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Dokumentenidentifikation DE102007012336A1 27.09.2007
Titel Eingangsschutzschaltung
Anmelder Denso Corp., Kariya, Aichi, JP
Erfinder Nakata, Shinichiro, Kariya, Aichi, JP;
Ban, Hiroyuki, Kariya, Aichi, JP;
Ichikawa, Satoshi, Kariya, Aichi, JP
Vertreter WINTER, BRANDL, FÜRNISS, HÜBNER, RÖSS, KAISER, POLTE, Partnerschaft, 85354 Freising
DE-Anmeldedatum 14.03.2007
DE-Aktenzeichen 102007012336
Offenlegungstag 27.09.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 27.09.2007
IPC-Hauptklasse H01L 23/60(2006.01)A, F, I, 20070314, B, H, DE
Zusammenfassung Eine Eingangsschutzschaltung weist eine Rückflussverhinderungsdiode (4), einen Serienschaltkreis (6, 7) aus Diode und Zener-Diode und einen strompfadbildenden Widerstand (22) auf. Die Rückflussverhinderungsdiode ist zwischen einen Eingangsanschluss (1) und einen internen Schaltkreis (5) geschaltet. Der Serienschaltkreis ist zwischen Eingangsanschluss und Masse geschaltet. Der strompfadbildende Widerstand (22) ist zwischen einen ersten gemeinsamen Verbindungspunkt der Rückflussverhinderungsdiode und dem internen Schaltkreis und einen zweiten gemeinsamen Verbindungspunkt des Serienschaltkreises geschaltet und setzt ein Potential an dem ersten gemeinsamen Verbindungspunkt niedriger als am Eingangsanschluss, wenn an dem Eingangsanschluss eine Stoßspannung anliegt.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Eingangsschutzschaltung oder einen Eingangsschutzschaltkreis, die oder der interne Schaltkreise schützt, wenn an einem Eingangsanschluss eine Stoßspannung anliegt.

Die JP 5-160348A beschreibt eine herkömmliche Eingangsschutzschaltung, welche interne Schaltkreise vor Zerstörung schützt, wenn am Eingangsanschluss eines integrierten Halbleiterschaltkreises eine Stoßspannung anliegt. Bei dieser Schaltung wird gemäß 13 ein Eingangsanschluss 1 über einen Widerstand 2 mit einem positiven Anschluss eines Komparators 3 verbunden, der ein interner Schaltkreis ist und über eine Diode 4 mit dem Kollektor eines NPN-Transistors, der ebenfalls ein interner Schaltkreis ist.

Der Emitter des Transistors 5 ist mit Masse verbunden und die Basis ist mit anderen (nicht gezeigten) internen Schaltkreisen verbunden. Ein negativer Anschluss und ein Ausgangsanschluss des Komparators 3 sind ebenfalls mit anderen (nicht gezeigten) internen Schaltkreisen verbunden. Die Diode 4 dient dazu, einen Rückfluss eines Stroms von Masse über den Transistor 5 auf den Eingangsanschluss 1 zu verhindern, wenn aus irgendeinem Grund das Massepotential ansteigt.

Zwischen dem Eingangsanschluss 1 und Masse sind ein Serienschaltkreis aus einer Diode 6 in Vorwärtsrichtung und einer Zener-Diode 7 in Rückwärtsrichtung und ein Serienschaltkreis einer Diode 8 in Rückwärtsrichtung und einer Zener-Diode 9 in Vorwärtsrichtung geschaltet. Das heißt, eine Eingangsschutzschaltung 10 wird durch Dioden 6 bis 9 gebildet und stellt zusammen mit anderen internen Schaltkreisen einen integrierten Halbleiterschaltkreis 11 dar.

Wenn eine Stoßspannung positiver Polarität am Eingangsanschluss 1 anliegt, übersteigt eine entsprechende Spannung an der Zener-Diode 7 die Zener-Spannung VZ, die Zener-Diode 7 bricht durch und wird leitfähig. Da somit ein Strom vom Eingangsanschluss 1 über die Diode 6 und die Zener-Diode 7 auf Masse fließt, wird ein Potential am Eingangsanschluss 1 auf (VZ + Vf) geklemmt. Vf ist eine Vorwärtsspannung der Diode 6. Im Ergebnis können der Komparator 3 und der Transistor 5 vor der Stoßspannung geschützt werden.

Der obige Schutzvorgang ist wünschenswert, solange die Diode 4 für den Umkehrflussschutz und der Transistor 5 beide AUS sind. Wenn jedoch in der Praxis beispielsweise ein extrem hoher Wert einer Stoßspannung von ungefähr 100V am Eingangsanschluss 1 anliegt, kann die Diode 4 aufgrund eines Stromdurchbruchs oder dergleichen kurzfristig durchschalten. In diesem Fall hat der Kollektor des Transistors 5 im Wesentlichen das gleiche Potential wie der Eingangsanschluss 1. Wenn die Stoßspannung eine AUS-Stehspannung Vceo übersteigt, bricht der Transistor 5 durch. Das obige Problem tritt gleichermaßen auf, wenn beispielsweise ein Widerstand zum Begrenzen eines Eingangsstroms anstelle der Diode 4 vorgesehen ist.

Die US-PS 6,385,021 beschreibt eine andere bekannte Eingangsschutzschaltung. Bei dieser Schaltung 112 (siehe beigefügte 23) sind Eingangsanschlüsse 101 und 102 eines integrierten Halbleiterschaltkreises mit internen Schaltungen 103 und 104 verbunden. Die internen Schaltungen 103 und 104 sind beispielsweise ein Transistor, ein Operationsverstärker oder ein Komparator. Der Eingangsanschluss 101 ist mit der Anode einer Diode 105 und der Kathode einer Diode 107 verbunden. Der Eingangsanschluss 102 ist mit der Anode einer Diode 106 und der Kathode einer Diode 108 verbunden.

Die Anoden der Dioden 107 und 108 sind mit Schaltkreismasse verbunden und die Kathoden der Dioden 105 und 106 sind über Drain und Source eines N-Kanal LD-MOSFET 109 (LD = lateral diffused) mit Schaltkreismasse verbunden. Eine Zener-Diode 110 ist zwischen Drain und Gate des FET 109 geschaltet und ein Widerstand 111 ist zwischen Drain und Source des FET 109 geschaltet.

Eine Stoßspannung positiver Polarität kann an den Eingangsanschluss 101 oder 102 angelegt werden. Wenn eine entsprechende, an die Zener-Diode 110 angelegte Spannung eine Zener-Spannugn VZ übersteigt, schaltet die Zener-Diode 110 durch, eine Anschlussspannung baut sich im Widerstand 111 auf und der FET 109 schaltet ein. Da somit ein Stoßstrom über den FET 109 vom Eingangsanschluss 101 oder 102 auf Schaltkreismasse fließt, kann der interne Schaltkreis 103 oder 104 geschützt werden.

