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Dokumentenidentifikation DE10003469B4 14.07.2005
Titel Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines schaltbaren Ansteuerpotentials
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Christoph, Axel, Villach, AT
Vertreter Westphal, Mussgnug & Partner, 80336 München
DE-Anmeldedatum 27.01.2000
DE-Aktenzeichen 10003469
Offenlegungstag 09.08.2001
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 14.07.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 14.07.2005
IPC-Hauptklasse H02M 3/07

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines schaltbaren Ansteuerpotentials, welches bezogen auf ein Bezugspotential höher als ein Versorgungspotential ist.

Aus Electronique, Nr. 7, April 1991, S. 68/69 ist eine derartige Schaltungsanordnung bekannt, die eine Ladungspumpe und einen zwischen einen Ausgang der Ladungspumpe und einen Ausgang der Schaltungsanordnung geschalteten Bipolartransistor aufweist, wobei der Transistor abhängig von einem Eingangssignal die durch die Ladungspumpe bereitgestellte erhöhte Spannung an eine Last anlegt.

Eine entsprechende Schaltungsanordnung, bei der anstelle des Bipolartransistors ein MOS-Transistor zwischen die Ladungspumpe und den Ausgang geschaltet ist, ist aus Patent Abstracts of Japan, JP 07322605 A, bekannt. Der MOS-Transistor wird durch eine Ansteuerschaltung angesteuert, um das durch die Ladungspumpe bereitgestellte Potential wahlweise an den Ausgang anzulegen.

Der Ausgang einer herkömmlichen Ladungspumpe und deren Verbraucher sind fest miteinander verschaltet oder wie bei den zitierten Dokumenten über einen Transistor miteinander verbunden. Variiert der Verbraucher stark in seiner Spannung, so müssen die Kondensatoren der Ladungspumpe der maximal auftretenden Spannung Stand halten können. Diese ergibt sich aus der Spannungsdifferenz der (in der Regel festen) Eingangspannung und der Ausgangsspannung der Ladungspumpe. In integrierter Schaltungstechnik realisierte Kondensatoren für große Spannungen erfordern ein dickes Oxid. Dies hat wiederum zur Folge, dass die Kondensatoren entweder eine kleine Kapazität haben oder eine große Fläche benötigen.

Ladungspumpen werden häufig bei Halbleiterschaltern angewendet. Sie sind dabei ausgangsseitig mit dem Steueranschluss eines Schalttransistors fest verbunden. Der Eingang der Ladungspumpe wird je nach gewünschtem Schaltzustand auf eine Versorgungsspannung aufgeschaltet oder nicht. Der Steueranschluss (z.B. Gate, Basis) des Schalttransistors nimmt im Betrieb durch Ein- und Ausschalten insbesondere induktiver Lasten stark unterschiedliche Spannungen an. Deshalb müssen Kondensatoren in der Ladungspumpe über den gesamten möglichen Spannungsbereich spannungsfest sein. Dies erfordert aber ein dickes Oxid und somit eine große Fläche. Mehr als zweistufige Ladungspumpen sind in den meisten gängigen Technologien und Spannungsklassen auf Grund des Flächenbedarfs derzeit praktisch nicht realisierbar.

Darüber hinaus muß bei einer zweistufigen Ladungspumpe jede Stufe eine größere Spannung "pumpen" als bei einer mehrstufigen Ladungspumpe. Die Ladungspumpe muß daher bei vergleichbarer Ausgangsspannung mit einer größeren Eingangsspannung betrieben werden. Die Transistoren in der Ladungspumpe müssen dann aber entsprechend spannungsfest sein, was wiederum einen zusätzlichen Flächenbedarf bedeutet.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines schaltbaren Ansteuerpotentials, welches bezogen auf ein Bezugspotential höher als ein Versorgungspotential ist, anzugeben, die diese Nachteile nicht aufweist.

Die Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung hat den Vorteil, dass die Spannungsfestigkeit erhöht wird ohne nennenswerten zusätzlichen Schaltungsaufwand und damit ohne bedeutenden zusätzlichen Flächenbedarf. Darüber hinaus ist eine mehr als zweistufige Ausführung der Ladungspumpe ohne weiteres möglich.

