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Integrierte Schaltungsanordnung in MOS-Technik
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Die Erfindung bezieht sich auf eine integrierte Schaltungsanordnung
in MOS-Technik mit Feldeffekttransistoren mit mindestens einer zusätzlichen, ebenfalls
in MOS-Technik mit Feldeffekttransistoren aufgebauten Prüf-Schaltungsanordnung,
deren Prüfanschluß bzw. -anschlüsse nach außen ausgeführt sind und über die beim
Anlegen eines Prüfsignals mindestens Teile der integrierten Schaltungsanordnung
dadurch überprüfbar sind, daß am (an) anderen nach außen geführten Anschluß (Anschlüssen)
die Prüfsignale abnehmbar sind und jeder Feldeffekttransistor mit seinem Substratanschluß
an eine negative Spannung angeschlossen ist und die Prüf-Schaltungsanordnung derart
ausgebildet ist, daß Prüfsignale, die eine zur normalen Versorgungsspannung der
integrierten Schaltungsanordnung entgegengesetzte Polarität aufweisen, anlegbar
sind.
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Es hat sich herausgestellt, daß bei einer derartigen Schaltungsanordnung,
wie sie in der älteren Patentanmeldung nach P 29 05 294.6 näher beschrieben ist,
in unerwünschter Weise ein Umschalten in der integrierten Schaltungsanordnung auftreten
kann, ohne daß bewußt Prüfsignale, die eine zur normalen Versorgungsspannung (+UB)
der integrierten Schaltungsanordnung entgegengesetzte Polarität aufweisen, angelegt
worden sind. Es wurde nun untersucht und gefunden, daß durch Fehlanpassungen an
bestimmten Anschlüssen einer integrierten Schaltungsanordnung mehrere Arten von
negativen Spannungen auftreten können. Eine davon ist die, bei der die negativen
Spannungen nur in verhältnismäßig kurzzeitigen Spitzen auftreten, daher wenig Energie
aufweisen und nur sehr geringe Ströme abgeben können.
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Wenn eine derartige integrierte Schaltungsanordnung nun in einer Umgebungsschaltung
betrieben werden soll, die eine Fehlanpassung nicht ausschließen kann und bei der
die Fehlanpassung zu den oben genannten kurzen negativen Spannungsspitzen führt,
dann, so war die Aufgabe zu dieser Erfindung, müßte es eine Schaltungsanordnung
geben, die nicht sehr aufwendig ist und mit der es gelingt, die auftretenden negativen
Spannungsspitzen dann, wenn sie unerwünscht sind, sofort abzubauen, so daß diese
nicht erst in die integrierte Schaltungsanordnung hineinlaufen können und dort die
Umschaltung in den Prüfzustand der Schaltungsanordnung veranlassen können.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer integrierten Schaltungsanordnung
der eingangs genannten Art nach der Erfindung zwischen dem nach außen geführten
Anschluß (Anschlüssen) und Masse der zu überprüfenden integrierten Schaltungsanordnung
ein Feldeffekttransistor vom selbstsperrenden Typ angeordnet, dessen Sourceanschluß
mit Masse und dessen Gateanschluß mit Masse der integrierten Schaltungsanordnung
und dessen Drainanschluß mit dem nach außen geführten Anschluß verbunden sind.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann der zusätzliche Transistor
der selbstsperrende Transistor einer Ausgangsstufe sein.
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Ferner kann der nach außen geführte Anschluß über einen als Lastwiderstand
geschalteten Feldeffekttransistor vom selbstleitenden Typ mit der Versorgungsspannung
verbunden sein, wobei dessen Gate- und Sourceanschlüsse mit dem nach außen geführten
Anschluß und dessen Drainanschluß mit der Versorgungsspannung verbunden sind.
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Ferner kann nach der Erfindung die Prüf-Schaltungsanordnung selbst
aus einem ersten Feldeffekttransistor vom selbst-
leitenden Typ
bestehen, dessen Sourceanschluß mit Masse, dessen Gateanschluß an einem nach außen
geführten Anschluß und dessen Drainanschluß an einem inneren Verbindungspunl: angeschlossen
sind, an dem auch der Gate- sowie der Sourceanschluß eines zweiten Feldeffekttransistors
vom selbstleitenden Typ angeschlossen sind, dessen Drainanschluß mit der Versorgungsspannung
verbunden ist, wobei weiterhin an dem inneren Verbindungspunkt der Gateanschluß
eines dritten Feldeffekttransistors vom selbstsperrenden Typ angeschlossen ist,
dessen Sourceanschluß an Masse liegt und dessen Drainanschluß mit dem inneren Ausgang
verbunden ist, an dem nicht nur die zu überprüfende Schaltung, sondern auch der
Gate-und der Sourceanschluß eines vierten Feldeffekttransistors vom selbstleitenden
Typ angeschlossen sind, dessen Drainanschluß mit der Versorgungsspannung verbunden
ist.