Obgleich bei der Eingangsschutzschaltung 112 ein Schutzvorgang möglich ist, wenn eine Stoßspannung positiver Polarität anliegt, ist kein Schutz möglich, wenn eine Stoßspannung negativer Polarität, beispielsweise ein abklingendes Feld ("field decay") an einem IC, beispielsweise einer elektronischen Steuereinheit (ECU) eines Kraftfahrzeugs anliegt. Die Eingangsschutzschaltung 112 kann gemäß beigefügter 24 modifiziert werden, um interne Schaltkreise vor Stoßspannungen negativer Polarität zu schützen. In 24 ist, obgleich nur der Fall eines Eingangsanschlusses 101 gezeigt ist, ein N-Kanal LDMOSFET 113 zwischen Schaltkreismasse und Anode der Diode 107 geschaltet und eine Zener-Diode 114 und ein Widerstand 115 sind zwischen Drain und Gate des FET 113 bzw. zwischen Drain und Source hiervon geschaltet.

Wenn jedoch der gesamte Schaltkreis zu einem einzelnen integrierten Halbleiterschaltkreischip (IC) integriert wird, wird, wenn jedes Schaltungselement durch eine PN-Übergangsisolation gebildet wird, eine parasitäre Diode 107a in der Diode 107 für den Umkehrflussschutz zwischen den Anschlüssen gebildet, wie in beigefügter 25 veranschaulicht. Wenn daher eine Stoßspannung (z.B.-100V) negativer Polarität am Eingangsanschluss 101 anliegt, fließt ein Stoßstrom über die parasitäre Diode 107a von Masse her. Im Ergebnis schaltet der FET 113 der Eingangsschutzschaltung nicht ein.

Da in diesem Fall die parasitäre Diode 107a einem derart hohen Strom nicht widerstehen kann, bricht sie thermisch durch. Aufgrund hiervon ist es üblicherweise nicht einfach, elektronische Schaltkreise mit der Schutzschaltung in einem IC zu integrieren. Im Ergebnis werden externe diskrete Elemente als Schutzmaßnahme verwendet. Damit wird die gesamte Schaltung groß und die Kosten steigen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Eingangsschutzschaltung bereitzustellen, welche interne Schaltkreise mit Sicherheit vor einer Stoßspannung schützen kann, selbst wenn ein Impedanzelement zwischen einem Eingangsanschluss und dem internen Schaltkreis vorhanden ist.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Eingangsschutzschaltung ein Rückflussverhinderungselement, eine Serienschaltung und ein strompfadbildendes Element auf. Das Rückflussverhinderungselement ist zwischen einen Eingangsanschluss, der ein Signal von außen empfängt, und einen internen Schaltkreis geschaltet. Die Serienschaltung ist zwischen den Eingangsanschluss und Masse geschaltet und enthält ein spannungserzeugendes Element, welches eine Spannung erzeugt, wenn es leitfähig ist, sowie ein Spannungsklemmelement, das die Spannung klemmt, wenn eine Stoßspannung am Eingangsanschluss anliegt. Das strompfadbildende Element bildet einen Strompfad zwischen einem ersten gemeinsamen Verbindungspunkt des Rückflussverhinderungselementes und dem internen Schaltkreis und einen zweiten gemeinsamen Verbindungspunkt der Serienschaltung und legt ein Potential des ersten gemeinsamen Verbindungspunkts niedriger als ein Potential am Eingangsanschluss, wenn die Stoßspannung am Eingangsanschluss anliegt. Das strompfadbildende Element kann ein Transistor sein oder das strompfadbildende Element kann eine Diode sein.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Eingangsschutzschaltung ein Impedanzelement, eine Serienschaltung und ein strompfadbildendes Element auf. Das Impedanzelement ist zwischen einen Eingangsanschluss, der von außen ein Signal empfängt und einen internen Schaltkreis geschaltet. Die Serienschaltung ist zwischen Eingangsanschluss und Masse geschaltet und enthält ein spannungserzeugendes Element, das eine Spannung aufbaut, wenn es leitfähig ist, sowie ein Spannungsklemmelement, das die Spannung klemmt, wenn eine Stoßspannung am Eingangsanschluss anliegt. Das strompfadbildende Element bildet einen unidirektionalen Strompfad zwischen einem ersten gemeinsamen Verbindungspunkt des Impedanzelementes und der internen Schaltung und einem zweiten gemeinsamen Verbindungspunkt der Serienspaltung und setzt ein Potential des ersten gemeinsamen Verbindungspunkts niedriger als ein Potential am Eingangsanschluss, wenn eine Stoßspannung am Eingangsanschluss anliegt. Zwischen das Impedanzelement und das strompfadbildende Element kann ein Widerstand geschaltet sein. Das Spannungsklemmelement kann eine Zener-Diode sein und das spannungserzeugende Element kann eine Diode enthalten.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Eingangsschutzschaltung eine erste Diode, eine zweite Diode, einen ersten Klemmschaltkreis und einen zweiten Klemmschaltkreis auf. Die erste Diode hat eine Anode und eine Kathode, wobei die Anode mit einem Eingangsanschluss verbunden ist, der ein von außen empfangendes Signal an einen internen Schaltkreis überträgt. Die zweite Diode hat eine Anode und eine Kathode, wobei die Kathode mit dem Eingangsanschluss verbunden ist. Der erste Klemmschaltkreis ist zwischen die Kathode der ersten Diode und Schaltkreismasse geschaltet. Der zweite Klemmschaltkreis ist zwischen die Anode der zweiten Diode und Schaltkreismasse geschaltet. Jedes Schaltkreiselement, beispielsweise die zweite Diode, ist innerhalb eines Bereiches ausgebildet, der von benachbarten Ausbildungsbereichen anderer Schaltkreiselemente isoliert ist. Die zweite Diode kann innerhalb des Bereiches gebildet werden, der durch einen isolierenden Film oder ein SOI-Substrat grabenisoliert ist.

Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich besser aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung.

