DE2237559A1

DE2237559A1 - Monolithisch integrierte spannungsstabilisierungsschaltung

Info

Publication number: DE2237559A1
Application number: DE2237559A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Dipl Ing Hoehn; Harald Schilling
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1972-07-31
Filing date: 1972-07-31
Publication date: 1974-02-14
Also published as: GB1401745A; DE2237559B2; JPS5645167B2; FR2195003A1; DE2237559C3; FR2195003B1; IT992655B; JPS4959250A

Description

DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG

FREIBURG I. BR.

Monolithisch, integrierte Spannungsstabilisierungsschaltung

Die Erfindung geht von einer monolithisch integrierten Spannungsstabilisierungsschaltung aus, die als Teilschaltung in der handelsüblichen Serienregelschaltung CA 3085 enthalten ist. Die Innenschaltung dieses Bauelements ist beispielsweise in dem Buch "Linear Integrated Circuit D.A.T.A.-Book", 7. Ausgabe _r Frühjahr 1972, New Jersey, 1971 der Derivation And Tabulation Associates Inc. auf Seite 121 in Abbildung F 088 wiedergegeben. Der als Ausgangspunkt für die Erfindung dienende Schaltungsteil ist im erwähnten Schaltbild links dargestellt. Seine für die Erfindung wesentlichen Teile sind in Fig. 1 der

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beigefügten Zeichnung dargestellt.

Die bekannte Stabilisierungsschaltung besteht aus dem Referenzelement Z, dessen Spannung U die zu stabilisierende Spannung darstellt. Der durch das Referenzelement fliessende Strom wird im wesentlichen vom Widerstandswert des Widerstandes Rl bestimmt, der als Emitterwiderstand des npn-Transistors T geschaltet ist. über den als Diode geschalteten pnp-Transistor Tl, dessen Kollektor-Emitter-Strecke den Kollektor des npn-Transistors T mit dem positiven Pol der Versorgungsspannungsquelle U_ verbindet, und den pnp-Transistor T2, dessen Basis-Eitdtter-Strecke der Basis-Emitter-Strecke des npn-Transistors Tl parallelgeschaltet ist, wird gewährleistet, dass ein dem Kollektorstrom des npn-Transistors T gleicher Strom auch über den Kollektor des pnp-Transistors T2 und somit durch das Referenzelement Z fliesst. -Der Widerstand R2, der das Referenzelement mit dem positiven Pol der Versorgungsspannungsquelle verbindet, dient als Anlaufwiderstand, um bei Einschalten der Versorgungsspannungsquelle zu gewährleisten, dass die Stabilisierungsschaltung in den stabilisierenden Zustand gelangt. Wie ersichtlich, weist sie nämlich ein bistabiles Verhalten auf mit einem nichtstabilisierenden als zweitem der bistabilen Zustände. Anstatt des Anlaufwiderstandes kann auch das impulsweise Einschalten vorgesehen sein.

Wie ersichtlich, macht das in Fig. 1 gezeigte bekannte Schaltungsprinzip durch die beiden pnp-Transistoren von dem aus ¹¹IEEE Journal of Solid-state Circuits", Juni 1969, Seite 114, Fig. 8 bekannten Prinzip einer Konstantstromquelle Gebrauch.

Zur Spannungsversorgung monolithisch integrierter Schaltungsanordnungen lässt sich das bekannte Schaltungsprinzip dahingehend erweitern, dass nicht nur ein einziges Referenzelement, sondern eine Serienschaltung mehrerer Referenzelemente verwen-

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det wird, wodurch man an den jeweiligen Verbindungspunkten der einzelnen Referenzelemente unterschiedlich grosse stabilisierte Spannungen abnehmen kann. Als Referenzelemente dienen hierbei in bekannter Weise als Dioden geschaltete Transistoren, die entweder in Flussrichtung oder in Sperrichtung bis ins Abbruchgebiet betrieben sind.

Die Erfindung betrifft somit eine monolithisch integrierte Spannungsstabilisierungsschaltung mit einer Reihenschaltung von Referenzelementen als Stabilisierelemente, an der mehrere stabilisierte Spannungen abgreifbar sind, ferner mit einem npn-Transistor, dessen Basis am Abgriffpunkt der kleinsten zu stabilisierenden Spannung, dessen Emitter über einen Widerstand am Schaltungsnullpunkt und dessen Kollektor an Basis und Kollektor eines als Diode geschalteten ersten pnp-Transistors liegt, dessen Emitter an der Versorgungsspannungsquelle angeschlossen ist, ferner mit einem Anlaufwiderstand, der den Abgriff der kleinsten zu stabilisierenden Spannung mit der Versorgungsspannungsquelle verbindet, und schliesslich mit einem zweiten pnp-Transistor, dessen Kollektor an der Basis des npn-Transistors, dessen Emitter an der Versorgungsspannungsquelle und dessen Basis an der Basis des ersten pnp-Transistors angeschlossen ist.