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Bei Einsatz der Erfinaung wird also zwischen dem nach außen geführten
Anschluß und der Masse der integrierten Schaltungsanordnung ein Feldeffekttransistor
vom selbstsperrenden Typ eingeschaltet, so daß bei Auftreten von negativen Spannungen
an diesen nach außen geführten Anschluß dieser zusätzliche Feldeffekttransistor
leitend wird und kurzzeitig auftretende Spannungsspitzen niedriger Energie abgeleitet
werden. Somit kann ein Einschalten des Prüfzustandes nicht über zufällige negative
Spannungsspitzen erfolgen, sondern nur über eine negative Spannung, die mindestens
einen Strom von z.B. ca 20 mA aufrecht erhalten kann.
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Die Höhe des Stromes hängt von der Größe des Transistors ab. Ein solcher
selbstsperrender Feldeffekttransistor kann an beliebigen Eingangs- und Ausgangsanschlüssen
dazugeschaltet werden.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt
und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen
Fig. 1 eine
Schaltungsanordnung nach der älteren deutschen Patentanmeldung P 29 05 294.6 mit
einem zusätzlichen Transistor nach der Erfindung, Fig. 2 eine Prüfschaltungsanordnung
nach der älteren deutschen Patentanmeldung P 29 05 294.6 mit einer Ausgangsstufe
nach der Erfindung.
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Fig. 1 zeigt eine solche Anordnung, bestehend aus den Feldeffekttransistoren
T1, T2, T3, T4 der Schaltungsanordnung nach der deutschen Patentanmeldung P 29 05
294.6 und den zusätzlichen Feldeffekttransistor T5 nach der vorliegenden Erfindung
sowie die nicht näher erläuterte interne IC-Schaltung. T5 ist am Eingang Ei der
Schaltungsanordnung angeordnet.
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Da solche selbstsperrenden Feldeffekttransistoren häufig in den Ausgangs
stufen von integrierten MOS-Schaltungsanordnungen enthalten sind, kann an den Ausgangsstufen
der vorhergehend beschriebene E ffl kt ohne zusätzlichen Aufwand erreicht werden.
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Fig. 2 zeigt die Prüf-Schaltungsanordnung nach der Anmeldung P 29
05 294.6 sowie eine Ausgangsstufe nach dieser Erfindung, bestehend aus einem Transistor
T5,dessen Gateanschluß mit der internen-IC-Schaltung verbunden ist, dessen Sourceanschluß
an Masse liegt und dessen Drainanschluß mit dem nach außen geführten Anschluß Al
sowie dem Source- und Gateanschluß eines als Lasttransistor geschalteten Feldeffekttransistors
vom selbstleitenden Typ T6. Die in Fig. 2 gezeigte Ausgangsstufen-Anordnung, bestehend
aus den beiden Feldeffekttransistoren T5 und T6, ist nur eine der in MOS-Technik
möglichen Ausgangsschaltungsanordnungen.
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Ansonsten ist diese Schaltungsanordnung in bezug auf die Prüf-Schaltungsanordnung
aufgebaut wie die Schaltungsanordnung nach dem älteren Vorschlag nach P 29 05 294.6,
nämlich der IC kann z.B. aus Flip-Flops, aus Operationsverstärkern, aus NAND-, NOR-
oder OR-Gattern usw. bestehen und
wird auch hier nicht weiter beschrieben.
Dieser IC hat mehrere Anschlüsse, auch für die Versorgungsspannung, wie an sich
bekannt.
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Die Transistoren T1, T2 und T4 nach der Erfindung sind vom selbstleitenden
Typ, d.h., wenn an ihren Eingängen O V liegt, d.h. der Eingang ist hier die Spannung
zwischen dem Gateanschluß und dem Sourceanschluß, dann ist dieser Transistor leitend.
Wenn also am Anschluß E, d.h. also zwischen G und S Null V anliegt, ist der Transistor
T1 leitend. Dann sind der Drain- und Sourceanschluß des Transistors T1 mit Masse
verbunden, d.h. der innere Verbindungspunkt 1 liegt auch auf Masse und da der G-
und S-Anschluß des Transistors T2 miteinander verbunden sind, so steht hier auch
die Spannung O V und dieser Transistor ist ebenfalls leitend, wobei aber jetzt seine
Strecke zwischen dem Drain- und Sourceanschluß einen bestimmten Widerstand darstellt,
so #ai) die Versorgungsspannung +UB den Verbindungspunkt 1 hochzieht, weil auch
der Widerstand der Strecke zwischen dem Drain- und Sourceanschluß des Transistors
T1 einen gewissen Spannungsabfall bewirkt. Wenn die Transi -storen T1 und T2 in
gleicher Weise ausgebildet sind, dann fällt an ihnen jeweils die gleiche Spannung
ab und wenn die Versorgungsspannung +UB + 5 V ist, dann nimmt der Verbindungspunkt
1 die Spannung + 2,5 V an.