In der Zeichnung ist:

1 ein Schaltkreis- oder Schaltungsdiagramm einer Eingangsschutzschaltung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

2 ein Schaltkreis- oder Schaltungsdiagramm einer Eingangsschutzschaltung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

3 ein Schaltkreis- oder Schaltungsdiagramm einer Eingangsschutzschaltung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

4 ein Schaltkreis- oder Schaltungs diagramm einer Eingangsschutzschaltung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

5 ein Schaltkreis- oder Schaltungsdiagramm der Anwendung einer Eingangsschutzschaltung für eine Mehrzahl von Eingangsanschlüssen;

6 ein Schaltkreis- oder Schaltungsdiagramm einer Anwendung der Eingangsschutzschaltung der dritten Ausführungsform;

7 ein Schaltkreis- oder Schaltungsdiagramm einer Eingangsschutzschaltung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

8 ein Schaltkreis- oder Schaltungsdiagramm einer Eingangsschutzschaltung gemäß einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

9 ein Schaltkreis- oder Schaltungsdiagramm einer Eingangsschutzschaltung gemäß einer siebten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

10 ein Schaltkreis- oder Schaltungsdiagramm einer Eingangsschutzschaltung gemäß einer achten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

11 ein Schaltkreis- oder Schaltungsdiagramm einer Eingangsschutzschaltung gemäß einer neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

12 ein Schaltkreis- oder Schaltungsdiagramm des internen Aufbaus eines Komparators bei einer zehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

13 ein Schaltkreis- oder Schaltungsdiagramm einer bekannten Eingangsschutzschaltung;

14 ein Schaltkreis- oder Schaltungsdiagramm einer Eingangsschutzschaltung gemäß einer elften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

15 eine Schnittdarstellung einer Diode in einem integrierten Halbleiterschaltkreis;

16 eine schematische Darstellung der Anordnung von Schaltkreiselementen, wenn bei einer zwölften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine Eingangsschutzschaltung in einem IC integriert ist;

17 eine schematische Ansicht lediglich des 14 entsprechenden Abschnittes in der Anordnung von 16;

18 eine schematische Ansicht einer herkömmlichen Anordnung von Schaltungselementen einer Eingangsschutzschaltung;

19 eine schematische Ansicht lediglich des der Eingangsschutzschaltung entsprechenden Abschnittes in der Anordnung von 18,

20 ein Schaltkreis- oder Schaltungsdiagramm einer Eingangsschutzschaltung gemäß einer dreizehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

21 ein Schaltkreis- oder Schaltungsdiagramm einer Eingangsschutzschaltung gemäß einer vierzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

22 ein Schaltkreis- oder Schaltungsdiagramm einer Eingangsschutzschaltung gemäß einer fünfzehnten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

23 ein Schaltkreis- oder Schaltungsdiagramm einer weiteren herkömmlichen Eingangsschutzschaltung;

24 ein Schaltkreis- oder Schaltungsdiagramm einer Abwandlung der herkömmlichen Eingangsschutzschaltung von 23, um einer Stoßspannung mit negativer Polarität zu begegnen; und

25 eine Schnittdarstellung einer Diode in einem integrierten Halbleiterschaltkreis.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend im Detail unter Bezugnahme auf verschiedene Ausführungsformen beschrieben.

(Erste Ausführungsform)

Bezugnehmend auf 1, wo gleiche Bezugszeichen gleiche oder einander entsprechende Elemente oder Abschnitte wie in 13 bezeichnen, weist eine Eingangsschutzschaltung 21 einen Widerstand 22 (ein strompfadbildendes Element) auf, der zwischen den Kollektor eines Transistors 5 und die Kathode einer Zener-Diode 7 (Spannungsklemmelement) geschaltet ist. Wenn eine Stoßspannung positiver Polarität am Eingangsanschluss 1 anliegt, fließt zunächst ein Strom über eine Diode 6 (spannungserzeugendes Element) und die Zener-Diode 7. Zu diesem Zeitpunkt hat die Anode (zweiter gemeinsamer Verbindungspunkt) der Zener-Diode 7 eine Zehner-Spannung VZ und klemmt die Stoßspannung auf ungefähr 60 bis 70V. Da ein sehr hoher Strom durch die Diode 6 fließt, hat eine Vorwärtsspannung Vf1 einen Wert entsprechend diesem Strom.

Wenn die Vorwärtsspannung Vf1 sich in der Diode 6 aufbaut, fließt ein Strom mit einer geringen Zeitverzögerung entlang eines Pfads aus der Diode 4 (Umkehr- oder Rückflussverhinderungselement) und dem Widerstand 22. Im Ergebnis wird das Potential Vc am Kollektor (erster gemeinsamer Verbindungspunkt) des Transistors 5 bestimmt, in dem die Vorwärtsspannung Vf1 durch eine Vorwärtsspannung Vf2 der Diode 4 und eine Anschlussspannung VR des Widerstands 22 dividiert wird, wobei die Zehner-Spannung Vz die Referenz ist. Die Beziehung von Vf1 > Vf2 wird somit erhalten.

Im Ergebnis wird durch den obigen Vorgang das Kollektorpotential Vc wie folgt bestimmt: Vc = VZ + VR = VZ + Vf1 – Vf2

Da das Potential am Eingangsanschluss 1 (VZ + Vf1) beträgt, ist das Kollektorpotential Vc geringer gesetzt als das Potential am Eingangsanschluss 1.

Die Diode 4 ist angeordnet, um zu verhindern, dass ein Strom in umgekehrter Richtung oder Rückwärtsrichtung von der Zener-Diode 7 zum Eingangsanschluss 1 über den Widerstand 22 fließt, wenn das Massepotential ansteigt.

Mit dem Transistor 22 in Verbindung zwischen dem Kollektor des Transistors 5 und der Kathode der Zener-Diode 7 wird, wenn eine Stoßspannung positiver Polarität am Eingangsanschluss 1 des integrierten Halbleiterschaltkreises anliegt, ein Pfad für einen Stromfluss über den Widerstand 22 gebildet und das Potential Vc des Kollektors wird niedriger als das Potential des Eingangsanschlusses 1 gesetzt. Somit wird eine direkt am Transistor 5 angelegte Spannung stets verringert und der Transistor 5 kann vor einem Durchbruch geschützt werden. Das Klemmen von Stoßspannungen kann mittels der Zehner-Spannung VZ der Zener-Diode 7 eingestellt werden.

In einem Bereich, wo ein sehr hoher Strom durch die Dioden 4 und 6 als Ergebnis des Anlegens einer Stoßspannung fließt, steigen die Vorwärtsspannungen der Diode 4 und 6 im Wesentlichen proportional zum Strom und die Dioden 4 und 6 beginnen, den gleichen Effekt wie ein Widerstand zu haben. Somit kann eine am Transistor 5 angelegte Spannung durch die Spannungen verringert werden, die sich über der Diode 4 aufbauen.

(Zweite Ausführungsform)

In einer zweiten Ausführungsform hat gemäß 2 eine Eingangsschutzschaltung 25 einen NPN-Transistor 26 (strompfadbildendes Element) anstelle des Widerstands 22 der Eingangsschutzschaltung 21. Das heißt, der Kollektor des Transistors 26 ist mit dem Kollektor des Transistors 5 verbunden, der Emitter hiervon ist mit der Kathode der Zener-Diode verbunden und die Basis des Transistors 26 ist mit dem Eingangsanschluss 1 über einen Basiswiderstand 27 verbunden.

Da der Transistor 26 einschaltet, wenn eine Stoßspannung am Eingangsanschluss 1 anliegt, kann das Potential Vc am Kollektor des Transistors 5 im Wesentlichen auf das gleiche Potential wie die Zehner-Spannung VZ gesetzt werden.