Diese Stabilisierungsschaltung weist jedoch den Nachteil auf, dass die Stabilisierung der abgreifbaren Spannungen erst einsetzt, wenn die Versorgungsspannung etwas grosser ist als die höchste zu stabilisierende Spannung. Es ist häufig erforderlich, dass die kleinste zu stabilisierende Spannung nach Anlegen der Versorgungsspannung möglichst frühzeitig einsetzt, um Grundfunktionen der integrierten Schaltung sofort betriebsfähig zu machen. Die Spannungsstabilisierungsschaltung der ge-

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nannten Art weist den weiteren Nachteil auf, dass kurzzeitige Absenkungen der Versorgungsspannung, wie sie beispielsweise in Bordnetzen von Fahrzeugen und Flugzeugen häufig auftreten, die Stabilisierungsfunktion der Reihenschaltung ausser Betrieb setzen kann, wodurch sämtliche zu stabilisierende Spannungen ausfallen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Spannungsstabilisierungsschaltung der genannten Art so auszubilden, dass die mittels der Reihenschaltung zu stabilisierenden Spannungen jeweils solange stabilisiert bleiben, wie die Versorgungsspannung jeweils oberhalb des zu stabilisierenden Wertes liegt. Mit anderen Worten soll also mit der Erfindung eine Spannungsstabilisierungsschaltung geschaffen werden, bei der alle diejenigen zu stabilisierenden Spannungen noch vorhanden sind, die bei Absinken der Versorgungsspannung unterhalb des abgesunkenen Wertes liegen.

Dies wird bei der monolithisch integrierten Spannungsversorgungsschaltung der genannten Art erfindungsgemäss dadurch erreicht, dass jeder Abgriffpunkt der Reihenschaltung über die Kollektor-Emitter-Strecke je eines weiteren pnp-Transistors mit dem positiven Pol der Versorgungsspannungsquelle verbunden ist und dass die Basen der weiteren pnp-Transistoren an den Basen des ersten und des zweiten pnp-Transistors angeschlossen sind.

Durch diese Ausbildung wird erreicht, dass jede zu stabilisierende Spannung solange aufrechterhalten bleibt, wie die Versorgungsspannung nicht unter den zu stabilisierenden Wert absinkt. Dies ergibt den Vorteil, dass in der mit der erfindungsgemässen Schaltung ausgerüsteten integrierten Schaltung bei-

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spielsweise vorhandene Speieherfunktionen solange ungestört bleiben, wie die Versorgungsspannung nicht unter die kleinste zu stabilisierende Spannung absinkt.

Die erfindungsgemäss ausgebildete Spannungs-stabilisierungsschaltung lässt sich besonders vorteilhaft dadurch realisieren, dass sämtliche pnp-Transistoren als ein einziger Lateraltransistor mit mehreren Kollektoren ausgebildet werden. Hierbei lässt sich dieser Lateraltransistor vorteilhaft derart ausbilden, dass im Zentrum der Basiszone die Emitterzone streifenförmig angeordnet ist, dass die einzelnen Kollektorzonen entlang dem Umfang der Emitterzone und dieser gegenüberliegend angeordnet sind und dass die mit dem Abgriff der kleinsten zu stabilisierenden Spannung verbundene Kollektorzone zusätzlich die übrigen Kollektorzonen in Form eines geschlossenen Rahmens umgreift.

Wie im folgenden noch ausführlich erläutert werden wild, kann der einzige Lateraltransistor vorteilhaft jedoch auch so ausgebildet werden, dass im Zentrum der Basiszone die Emitterzone streifenförmig angeordnet ist, dass die Kollektorzone des ersten, des zweiten und des zum Abgriff der kleinsten zu stabilisierenden Spannung gehörenden pnp-Transistors entlang dem Umfang der Emitterzone und dieser gegenüberliegend angeordnet sind_r dass die mit der zweitgrössten zu stabilisierenden Spannung verbundene Kollektorzone der Kollektorzone des zweiten pnp-Transistors, ohne der'Emitterzone gegenüberzuliegen, gegenüberliegend angeordnet ist, dass die mit der drittgrössten zu stabilisierenden Spannung verbundene Kollektorzone der mit der zweitgrössten zu stabilisierenden Spannung verbundenen Kollektorzone, ohne der Emitterzone gegenüberzuliegen, gegenüberliegend angeordnet ist usw. bis zur mit der zweitkleinsten zu stabili-

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sierenden Spannung verbundenen Kollektorzone und dass die mit der kleinsten zu stabilisierenden Spannung verbundene Kollektorzone zusätzlich die übrigen Kollektorzonen i:\ Form eines geschlossenen Rahmens umgreift.

