Erweiterte Funktionen ohne Steigerung des Stromverbrauchs

Ruhestrom: Der aktuelle Trend

15. November 2006, 17:39 Uhr | Von Frank Kolanko

Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Der Einsatz von Poly-Widerständen

Neuere Technologien (BiCMOS) bieten den Einsatz von Poly-Widerständen. Poly-Widerstände sind ein Nebenprodukt des Layers, das für die Entwicklung eines Transitorgatters benötigt wird. Einige neuere Prozesse verfügen über zwei Schichten von Poly-Widerständen. Die eine wird für die Gatter der Transistoren benutzt und die andere für die Verbindungen eingesetzt, um die Transistoren für ein effizientes Layout eng zu packen. Jede bietet den Vorteil, Widerstände hinzuzufügen. Diese Widerstände sind Ionen-implantierten Widerständen ähnlich (bzgl. der Fläche). Der Vorteil ergibt sich aus der physikalischen Platzierung der Komponente. Die Widerstände werden zwischen den Isolationsebenen eingebaut und haben so keine signifikaten Auswirkungen auf die Chip-Fläche. Die einzige Einschränkung ist, dabei nicht in die Transistor-Gatterstruktur zu gelangen. Die Kosten liegen im Processing. Ein BiCMOS-Prozess kostet wesentlich mehr als ein Bipolar-Prozess, mit dem die Mehrheit der linearen Regler heute gefertigt wird.

Der Betrieb von Schaltkreisen mit niedrigeren Strömen wird ebenfalls zunehmend zur Design-Herausforderung. Da sind zunächst offensichtliche Probleme mit dem Rauschen bei Schaltkreisen, die nicht so arbeiten wie beabsichtigt. Hier jedoch ein weiteres Beispiel für ein Design-Problem. In dem Maß, wie der Ruhe-Stromverbrauch reduziert wird, werden die Betriebsbereiche vorangetrieben.

Nehmen wir an, die Bandgap-Referenz – wie in Bild 5 gezeigt – ist erforderlich, um mit einem niedrigeren Strom zu arbeiten. Nehmen wir weiter an, eine ΔUbe-Spannung fällt über R1 ab und erzeugt dadurch den Referenzstrom von P1 durch N1. P1 spiegelt diesen Strom über P2 zu N2. Bipolare Transistoren haben niedrige Betas bei niedrigen Strömen, zumindest in dem Bereich, in den die Technologie jetzt vorstößt. Folglich ergibt sich ein größerer Fehler in dem gespiegelten Basisstrom und verursacht dadurch einen Betriebsstrom in N2, der ganz und gar nicht ideal ist. Dieser Fehler im Strom zeigt sich als ein direkter Fehler in den weiteren ΔUbe-Berechnungen. Zusätzlich (vergleiche die Diodenkurve in Bild 5) resultiert – wegen der niedrigeren Betriebsströme – eine kleinere Veränderung beim Strom in einem größeren Ube-Bereich. Ube-Unterschiede sind für einen Schaltkreis wie diesen kritisch.

Ein ähnliches Argument kann man auch für einfache Komparatoren anführen. Ein einfacher Emitter-gekoppelter Komparator arbeitet nach demselben Prinzip, wobei die Ausgangsströme jedes Komparators bestimmt werden durch das ΔUbe jedes einzelnen Ausgangs. Auch der Standard-Komparator würde einen Fehler aufweisen wegen der niedrigeren Betas und der erhöhten Sensitivität zu den ΔUbe-Werten.

 (1)

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Bild 5. Hier ist eine Bandgap-Referenz erforderlich, um mit einem niedrigeren Strom zu arbeiten.

Frank Kolanko ist seit 1998 ein führender Applikationsingenieur für die Automotive-Gruppe von ON Semiconductor. Zuvor arbeitete er als Entwicklungsingenieur für Cherry Semiconductor. Er verfügt über einen BSEE-Abschluss der University of Rhode Island.
E-Mail: Frank.Kolanko@onsemi.com

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