(Dritte Ausführungsform)

In einer dritten Ausführungsform gemäß 3 hat eine Eingangsschutzschaltung 27 einen N-Kanal MOSFET 28 (interner Schaltkreis) anstelle des Transistors 5der Eingangsschutzschaltung 21. Diese Ausführungsform liefert den gleichen Effekt wie die erste Ausführungsform.

(Vierte Ausführungsform)

In einer vierten Ausführungsform gemäß der 4 bis 6 hat eine Eingangsschrittschaltung 29 eine Diode 30 (strompfadbildendes Element) anstelle des Widerstands 22 der Eingangsschaltung 21. Wie bei der ersten Ausführungsform fließt, wenn eine Stoßspannung am Eingangsanschluss 1 anliegt und eine hohe Vorwärtsspannung Vf1 sich in der Diode 6 aufbaut, ein Strom in dem Pfad der Dioden 4 (Impedanzkomponente) und 30 und Vorwärtsspannungen Vf2 und Vf3 entwickeln sich. Im Ergebnis hat das Potential Vc am Kollektor des Transistors 5 die Spannung von (VZ + Vf3).

Die Eingangsschutzschaltung 29 liefert die folgenden Effekte: 6 zeigt den Aufbau, bei dem die Eingangsschutzschaltung 21 der ersten Ausführungsform angewendet wird, wenn ein integrierter Halbleiterschaltkreis 31a eine Mehrzahl von Eingangsanschlüssen (1a und 1b) hat. Die Zener-Diode 7 ist gemeinsam für die beiden Anschlüsse 1a und 1b vorgesehen und die anderen Elemente sind parallel geschaltet.

Es sei angenommen, dass ein Transistor 5a AUS ist und ein Transistor 5b EIN ist und eine Stoßspannung am Eingangsanschluss 1a anliegt. Da ein Stoßstrom über den Eingangsanschluss 1a, eine Diode 6a, einen Widerstand 22b und den Transistor 5b Richtung Masse fließt, wie mit dem durchgezogenen Pfeil dargestellt, wird eine Spannungsklemmung durch die Zener-Diode 7 nicht funktionieren.

Wenn andererseits die Eingangsschutzschaltung 29 an einer integrierten Halbleiterschaltung 31b mit einer Mehrzahl von Eingangsanschlüssen angewendet wird, wie in 5 gezeigt, da ein Strom durch die Diode 30b blockiert wird und nicht in den Transistor 5b fließt, ein Stoßstrom über die Zener-Diode 7 fließen. Somit wird eine Spannungsklemmung erreicht.

Bei der vierten Ausführungsform bildet die Diode 30 einen Stromflusspfad. Wenn eine Stoßspannung am Eingangsanschluss 1a anliegt, wenn der Transistor 5b EIN ist, kann ein Stoßstrom, der in den Transistor 5b fließt, von der rückwärts gespannten Diode 30b blockiert werden. Weiterhin kann das Potential Vc am Kollektor des Transistors 5 auf (VZ + Vf3) begrenzt werden.

(Fünfte Ausführungsform)

Bei einer fünften Ausführungsform gemäß 7 hat eine Eingangsschutzschaltung 32 einen Widerstand 33, der zwischen den Kollektor des Transistors 5 und die Diode 4 geschaltet ist. Wenn am Eingangsanschluss 1 eine Stoßspannung anliegt, können an den Kollektor des Transistors 5 angelegte Spannungen durch den Widerstand 33 begrenzt werden.

(Sechste Ausführungsform)

In einer sechsten Ausführungsform gemäß 8 wird die erste Ausführungsform so modifiziert, dass interne Schaltkreise gegen Stoßspannungen negativer Polarität schützbar sind. Insbesondere ist bei der Eingangsschutzschaltung 41 ein Serienschaltkreis aus einer Zener-Diode 42 (Spannungsklemmelement) und einer Diode 43 (spannungserzeugendes Element) zwischen Schaltkreismasse und Eingangsanschluss 1 geschaltet. Der Kollektor eines NPN-Transistors 44 als interner Schaltkreis ist mit einer Energieversorgung verbunden und der Emitter hiervon ist mit dem Eingangsanschluss 1 über eine Diode 45 (Rückflussverhinderungselement) verbunden. Ein Widerstand 46 (strompfadbildendes Element) ist zwischen den Kollektor (erster gemeinsamer Verbindungspunkt) des Transistors 44 und Anode (zweiter gemeinsamer Verbindungspunkt) der Diode 43 geschaltet.

Wenn eine Stoßspannung negativer Polarität an den Eingangsanschluss 1 angelegt wird, fließt zunächst ein Strom von Schaltkreismasse über die Zener- Diode 42 und die Diode 43. Zu diesem Zeitpunkt hat die Anode der Zener-Diode 42 eine Spannung von -VZ relativ zum Massepotential und klemmt die Stoßspannung auf -VZ. Ein Sehr hoher Strom ist durch die Diode 43, eine Vorwärtsspannung Vf4 hat einen Wert entsprechend dem Strom und das Potential am Eingangsanschluss 1 hat eine Spannung von –(VZ + Vf4).

Wenn sie die Vorwärtsspannung Vf4 in der Diode 43 aufbaut, fließt ein Strom mit einer geringen Zeitverzögerung entlang eines Pfads aus Widerstand 46 und Diode 45. Im Ergebnis hat das Potential Ve des Emitters vom Transistor 44 ein Potential, das bestimmt wird durch Division der Vorwärtsspannung Vf4 durch eine Anschlussspannung VR des Widerstands 46 und eine Vorwärtsspannung Vf5 der Diode 45 mit dem Anodenpotential (-VZ) der Diode 43 als Referenz. Somit wird die Beziehung von Vf4 > Vf5 erhalten. Im Ergebnis wird das Emitterpotential Ve wie folgt bestimmt: Ve = –VZ –VR = –VZ – Vf4 + Vf5

Da das Potential am Eingangsanschluss 1(–Vz + Vf4) beträgt, wird das Emitterpotential Ve niedriger gesetzt als das Potential am Eingangsanschluss 1 (Absolutwertvergleich).

Wenn bei der siebten Ausführungsform eine Stoßspannung negativer Polarität an den Eingangsanschluss angelegt wird, lässt sich der gleiche Effekt wie bei der ersten Ausführungsform erreichen.

(Siebte bis neunte Ausführungsformen)

Siebte bis neunte Ausführungsformen gemäß den 9-11 sind Abwandlungen der zweiten, vierten und fünften Ausführungsform, um interne Schaltkreise oder Schaltungen gegenüber Stoßspannungen negativer Polarität zu schützen.