Beide erwähnten vorteilhaften Ausbildungen des Lateraltransistors eignen sich für den angegebenen Zweck besonders gut, wenn die der Emitterzone gegenüberliegenden Randteile der Kollektorzonen untereinander gleich lang sind.

Die Erfindung wird nun anhand der in der Zeichnung dargestellten weiteren Fig. 2 bis 6 näher erläutert.

Fig. 2 zeigt die erfindungsgemässe Spannungsstabilisierungsschaltung in ihrer allgemeinen Form,

Fig. 3 zeigt die erfindungsgemässe Spannungsstabilisierungsschaltung für zwei zu stabilisierende Spannungen,

Fig. 4 zeigt die Anordnung der einzelnen Zonen der pnp-Transistoren nach einer vorteilhaften Ausführungsform,

Fig. 5 zeigt die Anordnung der Zonen der pnp-Transistoren nach einer anderen vorteilhaften Ausführungsform und

Fig. 6 zeigt die sich aus den Ausführungsformen nach den Fig. 4 und 5 ergebende Anordnung der Zonen der pnp-Transistoren für die Schaltung nach Fig. 3.

Die Fig. 2 zeigt die erfindungsgemässe Spannungsstabilisierungs-

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schaltung in ihrer allgemeinen Form, die Zusammenschaltung der beiden pnp-Transistoren T_Q und Τ_χ, des Anlaufwiderstandes R2, des npn-Transistors T und des Emitterwiderstandes Rl ist mit derjenigen von Fig. 1 identisch, während das Referenzelement Z nach Fig. 1 durch die Serienschaltung der Referenzelemente Z₁, Z_ ... Z ~, Z , und Z ersetzt ist. Hierbei ist die 1 2 n-z n-1 η

Reihenfolge der Numerierung der Bauelemente derart gewählt, dass das Referenzelement Z, mit dem Kollektor des zweiten pnp-Transistors T verbunden ist, während das letzte Referenzelement Z_n der Reihenschaltung am Schaltungsnullpunkt angeschlossen ist.

An der Reihenschaltung dieser Referenzelemente können nun soviel stabilisierte Spannungen abgegriffen werden, wie der Anzahl der Referenzelemente entspricht. In Fig. 2 sind diese Spannungen mit den Bezugszeichen U *, U ₂ ... U. ~, U , und U eingetragen, und zwar wird die jeweilige Spannung, vom Kollektor des zweiten pnp-Transistors T her gesehen, jeweils vor dem Referenzelement desselben Indexes abgenommen.

Zur Lösung des der Erfindung zugrundeliegenden und oben dargestellten Problems ist nun in erfindungsgemässer Weise jeder Abgriffpunkt der Reihenschaltung der Referenzelemente, also jeder Verbindungspunkt zweier benachbarter Referenzelemente, über einen weiteren pnp-Transistor mit dem positiven Pol + der Versorgungsspannungsquelle U₀ verbunden, und zwar liegt

der Kollektor dieses jeweiligen Transistors am entsprechenden Abgriffpunkt, der Emitter an der Versorgungsspannungsquelle ü_ und die Basis an den Basen des ersten und zweiten pnp-Transistors T_ bzw. T,. Somit ist die Basis-Emitter-Strecke des jeweiligen weiteren pnp-Transistors den Basis-Emitter-Strecken des ersten und zweiten pnp-Transistors parallelgeschaltet.

Im einzelnen ist am Verbindungspunkt der Refexenzelemente Z. und Z₂ der Kollektor des weiteren pnp-Transistors T- ange-

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schlossen, oder anders ausgedrückt der Kollektor des weiteren pnp-Transistors ist, vom Kollektor des zweiten pnp-Transistors T. her gesehen, vor dem jeweiligen Referenzelement gleichen Indexes angeschlossen.