Erreicht wird dies insbesondere durch eine Schaltungsanordnung mit einem ersten Schalterelement, das zwischen einen Steuerausgang der Schaltungsanordnung und den Ausgang einer Ladungspumpe geschaltet ist. Die Ladungspumpe erzeugt dabei an ihrem Ausgang das Ansteuerpotential aus dem am Eingang anliegenden Versorgungspotential. Das erste Schalterelement (z.B. ein Transistor) wird also an den Ausgang der Ladungspumpe gesetzt und nimmt damit im wesentlichen die in den verschiedenen Betriebszuständen auftretende Spannung am Steuerausgang auf. Demnach muss lediglich dieses Schalterelement eine erhöhte Spannungsfestigkeit aufweisen, was zur Folge hat, dass nur dieses eine Element einen höheren Flächenbedarf hat. Die Ladungspumpe bleibt davon unberührt. Da aber nur ein Element (das erste Schalterelement) eine vergrößerte Fläche erfordert im Gegensatz zu mindestens sieben Elementen bei der Ladungspumpe (z. B. drei Dioden, zwei Kondensatoren, zwei Umschalter), ist die Flächeneinsparung insgesamt erheblich.

Die Ladungspumpe weist mindestens zwei zwischen ihren Eingang und ihren Ausgang in Durchlassrichtung hintereinander geschaltete erste Dioden auf. Die zwischen den ersten Dioden liegenden Knotenpunkte werden in einer bestimmten Reihenfolge jeweils mittels eines Umschalters unter Zwischenschaltung eines ersten Kondensators auf das Bezugspotential oder das Versorgungspotential aufgeschaltet. Auf diese Weise kann mit wenig Aufwand eine wirkungsvolle Ladungspumpe realisiert werden.

Als erstes Schalterelement ist ein erster Transistor vorgesehen, wobei zwischen den Steueranschluss des ersten Transistors und den dem jeweiligen Umschalter am nächsten liegenden Anschluss des dem Ausgang der Ladungspumpe nächst gelegenen ersten Kondensators ein zweiter Kondensator geschaltet werden kann. Damit wird das erste Schalterelement mit Steuersignalen der Ladungspumpe gekoppelt. Zusätzlich können zwischen den Steueranschluss des ersten Transistors und den Steuerausgang ein zweites Schalterelement und/oder eine zweite Diode und/oder ein erster Widerstand geschaltet werden.

Weiterhin kann zwischen den Steueranschluss des ersten Transistors und den Steuerausgang die gesteuerte Strecke eines zweiten Transistors geschaltet werden, wobei zwischen den Steueranschluss des zweiten Transistors und den dem jeweiligen Umschalter am nächsten liegenden Anschluss eines dem Ausgang der Ladungspumpe nicht am nächsten gelegenen ersten Kondensators ein dritter Kondensator geschaltet ist. Auch hier erfolgt eine Kopplung mit Steuersignalen der Ladungspumpe. Es können wiederum zusätzlich zwischen den Steueranschluss des zweiten Transistors und den Steuerausgang ein zweiter Widerstand und/oder eine dritte Diode geschaltet werden.

Bei einer anderen Weiterbildung der Erfindung ist zwischen den Ausgang der Ladungspumpe und den Steuerausgang die gesteuerte Strecke eines dritten Transistors geschaltet, wobei zwischen den Steueranschluss des dritten Transistors und den dem jeweiligen Umschalter am nächsten liegenden Anschluss eines dem Ausgang der Ladungspumpe nicht am nächsten gelegenen ersten Kondensators ein vierter Kondensator geschaltet ist. Zwischen die den Steueranschluss des dritten Transistors und den Steuerausgang kann dabei ein dritter Widerstand geschaltet werden, um einen definierten Abschluss am Steueranschluss des dritten Transistors zu erhalten.

Weiterhin kann zwischen den Steueranschluss des dritten Transistors und den Steuerausgang eine vierte Diode oder alternativ die gesteuerte Strecke eines vierten Transistors geschaltet werden, wobei zwischen den Steueranschluss des vierten Transistors und den dem jeweiligen Umschalter am nächsten liegenden Anschluss des dem Ausgang der Ladungspumpe am nächsten gelegenen ersten Kondensators ein fünfter Kondensator geschaltet ist.

