DE1293335B - Schaltungsanordnung fuer kontaktlose Steuerbausteine - Google Patents

Description

In der kontaktlosen Steuer- und Regeltechnik ist Reihenschaltung — vorzugsweise in den Schaltkreis es neuerdings üblich, die zum Aufbau der Steuerung integriert — in an sich bekannter Weise eine bezügbenötigten Steuerbausteine in der sogenannten inte- lieh der Betriebsstromversorgung in Sperrichtung gegrierten Schaltkreistechnik auszuführen, besonders polte Diode geschaltet ist, deren Anschluß an den um das Bauvolumen solcher Steuerbausteine, z. B. 5 den Kollektor des einen mit dem Emitter des anderen von Gattern, möglichst klein zu halten und um die Transistors verbindenden Stromleiter in an sich beAusfallraten zu vermindern. Bei dieser integrierten kannter Weise den Ausgang der Schaltungsanordnung Schaltkreistechnik bzw. Festkörperschaltkreistechnik bildet.

ist es weiter üblich, den Ausgang als sogenannten Es wäre zwar möglich, diese Diode auch durch »totem-pole«-Ausgang aufzubauen, d. h. im Aus- io einen Widerstand zu ersetzen; dieser aber würde gangskreis der Schaltkreise zwei mit ihren Schalt- lediglich bei auftretenden Störspannungen die einstrecken in Reihe geschaltete, an der Speisestrom- tretende Signalverzögerung verringern, nicht aber die quelle liegende Transistoren, vorzugsweise Silizium- gleichzeitig auftretende Überspannung beseitigen. Planar-Transistoren, vorzusehen. Derartige integrierte Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung sei nach-Festkörperschaltkreise mit »totem-pole«-Ausgang 15 stehend an Hand von drei Figuren näher erläutert, sind empfindlich gegen Störspannungen. Treten bei- Die F i g. 1 veranschaulicht vier Gatterbausteine G₁ spielsweise positive Störspannungen auf einer Ver- bis G₄, die je gleichartig, aber auch verschiedenbindungsleitung zwischen dem Ausgang des einen artig aufgebaut sein können; es kann sich um und dem Eingang des folgenden Schaltkreises auf, so Odergatter, Umkehrstufen, Zeitkippstufen oder um ergeben sich am Ausgang der »totem-poleÄ-Schaltun- 20 Undgatter handeln. Das veranschaulichte Gatter G₂ gen Überspannungen vom doppelten Wert der Speise- beispielsweise ist ein Undgatter und in allen spannung, was einmal zur Zerstörung der Halbleiter- seinen Schaltungseinzelheiten wiedergegeben Bei bauelemente und zum anderen zu Signalverzögerun- den Gattern G₁ und G₃ ist lediglich der bei allen gen führen kann, die um ein Vielfaches größer sind Gattern gleichartig aufgebaute Ausgangskreis veranals die kreiseigenen Verzögerungszeiten. 25 schaulicht, und zwar der sogenannte »totem-pole«- Zum Schütze von Transistoren gegen anliegende Ausgang, bei dem jeweils zwei mit ihren Schaltunzulässig hohe Spannungen ist es aus der deutschen strecken in Reihe geschaltete und über einen Wider-Auslegeschrift 1 080 215 bekannt, der Schaltstrecke stand an der Speisestromquelle liegende Siliziumdes Transistors, d.h. der Kollektor-Emitter-Strecke Planar-Transistoren vorgesehen sind. Der AusgangA dieses Transistors, eine Zenerdiode parallel zu schal- 30 des Gatter G₁ bzw. der Ausgang B des Gatters G₃ ist ten. Weiterhin ist es bei Schaltungen, die im Aus- jeweils in der Reihenschaltung der beiden Transistogangskreis die Reihenschaltung zweier Transistor- ren T₂ und T₃ an die Verbindungsstelle zwischen Schaltstrecken und eines gemeinsamen Arbeitswider- Emitter des einen und Kollektor des anderen Transtandes aufweisen (totem-pole-Ausgangsschaltung), sistors angeschlossen. In die Reihenschaltung ist häubereits bekannt, zur Vermeidung von Überspan- 35 ng noch die Diode D eingefügt, nungen über die eine Schaltstrecke eine bezüglich Der Ausgang A des Gatters G₁ sei im Rahmen der der Betriebsstromversorgung in Sperrichtung gepolte Steueraufgabe mit dem Eingang E₂ des Gatter G₂ verDiode zu schalten, deren Anschluß an den den KoI- bunden; ebenso sei der Ausgang B des Gatters G₃ mit lektor des einen mit dem Emitter des anderen Tran- dem Eingang E des Gatters G₄ verbunden. Beim Aufsistors verbindenden Stromleiter den Ausgang der 40 bau solcher Steuerungen ist es nicht immer möglich, Schaltungsanordnung bildet (deutsche Auslegeschrift die nacheinander anzusteuernden Steuerbausteine 1 098 996). auch räumlich, unmittelbar benachbart, nebeneinan-Im Gegensatz zu den vorgenannten bekannten An- der anzuordnen. Vielmehr tritt häufig der Fall auf, Ordnungen befaßt sich die vorliegende Erfindung mit daß der Ausgang eines Steuerbausteins, z. B, des Gatder Aufgabe, Überspannungen und überdies das Auf- 45 ters G₁, mit einem Eingang eines räumlich weit enttreten von Signalflußverzögerungen bei hinterein- fernten anderen Steuerbausteins, z. B. des Gatters G₂, andergeschalteten Steuerbausteinen mit totem-pole- verbunden werden muß. Nimmt man weiter an, daß Ausgang infolge kapazitiver Kopplungen zwischen die Gatter G₁ und G₃ in räumlicher Nachbarschaft den Verbindungsleitungen von bzw. zu solchen Bau- innerhalb eines Steuerschrankes untergebracht sind steinen zu verhindern bzw. unwirksam zu machen. 50 und daß deren Ausgänge A bzw. B Eingänge von wei-Demgemäß bezieht sich die Erfindung auf eine ter entfernt liegenden Steuerbausteinen, nämlich die Schaltungsanordnung für kontaktlose, in integrierter Eingänge der Gatter G₂ bzw. G₄, belegen sollen, so Schaltkreistechnik ausgebaute Steuerbausteine, deren muß eine Verbindungsleitung vom Ausgang A des Ausgangskreis zwei mit ihren Schaltstrecken in Reihe Gatters G₁ zum Eingang des Gatters G₂ und anderergeschaltete, an der Speisestromquelle liegende Tran- 55 seits eine Verbindungsleitung vom Ausgang B des sistoren in totem-pole-Ausgangsschaltung enthält und Gatters G₃ zum Eingang des Gatters G₄ verlegt werbei denen der Ausgang des einen Bausteins einer den. In solchen Fällen ist es üblich, die Verbindungs-Bausteingruppe jeweils mit dem Eingang eines fol- leitungen parallel zueinander in einem Kabelbaum genden Bausteins einer weiteren Bausteingruppe über zusammenzufassen. Dann besteht aber eine kapazieine Vieldrahtverbindungsleitung (Kabel) galvanisch 60 tive Kopplung zwischen den beiden Verbindungsverbunden ist. Bei einer solchen Schaltungsanord- leitungen bzw. zwischen den beiden Punkten A, B. nung besteht die Erfindung darin, daß zur Beseiti- Diese kapazitive Kopplung soll in der F i g. 1 durch gung der durch kapazitive Kopplungseinflüsse zwi- den Kondensator C₁ angedeutet sein, sehen den einzelnen parallel verlaufenden Verbin- Bei der weiteren Betrachtung mögen zunächst die dungsleitern auftretenden Signalverzögerungen und 65 Dioden D₂ in den Gattern G₁ und G₃ als nicht vorerzeugten Überspannungen jeweils parallel zu der aus handen gelten. Befinden sich die Ausgänge A bzw. B der Schaltstrecke des einen Transistors und dem der Gatter G₁ und G₃ infolge einer Steuermaßnahme Arbeitswiderstand beider Transistoren bestehenden auf ihren nicht weiter dargestellten Eingangskreis auf