So ist der Kollektor des weiteren pnp-Transistors To ^vor Referenzelement Z _ angeschlossen, d. h. also am Verbindungspunkt dieses Referenzelementes mit dem in der Fig. 2 nicht dargestellten Referenzelement Z _-.. Die letzten beiden weiteren pnp-Transistoren T _Ί und T sind demzufolge an den Verbindungs-

n—ι η

punkten zwischen den Referenzelementen Z _o und Z . bzw. Z ,

n-z n-l n-l

und Z angeschlossen.

Für die zeichnerische Darstellung der Referenzelemente Z. ... Z in Fig. 2 wurden die Symbole für Z-Dioden und Dioden gewählt, um anzudeuten, dass beide Arten von Bauelementen zur Bildung der Reihenschaltung der Referenzelemente herangezogen werden können. Hierbei sind die Dioden dann in Flussrichtung und die Z-Dioden in Sperrichtung gepolt. Im einzelnen sind die Referenzelemente Z-, z_? als Flussdioden dargestellt, während die Referenzelemente Z _, Z . und Z als Z-Dioden angegeben sind, η—ζ η—ι η

Diese gewählte Reihenfolge ist jedoch willkürlich, und es kann jede andere beliebige Reihenfolge gewählt werden, wobei allerdings das letzte Referenzelement Z eine Z-Diode bzw. keine Flussdiode sein sollte, damit der Strom im Widerstand Rl besser einstellbar ist.

Die Fig. 3 zeigt die aus der allgemeinen Form der erfindungsgemässen Stabilisierungsschaltung nach Fig. 2 abgeleitete Schaltungsanordnung für zwei zu stabilisierende Spannungen U und

S JL

U_S2· Die Reihenschaltung der Referenzelemente besteht im vorliegenden Fall aus der Reihenschaltung der beiden Referenzelemente Z₁ und Z₂/ für die die Z-Dioden-Symbole gewählt wurden.

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Die Reihenschaltung der Referenzelemente weist somit einen einzigen Abgriffpunkt auf, an dem die stabilisierte Spannung U- abgegriffen wird. Dieser Punkt ist in erfindungsgemässer Weise über die Kollektor-Emitter-Strecke des weiteren pnp-Transistors T„ mit dem positiven Pol der Versorgungsspannungsquelle U₀ verbunden. Die spezielle Verkopplung der übrigen Bauelemente der Fig. 3 ist mit derjenigen der Fig. 2 identisch.

Während in den Fig. 1 bis 3 die erfindungsgemässe Spannungsstabilisierungsschaltung als Schaltbild dargestellt wurde, zeigen die Fig. 4 bis 6 den Grundriss eines vorteilhaften Aufbaus der pnp-Transistoren in der monolithisch integrierten Schaltung. Hierbei ist es besonders vorteilhaft,, wenn die pnp-Transistoren als ein einziger Lateraltransistor mit der entsprechenden Anzahl von einzelnen Kollektoren realisiert werden.

Die Eigenschaften, der Aufbau und die Wirkungsweise solcher Lateraltransistoren ist aus "Proceedings of the IEEE", Dezember 1964, Seiten 1491 bis 1495 an sich bekannt. Man versteht unter einem Lateraltransistor einer monolithisch integrierten Schaltung einen Transistor, dessen vom Emitter über die Basis zum Kollektor fliessender Strom im wesentlichen parallel zur Hauptoberfläche der integrierten Schaltung fliesst, während im Gegensatz hierzu die üblicherweise in monolithisch integrierten Schaltungen gebildeten Transistoren einen Kollektor-Emitter-Strompfad senkrecht zu dieser Oberfläche aufweisen.

Solche Lateraltransistoren sind insbesondere dazu geeignet, pnp-Transistoren in monolithisch integrierten Schaltungen, die üblicherweise npn-Transistoren mit dem erwähnten vertikalen Stromfluss aufweisen, zu realisieren. Hierzu werden im üblicherweise η-leitenden, meist durch epitaktisches Aufwachsen gebildeten Gebiet der monolithisch integrierten Schaltung

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zunächst durch Einbringen der sog. Isolationsdiffusion einzelne voneinander durch p-leitendes Material getrennte Gebiete erzeugt.

Diese durch pn-Ubergänge voneinander getrennten Gebiete können nun entweder zum Aufbau eines npn-Transistors oder zum Aufbau eines lateralen pnp-Transistors benutzt werden. Hierbei ist das η-leitende Gebiet als Kollektor des npn-Transistors wirksam oder als Basis des Lateraltransistors. Mittels der beim npn-Transistor die Basiszone bildenden Eindiffusion von p-Leitung erzeugenden Verunreinigungen werden beim Lateraltransistor die p-leitenden Gebiete für die Emitterzone und die Kollektorzone erzeugt, die an der Halbleiteroberfläche nebeneinander in vorgeschriebenem Abstand angeordnet sind. Hierbei kann die Anordnung der Kollektorzone nach der erwähnten Literaturstelle so gewählt werden, dass sie die Emitterzone als geometrisch geschlossene Form umgreift.

