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Funkwerk Erfurt V4001D

V4001

Der hier vorliegende V4001D stammt aus dem Funkwerk Erfurt (FWE). Die Zeichen R3 stehen für eine Fertigung im März 1983.

 

V4001 Datenblatt

Der V4001D entspricht dem CD4001B. Er enthält vier NOR-Gatter.

 

V4001 Die

Die Abmessungen des Dies betragen 1,5mm x 1,4mm.

 

V4001 Die Detail

V4001 Die Detail

In den unteren Ecken sind Strukturen integriert, die es wahrscheinlich ermöglichten den Herstellungsprozess zu überwachen.

 

V4001 Die Detail

An der linken Kante sind die Revisionen von sieben Masken abgebildet, die teilweise zweimal überarbeitet wurden.

 

TI CD4001B Schaltplan

Im Datenblatt des CD4001B von Texas Instruments ist die dort enthaltene integrierte Schaltung abgebildet. Der V4001D ist bis auf eine Kleinigkeit gleich aufgebaut. Jedes NOR-Gatter besteht aus drei Funktionsblöcken. An den zwei Eingängen befindet sich jeweils eine Push-Pull-Stufe, die einen Inverter darstellt.

In der Mitte stellen vier Transistoren ein NAND-Gatter dar. Wenn einer der p-Kanal MOSFETs ein High-Signal erhält, gibt das NAND-Gatter einen High-Pegel aus. Nur wenn beide Eingänge Low-Pegel liefern, werden die unteren beiden n-Kanal MOSFETs leitend und das NAND-Gatter gibt einen Low-Pegel aus.

Am Ausgang findet sich wieder eine Push-Pull-Stufe als Inverter. Insgesamt ergibt sich so die gewünschte NOR-Funktion.

Jeder Eingang ist mit einer Schutzstruktur ausgestattet. Direkt am Eingang befinden sich zwei Diode, die zu hohe und zu niedrige Potentiale zu den Versorgungspotentialen hin ableiten. Hinter einem Widerstand verbessern noch einmal zwei Dioden das Überspannungsverhalten weiter. Genau genommen befindet sich auf dem Die nur eine Diode zum positiven Versorgungspotential, die über die ganze Länge des Widerstands verteilt ist. Die gestrichelte Linie deutet dies an.

 

V4001 Die Analyse

Jedes der vier NOR-Gatter nimmt exakt ein Viertel des Dies ein.

 

V4001 Die NOR Analyse

V4001 Die NOR Analyse

Die einzelnen Funktionsblöcke lassen sich gut erkennen. Direkt an den Eingängen befinden sich die Schutzschaltungen (weiß). Darauf folgen die zwei Push-Pull-Stufen (lila), deren Ausgangssignale im gelben und grünen Bereich zusammengeführt werden. Die zwei in Serie geschalteten Lowside-Transistoren (grün) sind so stark integriert, dass sich die zwei Gate-Kontakte direkt nebeneinander befinden. Die Highside-Transistoren (gelb) sind um den Kontakt angeordnet, der zur Ausgangsstufe führt, wodurch sich die gewünschte Parallelschaltung ergibt. Ganz links im Bild befinden sich die Ausgangsendstufe, bestehend aus einem Highside-Transistor (rot) und einem Lowside-Transistor (blau). Der Highside-Transistor ist größer ausgeführt, da er als p-Kanal MOSFET weniger leistungsfähig ist.

Der Ausgang besitzt eine Schutzstruktur, die im CD4001B-Datenblatt nicht dargestellt sind. Direkt oberhalb des Bondpads befindet sich eine Diode zum positiven Versorgungspotential. Weiter oben wird das Ausgangssignal durch die Siliziumschicht geführt. Auf den ersten Blick scheint es sich nur um eine Unterquerung der Metalllage zu handeln. In der rechten unteren Ecke des Elements ist allerdings das negative Versorgungspotential angebunden. Die Querung stellt eine Diode zum negativen Versorgungspotential dar.

 

Mikroelektronik für Praktiker - Daten Schaltungen Anwendungen

Das Buch "Mikroelektronik für Praktiker - Daten Schaltungen Anwendungen" enthält ein Schaltbild der für CMOS-Schaltkreise üblichen Schutzschaltungen. Neben der bekannten Eingangsbeschaltung ist dort auch die Schutzschaltung am Ausgang dargestellt. Direkt am Ausgang findet sich die Schutzdiode zum positiven Versorgungspotential. Der Längswiderstand stellt gleichzeitig die Schutzdiode zum negativen Versorgungspotential dar. Die Dioden hinter dem Längswiderstand sind die parasitären Dioden der Ausgangstreiber.

 

V4001 Die Schutzstruktur Analyse

Die Eingangsschutzstruktur lässt sich relativ gut auflösen. Sie entspricht der Darstellung im CD4001B-Schaltplan. Direkt oberhalb des Bondpads befindet sich der Widerstand Rin, der gleichzeitig über die ganze Fläche die verteilte Diode zum positiven Versorgungspotential darstellt. Durch die Schutzstruktur verlaufen die zwei Versorgungsleitungen. Oberhalb des Widerstands Rin kontaktiert das positive Versorgungspotential die Fläche, die den Widerstand umgibt. Rechts und links der Versorgungsleitungen sind die beiden Dioden platziert, die mit dem negativen Versorgungspotential verbunden sind.

 

 

V4001 Die U3

Dieses Modell des V4001D wurde drei Jahre später, im März 1986 produziert (U3). Es trägt das Logo des Funkwerks Erfurt.

 

V4001 Die U3

Das Design und die Revisionen dieses V4001D sind die gleichen wie die des älteren Modells.

 

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