte Werte bestimmter unterschiedlicher Parameter, die die innewohnenden Kennwerte der gewünschten funktionalen Analogschaltung bestimmen, als Eingabe zu nehmen, erzeugte Ausgabe erzielt werden.

Die Verwendung eines nichtflüchtigen Speichers stellt sicher, daß die Auswähldaten (d. h. die Speicherkonfiguration) auch dann erhalten bleiben, wenn die Stromversorgung für die integrierte Schaltung unterbrochen wird. Daher bleibt eine zum Realisieren einer funktionalen Analogschaltung mit bestimmten innewohnenden Kennwerten gewählte programmierte Speicherkonfiguration der integrierten Auswählschalter der bestimmten Schaltungskomponenten sogar nach dem Abschalten und Wiedereinschalten der integrierten Schaltung unverändert. Der Speicher ist vorzugsweise ein Speicher des EAPROM- (oder EEPROM-) Typs, d. h. der programmierte Zustand des Speichers kann elektrisch durch entsprechende Prozeduren verändert werden, um das Modifizieren der Auswahl des Typs und/oder der innewohnenden Kennwerte der funktionalen Anlogschaltung durch Umprogrammieren des integrierten nichtflüchtigen Speichers mittels elektrischer Signale zu ermöglichen, ohne daß es Bestrahlungs-Löschbehandlungen bedarf.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist es möglich, in der integrierten Schaltung wahlweise andere Verbindungspfade unter den verschiedenen Schaltungskomponenten oder unter den unterschiedlichen Batterien von Schaltungskomponenten zu bilden, die ebenfalls mittels bestimmter integrierter Analogschalter, welche ebenfalls durch den dauerhaft programmierten nichtflüchtigen Speicher angesteuert werden, ausgewählt werden können. Auf diese Weise ist es möglich, mittels einer digitalen Steuerung das Bilden von unterschiedlichen Arten funktionaler Analogschaltungen auszuwählen. Beispielsweise kann die funktionale Schaltung, die selektiv implementiert werden kann, ein Operationsverstärker mit innewohnenden Kennwerten sein, die ebenfalls innerhalb eines Bereiches innewohnender Kennwerte, die durch die integrierte Schaltung mittels geeigneten Auswählens bestimmter Schaltungskomponenten der Batterien von Komponenten erzielt werden können, programmierbar sind. Wahlweise kann, ebenfalls mittels einer digitalen Steuerung, eine funktionale Pufferschaltung (oder Komparatorschaltung etc.) mit ebenfalls unter den durch geeignetes Auswählen der Schaltungskomponenten der entsprechenden Batterien von Komponenten erzielbaren innewohnenden Kennwerten ausgewählten innewohnenden Kennwerten durch Modifizieren gegenüber der früheren Auswahl der funktionalen Schaltung eines Operationsverstärkers unterschiedlicher Verbindungspfade unter den verschiedenen Schaltungskomponenten und/oder unter den verschiedenen Batterien von Komponenten mittels der besonderen integrierten Analogschalter, d. h., durch Modifizieren der Topologie der integrierten Schaltung, implementiert werden.

Der Bereich innewohnender Kennwerte und/oder Topologien funktionaler Schaltungen ist lediglich durch die auf dem Chip verfügbare Integrationsfläche und durch für die externen Verbindungen der integrierten Vorrichtung verfügbare Anschlußkontakte als auch durch Kosten/Nutzen-Erwägungen für eine derartige integrierte Vorrichtung, die an eine Anzahl unterschiedlicher Anwendungen anpaßbar ist, begrenzt.

Im folgenden werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung für Veranschaulichungszwecke beschrieben, ohne daß damit eine Beschränkung erfolgt. Eine erste Ausführungsform betrifft eine Anwendung zum Implementieren eines integrierten CMOS-Operationsverstärkers mit digital auswählbaren innewohnenden Kennwerten.