Die Verwendung von mehreren nach Art einer Mehrfachkonstantstromquelle zusammengeschalteten pnp-Transistoren in einer integrierten Schaltung ist an sich ebenfalls bereits bekannt, vgl. "IEEE Journal of Solid-state Circuits", April 1972, Seiten 105 bis 111, insbesondere Fig. 9 auf Seite 107. Diese Figur zeigt eine streifenförmig ausgebildete Emitterzone, um die herum die einzelnen Kollektorzonen angeordnet sind.

Abweichend von diesem Aufbau eines Lateraltransistors mit mehreren Kollektoren ist der Lateraltransistor zur Realisierung der erfindungsgemässen Stabilisierungsschaltung so aufgebaut, dass entsprechend den in den Fig. 4 bis 6 gezeigten unterschiedlichen Ausführungsformen zwar einzelne der Kollektoren entlang der ebenfalls streifenförmig ausgebildeten Emitterzone E und dieser gegenüberliegend angeordnet sind, dass jedoch die eine dieser Kollektorzonen, nämlich die Kollektorzone

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C des mit der kleinsten zu stabilisierenden Spannung U η · en

verbundenen weiteren pnp-Transistors T , sowohl der Emitterzone E gegenüberliegend angeordnet ist, als auch die übrigen Kollektorzonen rahmenartig mit dem Teil C umgreift.

Die in Fig. 4 gezeigte Ausführungsform des Lateraltransistors zeigt im einzelnen zunächst die die ganze Struktur rahmenartig umgebende, durch die erwähnte Isolationsdiffusion entstandene Isolierzone I. Innerhalb dieser Isolierzone befindet sich die Basiszone B, die am rechten Rand mit dem Basiskontakt B¹ versehen ist. Die gestrichelt gezeichnete Linie deutet die Ausdehnung der unterhalb der einzelnen Zonen im Halbleiterkörper angeordneten sog. vergrabenen Schicht (Buried Layer) BL an, die bekanntlich zur Reduzierung von Bahnwiderständen dient.

Im Zentrum der Basiszone ist die mit nach rechts gerichteter Schraffierung gezeichnete streifenförmige Emitterzone E zu sehen, um die herum die einzelnen nach links schraffierten Kollektorzonen angeordnet sind, und zwar in der Weise, dass entsprechend dem über die einzelnen Kollektoren fliessenden Strom ein mehr oder weniger kleiner Teil der Kollektorzone der Emitterzone gegenüberliegt. Durch die Randlänge des der Emitterzone gegenüberliegenden Teils der jeweiligen Kollektorzone wird nämlich der Wert des über den Kollektor fliessenden Stromes bestimmt.

Die Anordnung der Kollektorzonen C_Q ... C ist im Ausführungsbeispiel der Fig. 4 an sich beliebig. So ist etwa die Kollektorzone C_Q des ersten pnp-Transistors T_Q derart ausgebildet, dass sie das eine Ende der Emitterzone E U-förmig umgreift, während die KollektorzonaiC, ... C . ebenfalls streifen-

1 n-l

förmig ausgebildet sind und der Emitterzone jeweils gegenüberliegen.

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Die Kollektorzone C , die die übrigen Kollektorzonen rahmenförmig mit dem Teil C umgreift, ist im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 derart ausgebildet, dass sie zwei Anteile aufweist, mit denen sie der Emitterzone E gegenüberliegt und somit Strom von dieser Emitterzone übernehmen kann. Diese Ausbildung ist jedoch nicht zwingend vorgeschrieben, sondern es ist auch möglich, diese Kollektorzone nur mit einem einzigen Teilgebiet . zu versehen, das der Emitterzone E gegenüberliegt.