Zwischen die Steueranschlüsse den Steueranschluss des dritter Transistors und den Steuerausgang wird vorzugsweise ein drittes Schalterelement geschaltet.

Schliesslich können der fünfte und der zweite Kondensator durch einen einzigen Kondensator gegeben sein, wobei der Steueranschluss des vierten Transistors mit dem Steueranschluss des ersten Transistors gekoppelt ist. Durch die doppelte Nutzung des Kondensators wird erheblich Fläche eingespart.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt:

1 ein allgemeines Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,

2 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit Kopplung des Schalterelements mit Steuersignalen der Ladungspumpe,

3 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit Kopplung des Schalterelements mit Steuersignalen der Ladungspumpe,

4 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit Kopplung des Schalterelements mit Steuersignalen der Ladungspumpe,

5 eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit Kopplung des Schalterelements mit Steuersignalen der Ladungspumpe,

6 ein erstes Anwendungsbeispiel für eine erfindungsgemaße Schaltungsanordnung mit Kopplung des Schalterelements mit Steuersignalen der Ladungspumpe und

7 ein zweites Anwendungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit Kopplung des Schalterelements mit Steuersignalen der Ladungspumpe.

Bei dem in 1 gezeigten allgemeinen Ausführungsbeispiel ist eine Ladungspumpe 1 an ihrem Eingang 2 mit einem Versorgungspotential 3 beaufschlagt. Bezogen auf ein Bezugspotential 4 erzeugt die Ladungspumpe 1 aus dem Versorgungspotential 3 ein demgegenüber höheres Ansteuerpotential, das an ihrem Ausgang 5 abgreifbar ist. Der Ausgang 4 ist mittels eines Schalterelements 6 auf einen Steuerausgang 7 aufschaltbar. Das Schalterelemen 6 besteht beispielsweise aus einem gesteuerten Schalter 8 und einem dazu in Reihe liegenden (parasitären) Widerstand 9. An den Steuerausgang 7 ist über einen Widerstand 10 das Gate eines MOS-Feldeffekttransistors 11 vom N-Kanal-Enhancement-Typ angeschlossen. Der MOS-Feldeffekttransistor 11 dient als sogenannter "High-Side-Schalter" zum Schalten einer Last 12, deren einer Anschluss an das Bezugspotential 4 und deren anderer Anschluss über die Source-Drain-Strecke des MOS-Feldeffekttransistors 11 an das (positive) Versorgungspotential 3 angeschlossen ist. Schliesslich ist ein Schalterelement 13 zwischen den Steuerausgang 7 und den dem Bezugspotential abgewandten Anschluss der Last 12 geschaltet, der beim Abschalten des MOS-Feldeffekttransistors 11 für ein schnelles Entladen der Gate-Source-Kapazität und damit für ein schnelles Abschalten sorgt.

Die Ladungspumpe 1 enthält drei hinter einander zwischen Eingang 2 und Ausgang 5 in Durchlassrichtung geschaltete Dioden 14, 15 und 16. Die Knotenpunkte zwischen den Dioden 14 und 15 sowie den Dioden 15 und 16 sind jeweils unter Zwischenschaltung eines Kondensators 17 bzw. 18 mittels eines gesteuerten Umschalters 19 bzw. 20 auf das Versorgungspotential 3 oder das Bezugspotential 4 aufschaltbar. Dabei werden die Umschalter 19 und 20 gegenphasig getaktet. Wenn also der Umschalter 19 auf das Versorgungspotential 3 aufgeschaltet ist, ist der Umschalter 20 auf das Bezugspotential 4 aufgeschaltet und umgekehrt.

Die Dioden 14, 15 und 16 werden eingangsseitig konstant mit dem Versorgungspotential 3 gespeist und ausgangsseitig geschaltet, so dass an den Kondensatoren 17 und 18 nur die jeweilige "Pumpspannung", also insbesondere am Kondensator 18 keine höhere Spannung als in etwa das Doppelte der Differenz von Versorungspotential 3 und Bezugspotential 4 auftritt. Die Kondensatoren 17 und 18 können daher mit dünnerem Oxid ausgeführt werden und benötigen daher weniger Raum. Da auch die Umschalter 19 und 20 geringeren Spannungen standhalten müsssen, beanspruchen auch sie weniger Platz. Die Überspannungen werden nur noch vom Widerstand 9 des Schalterelements 6 aufgenommen.