Eine zweite Ausführungsform betrifft sowohl die Implementation von Operationsverstärkern mit unterschiedlichen Schaltungstopologien als auch die Implementation analoger Komparatoren und Puffer mit unterschiedlichen Kennwerten, die die gleiche integrierte Schaltung verwenden.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist ein vereinfachtes Schaltbild eines erfindungsgemäßen integrierten Operationsverstärkers mit innewohnenden Kennwerten, die durch eine digitale Steuereinrichtung aus einer Anzahl von erzielbaren unterschiedlichen innewohnenden Kennwerten ausgewählt werden können;

Fig. 2 und 3 sind Schaltbilder des integrierten Operationsverstärkers aus Fig. 1, worin die Schaltungskomponenten-Netzwerke, die die funktionale Schaltung des Operationsverstärkers bilden, durch Verändern des Zustands der integrierten Auswählschalter unterschiedlich ausgewählt werden;

Fig. 4 zeigt die Bode-Diagramme der Operationsverstärker nach den Schaltbildern aus Fig. 2 bzw. Fig. 3;

Fig. 5 zeigt die Rauschkennwert-Diagramme der Eingangsstufe der Operationsverstärker nach den Schaltbildern aus Fig. 2 bzw. Fig. 3;

Fig. 6 zeigt das Diagramm der Anstiegsgeschwindigkeit der Operationsverstärker nach den Schaltbildern aus Fig. 2 bzw. Fig. 3;

Fig. 7 ist ein vereinfachtes Schaltbild einer erfindungsgemäßen integrierten Analogschaltung, deren Topologie durch eine digitale Steuereinrichtung gewählt werden kann;

Fig. 8, 9 und 10 sind Schaltbilder der in der integrierten Schaltung aus Fig. 7 verwendeten Komponentenbatterien.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

In Fig. 1 wird das Schaltbild eines erfindungsgemäßen integrierten CMOS-Operationsverstärkers mit innewohnenden Kennwerten gezeigt, die durch eine digitale Steuereinrichtung aus einer gewissen Anzahl durch Auswählen einer gewissen Konfiguration integrierter Auswählschalter erzielbarer innewohnender Kennwerte ausgewählt sind.

Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, sind die Schaltungskomponenten des Operationsverstärkers in mehrfacher Form implementiert, wobei sie zahlreiche Batterien ähnlicher Schaltungskomponenten bilden, deren jede bezüglich der anderen zu der gleichen Batterie ähnlicher Komponenten gehörenden Normkomponenten identische oder verschiedene innewohnende Kennwerte aufweisen kann, wobei die Normkomponenten im wesentlichen miteinander parallel geschaltet sind und jede Normkomponente mit einem elektrisch dazu in Reihe geschalteten integrierten Auswählschalter versehen ist.

Selbstverständlich kann die Auswahl von bestimmten Strukturkenngrößen und daher von bestimmten innewohnenden Kennwerten für eine bestimmte Schaltungskomponente der funktionalen Schaltung des Operationsverstärkers durch Auswählen dieser oder jener die jeweilige Batterie bildenden Schaltungskomponenten als auch durch Auswählen von zwei oder mehreren Schaltungskomponenten derselben Batterie stattfinden, um stufenweise Parameter wie die Größe der Komponente, die innewohnenden Kapazitäten der Komponente usw. zu erhöhen oder um die Stromdichte in der Komponente durch Schließen des einen oder anderen oder einiger in Reihe mit den Normkomponenten der Batterie geschalteter integrierter Schalter zu vermindern.

In dem in Fig. 1 dargestellten Schaltbild ist die Differentialeingangsstufe des Operationsverstärkers zusammengesetzt aus:

- den zwei p-Kanal-Transistor-Batterien MB1 . . . MB5 und MC1 . . . MC5, die die aktive Vorrichtung des nicht-invertierenden Eingangs bzw. die aktive Vorrichtung des invertierenden Eingangs eines Differentialeingangspaares bilden,

- den n-Kanal-Transistor-Batterien MD1 . . . MD9 und ME1 . . . ME9, die eine aktive Last der Differentialeingangsstufe bilden und die die Umwandlung eines Differentialsignalmodus in einen unsymmetrischen Signalmodus bestimmen, wobei diese Transistorbatterien in einer Matrix-Anreihung gezeigt sind: Die Transistoren MD1, MD2 und MD3 sind zum Erhöhen des L- (Längen-) Faktors des entstehenden Transistors in Reihe zusammenfaßbar, während die Transistoren MD1 (2, 3), MD4 (5, 6) und MD7 (8, 9) zum Erhöhen des W- (Breiten-) Faktors des resultierenden Transistors parallel zusammenfaßbar sind, und

- der p-Kanal-Transistor-Batterie MA1 . . . MA4, die den Ruhestromgenerator der Differentialeingangsstufe des Verstärkers bildet.