Wie ersichtlich,- enthält der Lateraltransistor nach Fig. 4 sechs einzelne Kollektorzonen. Somit ist die Kollektorzone

C ~ mit der Kollektorzone C.,, die Kollektorzone C . mit der η—ζ j η—ι

Kollektorzone C. und die Kollektorzone C mit der Kollektor-4 η

zone C₅ identisch, welche Bezugszeichen in Klammern beigefügt sind.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemässen Stabilisierungsschaltung sowie der Realisierungsform für den Lateraltransistor nach Fig. 4 besteht darin, -dass bei Absinken der Versorgungsspannung U_ unter den Wert einer der zu stabilisierenden Spannungen, beispielsweise bei Absinken der Versorgungsspannung unter den Wert der zu stabilisierenden Spannung U , die Kollektor-Emitter-Spannung des zugehörigen ersten pnp-Transistors T. zwar zusammenbricht und somit in dem Referenzelement Z, kein Strom mehr fliesst, jedoch über die weiteren pnp-Transistoren T_ ... T noch Strom in den restlichen Teil der Reihenschaltung der Referenzelemente eingespeist wird, so dass lediglich die stabilisierte Spannung U nicht mehr vorhanden ist. Hier-

s j.

bei entspricht das erwähnte Zusammenbrechen der Kollektor-Emitter-Spannung des zweiten pnp-Transistors T, einer Betriebsweise, in der dieser Transistor gesättigt ist und der Sättigungsstrom wegen der sperrenden Wirkung der Buried Layer seitlich über die Isolationszone zum Substrat der integrierten

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Schaltung abf Hessen würde_r wenn nicht der rahmenförmige Teil C der Kollektorzone C den Sättigungsstrom des jeweiligen Transistors übernähme. Die- Erfindung geht hierbei somit von der Erkenntnis aus, den Sättigungsstrom durch die erwähnte Ausbildung mindestens dem Referenzelement der kleinsten zu stabilisierenden Spannung wieder zuzuführen, was dadurch geschieht, dass der Kollektor des bzw. der in Sättigung geratenen Transistors bzw. Transistoren dann als Emitter für denjenigen Teil des Rahmens C wirkt, der diesem nun.als Emitter wirkenden Kollektor gegenüberliegt.

Bei weiterem eventuellen Absinken der Versorgungsspannung U_n können somit zwar nacheinander weitere zu stabilisierende Spannungen ausser Betrieb gesetzt werden, jedoch werden immer nur diejenigen ausfallen, deren Wert grosser als die abgesunkene Versorgungsspannung ist, während die restlichen aufrechterhalten bleiben.

Durch den Ausfall des in den nicht mehr stabilisierenden Referenzelementen fliessenden Stromes ändert sich bei Absinken der Versorgungsspannung naturgemäss der Gesamtstrom in der Reihenschaltung der Referenzelemente derart, dass die. weiteren Referenzelemente Z.. ... Z , mit Ausnahme des zur kleinsten zu l n-l

stabilisierenden Spannung gehörenden Referenzelementes Z von unterschiedlichen Strömen durchflossen werden, während der Strom durch das Referenzelement Z konstant bleibt* Dies führt

insbesondere bei den Flussdioden aufgrund von deren Kennlinienverlauf zu einer Änderung der stabilisierten Spannung, die je nach der verlangten Güte der Stabilisierung nachteilig sein kann. '

Um diesen Nachteil zu vermeiden, ist es zweckmässig, die Kollektorzonen der Transistoren T^ _o.. T nach der in Fig. 5

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gezeigten Art anzordnen. Hierbei ist im Gegensatz zur Anordnung nach. Fig. 4 nur noch die Kollektorzone C des ersten pnp-Transistors, die Kollektorzone C, des zweiten pnp-Tran-

sistors und die Kollektorzone C des mit der kleinsten zu start

bilisierenden Spannung U verbundenen Transistors der Emitterzone E gegenüberliegend angeordnet. Dagegen sind die übrigen Kollektorzonen C« ... C flächenmässig derart "hintereinandergeschaltet", dass sie_r ausgehend von der Kollektorzone C. des zweiten Transistors, entsprechend dem jeweiligen Index aufeinanderfolgen.

Im einzelnen ist die Kollektorzone C. des zweiten pnp-Transistors T. in gleicher Weise wie die Kollektorzone C_n des ersten pnp-Transistors T derart angeordnet, dass diese beiden Kollektorzonen jeweils das eine Ende der streifenförmigen Emitterzone E U-förmig umgreifen. Die Kollektorzone C. des zweiten pnp-Transistors wird dann von der Kollektorzone C- des mit der zweithöchsten zu stabilisierenden Spannung U- verbundenen Transistors T_ wiederum U-förmig umgriffen, welche U-förmig umgreifende Anordnung bis zur Kollektorzone C des mit der zweitkleinsten zu stabilisierenden Spannung U . verbundenen

sn—i

Transistors T , fortgesetzt ist.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 5 ist gegenüber dem von Fig. 4 noch eine weitere Kollektorzone angegeben, nämlich die Kollektorzone C₃, so dass dieser Lateraltransistor sieben Kollektorzonen entsprechend sieben zu stabilisierenden Spannungen aufweist. Demzufolge entspricht die Kollektorzone C _ der Kollektorzone C₄, die Kollektorzone C , der Kollektorzone C₅ und die Kollektorzone C der Kollektorzone C_g, welche Bezugszeichen wiederum wie bei Fig. 4 in Klammern beigefügt sind.

