Richi´s Lab

Fluke 700013

700013

Der 700013 ist ein von Fluke entwickelter Vierfach-Analogschalter. Er wird zum Beispiel im Multimeter 8842A zur Umschaltung der Messbereiche eingesetzt.

 

700013 Blockschaltbild

Ein frei zugängliches Datenblatt existiert nicht. Der Schaltplan im Servicemanual des Fluke 8842A zeigt aber immerhin ein Blockschaltbild. Der 700013 enthält demnach vier Analogschalter, die über acht Eingänge gesteuert werden. Jeder Schalter besitzt ein Register (L), das den übermittelten Zustand abspeichert und ein UND-Gatter.

Die Versorgung des Bausteins erfolgt über vier Pins. Im hier abgebildeten Einsatz werden dafür neben dem Bezugspotential ein +7,5V, ein +5V und ein -5V Potential herangezogen. Die negative Versorgungsspannung ist notwendig, um auch negative Signale schalten zu können. In einem anderen Schaltungsteil kommen sogar -8,2V als negative Versorgung zum Einsatz.

 

700013 Die

Die Abmessungen des Dies betragen 2,6mm x 2,3mm.

 

700013 Die Detail

Das Design stammt anscheinend von Fluke aus dem Jahr 1982. QAS-B muss die interne Bezeichnung sein. Im Servicemanual des Fluke 8842A ist der 700013 als "IC CMOS, QAS, PLASTIC, HIGH, B Grade" spezifiziert. Daraus lässt sich durchaus die Bezeichnung QAS-B ableiten.

Das Quadrat links im Bild bietet einige Strukturen, die es ermöglichen den Fertigungsprozess zu überwachen.

 

700013 Die Detail

Zum Einsatz kamen acht Masken. Die erste Revision scheint bereits ausreichend gut funktioniert zu haben.

 

700013 Die Detail

700013 Die Detail

Das Die enthält eine recht große Fläche mit Teststrukturen. Die Kontaktfläche rechts oben, die mit einem Z markiert ist, scheint mit dem Substrat verbunden zu sein. Darunter befinden sich ein Bereich mit drei verschiedenen Widerstandstypen. Die linken beiden Blöcke lassen sich nicht mit letzter Sicherheit analysieren. Man kann davon ausgehen, dass es sich um Transistoren handelt. Dazu würde auch das T an der oberen Kante passen. Die linken beiden Strukturen scheinen ein n-Kanal und ein p-Kanal MOSFET sein. Im Schnittpunkt von Metalllage und dem darunter liegenden Streifen kann man die Einbuchtung erkennen, die sich durch das dort platzierte, dünnere Gateoxid ergibt. Es handelt sich damit um Metal Gate MOSFETs. Die mittleren Strukturen könnten dann Bipolartransistoren sein.

 

700013 Die Detail

In der unteren rechten Ecke des Dies haben die Entwickler vier Noten integriert. Angeblich ist das Thema spezifisch für Bach.

 

700013 Die Übersicht

Die vier Analogschalter-Blöcke lassen sich gut identifizieren. Sie sind in Paaren übereinander angeordnet.

Hier ist bereits erkennbar, dass das +5V und das Massepotential für den linken Steuerungsteil der Schaltung genutzt wird, während das +7,5V und das -5V Potential bei den Analogschaltern zum Einsatz kommt.

 

700013 Die Protection

Die Eingänge des 700013 sind mit Schutzstrukturen versehen.

 

700013 Die Kanal

Die einzelnen Analogschalter werden von horizontalen Metallbahnen flankiert. Die Metallbahnen kontaktieren vielfach die darunter liegenden Flächen und sorgen so für stabile Potentiale. Das wiederum reduziert die gegenseitige Beeinflussung der vier Schalter.

 

700013 Die Inverter

Die Eingänge des 700013, die kein Speicherregister besitzen, werden über Push-Pull-Stufen geführt, bevor sie die jeweilige Steuerungslogik erreichen.

 

700013 Die Control

Der linke Teil der Analogschalter beinhaltet die Steuerungslogik, darunter das Speicherregister, das UND-Gatter und die Verknüpfung mit dem Chipselect-Steuersignal. Dieser Bereich wird mit dem +5V und dem Massepotential versorgt. Es ist eine deutliche Zweiteilung zu erkennen. Die obere Fläche ist mit dem +5V-Potential verbunden, die untere mit dem Massepotential.

Rechts erfolgt der Übergang zu dem Schaltungsteil, der mit +7,5V und -5V versorgt wird.

 

700013 Die Control

Zur Ansteuerung der Analogschalter bilden relativ große Transistoren zwei Push-Pull-Stufen ab, die ein differentielles Steuersignal erzeugen. Die Geometrien der Transistoren scheinen auf ein möglichst ideales Schaltverhalten angepasst worden zu sein.

An der oberen und an der unteren Kante befinden sich Metallstreifen mit den Versorgungspotentialen des Analogteils, die umfangreich die unteren Bereiche kontaktieren. Auch hier ist die Zweiteilung gut zu erkennen. Im oberen Bereich befinden sich die Highside-Transistoren in einer an das positive Versorgungspotential angeschlossenen Fläche. Im unteren Bereich sind die Lowside-Transistoren in eine Fläche integriert, die an das negative Versorgungspotential angebunden ist.

 

700013 Die Switch

Die eigentlichen Analogschalter bestehen aus zwei komplementären MOSFETs, die entsprechend in Flächen mit dem passenden Versorgungspotential integriert sind.

 

700013 Die Switch

An die Ausgänge angebunden sind nur die beiden grünen Transistoren. Bei den gelben Transistoren handelt es sich um alternative Analogschalter. Sie sind mit einem nicht kontaktierten Bondpad-Paar verbunden. Anscheinend kann man mit diesem Die zwei verschiedene Analogschalter aufbauen. Führt man die größeren Transistoren nach außen, so muss man zwar mit größeren parasitären Kapazitäten und Leckströmen rechnen, dafür ist der Kanalwiderstand geringer. Die vorliegende Konfiguration reduziert die parasitären Effekte, der Kanalwiderstand ist aber höher.

 

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