Die zweite Verstärkungsstufe des Verstärkers wird durch eine Inverterstufe gebildet; diese ist zusammengesetzt aus:

- der n-Kanal-Transistor-Batterie MH1 . . . MH5, die die aktive Verstärkungsvorrichtung der zweiten Stufe des Verstärkers bildet, und

- der p-Kanal-Transistor-Batterie MG1 . . . MG3, die den Ruhestromgenerator dieser zweiten Stufe des Verstärkers bildet.

Das Frequenzkompensationsnetzwerk des Operationsverstärkers wird gebildet durch:

- die n-Kanal-Transistor-Batterie MF1 . . . MF6 (MF1, MF2 und MF3 sind zum Erhöhen des L-Faktors in Reihe schaltbar, d. h., der Länge des resultierenden Transistors, der dann parallel zu MF4, MF5 und MF6 schaltbar ist, um den Faktor W, d. h., die Breite des resultierenden Transistors zu erhöhen), und

- die Rückkopplungskondensator-Batterie C1 . . . C4, worin die Kondensatoren in dem Kompensationsnetzwerk parallelgeschaltet werden können.

Das funktionale Schaltbild des Operationsverstärkers aus Fig. 1 umfaßt ferner ein Vorspannungsnetzwerk, das gebildet ist aus:

- der p-Kanal-Transistor-Batterie MI1 . . . MI4 und

- der p-Kanal-Transistor-Batterie ML1 . . . ML4.

Das Vorspannungsnetzwerk ist absichtlich in einer vereinfachten Form dargestellt, um das funktionale Schaltbild des Operationsverstärkers nicht unnötig zu überladen und um die wesentlichen Merkmale des funktionalen Schaltbilds deutlicher hervortreten zu lassen.

Die jede Batterie bildenden Komponenten sind untereinander im wesentlichen funktional parallelgeschaltet und jede Komponente ist mit einem elektrisch in Reihe mit der Komponente selbst geschalteten Auswählschalter versehen.

Der Zustand aller Auswählschalter ist durch einen nichtflüchtigen Speicher bestimmt, der auf demselben Chip integriert ist, auch wenn er aus Vereinfachungsgründen nicht dargestellt ist.

Ein derartiger integrierter nichtflüchtiger Speicher kann dauerhaft auf jede geeignete Art und Weise programmiert werden; er wird jedoch bevorzugterweise mittels eines Softwareprogramms programmiert, das in der Lage ist, die Parameter, die die innewohnenden Kennwerte des Operationsverstärkers in Übereinstimmung mit den für den Anwender der integrierten Schaltung benötigten Spezifikationen bestimmen, als Eingangsdaten anzunehmen.

Bei einer CMOS-Ausführungsform der Erfindung und unter der Annahme, eine Variationsmöglichkeit der Parameter der Komponenten des "linearen" Typs zu implementieren, d. h., die einzelnen Komponenten jeder Batterie identisch auszugestalten und einen Variationsbereich der innewohnenden Kenngrößen der funktionalen Schaltung des Operationsverstärkers des inkrementalen Typs auszunutzen, wobei deren Grenzen durch die innewohnenden Strukturparameter einer Normkomponente und durch die "Summe" der innewohnen Strukturparameter aller Normkomponenten einer bestimmten Batterie, die eine funktionale Komponente der Schaltung des Verstärkers darstellt, repräsentiert werden, werden in den Fign. 2 und 3 zwei unterschiedliche Konfigurationen des Zustands der Auswählschalter zum Bilden von zwei Operationsverstärkern mit der gleichen funktionalen Schaltung, aber unterschiedlichen innewohnenden Kennwerten gezeigt, wobei der jeweilige Zustand der Schalter in der "Legende" angegeben ist.

In den Fign. 4, 5 und 6 werden verschiedene innewohnende elektrische Kennwerte des Operationsverstärkers bezüglich des durch die in Fig. 2 dargestellte Konfiguration der Auswählschalter bzw. des durch die in Fig. 3 dargestellte Konfiguration der Auswählschalter erhaltenen Verstärkers miteinander verglichen.