Das Ausführungsbeispiel nach 2 geht aus dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel dadurch hervor, dass das Schalterelement 6 nun einen MOS-Feldeffekttransistor 21 vom N-Kanal-Enhancement-Typ aufweist. Die Source-Drain-Strecke des MOS-Feldeffekttransistors 21 ist zwischen den Ausgang der Ladungspumpe 1 und den Steuerausgang 7 geschaltet derart, dass der Drain-Anschluss mit dem Ausgang der Ladungspumpe 1 und der Source-Anschluss mit dem Steuerausgang 7 verbunden ist. Der Gate-Anschluss des MOS-Feldeffekttransistors 21 ist zum einen über einen Kondensator 22 mit dem Knotenpunkt zwischen Kondesator 18 und Umschalter 20 gekoppelt und zum anderen über ein Schalterelement 23 und einer parallel dazu liegenden Diode 24 in Sperrrichtung mit dem Steuerausgang 7 verschaltet. Alternativ oder zusätzlich zur Diode 24 kann auch ein Widerstand 25 zwischen den Gate-Anschluss des MOS-Feldeffekttransistors 21 und den Steuerausgang 7 geschaltet werden.

Bei der Realisierung eines derartigen Schalterelements setzt oft die Herstellungs-Technologie Grenzen. So können beispielsweise bei Technologien mit N-Substrat und ohne isolierte N-Wanne keine P-Kanal-Transistoren über dem Versorgungspotential (und somit weder in der Ladungspumpe noch in dem Schalterelement) verwendet werden.

Es wird daher beim Ausführungsbeispiel ein N-Kanal-Enhancement-Transistor (MOS-Feldeffekttransistor 21) eingesetzt, dessen Gate mit der Ladungspumpe 1 mitgepumpt wird. Bei jedem Pumpsignal der zweiten (letzten) Stufe muß die Ladung des Kondensators 18 an den Ausgang übertragen werden entsprechend dem üblichen Prinzip einer Ladungspumpe. Durch die Kopplung mit dem Umschalter 20 (entsprechend einem internen Steuersignal der Ladungspumpe 1) öffnet der MOS-Feldeffekttransistor 21 genau zur Zeit der Low-Phase des Umschalters 20 (= Bezugspotential 4). Dabei wird das Gate des MOS-Feldeffekttransistors 21 auf die Pumpspannung nach unten begrenzt und in der High-Phase (= Versorgungspotential 3) hoch gepumpt, wodurch der MOS-Feldeffekttransistor 21 öffnet. In der Low-Phase des Umschalters 20 wird der als Schalter betriebene MOS-Feldeffekttransistor 21 in der gezeigten Anordnung sperren, was aber keine zwingende Voraussetzung ist. Die Spannung zwischen Pumpe und Ausgang fällt nun am MOS-Feldeffekttransistor 21 ab. Im ausgeschalteten Zustand wird das Gate des MOS-Feldeffekttransistors 21 über das Schalterelement 23 an die Ausgangsseite geklemmt, wodurch der MOS-Feldeffekttransistor 21 sperrt. Die Spannung zwischen Ladungspumpe 1 und Steuerausgang 7 fällt auch hier am MOS-Feldeffekttransistor 21 ab. Somit müssen nur noch MOS-Feldeffekttransistor 21 und Kondensator 22 die volle Spannungsfestigkeit aufweisen, wobei der Kondensator 22 nur eine kleine Kapazität hat und daher wenig Fläche benötigt. Die wesentlich höhere Kapazitäten aufweisenden Kondensatoren 17 und 18 können aber aufgrund der geringeren Spannungsfestigkeit ebenfalls flächensparender ausgeführt werden.

Bedingt durch die jeweilige Herstellungs-Technologie kann unter Umständen eine Diode (z. B. Diode 24) nicht realisiert werden. In diesem Fall wird sie beispielsweise durch den Widerstand 25 ersetzt werden, wobei die Zeitkonstante RC aus dem Widerstandswert R des Widerstandes 25 und der Kapazität C des Kondensators 22 entsprechend gewählt werden muss. Das Schalterelement 23 könnte dabei auch entfallen.