Genauer gesagt, eine Eingangsschutzschaltung 49 der siebten Ausführungsform von 9 hat anstelle des Widerstands 46 der sechsten Ausführungsform einen PNP-Transistor 50 (strompfadbildendes Element). Der Emitter des Transistors 50 ist mit der Anode der Diode 43 verbunden, der Kollektor ist mit dem Emitter des Transistors 44 verbunden und die Basis über einen Widerstand 51 mit dem Eingangsanschluss 1.

Eine Eingangsschutzschaltung 52 der achten Ausführungsform ist in 10 gezeigt und hat eine Diode 53 (strompfadbildendes Element) anstelle des Widerstands 46 der sechsten Ausführungsform.

Eine Eingangsschutzschaltung 54 der neunten Ausführungsform von 11 hat einen Widerstand 55, der zwischen die Dioden 53 und 45 (Impedanzelemente) der achten Ausführungsform geschaltet ist.

Wenn bei den siebten bis neunten Ausführungsformen eine Stoßspannung negativer Polarität an den Eingangsanschluss 1 angelegt wird, können die gleichen Effekte wie bei der zweiten, vierten und fünften Ausführungsform erreicht werden.

(Zehnte Ausführungsform)

Wenn bei einer zehnten Ausführungsform gemäß 12 der Komparator gemäß 13 als interner Schaltkreis für eine integrierte Halbleiterschaltung vorgesehen ist, ist innerhalb des Komparators ein Stoßspannungsschutz vorgesehen.

Gemäß 12 enthält ein Komparator 61 zwei Differenzialkoppler 62 und 63 in einer Eingangstufe. Der Differenzialkoppler 62 weist NPN-Transistoren 64a und 64b auf und der Differenzialkoppler 63 weist PNP-Transistoren 65a und 65b auf. Ein Eingangsanschluss 66 des Komparators 61 ist mit den Basen der Transistoren 64b und 65a verbunden. Ein Eingangsanschluss 67 ist mit den Basen der Transistoren 64a und 65b verbunden.

Zwischen eine Energieversorgung +V und die Kollektoren der Transistoren 64a und 64b sind Dioden 68a und 68b geschaltet und eine gemeinsame Stromquelle 69 ist zwischen die Energieversorgung +V und die Kollektoren der Transistoren 65a und 65b geschaltet. Die Emitter der Transistoren 64a und 64b sind mit den Emittern von PNP-Transistoren 70a und 70b verbunden, deren Basen zusammengeschaltet sind. Die Kollektoren der Transistoren 70a und 70b sind entsprechend mit Kollektoren von NPN-Transistoren 72a und 72b in Spiegelverbindung über Dioden 71a und 71b verbunden. Die Emitter der Transistoren 72a und 72b sind mit Masse verbunden und ihre Basen sind gemeinsam mit dem Kollektor des Transistoren 72a verbunden. Die Basen 70a und 70b sind mit dem Kollektor des NPN-Transistors 74b über eine Diode 73 verbunden. Die NPN-Transistoren 74a und 74b bilden ein Paar von Spiegeln, deren Emitter sind mit Masse verbunden und ihre Basen sind gemeinsam mit dem Kollektor des Transistors 74a verbunden. Eine Stromquelle 75 ist zwischen Kollektor und Energieversorgung geschaltet.

Die Kollektoren der Transistoren 65a und 65b sind mit den Kollektoren der Transistoren 72a bzw. 72b über Dioden 76a bzw. 76b verbunden. Der Kollektor des Transistors 72b ist mit der Basis eines NPN-Transistors 77 in einer Ausgangsstufe verbunden. Der Kollektor des Transistors 77 ist über einen Widerstand 78 der Energieversorgung verbunden und dient als Ausgangsanschluss des Komparators 61; sein Emitter ist mit Masse verbunden. Die Dioden 68, 71, 73 und 76 sind Rückflussverhinderungselemente.

Das heißt, der Komparator 61 enthält die zwei Differenzialkoppler 62 und 63, die aus unterschiedlich leitfähigen Transistoren 64 und 65 in der Eingangsstufe aufgebaut sind, und kann somit eine sich in Phase befindliche Eingangsspannung in einem Bereich vom Massepegel bis zum Energieversorgungspegel abdecken.

Es sei angenommen, dass eine Stoßspannung positiver Polarität an den Eingangsanschlüssen 66 und 67 des Komparators 61 anliegt. Zu diesem Zeitpunkt wird ein Stoßstrom, der von den Eingangsanschlüssen 66 und 67 über den Kollektor des Transistors 62 zur Energieversorgung fließen sollte, von den Dioden 68a und 68b abgeblockt. Andererseits sei angenommen, dass eine andere Stoßspannung negativer Polarität an den Eingangsanschlüssen 66 und 67 anlegt. Ein Stoßstrom, der von Masse zu den Eingangsanschlüssen 66 und 67 über die Transistoren 72 und 63 fließen sollte, wird von Dioden 73a und 76b abgeblockt. In diesem Fall wird ein Stoßstrom, der durch den Transistor 70 fließen sollte, von den Dioden 71 und 73 abgeblockt.

Der Komparator 61 arbeitet normalerweise mit einer Referenzspannung für Vergleichszwecke, die am Eingangsanschluss 67 angelegt wird. Selbst wenn die Referenzspannung höher als die Energieversorgungsspannung ist, verändert die Diode 68a einen Rückwärtsfluss eines Stroms zur Energieversorgung +V. Somit kann auch unter diesen Umständen ein Vergleichsvorgang normal durchgeführt werden.

Da bei der zehnten Ausführungsform die Dioden 68, 71, 73 und 76 im Komparator 61 vorgesehen sind, kann, wenn eines Stoßspannung an den Eingangsanschlüssen 66 und 67 anliegt, ein Strom, der über das Innere des Komparators 61 rückwärts zur Energieversorgung oder Masse fließen sollte, abgeblockt werden. Die Eingangsstufe des Komparators 61 ist aus den beiden Differenzialkopplern 62 und 63 aufgebaut, die Transistoren 62 und 63 zueinander unterschiedlicher Leitfähigkeit haben und die Dioden 68a und 68b und 76a, 76b sind entsprechend zwischen den Kollektor (Energieversorgungsanschluss) des Transistors 62 und Energieversorgung zwischen den Kollektor (Masseanschluss) des Transistors 63 und Masse geschaltet. Durch Kombination der Differenzialkoppler 62 und 63 wird ein sich in Phase befindlicher Eingangsspannungsbereich des Komparators 61 nicht verengt, selbst wenn die Dioden in unterschiedlichen Teilen angeschlossen sind. Daher kann der Eingangsspannungsbereich über die Energieversorgungsspannung und unter Massepegel hinaus erweitert werden.