Die Bode-Diagramme (der Verstärkungskoeffizient des Verstärkers in Abhängigkeit von der Frequenz) bezüglich der beiden unterschiedlichen Operationsverstärker aus Fig. 2 und 3 werden in Gestalt der Kurve A bzw. der Kurve B bezeigt. Die Frequenzachse ist in den Diagrammen in Fig. 4 logarithmisch; einem Frequenzwert 3 entspricht eine Frequenz von 10³ Hertz.

Ein Vergleich zwischen den Rauschkennwerten, soweit sie sich auf die Eingangsstufe ,des Operationsverstärkers beziehen, in Abhängigkeit von der Betriebsfrequenz der beiden unterschiedlichen Verstärker aus Fig. 2 bzw. Fig. 3 ist in Fig. 5 bildlich dargestellt, worin die Kurve A sich auf den Verstärker aus Fig. 2 und die Kurve B sich auf den Verstärker aus Fig. 3 bezieht.

Ein Vergleich zwischen der Anstiegsgeschwindigkeit des Operationsverstärkers aus Fig. 2 (Kurve A) und des Verstärkers aus Fig. 3 (Kurve B) ist in Fig. 6 veranschaulicht.

Auch die Verlustleistung bei statischen Bedingungen ist bei dem Verstärker aus Fig. 2 bezüglich dem aus Fig. 3 unterschiedlich. Kennzeichnenderweise würde der Verstärker aus Fig. 2 (bei einer bestimmten Herstellungstechnologie) eine Verlustleistung von ungefähr 800 · 10&supmin;&sup6; Watt erzeugen, während der Verstärker aus Fig. 3 eine Verlustleistung von 100 · 10&supmin;&sup6; Watt erzeugen würde.

Wie aus diesen Vergleichen hervorgeht, sind die innewohnenden Kennwerte der erfindungsgemäßen integrierten Operationsverstärker in den beiden in Fig. 2 bzw. in Fig. 3 bildlich dargestellten Konfigurationen klar unterschiedlich.

Ein grundlegendes vereinfachtes Schaltbild einer anderen erfindungsgemäßen Schaltung, bei der es möglich ist, die Topologie der Verbindungspfade unter den verschiedenen Schaltungskomponenten mittels einer digitalen Steuereinrichtung zu modifizieren und so funktional unterschiedliche Analogschaltungen zu erhalten, ist in Fig. 7 dargestellt. Die unterschiedlichen Verbindungspfade unter den verschiedenen Schaltungskomponenten können durch Öffnen und Schließen bestimmter integrierter Analogschaltungen ausgewählt werden, die in dem Diagramm in Fig. 7 mit den entsprechenden Bezugszeichen von 1 bis 16 angezeigt sind.

Die Schaltungskomponenten der integrierten Schaltung aus Fig. 7 sind durch Quadrate bildlich dargestellt, in die ein Buchstabe P, N oder C zur Angabe eines p-Kanal-Transistors, eines n-Kanal-Transistors bzw. eines Kondensators eingetragen ist (wobei die Schaltung in CMOS-Technologie hergestellt ist). Das Netzwerk der als Dioden geschalteten p- Kanal-Transistoren auf der linken Seite in Fig. 7 stellt die Quelle der konstanten Vorspannungen VP1, VP2 und VP3 der integrierten Schaltung dar.

Jede in Fig. 7 durch ein Quadrat dargestellte Schaltungskomponente ist bevorzugterweise eine Batterie ähnlicher Normschaltungskomponenten wie in den Fign. 8, 9 und 10 gezeigt. Die in Fig. 8 bildlich dargestellte Batterie bildet im wesentlichen einen p-Kanal-Transistor. Die Kennwerte des resultierenden Transistors können durch in-Reihe-Schalten und/oder Parallelschalten zusätzlicher p-Kanal-Normtransistoren, die die Batterie bilden, mittels Voreinstellen einer bestimmten Konfiguration der integrierten Auswählschalter wie obenstehend beschrieben, modifiziert werden.

Die in Fig. 9 bildlich dargestellte Batterie besteht wesentlich aus einem n-Kanal-Transistor, dessen Kenngrößen stufenweise innerhalb eines weiten Bereiches durch in-Serie-Schalten und/oder Parallelschalten zusätzlicher n-Kanal-Normtransistoren, die die Batterie bilden, mittels Voreinstellen einer bestimmten Konfiguration der entsprechenden integrierten Auswählschalter wie vorstehend beschrieben, modifiziert werden.