Das Ausführungsbeispiel nach 3 ist gegenüber dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel dahingehend abgeändert, dass anstelle der Diode 24 aus 2 die Source-Drain-Strecke eines MOS-Feldeffekttransistors 26 vom N-Kanal-Enhancement-Typ zwischen Gate-Anschluss des MOS-Feldeffekttransistors 21 und den Steuerausgang 7 geschaltet ist. Der Gate-Anschluss des MOS-Feldeffekttransistors 26 ist zum einen über einen Kondensator 29 mit dem Knotenpunkt zwischen Kondensator 18 und Umschalter 20 gekoppelt und zum anderen über einen Widerstand 28 und/oder einer parallel dazu liegenden Diode 27 in Sperrrichtung mit dem Steuerausgang 7 verschaltet. Die Diode 27 kann also entweder alternativ oder zusätzlich zum Widerstand 28 zwischen den Gate-Anschluss des MOS-Feldeffekttransistors 26 und den Steuerausgang 7 geschaltet werden.

Die Diode 24 kann auch durch ein Schalterelement (MOS-Feldeffekttransistor 26) ersetzt werden, wenn die Umschalter 19 und 20 annähernd gegenphasig sind, wie dies bei üblichen zweistufigen Ladungspumpen der Fall ist. Bei mehrstufigen Ladungspumpen müssen dementsprechend ebenfalls zueinander gegenphasige Umschalter (Ansteuersignale) verwendet werden. Das Gate des MOS-Feldeffekttransistors 26 wird folglich mit dem Umschalter 19 gekoppelt. Dadurch wird das Gate des MOS-Feldeffekttransistors 21 beim High-Zustand (= Versorgungspotential 3) des Umschalters 19 durch den MOS-Feldeffekttransistor 26 auf ein dem Ansteuerpotential am Ausgang 5 entsprechendes Potential gezogen, während beim High-Zustand (= Versorgungspotential 3) des Umschalters 20 (MOS-Feldeffekttransistor 26 sperrt) weiter gepumpt wird, so dass der MOS-Feldeffekttransistor 21 durchschaltet. Die Diode 27 kann dann auch eine Diode mit größerem Spannungabfall sein (z. B. eine "MOS-Diode"), da der MOS-Feldeffekttransistor 26 weniger Strom liefern muß als der MOS-Feldeffekttransistor 21.

Es kann unter Umständen auch von Interesse sein, in allen Phasen der Ladungspumpe 1 ein Ansteuerpotential am Ausgang der Ladungspumpe – wie in 4 gezeigt – zum Steuerausgang 7 durchzuschalten. Dann kann ein zweites Schalterelement (MOS-Feldeffekttransistor 30) eingeführt werden, das wie das erste Schalterelement (MOS-Feldeffekttransistor 21) arbeitet, aber annähernd gegenphasig zum ersten Schalterelement (MOS-Feldeffekttransistor 21) angesteuert wird. Gegenüber dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich demnach das Ausführungsbeispiel nach 4 darin, dass zusätzlich ein über einen Kondensator 29 gesteuerter MOS-Feldeffekttransistor 30 mit seiner Source-Drain-Strecke in gleicher Weise wie der MOS-Feldeffekttransistor 21 zwischen den Ausgang der Ladungspumpe 1 und den Steuerausgang 7 geschaltet ist. Zwischen den Gate-Anschluss des MOS-Feldeffekttransistors 30 und den Steuerausgang 7 sind weiterhin ein Schalterelement 31 zum Ausschalten, parallel dazu eine Diode 32 in Sperrrichtung und gegebenenfalls parallel dazu ein Widerstand 33 geschaltet. Des weiteren ist der Kondensator 29 zwischen den Gate-Anschluss des MOS-Feldeffekttransistors 30 einerseits und dem Knotenpunkt zwischen Kondensator 17 und Umschalter 19 andererseits geschaltet.