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Durch die spezielle Anordnung der einzelnen Kollektorzonen als flächehmässige "Hintereinanderschaltung" wird erreicht, dass der in der Anordnung nach Fig. 4 bei Sättigung sofort

C
zum Kollektor nf liessende Sättigungsstrom zunächst von der benachbarten Kollektorzone übernommen wird, da der Kollektor des in Sättigung geratenen Transistors dann seinerseits als Emitter wirkt. Durch die entsprechende räumliche Hintereinanderanordnung und die Tatsache, dass bei Absinken der Versorgungsspannung U_ die einzelnen zu stabilisierenden Spannungen zwangsweise nacheinander ausfallen und somit auch die zugeordneten pnp-Transistoren nacheinander in Sättigung geraten, setzt sich der Effekt der jeweiligen Stromübernahme von der einen zur anderen Kollektorzone, beginnend bei der Kollektorzone C., bis zur Kollektorzone C fort.

Somit wird aber der Reihenschaltung der Referenzelemente bei Insättigunggeraten der einzelnen pnp-Transistoren kein Strom entzogen, sondern der Sättigungsstrom des in Sättigung geratenen Transistors fliesst der Reihenschaltung über die Kollektorzone des benachbarten Transistors wieder zu. Damit treten aber innerhalb der Reihenschaltung der Referenzelemente bei Ausfall einzelner zu stabilisierender Spannungen keine Stromänderungen auf_r so dass die noch wirksamen stabilisierten Spannungen durch den Ausfall der übrigen keine Änderung erfahren.

Aufbauend auf der oben erwähnten Erkenntnis geht die Erfindung somit noch einen Schritt weiter und erweitert das Prinzip der Nutzbarmachung des ohne diese Massnahme zum Substrat abfliessenden Sättigungsstromes auf jeden der pnp-Transistoren unter Ausnahme des den rahmenförmigen Teil aufweisenden Transistors.

Obwohl im Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 die flächenmässig

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hintereinander angeordneten einzelnen Kollektorzonen U-förmig sich umgreifend dargestellt sind, ist diese Ausbildung nicht zwingend. Ebenso wäre eine Anordnung denkbar, bei der jeweils die eine Kollektorzone als Streifen hinter der anderen angeordnet ist. Es muss lediglich gewährleistet sein, dass die nachgeordneten Kollektorzonen der Emitterzone E nicht direkt gegenüberliegen, sondern nur über die jeweils vorausgehende Kollektorzone.

Die übrigen Einzelheiten des Ausführungsbeispiels nach Fig. 5 sind die gleichen wie bei Fig. 4. So weist auch das Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 die Isolierzone I, die Basiszone B, die vergrabene Schicht BL und den Basiskontakt B¹ auf.

In Fig. 6 ist schliesslich die aus den Fig. 4 und 5 abzuleitende Anordnung für die Schaltung nach Fig. 3 gezeigt. Hierbei ist von vornherein gewährleistet, dass die Kollektorzone des mit der kleinsten zu stabilisierenden Spannung U ~ verbundenen Transistors nach Art der Fig. 5 flächenmässig nach der Kollektorzone des zur höchsten zu stabilisierenden Spannung U . gehörenden Transistors T₁ angeordnet ist. Im übrigen entspricht die Fig. 6 der Fig. 5.

Besonders vorteilhafte Verhältnisse ergeben sich, wenn bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 4 bis 6 die der Emitterzone gegenüberliegenden Randteile der jeweiligen Kollektorzonen untereinander gleich lang sind, da dann in den einzelnen Transistoren jeweils gleiche Ströme fHessen. Dies ist in Fig. 6 hinsichtlich dieser Abmessungen berücksichtigt, bei der die Randlängen entsprechend dieser Lehre gezeichnet sind, wobei berücksichtigt ist, dass in den gestrichelt gezeichneten Eckbezirken selbstverständlich keine Injektion zur jeweiligen Kollektorzone hin auftritt.