Die in Fig. 10 bildlich dargestellte Batterie bildet im wesentlichen einen Kondensator, dessen Kapazität innerhalb eines weiten Bereichs durch Parallelschalten zusätzlicher Normkondensatoren, die die Batterie bilden, wie vorstehend beschrieben modifiziert werden kann.

In der untenstehenden Tabelle ist die Konfiguration der sechzehn integrierten Schalter aus Fig. 7 angegeben, die es durch die Auswahl der Verbindungspfade zwischen den verschiedenen integrierten Schaltungskomponenten ermöglichen, die Topologie der integrierten Schaltung zu verändern, um die entsprechenden unterschiedlichen funktionalen Analogschaltungen zu implementieren. Für die angegebenen Beispiele funktionaler Analogschaltungen (die durch die entsprechenden Akronyme OP.A, OP.B, COMP, BUF.A, BUF.B identifiziert werden) kann der Zustand jeder der sechzehn integrierten Schalter klar aus der folgenden Tabelle entnommen werden:

Durch Einstellen der Konfiguration der integrierten Topologie-Schalter 1 bis 16 der integrierten Schaltung aus Fig. 7 bezüglich der Implementation der Schaltung OP.A wird ein hochverstärkender Operationsverstärker mit einer Gegentakt-Ausgangsstufe erzielt, der zum Ansteuern einer kapazitativen und ohmschen Last geeignet ist.

Durch Einstellen der Konfiguration der integrierten Topologie-Schalter 1 bis 16 der integrierten Schaltung aus Fig. 7 bezüglich der Implementation der funktionalen Schaltung OP.B wird ein Breitband- Operationsverstärker mit einem gepufferten Ausgang für eine ohmsche Last erzielt.

Durch Einstellen der Konfiguration der sechzehn integrierten Topologie- Schalter der integrierten Schaltung aus Fig. 7 bezüglich der Implementation der funktionalen Schaltung COMP wird ein Breitband-Komparator mit einem ungepufferten Ausgang erzielt.

Durch Einstellen der Konfiguration der integrierten Topologie-Schalter 1 bis 16 der integrierten Schaltung aus Fig. 7 bezüglich der Implementation der funktionalen Schaltung BUF.A wird ein hochverstärkender, entkoppelnder Analogpuffer mit einer für eine kapazitative Last geeigneten Ausgangsstufe erzielt.

Durch Einstellen der Konfiguration der sechzehn integrierten Topologie- Schalter der integrierten Schaltung aus Fig. 7 bezüglich der Implementation der funktionalen Analogschaltung BUF.B wird ein entkoppelnder Breitband-Analogpuffer mit einer zum Ansteuern einer ohmschen Last geeigneten Ausgangsstufe erzielt.

Wie ersichtlich ist, sind die Beispiele der oben stehenden veranschaulichenden Tabelle nicht erschöpfend bezüglich der Topologien, die mit der integrierten Schaltung aus Fig. 7 erzielt werden können.

Andere funktionale Analogschaltungen können durch andere unterschiedliche Konfigurationen der sechzehn integrierten Topologie-Schalter der integrierten Schaltung aus Fig. 7 erzielt werden.

Selbstverständlich ist es möglich, für jede funktionale Analogschaltung, die mittels der sechzehn Topologie-Schalter ausgewählt wird, die innewohnenden Kennwerte der besonderen funktionale Schaltung innerhalb breiter Variationsbereiche durch Auswählen einer bestimmten Konfiguration der Auswählschalter der verschiedenen Batterien von Schaltungskomponenten, die die integrierte Schaltung aus Fig. 7 bilden, zu modifizieren. Ein nichtflüchtiger, auf dem gleichen Chip integrierter Speicher betätigt die gewünschte Konfiguration aller Topologie- und Auswähl-Schalter, um die gewünschte funktionale Analogschaltung mit den benötigten innewohnenden Kennwerten zu implementieren. Bevorzugterweise wird das Programmieren eines derartigen nichtflüchtigen Speichers mittels eines Software-Programms ausgeführt, das geeignet ist, Eingangsdaten bezüglich der Auswahl der funktionalen Schaltung aufzunehmen, die in der integrierten Schaltung implementiert werden soll und bezüglich der innewohnenden Kennwerte, die die ausgewählte funktionale Analogschaltung zeigen muß.