In den ersten bis zehnten Ausführungsformen können verschiedene Abwandlungen gemacht werden. Beispielsweise können die ersten bis fünften Ausführungsformen mit den sechsten bis zehnten Ausführungsformen kombiniert werden. Der interne Schaltkreis (Transistor 5) kann ein PNP-Transistor sein. Der interne Schaltkreis in der sechsten bis neunten Ausführungsformen kann wie bei der dritten Ausführungsform ein MOSFET sein. In den Fällen der vierten, fünften, achten und neunten Ausführungsformen können die Dioden 4 und 45 durch einen Widerstand (Impedanzelement) ersetzt werden. Das heißt, in diesem Fall dienen die Dioden 30 und 53 zur Verhinderung eines Rückwärtsflusses eines Stroms. Ein Spannungserzeugungselement und ein Spannungsklemmelement können aus einem Widerstand gebildet werden. Ein Komparator als interner Schaltkreis ist nicht auf denjenigen der zehnten Ausführungsform beschränkt. Lediglich ein Differenzialkoppler kann eine Eingangsstufe bilden oder eine Mehrzahl von Kopplern kann in Serie geschaltet werden.

(Elfte Ausführungsform)

In einer elften Ausführungsform gemäß den 14 und 15 ist eine Eingangsschutzschaltung 121 in einem IC integriert, das in einem Fahrzeug anordenbar ist. In der Eingangsschutzschaltung 121 sind Schaltkreise gemäß 23 in einem grabenisolierten Bereich auf einem SOI (Silizium-auf-Isolator) durch ein isolierendes Filmmaterial ausgebildet.

15 zeigt den Aufbau in der Nähe einer Diode 107 (zweite Diode) in einem schematischen Schnitt durch ein Halbleitersubstrat. Ein SIO2-Film 123 ist als Isolationsschicht auf eine Siliziumsubstrat 122 des P-Typs als Trägersubstrat ausgebildet und eine N-Siliziumschicht 124 ist auf dem SiO2-Film 123 gebildet. Diese Schichten bilden ein SOI-Substrat 125. Ein P-Typ-Bereich 126 und ein N-Typ-Bereich 127 sind auf einem Oberflächenschichtteil des SOI-Substrats 125 gebildet. Hierdurch wird die Diode 107 gebildet.

Die Diode 107 ist elektrisch von anderen Schaltkreiselementen durch eine Grabenelementisolationsstruktur isoliert. In der Grabenelementisolationsstruktur werden zunächst schmale Gräben 128 durch die N-Siliziumschicht 124 am Umfang der Diode 107 in den SiO2-Film 123 getrieben. Danach wird deren Inneres oxidiert um mit einem SiO2-Film (Isolationsmaterial, nicht gezeigt) bedeckt zu sein und Polysilizium 129 (Isolationsmaterial) oder dergleichen wird in die Gräben 128 gefüllt. Die Diode 107 wird so gebildet. Da die SiO2-Filme 123 und 129 trennende Elemente sind und diese Elemente und das Siliziumsubstrat 122 des P-Typs gute Isolatoren sind, sind durch sie hindurch fließende Leckströme vernachlässigbar.

In 14 werden Zener-Spannungen der Zener-Dioden 110 und 114 (erste und zweite Vorspannungsschaltkreise) auf ungefähr 60V bis 70V gesetzt. Ein Satz aus FET 109 (erster Transistor), Zener-Diode 110 (erster Vorspannungsschaltkreis) und Widerstand 111 (erster Vorspannungsschaltkreis) bildet einen Klemmschaltkreis 142P (erster Klemmschaltkreis). Ein Satz aus FET 113, Zener-Diode 114 und Widerstand 115 bildet einen Klemmschaltkreis 142N (zweiter Klemmschaltkreis). Die Eingangsschutzschaltung 121 arbeitet, wenn eine Stoßspannung positiver Polarität angelegt wird, auf gleiche Weise wie die Eingangschutzschaltung 112 von 23. Wenn andererseits eine Stoßspannung negativer Polarität, beispielsweise ein abklingendes Feld, das in elektronischen Schaltkreisen auftritt, die in einem Fahrzeug eingebaut sind, an den Eingangsanschluss 101 angelegt wird, wird die Zener-Diode 114 leitend und eine Spannung baut sich über dem Widerstand 115 (zweiter Vorspannungsschaltkreis) auf. Da dann der FET 113 (zweiter Transistor) durchschaltet, wird ein Strompfad von Schaltkreismasse zum Eingangsanschluss 101 über den FET 113 und die Diode 107 gebildet und ein Stoßstrom fließt. Da zu dieser Zeit die Stoßspannung von einer Zener-Spannung der Zener-Diode 114 und einer Anschlussspannung am Widerstand 115 geklemmt wird, wird der interne Schaltkreis 103 geschützt.

Da bei dieser Ausführungsform die Schaltkreiselemente der Eingangsschutzschaltung 121 in Bereichen gebildet sind, die durch Grabenisolation auf die SOI-Substrat 125 gebildet werden, wird im Gegensatz zu dem Fall der Ausbildung mittels PN-Übergangsisolation kein parasitärer Transistor gebildet und der Ausbildungsbereich eines jeden Elements ist sicher isoliert.

Wenn eine Stoßspannung negativer Polarität an den Eingangsanschluss 101 angelegt wird, wird, da die Zener-Diode 114 des Klemmschaltkreises 142N leitend wird und der FET 113 durchschaltet, ein Strompfad von Schaltkreismasse zum Eingangsanschluss 101 gebildet und der interne Schaltkreis 103 kann geschützt werden. Somit kann die gesamte Eingangsschutzschaltung 121 problemlos in einem IC integriert werden und Kosten lassen sich verringern ohne dass dich Schaltungsgröße zunimmt. Weiterhin kann während des Klemmvorgangs ein relativ hoher Stoßstrom über den FET 113 fließen.

(Zwölfte Ausführungsform)

In einer zwölften Ausführungsform gemäß den 16 und 17 ist ein Teil der Eingangsschutzschaltung 121 zur Integration in einem IC wie dargestellt aufgebaut. Die Integration der Eingangsschutzschaltung 121 in einen IC basierend auf einer herkömmlichen Schaltungsanordnung ist in den 18 und 19 gezeigt. In einem IC-Chip 131 gemäß den 18 und 19 entsprechen Kissen 132a und 132b den Eingangsanschlüssen 101 und 102 und sind an den äußersten Umgangsabschnitten (der linken bzw. oberen Seite in der Figur) des Chips 131 zur Durchführung einer Drahtbondierung angeordnet und ein interner Schaltkreisbereich 133 liegt innerhalb hiervon. Eine Verdrahtung für einen Absorptionspfad eines Stoßstroms sollte bevorzugt so dick und kurz wie möglich sein. Somit liegen zwischen dem Kissen 132a und der linken Seite des internen Schaltkreisbereichs 133 ein Ausbildungsbereich 134a für Dioden 105 bis 107 und einen Ausbildungsbereich 135a beispielsweise für den FET 109 zur Aufnahme einer positiven Stoßspannung nebeneinander. Andererseits liegen zwischen dem Kissen 132b und der Oberseite des internen Schaltkreisbereichs 133 ein Diodenausbildungsbereich 134b und ein Ausbildungsbereich 135b für beispielsweise den FET 113 zur Aufnahme einer negativen Stoßspannung.