Die in 5 gezeigte Ausführungsform geht schlieslich aus der in 4 erläuterten Ausführungsform dadurch hervor, dass, die Dioden 24 und 32 jeweils durch die Source-Drain-Strecke eines MOS-Feldeffekttransistors 34 bzw. 35 ersetzt werden. Dabei ist der Gate-Anschluss des MOS-Feldeffekttransistors 34 mit dem Gate-Anschluss des MOS-Feldeffekttransistors 30 und der Gate-Anschluss des MOS-Feldeffekttransistors 35 mit dem Gate-Anschluss des MOS-Feldeffekttransistors 21 gekoppelt. Öffnet der MOS-Feldeffekttransistor 30 während der High-Phase (= Versorgungspotential 3) des Umschalters 19, so öffnet sich auch der MOS-Feldeffekttransistor 34, wodurch das Gate des MOS-Feldeffekttransistors 21 in etwa auf das Potential am Steuerausgang 7 gebracht wird. In der der Low-Phase (= Bezugspotential 4) des Umschalters 19 entsprechenden High-Phase (= Versorgungspotential 3) des Umschalters 20 kann dann der MOS-Feldeffekttransistor 30 über den MOS-Feldeffekttransistor 35 mit dem Umschalter 20 gekoppelt werden, wodurch folglich das Gate des MOS-Feldeffekttransistors 30 in etwa auf das Potential am Steuerausgang 7 gezogen wird.

In 6 ist ein Anwendungsbeispiel für eine erfindungsgemässe Schaltungsanordnung bei einer Einrichtung zum Aufschalten einer mit dem Bezugspotential 4 verbundenen Last 36 auf das Versorgungspotential 3 (High-Side-Schalter) dargestellt. Der gezeigte High-Side-Schalter umfasst einen Schalttransistor, der durch einen MOS-Feldeffekttransistor 37 vom N-Kanal-Enhancement-Typ gebildet wird und der die zum Schalten der Last 36 erforderliche Leistung bereitstellen kann. Der MOS-Feldeffekttransistor 37 ist drainseitig mit dem Versorgungspotential 3 und sourceseitig unter Zwischenschaltung der Last 36 mit dem Bezugspotential 4 verbunden. Sein Gate-Anschluss ist über einen Widerstand 38 zur Strombegrenzung mit einem durch die Source-Anschlüsse zweier MOS-Feldeffekttransistoren 39 vom N-Kanal-Enhancement-Typ und 40 vom N-Kanal-Depletion-Typ sowie den Gate-Anschluss des MOS-Feldeffekttransistors 40 gebildeten Knotenpunkt verbunden, der zudem über einen Schalter 41 zum Aufschalten auf das Bezugspotential 4 und über einen Schalter 42 zum Einschalten sowie eine dazu in Reihe geschaltete Diode 43 in Durchlassrichtung auf das Versorgungspotential 3 aufschaltbar ist. Der Gate-Anschluss des MOS-Feldeffekttransistors 39 ist mit dem Drain-Anschluss des MOS-Feldeffekttransistors 40 sowie mit einem Anschluss eines Kondensators 44 verbunden. Der Drain-Anschluss des MOS-Feldeffekttransistors 39 ist über die hintereinandergeschalteten Source-Drain-Strecken zweier MOS-Feldeffekttransistoren 45 und 46 vom N-Kanal-Enhancement-Typ mit dem Versorgungspotential 3 gekoppelt. Die MOS-Feldeffekttransistoren 45 und 46 werden jeweils durch Verbinden von Drain- und Source-Anschluss als Dioden in Durchlassrichtung betrieben und sind neben zwei Kondensatoren 47 und 48 sowie einer Schalteinrichtung 49 Teil einer Ladungspumpe. Die Kondensatoren 47 und 48 sind jeweils über einen Anschluss mit den Drain-Anschlüssen der MOS-Feldeffekttransistoren 45 und 46 verbunden. Deren andere Anschlüsse sowie der andere Anschluss des Kondensators 44 sind mit der Schalteinrichtung 49 verschaltet. Die Schalteinrichtung schaltet die Kondensatoren 47 und 48 zyklisch und zueinander gegenphasig auf Versorgungspotential 3 bzw. Bezugspotential 4 auf.