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Die inneren Widerstands strecken der Transistoren T1 und T2 sind aber
derart unterschiedlich ausgebildet, daß in dem Falle, an dem an dem Anschluß Ei
nur das Signal o oder ein positives Signal anliegt, der Punkt 1 immer praktisch
auf Masse gehalten wird, d.h. für den Fall, daß die Widerstandsstrecke im Transistor
T1 zwischen dem Drain- und Sourceanschluß einen wesentlich kleineren Widerstand
aufweist als die Widerstandsstrecke zwischen dem Drain- und Sourceanschluß im Transistor
T2. Dann ist an dem Gateanschluß des Transistors T3 die Spannung 0 und zwischen
dessen Gate- und
Sourceanschluß liegt ebenfalls die Spannung 0,
so daß dieser Transistor T3 völlig sperrt und wenn der Transistor T4 entsprechend
seiner inneren Widerstandsstrecke zwischen dem Drain- und Sourceanschluß entsprechend
ausgebildet ist, liegt dann an dem inneren Ausgang A eine Spannung von + 5 V.
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Der Transistor T4 ist ebenfalls als Widerstand geschaltet, denn sein
Drainanschluß ist mit +UB verbunden und sein Sourceanschluß und sein Gateanschluß
sind miteinander verbunden, so daß hier auch jeweils die Spannung 0 anliegt.
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Auch hier fällt eine gewisse Spannung ab, so daß, wenn jetzt der Transistor
T3 gesperrt ist, der Ausgangspunkt A (Fig. 1) auf +UB liegt, also, wenn +UB 5 V
ist, so ist jetzt der Ausgang A auf + 5 V. Dies trifft zu, weil nämlich der Transistor
T3 vom sogenannten selbstsperrenden Typ ist, d.h.
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also er sperrt solange, bis die Spannung zwischen seinem Gate- und
Sourceanschluß einen bestimmten Schwellwert überschreitet.
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Wird jetzt zu Prüfzwecken an den Anschluß Ei ein negatives Spannungssignal
mit hoher Stromstärke (z.B. 20 mA) angeschlossen, d.h. z.B. -5 V, dann wird der
Transistor T1 gesperrt. Der innere Verbindungspunkt 1 nimmt dann die Spannung +
5 V an und zwischen dem Gate- und Sourceanschluß des Transistor T3 steht diese positive
Spannung, die diesen Transistor in den geöffneten Zustand bringt und dadurch wird
der Punkt A von dem Zustand + 5 V auf den Zustand O V geschaltet, weil nämlich die
Strecke zwischen dem Drain- und Sourceanschluß des Transistors T3 einen sehr kleinen
Widerstand darstellt, wenn dieser entsprechend dimensioniert ist, so daß also der
Ausgang von + 5 V praktisch auf Null schaltet und damit im Inneren der integrierten
Schaltungsanordnung bestimmte Vorgänge auslösen kann.
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Wird aber infolge unrichtiger Beschaltung des IC oder infolge von
Störeinstrahlungen an dem Anschluß Ei ein negatives
Spannungssignal
mit verhältnismäßig geringer Stromstärke, z.3. unter 1 mA, auftreten, dann kann
diese geringe Energie den Transistors T1 nicht in den leitenden Zustand schalten
und der Prüfzustand der Schaltungsanordnung tritt nicht ein.
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Nun kann eine derartige Schaltungsanordnung nach der Erfindung an
mehrere Anschlüsse Ei bis EN des IC gelegt sein, und der innere Punkt A kann jetzt
an mehrere Blöcke in der inneren Schaltungsanordnung, wie es an sich aus dem Stand
der Technik bekannt ist, angeschaltet sein, so daß es möglich ist, einzelne Blöcke
in der integrierten Schaltungsanordnung nacheinander zu überprüfen, um damit festzustellen,
in welchem Block jetzt ein Fehler vorliegt. Die Größe der Blöcke richtet sich nach
der Anzahl der zur Verfügung stehenden Anschlusse, denn taw Priifsignal muß schließlich
und endlich an irgendeinem Anschluß des IC, und zwar an einem anderen nach außen
geführten Anschluß, wieder abgenommen werden, so daß für eine Prüfung immer zwei
Anschlüsse zur Verfügung stehen müssen.
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Wie auch in der Schaltungsanordnung nach der älteren Patentanmeldung
nach P 29 05 294.6, so benötigt auch diese hier vorliegende Schaltungsanordnung
keinen besonderen nach außen geführten Anschluß des IC für die Prüfschaltung.
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In der integrierten Schaltungsanordnung nach der Erfindung, also auch
in der Prüf-Schaltungsanordnung nach der Erfindung, können die sogenannten Substratanschlüsse,
d.h. also die mit einem Pfeil gezeichneten Anschlüsse, und derartige Schaltungsanordnungen
sind durchaus üblich, an einer negativen Spannung liegen, z.B. an -2,5 V liegen,
wie an sich bekannt.
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