19 zeigt die Anordnung von 18 lediglich in entsprechenden Abschnitten von 14, das heißt in dem gestrichelt eingefasstem Rechteck in 18. Nachdem Verdrahtungen L1 und L2, die sich vom Kissen 132a aus erstrecken, mit den Dioden 105 bis 108 innerhalb des Diodenausbildungsbereichs 134a verbunden wurden, müssen sie mit dem internen Schaltkreisbereich 133 jenseits des FET-Ausbildungsbereichs 135a verbunden werden. Obgleich die Verdrahtungsschicht ausreichend vorgesehen werden kann, ist der Freiheitsgrad bei der Verdrahtung eingeschränkt. Wenn daher die Verdrahtungen L1 und L2 nicht direkt über den FET-Ausbildungsbreichen 135a brückenartig geführt werden können, müssen sie so geführt werden, dass sie dem Bereich 135a umgehen. Das heißt in diesem Fall muss die Chipgröße erhöht werden, da Raum für die Verdrahtungen L1 und L2 zusätzlich zur Verfügung gestellt werden muss. Da dies auch für das andere Kissen 132 zutrifft, nimmt die Anzahl von Eingangsanschlüssen zu und die Größe des IC-Chips 131 nimmt zu.

Im IC- Chip 141 sind gemäß 16 die FET-Ausbildungsbreiche 135a und 135b an den äußersten Umfangsabschnitten angeordnet und zwischen dem internen Schaltkreisbereich 133 und ihnen sind die Kissen 132 und die Diodenausbildungsbereiche 134 angeordnet. Wenn eine derartige Anordnung verwendet wird, wie in 17 gezeigt, können Verdrahtungen L1, die sich beispielsweise vom Kissen 132a des Eingangsanschlusses 101 aus erstrecken, direkt mit dem internen Schaltkreisbereich 133 (interner Schaltkreis 103) über den Diodenausbildungsbereich 134a (Dioden 105, 107) verbunden werden.

Obgleich die Distanz zwischen dem Diodenausbildungsbereich 134a und dem FET-Ausbildungsbereich 135a in diesem Fall größer wird, können die Verdrahtungen L1 und L2 zwischen diesen beiden durch den Raum des Kissens 132a erfolgen. Obgleich der Raum für das Kissen 132a schmal ist, lässt sich gemäß 17 durch eine Mehrzahl von Verdrahtungen mit gemeinsamen Verbindungspunkten der Dioden der Stromwiderstand beibehalten. Eine Drahtbondierung zwischen den Kissen 132a und Leitungen (nicht gezeigt) kann über den FET-Ausbildungsbereich 135a erfolgen.

Da bei der zwölften Ausführungsform die FETs 109 und 113 an den äußersten Umfangsbereichen des IC-Chips 141 liegen, wird eine Verdrahtungsverbindung zwischen den Eingangsanschlüssen 101 und 102, den Dioden 105 bis 108 und den internen Schaltkreisen 103 und 104 einfach und die Verdrahtungen zwischen den FETs 109 und 113 und den Dioden 105 bis 107 können über den Raum des Kissens 132 entsprechend einem jeden Eingangsanschluss erfolgen. Im Ergebnis wird die gesamte Verdrahtung einfacher und ein anwachsen der Chipgröße lässt sich vermeiden.

(Dreizehnte Ausführungsform)

In einer dreizehnten Ausführungsform gemäß 20 hat eine Eingangsschutzschaltung 143 zwei Klemmschaltkreise 142P (142P1, 142P2) und 142N (142N1, 142N2). Diese Klemmschaltkreise sind in Serie in zwei Stufen verbunden. Diese Eingangsschutzschaltung 143 kann auch Anwendungsfälle abdecken, bei denen höhere Stoßspannungspegel vorliegen.

(Vierzehnte Ausführungsform)

In einer vierzehnten Ausführungsform gemäß 21 hat eine Eingangsschutzschaltung 144 zwei Klemmschaltkreise 142P (142P1, 142P2) und 142N (142N1, 142N2). Diese Klemmschaltkreise sind in zwei Stufen parallel geschaltet. Bei der vierzehnten Ausführungsform kann der Stromwiderstand erhöht werden und ein höherer Strom kann fließen, wenn eine Stoßspannung angelegt wird.

(Fünfzehnte Ausführungsform)

In einer fünfzehnten Ausführungsform gemäß 22 entspricht eine Eingangsschutzschaltung 145 einer Kombination aus dreizehnter und vierzehnter Ausführungsform. Die Klemmschaltkreise 142P (142P1, 142P2, 142P3) und 142N (142N1, 142N2, 142N3) sind in Serie verbunden. In dem Klemmschaltkreis 142P sind Klemmschaltkreise 142P1 und 142P2 in Serie verbunden und ein Klemmschaltkreis 142P3 ist mit dem Klemmschaltkreis 142P1 verbunden. In dem Klemmschaltkreis 142N sind die Klemmschaltkreise 142N1 und 142N2 in Serie verbunden und ein Klemmschaltkreis 142N3 ist mit dem Klemmschaltkreis 142N1 verbunden. Der Klemmschaltkreis 142P ist auf Seiten der Dioden 105 und 106 vorgesehen und der Klemmschaltkreis 142N ist auf Seiten der Dioden 107 und 108 vorgesehen. Die fünfzehnte Ausführungsform liefert somit ähnliche Vorteile wie die dreizehnte und vierzehnte Ausführungsform.

In den elften bis fünfzehnten Ausführungsformen können verschiedene Abwandlungen gemacht werden. Beispielsweise kann als Transistor zur Bildung eines Einschaltkreises an Stelle eine N-Kanal MOSFET ein P-Kanal MOSFET verwendet werden. In diesem Fall kann die Verbindungsposition einer Zener-Diode und eines Widerstands die einen Vorspannungsschaltkreis bilden, umgekehrt werden. Alternativ kann an Stelle des N-Kanal MOSFET im Klemmschaltkreis ein NPN-Transistor verwendet werden. Weiterhin kann der Klemmschaltkreis alleine durch eine Zener-Diode gebildet werden. Die Anzahl von Verbindungsschaltkreisstufen in jedem Schaltkreis 142P und 142N der dreizehnten bis fünfzehnten Ausführungsformen kann 3 oder mehr betragen. Die Schutzschaltungen können in weitem Rahmen angewendet werden; ihre Verwendung ist nicht auf elektronische Schaltungen zum Einbau in ein Fahrzeug begrenzt.