Das Gate des Schalttranssitors (MOS-Feldeffekttransistor 37) wird in der ersten Phase des Einschaltens über den Schalter 42 auf annähernd das Versorgungspotential 3 gebracht, wobei der Ladestrom durch den Widerstand 38 begrenzt wird. Von dort aus muß dann das Potential am Gate von der Ladungspumpe weiter angehoben werden. Die Ausführung des MOS-Feldeffekttransistors 40 als Depletiontransistor hat den Vorteil, dass in den beiden Pumpphasen eine unterschiedliche Zeitkonstante entsteht. Die Entladung des Kondensators 44 soll im leitenden Zustand vom MOS-Feldeffekttransistor 39 langsam erfolgen. Der MOS-Feldeffekttransistor 39 bleibt in diesem Fall gesperrt, wobei die Zeitkonstante grösser ist als die Pumpdauer. Der MOS-Feldeffekttransistor 40 wirkt dabei als Stromquelle, wobei die Aufladung im sperrenden Zustand des MOS-Feldeffekttransistors 39 möglichst schnell erfolgt. Die Zeitkonstante ist dann kleiner als die Sperrdauer, wobei der MOS-Feldeffekttransistor 40 als aufgesteuerter Transistor wirkt.

Das Anwendungsbeispiel nach 7 geht schliesslich aus dem in 6 gezeigten Anwendungsbeispiel dadurch hervor, dass die Diode 43 und der Schalter 42 durch die Emitter-Kollektor-Strecke eines Bipolartransistors 50 vom NPN-Typ ersetzt wird, wobei dessen Kollektor-Anschluss mit dem Versorgungspotential 3 und dessen Emitter-Anschluss mit dem Knotenpunkt aus dem Widerstand 38, dem Schalter 41 sowie der MOS-Feldeffekttransistoren 39 und 40 verbunden ist. Der Basis-Anschluss des Bipolartransistors 50 ist an den über einen Widerstand 51 mit dem Source-Anschluss des MOS-Feldeffekttransistors 37 verschalteten Source-Anschluss eines MOS-Feldeffekttransistors 52 vom N-Kanal-Enhancement-Typ angeschlossen, dessen Drain-Anschluss mit dem Versorgungspotential 3 gekoppelt und dessen Gate-Anschluss mit einem Steuersignal 53 beaufschlagt ist. Bei Auftreten eine Steuersignals 53 wird der Bipolartransistor 50 über den MOS-Feldeffekttransistor 52 durchgesteuert und das Gate des MOS-Feldeffekttransistors 37 auf Versorgungspotential 3 gezogen. Im ausgeschalteten Zustand wird die Basis des Bipolartransistors 50 über den Widerstand 51 auf den Ausgangszustand an der Last 36 geklemmt.

1Ladungspumpe 2Eingang der Ladungspumpe 3Versorgungspotential 4Bezugspotential 5Ausgang der Ladungspumpe 6Schalterelement 7Steuerausgang 8Gesteuerter Schalter 9Widerstand 10Widerstand 11MOS-Feldeffekttransistor 12Last 13Schalterelement 14Diode 15Diode 16Diode 17Kondensator 18Kondensator 19Umschalter 20Umschalter 21MOS-Feldeffekttransistor 22Kondensator 23Schalterelement 24Diode 25Widerstand 26MOS-Feldeffekttransistor 27Diode 28Widerstand 29Kondensator 30MOS-Feldeffekttransistor 31Schalterelement 32Diode 33Widerstand 34MOS-Feldeffekttransistor 35MOS-Feldeffekttransistor 36Last 37MOS-Feldeffekttransistor 38Widerstand 39MOS-Feldeffekttransistor 40MOS-Feldeffekttransistor 41Schalter 42Schalter 43Diode 44Kondensator 45MOS-Feldeffekttransistor 46MOS-Feldeffekttransistor 47Kondensator 48Kondensator 49Schalteinrichtung 50Bipolartransistor 51Widerstand 52MOS-Feldeffekttransistor 53Steuersignal

Anspruch[de]
  1. Schaltungsanordnung zum Erzeugen eines schaltbaren Ansteuerpotentials, welches bezogen auf ein Bezugspotential (4) höher als ein Versorgungspotential (3) ist, mit