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Obwohl in den Fig. 4 bis 6 die Emitterzone als rechteckiger schmaler Streifen gezeigt, ist, ist diese Ausbildung keineswegs zwingend. So kann selbstverständlich die Emitterzone auch in Form eines mehr oder weniger stark gekrümmten Streifens oder auch in Form einer abgeknickten Linienführung vorgesehen werden. Die diesbezügliche Ausbildung der Emitterzone kann somit anhand des jeweiligen Anwendungsfalles ausgewählt und der für den Lateraltransistor zur Verfügung stehenden Fläche der integrierten Schaltung angepasst werden.

5 Patentansprüche

2 Blatt Zeichnungen mit 6 Figuren

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Claims

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PATENTANSPRÜCHE

•Monolithisch integrierte Spannungsstabilisierungssc.ialtung mit einer Reihenschaltung von Referenzelementen als Stabilisierelemente, an der mehrere stabilisierte Spannungen abgreifbar sind, ferner mit einem npn-Transistor, dessen Basis am Abgriffpunkt der kleinsten zu stabilisierenden Spannung, dessen Emitter über einen Widerstand am Schaltungsnullpunkt und dessen Kollektor an Basis und Kollektor eines als Diode geschalteten ersten pnp-Transistors liegt, dessen Emitter an der Versorgungsspannungsquelle angeschlossen ist, ferner mit einem Anlaufwiderstand, der den Abgriff der kleinsten zu stabilisierenden Spannung mit der VersorgungsspannungsqueHe verbindet, und schliesslich mit einem zweiten pnp-Transistor, dessen Kollektor an der Basis des npn-Transistors, dessen Emitter an der Versorgungsspannungsquelle und dessen Basis an der Basis des ersten pnp-Transistors angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Abgriffpunkt der Reihenschaltung über die Kollektor-Emitter-Strecke je eines weiteren pnp-Transistors (T- ... T_n) mit dem positiven Pol (+) der Versorgungsspannungsquelle (U_n) verbunden ist und dass die Basen der weiteren pnp-Transistoren an den Basen des ersten (T.) und des zweiten pnp-Transistors (T-)« angeschlossen sind.
2. Stabilisierungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche pnp-Transistoren (T_Q ... T_R)

als ein einziger Lateraltransistor mit mehreren Kollekto ren (C_Q ... C) ausgebildet sind.
3. Stabilisierungsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekenn-

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zeichnet, dass der Lateraltransistor derart ausgebildet ist, dass im Zentrum seiner Basiszone (B) die Emitterzone (E) streifenförmig angeordnet ist, dass die einzelnen Kollektorzonen (C₀ ...C) entlang dem Umfang der Emitterzone und dieser gegenüberliegend angeordnet sind und dass die mit dem Abgriff der kleinsten zu stabilisierenden Spannung (U ) verbundene Kollektorzone (C ) zusätzlich

sn *i

die übrigen Kollektorzonen (C- ... C ,) in Form eines geschlossenen Rahmens (C¹) umgreift.
4. Stabilisierungsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lateraltransistor derart ausgebildet ist, dass im Zentrum der Basiszone (B) die Emitterzone (E) streifenförmig angeordnet ist, dass die Kollektorzonen (C , C , C ) des ersten, des zweiten und des zum Abgriff der kleinsten zu stabilisierenden Spannung (U ) gehörenden pnp-Transistors (T , T , T ) entlang dem Umfang der Emitterzone und dieser gegenüberliegend angeordnet sind, dass die mit der zweitgrössten zu stabilisierenden Spannung (U ~) verbundene Kollektorzone der Kollektorzone des zweiten pnp-Transistors (T₁), ohne der Emitterzone gegenüberzuliegen, gegenüberliegend angeordnet ist, dass die mit der drittgrössten zu stabilisierenden Spannung (U _o) verbundene Kollektorzone (C _) der mit der zweitgrössten zu stabilisierenden Spannung verbundenen Kollektorzone (C-), ohne der Emitterzone gegenüberzuliegen, gegenüberliegend angeordnet ist usw. bis zur mit der zweitkleinsten zu stabilisierenden Spannung (U___,) verbundenen Kollektorzone (C .) und dass die mit der kleinsten zu stabilisierenden Spannung (U ) verbundene Kollektorzone (C ) zusätzlich die übrigen Kollektorzonen in Form eines geschlossenen Rahmens (C) umgreift.
5. Stabilisierungsschaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch

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gekennzeichnet, dass die der Emitterzone (E) gegenüberliegenden Randteile aller Kollel untereinander gleich lang sind.

liegenden Randteile aller Kollektorzonen (C₀ ... C)

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