Anspruch[de]
Eine Eingangsschutzschaltung, aufweisend:

ein Rückflussverhinderungselement (4, 45), das zwischen einen Eingangsanschluss (1), der ein von außen kommendes Signal empfängt und einen internen Schaltkreis (5, 28, 44, 61) geschaltet ist,

gekennzeichnet durch

einen Serienschaltkreis (6, 7, 42, 43), der zwischen den Eingangsanschluss und Masse geschaltet ist und ein spannungserzeugendes Element (6, 43) aufweist, das über sich eine Spannung aufbaut, wenn es leitfähig ist und ein Spannungsklemmelement (7, 42) aufweist, das die Spannung klemmt, wenn am Eingangsanschluss eine Stoßspannung anliegt; und

ein strompfadbildendes Element (22, 26, 30, 46), das einen Strompfad zwischen einem ersten gemeinsamen Verbindungspunkt des Rückflussverhinderungselements und dem internen Schaltkreis und einem zweiten gemeinsamen Verbindungspunkt des Serienschaltkreises bildet und ein Potential am ersten gemeinsam Verbindungspunkt niedriger als ein Potential am Eingangsanschluss setzt, wenn die Stoßspannung an den Eingangsanschluss angelegt wird.
Eingangsschutzschaltung nach Anspruch 1, bei der das strompfadbildende Element (22, 26, 30, 46) einen Transistor (26, 50) aufweist. Eingangsschutzschaltung nach Anspruch 1, bei der das strompfadbildende Element (22, 26, 30, 46) eine Diode (30) enthält. Eine Eingangsschutzschaltung, aufweisend;

ein Impedanzelement, das zwischen einen Eingangsanschluss (1), der ein von außen kommendes Signal empfängt und einen internen Schaltkreis (5, 44) geschaltet ist,

gekennzeichnet durch

einen Serienschaltkreis (6, 7, 42, 43), der zwischen den Eingangsanschluss und Masse geschaltet ist und ein spannungserzeugendes Element (6, 43) aufweist, das über sich eine Spannung aufbaut, wenn es leitfähig ist und ein Spannungsklemmelement (7, 42) aufweist, das die Spannung klemmt, wenn am Eingangsanschluss eine Stoßspannung anliegt; und

ein strompfadbildendes Element (30, 53), das einen unidirektionalen Strompfad zwischen einem ersten gemeinsamen Verbindungspunkt des Impedanzelements und des internen Schaltkreises und einem zweiten gemeinsamen Verbindungspunkt des Serienschaltkreises bildet und ein Potential am ersten gemeinsamen Verbindungspunkt niedriger als ein Potential am Eingangsanschluss setzt, wenn die Stoßspannung an den Eingangsanschluss angelegt wird.
Eingangsschutzschaltung nach Anspruch 4, weiterhin mit einem Widerstand (33), der zwischen das Impedanzelement und das strompfadbildende Element geschaltet ist. Eingangsschutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Spannungsklemmelement (7) eine Zener-Diode (7) aufweist. Eingangsschutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das spannungserzeugende Element (6) eine Diode (6) enthält. Eingangsschutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das spannungserzeugende Element (6) eine Zener-Diode enthält. Eingangsschutzschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der interne Schaltkreis (5, 28, 44, 61) einen Komparator (61) aufweist, der intern mit einem Rückflussverhinderungselement versehen ist, welches einen Rückfluss eines Stroms zu einer Energieversorgung (+V) oder Masse von einem Eingangsanschluss hiervon durch sein Inneres verhindert, wenn die Stoßspannung am Eingangsanschluss anliegt. Eingangsschutzschaltung nach Anspruch 9, wobei der Komparator (61) eine Eingangsstufe mit zwei Differenzialkopplern (62, 63) in Parallelverbindung enthält, wobei jeder Differenzialkoppler Transistoren (64a, 64b, 65a, 65b) mit zueinander unterschiedlicher Leitfähigkeit enthält und wobei das Rückflussverhinderungselement (68, 71, 73, 76) zwischen einen Energieversorgungsanschluss eines Kopplers und Masseanschluss eines anderen Kopplers bezüglich der Transistoren geschaltet ist, welche die beiden Differenzialkoppler bilden. Eine Eingangsschutzschaltung, aufweisend:

eine erste Diode (105, 106) mit einer Anode und einer Kathode, wobei die Anode mit einem Eingangsanschluss (101, 102) verbunden ist, der ein von außen her empfangenes Signal an einen internen Schaltkreis (103, 104) überträgt;

eine zweite Diode (107, 108) mit einer Anode und einer Kathode, wobei die Kathode mit dem Eingangsanschluss verbunden ist;

einen ersten Klemmschaltkreis (142P), der zwischen die Kathode der ersten Diode und Schaltkreismasse geschaltet ist; und

einen zweiten Klemmschaltkreis (142N), der zwischen die Anode der zweiten Diode und Schaltkreismasse geschaltet ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

jedes Schaltkreiselement (107, 108) innerhalb eines Bereichs ausgebildet ist, der von benachbarten Ausbildungsbereichen anderer Schaltkreiselemente wechselseitig isoliert ist.
Eingangsschutzschaltung nach Anspruch 11, wobei das Schaltkreiselement (107, 108) die zweite Diode (107, 108) ist und innerhalb des Bereichs ausgebildet ist, der von einem Isolationsfilm (123, 129) auf einem SOI-Substrat (125) grabenisoliert ist. Eingangsschutzschaltung nach Anspruch 11 oder 12, bei der der erste Klemmschaltkreis (142P) einen ersten Transistor (109) aufweist, der zwischen die Kathode der ersten Diode und Schaltkreismasse geschaltet ist und ein erster Vorspannungsschaltkreis (110, 111) an einer Eingangsseite des ersten Transistors angeordnet ist, um eine Vorspannung zu liefern, sodass der erste Transistor eingeschaltet wird, wenn eine Stoßspannung positiver Polarität am Eingangsanschluss empfangen wird; und der zweite Klemmschaltkreis (142N) einen zweiten Transistor (113) aufweist, der zwischen die Anode der zweiten Diode und Schaltkreismasse geschaltet ist, wobei der zweite Vorspannungsschaltkreis (114, 115) an einer Eingangsseite des zweiten Transistors angeordnet ist, um eine Vorspannung zu liefern, sodass der zweite Transistor eingeschaltet wird, wenn eine Stoßspannung negativer Polarität am Eingangsanschluss empfangen wird. Eingangsschutzschaltung nach Anspruch 13, bei der die ersten und zweiten Transistoren (109, 113) an einem äußersten Umfangsbereich eines Halbleitersubstrates liegen. Eingangsschutzschaltung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei jeder der ersten und zweiten Klemmschaltkreise (142P, 142N) eine Mehrzahl gleicher in Serie verbundener Klemmschaltkreise aufweist. Eingangsschutzschaltung nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei jeder der ersten und zweiten Klemmschaltkreise (142P, 142N) eine Mehrzahl parallel verbundener gleicher Klemmschaltkreise aufweist.






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