    – einer Ladungspumpe (1; 14 bis 20, 45 bis 49) zum Erzeugen des Ansteuerpotentials an ihrem Ausgang (5) aus dem am Eingang (2) anliegenden Versorgungspotential (3), die mindestens zwei zwischen ihren Eingang (2) und ihren Ausgang (5) in Durchlassrichtung hintereinander geschaltete erste Dioden (14, 15, 16; 45, 46) aufweist, deren dazwischen liegende Knotenpunkte in einer bestimmten Reihenfolge jeweils mittels eines Umschalters (19, 20; 49) unter Zwischenschaltung eines ersten Kondensators (17, 18; 47, 48) auf das Bezugspotential (4) oder das Versorgungspotential (3) aufgeschaltet werden,

    – einem ersten Transistor (21; 39), der zwischen den Ausgang (5) der Ladungspumpe (14 bis 20, 45 bis 49) und einem Steuerausgang (7) geschaltet ist, und

    – einem zweiten Kondensator (22; 44), der zwischen den Steueranschluss des ersten Transistors (21; 39) und den dem jeweiligen Umschalter (20) am nächsten liegenden Anschluss des dem Ausgang der Ladungspumpe (1) nächst gelegenen ersten Kondensators (18) geschaltet ist.
  2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei der zwischen den Steueranschluss des ersten Transistors (21) und den Steuerausgang (7) ein zweites Schalterelement (23) geschaltet ist.
  3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der zwischen den Steueranschluss des ersten Transistors (21) und den Steuerausgang (7) eine zweite Diode (24) geschaltet ist.
  4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, bei der zwischen den Steueranschluss des ersten Transistors (21) und den Steuerausgang ein erster Widerstand (25) geschaltet ist.
  5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der zwischen den Steueranschluss des ersten Transistors (21) und den Steuerausgang (7) die gesteuerte Strecke eines zweiten Transistors (26) geschaltet ist, wobei zwischen den Steueranschluss des zweiten Transistors (26) und den dem jeweiligen Umschalter (19) am nächsten liegenden Anschluss eines dem Ausgang (5) der Ladungspumpe (1) nicht am nächsten gelegenen ersten Kondensators (17) ein dritter Kondensator (29) geschaltet ist.
  6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, bei der zwischen den Steueranschluss des zweiten Transistors (26) und den Steuerausgang (7) ein zweiter Widerstand (28) geschaltet ist.
  7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5 oder 6, bei der zwischen den Steueranschluss des zweiten Transistors (26) und den Steuerausgang (7) eine dritte Diode (27) geschaltet ist.
  8. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der zwischen den Ausgang (5) der Ladungspumpe (1) und den Steuerausgang (7) die gesteuerte Strecke eines dritten Transistors (30) geschaltet ist, wobei zwischen den Steueranschluss des dritten Transistors (30) und den dem jeweiligen Umschalter (19) am nächsten liegenden Anschluss eines dem Ausgang (5) der Ladungspumpe (1) nicht am nächsten gelegenen ersten Kondensators (17) ein vierter Kondensator (29) geschaltet ist.
  9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, bei der zwischen den Steueranschluss des dritten Transistors (30) und den Steuerausgang ein dritter Widerstand (33) geschaltet ist.
  10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8 oder 9, bei der zwischen den Steueranschluss des dritten Transistors (30) und den Steuerausgang (7) eine vierte Diode (32) geschaltet ist.
  11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, 9, 10 oder 11, bei der zwischen den Steueranschluss des dritten Transistors (30) und den Steuerausgang (7) ein drittes Schalterelement (31) geschaltet ist.
  12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8 oder 9, bei der zwischen den Steueranschluss des dritten Transistors (30) und den Steuerausgang (7) die gesteuerte Strecke eines vierten Transistors (35) geschaltet ist, wobei zwischen den Steueranschluss des vierten Transistors (35) und den dem jeweiligen Umschalter (20) am nächsten liegenden Anschluss des dem Ausgang (5) der Ladungspumpe (1) am nächsten gelegenen ersten Kondensators (18) ein fünfter Kondensator (22) geschaltet ist.
  13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11 oder 12, bei der fünfte und der zweite Kondensator durch einen einzigen Kondensator (22) gebildet werden, wobei der Steueranschluss des vierten Transistors (35) mit dem Steueranschluss des ersten Transistors (21) gekoppelt ist.
Es folgen 4 Blatt Zeichnungen






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