Anspruch[de]

1. Integrierte Halbleitervorrichtung, eine Anzahl integrierter Schaltungskomponenten aufweisend, die geeignet sind, derart miteinander verbunden zu werden, daß sie eine integrierte funktionale Selektionsschaltung bilden, die eine aus einer entsprechenden Anzahl ausgewählte Funktion ausführt und eine Topologie und interne elektrische Kenngrößen aufweist, die aus einer beliebigen Anzahl unterschiedlicher Sätze von Topologien und internen elektrischen Kenngrößen durch Auswählen aus alternativen Verbindungskonfigurationen von integrierten Schaltungskomponenten durch integrierte Auswählschalter (1, 2, 3, . . . n-1, n) ausgewählt sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede integrierte Schaltungskomponente in einer Batterie (P, N, C) elektronischer Normkomponenten (MI1 - MI4, MD1 - MD9, C2 - C4 . . . ) des gleichen Typs gebildet ist, wobei jede elektronische Normkomponente interne elektrische Kenngrößen aufweist, die bezüglich diejenigen der zur selben Batterie gehörenden anderen elektronischen Normkomponenten identisch oder unterschiedlich sind, wobei alle diese elektronischen Normkomponenten einer Batterie gemeinsame Vebindungsanschlüsse teilen und selektiv zwischen den Verbindungsanschlüssen durch erste Auswählschalter in elektrischer Reihenschaltung und/oder Parallelschaltung derart verbindbar sind, daß sie eine resultierende integrierte Schaltungskomponente mit bestimmten elektrischen Kenngrößen bilden; eine Anzahl von durch zweite Auswählschalter (1, 2, 3 . . . , n-1, n) aus den gemeinsamen Verbindungsanschlüssen der Batterien (P, N, C, . . . ) der elektronischen Normkomponenten auswählbaren Anzahl von Verbindungspfaden zum Zusammenfügen einer bestimmten funktionalen Schaltung mit der ausgewählten Topologie und mit den internen elektrischen Kenngrößen, wobei die ersten Auswählschalter und die zweiten Auswählschalter durch einen programmierbaren nichtflüchtigen integrierten Speicher gesteuert sind.

2. Integrierte Vorrichtung nach Anspruch 1, worin die Normkomponenten jeder Batterie (P, N, C) strukturell identisch und genügend zahlreich sind, um durch eine Reihen- und/oder Parallelschaltung einer Anzahl von Normkomponenten der Batterie einen bestimmten Variationsbereich elektrischer Kenngrößen der resultierenden Schaltungskomponente zu ermöglichen, so daß eine im wesentlichen lineare Veränderung mindestens einer elektrischen Kenngröße der resultierenden Komponente implementiert ist.

3. Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, worin die Normkomponenten jeder Batterie (P, N, C) strukturell unterschiedlich und genügend zahlreich sind, um durch Reihen- und/oder Parallelschaltung einer Anzahl von Normkomponenten der Batterie einen bestimmten Variationsbereich elektrischer Kenngrößen der resultierenden elektrischen Schaltungskomponente derart zu ermöglichen, daß eine im wesentlichen nichtlineare Veränderung mindestens einer elektrischen Kenngröße der resultierenden Komponente implementiert ist.

4. Integrierte Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, worin der integrierte nichtflüchtige Speicher durch eine Software programmiert ist, die geeignet ist, Daten bezüglich des Typs der zu implementierenden funktionalen Analogschaltung und des Wertes von unterschiedlichen Strukturparametern, die elektrischen Kenngrößen der zu implementierenden funktionalen Analogschaltung bestimmen, als Eingangsdaten aufzunehmen.

5. Integrierte Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1, worin die Batterien (P, N, C, . . . ) von Normkomponenten in einer Matrixform angeordnet sind, wobei eine oder mehrere Normkomponenten der Batterie elektrisch miteinander in Reihe schaltbar sind und die Reihenschaltung von Normkomponenten elektrisch entweder mit einer anderen Normkomponente der Batterie oder mit einer anderen Reihenschaltung von Normkomponenten aus der Batterie parallel schaltbar ist.

6. Integrierte Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin die funktionale Analogschaltung mit ausgewählter Topologie und ausgewählten elektrischen Kenngrößen ein Operationsverstärker ist.

7. Integrierte Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin die funktionale Analogschaltung mit ausgewählter Topologie und ausgewählten elektrischen Kenngrößen eine Pufferschaltung ist.







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