hohem (positiven) Potential, sind also die Transistoren T₃ der Gatter G₁ und G₃ gesperrt, dann würde beim Schalten des Gatters G₁ durch eine entsprechende Eingangssteuermaßnahme zum Zeitpunkt i_x (F i g. 2) das Potential am Ausgang A des Gatters G₁ von -τ V_cc auf 0 Volt absinken und beim Zurückschalten zum Zeitpunkt t₂ wieder auf das Betriebspotential + V_cc ansteigen. Wird danach zum Zeitpunkt i₃ der Transistor T₃ des Gatters G₃ durchlässig gesteuert, so sollte das Potential + V_cc am Ausgang B dieses Gatters eigentlich sofort auf 0 Volt absinken und damit das Gatter G₄ sperren. Die Spannung am Ausgang B des Gatters G₃ folgt aber im Zeitpunkt t_t wegen der vorhandenen kapazitiven Kopplung (Kondensator C₁) dem Spannungssprung am Ausgang^, geht also kurzzeitig gegen 0 Volt, steigt dann aber wieder rasch auf das Potential + V_cc, wobei sich der Kondensator C₁ in der angegebenen Pfeilrichtung über den Widerstand R des Gatters G₃ auflädt. Wenn im Zeitpunkt t₂ die Spannung am Ausgang A des Gatters G₁ — wie zuvor erläutert — auf das Potential V_cc springt, dann erscheint am Ausgang B des Gatters G₃ derselbe Spannungssprung. Dieser addiert sieh aber zu der bereits dort vorhandenen Spannung, so daß am Punkt B die doppelte Versorgungsspannung bzw. Betriebsspannung 2 · V_cc erscheint. Diese erhebliche Überspannung kann hoch genug sein, um die Planarstrukturen der Transistoren zu zerstören, was zu Ausfällen führt. Die Ladung am Kondensator C₁ kann nämlich nicht abfließen, da vom Punkt B aus betrachtet sämtliche Transistoren und Dioden sperren. Erst zum Zeitpunkt t₃, zu welchem der Transistor T₃ des Gatters G₃ durchgesteuert werden möge, ist eine Entlademöglichkeit für den Kondensator C₁ gegeben. An den Ausgängen A und B treten dann die aus Fig. 2 zum Zeitpunkt t₂ ersichtlichen Spannungssprünge auf; aber erst dann, wenn die Spannung am Ausgang B nach Entladung des Kondensators C₁ zu Null geworden ist, kann das Signal am Ausgang^ den Eingang des Gatters G₂ ansteuern, also erst zum Zeitpunkt f₄.

Wird dagegen erfindungsgemäß, wie in der F i g. 1 veranschaulicht und in F i g. 3 diagrammatisch dargestellt, jeweils der Gatterausgang A bzw. B über die in Sperrichtung gepolte Diode D₂ mit dem Betriebspotential -\-V_cc der Speisespannungsquelle verbunden, so wird, da damit über die Diode D₂ Entlademöglichkeiten für den Kondensator C₁ geschaffen sind, die Überspannung zum Zeitpunkt t₂ auf die Durchlaßspannung der Diode D₂ begrenzt und die Signalverzögerung wesentlich vermindert. Um die Entladezeitkonstante für den Kondensator C₁ möglichst klein zu halten, ist als Diode D₂ eine Diode mit in Durchlaßrichtung möglichst kleinem innerem Widerstand zu wählen.

Da die Diode D₂ einerseits an den Bausteinausgang und andererseits an das Betriebspotential +V_cc angeschlossen werden soll, beide Bausteinanschlüsse aber auch außerhalb des Bausteins zugänglich sind, kann der »totem-pole«-Ausgang eines solchen integrierten Schaltkreises jederzeit mit der Diode D₂ nachgerüstet werden. Vorteilhaft ist es jedoch, auch die Diode D₂ — wie alle anderen Halbleiterelemente— in die Schaltung zu integrieren.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Schaltungsanordnung für kontaktlose, in integrierter Schaltkreistechnik aufgebaute Steuerbausteine, deren Ausgangskreis zwei mit ihren Schaltstrecken in Reihe geschaltete, an der Speisestromquelle liegende Transistoren in totem-pole-Ausgangsschaltung enthält und bei denen der Ausgang des einen Bausteins einer Bausteingruppe jeweils mit dem Eingang eines folgenden Bausteins einer weiteren Bausteingruppe über eine Vieldrahtverbindungsleitung (Kabel) galvanisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beseitigung der durch kapazitive Kopplungseinflüsse zwischen den einzelnen parallel verlaufenden Verbindungsleitern auftretenden Signalverzögerungen und erzeugten Überspannungen jeweils parallel zu der aus der Schaltstrecke des einen Transistors und dem Arbeitswiderstand beider Transistoren bestehenden Reihenschaltung — vorzugsweise in den Schaltkreis integriert —, in an sich bekannter Weise eine bezüglich der Betriebsstromversorgung in Sperrichtung gepolte Diode geschaltet ist, deren Anschluß an den den Kollektor des einen mit dem Emitter des anderen Transistors verbindenden Stromleiter in an sich bekannter Weise den Ausgang der Schaltungsanordnung bildet.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen