DE69223987T2

DE69223987T2 - Symmetrische schaltung zur schnellen spannungsschaltung

Info

Publication number: DE69223987T2
Application number: DE69223987T
Authority: DE
Inventors: Donald Whitney
Original assignee: Harris Corp
Current assignee: Harris Corp
Priority date: 1991-11-14
Filing date: 1992-11-16
Publication date: 1998-08-06
Anticipated expiration: 2012-11-17
Also published as: EP0612448B1; DE69223987D1; WO1993010597A3; EP0612448A1; WO1993010597A2; US5302859A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen einen Transistorschaltkreis und spezieller einen Schaltkreis gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Mit der vorliegenden Erfindung soll eine symmetrisch konfigurierte Schaltzelle vorgesehen werden, um mit minimaler verzögerung und symmetrischer Anstiegs- und Abfallcharakteristik der geschalteten Spannungs- Wellenform eine hohe oder eine niedrige Eingangsspannung mit einem Ausgangsanschluß zu verbinden.
Die GB-A-2 002 985 offenbart einen Schaltkreis mit einem ersten und einem zweiten Eingangsanschluß zum Empfangen einer ersten und einer zweiten Spannung, einer ersten und einer zweiten steuerbaren Stromquelle, die direkt mit einem Ausgangsanschluß verbunden sind, und einer ersten und einer zweiten Spannungs-Relaisschaltung, die ohne jede Rückführung mit dem Ausgangsanschluß verbunden sind, um wahlweise die erste Spannung bzw. die zweite Spannung mit dem Ausgangsanschluß zu verbinden. Jede Spannungs-Relaisschaltung enthält zwei geschaltete Diodenschaltkreise.
Hersteller von automatischen Prüfeinrichtungen (ATE; Automatic Test Equipment) verwenden Pin-Ansteuerschaltungen zum gesteuerten Anlegen entsprechender hoher und niedriger Spannungen an einen Ausgangsanschluß, mit dem eine zu prüfende Einrichtung verbunden ist. Fig. 1 zeigt schematisch die Grundkomponenten einer im Handel erhältlichen Pin-Ansteuerschaltung, die in einem ATE-System verwendet wird, das von der Fairchild Corporation hergestellt wird, und bei dem eine erste und eine zweite Diodenbrückenschaltung 11 und 13 jeweils zwischen einem Hochspannungs-Eingangsanschluß (VH) 15 und einem Ausgangsanschluß 20 einerseits und zwischen einem Niederspannungs-Eingangsanschluß (VL) 17 und dem Ausgangsanschluß 20 andererseits angeschlossen sind. Die zu dem Ausgangsanschluß 20 gehörende Kapazität ist in der Figur als kapazitive Last 21 dargestellt. Mit den gegenüberliegenden Enden jeder Diodenbrücke sind Stromquellen 22 bzw. 24 schaltbar verbunden.
Wenn die hohe Eingangsspannung VH bei dem Anschluß 15 mit dem Ausgangsanschluß 20 verbunden werden soll, werden gesteuerte Schaltelemente 27, 28 aktiviert, um die Stromquellen 22, 24 zu der Diodenbrücke 11 zu lenken, während die Diodenbrücke 13 für die Niederspannung VL elektrisch von den Stromquellen getrennt ist. Die hohe Spannung VH beim Anschluß 15 wird somit über die Diodenbrücke 11 mit dem Ausgangsanschluß 20 verbunden. Wenn umgekehrt die niedrige Eingangsspannung VL bei dem Anschluß 17 mit dem Ausgangsanschluß 20 verbunden werden soll, werden die gesteuerten Schaltelemente 27, 28 betätigt, um die Stromquellen 22, 24 zu der Diodenbrücke 13 zu lenken, während die Diodenbrücke 11 von den Stromquellen elektrisch getrennt ist. Die Niederspannung VL beim Anschluß 15 wird so über die Diodenbrücke 13 mit dem Ausgangsanschluß 20 verbunden.
Da erwartet werden kann, daß die Halbleiterverarbeitung bei der Schaltungsherstellung so erfolgt, daß die Eigenschaften der Dioden an den oberen Teil bzw. den unteren Teil der Brücke angepaßt sind, wird die in Fig. 1 gezeigte Schaltung den Vorzug einer geringen Offset-Spannung zwischen den Spannungs-Eingangsanschlüssen und dem Ausgangsanschluß 20 haben. Wegen der inhärenten Kapazität der Dioden tritt jedoch eine erhebliche Schaltverzögerung auf, und die ungleichmäßige Vorspannung der Dioden während eines übergangs von einer niedrigen auf eine hohe (oder von einer hohen auf eine niedrige) Spannung führt dazu, daß der Strom von der Stromquelle, mit welcher die Dioden verbunden werden, auf die Dioden aufgeteilt wird, so daß es notwendig wird, Pufferschaltungen mit den Eingangsspannungsanschlüssen zu verbinden, um die Stromkomponente zu absorbieren, die dem Eingangsanschluß zugeteilt wird.
Im Falle der Dioden 11-1 und 11-2 des oberen Teils der Diodenbrücke 11 zum Beispiel, wird die Diode 11-1 anfänglich in Sperrichtung vorgespannt (Eingangsanschluß 15 ist auf VH = 1), wenn der Ausgangsanschluß 20 von einem niedrigen Spannungszustand (z.B. VL = 0) auf einen hohen Spannungszustand (z.B. VH = 1) übergeht, während die Diode 11-2 in Vorwärtsrichtung vorgespannt wird (der Ausgangsanschluß 20 ist anfänglich auf VL = 0). Am Anfang eines übergangs von einem niedrigen auf einen hohen Spannungszustand fließt somit der gesamte Strom durch die Diode 11-2 zum Ausgangsanschluß 20. Während der Strom von der Quelle 22 weiterfließt und die kapazitive Last 21 lädt, beginnt die Vorwärts-Vorspannung der Diode 11-2 abzunehmen, so daß der Strom von der Quelle 22 beginnt, sich auf die beiden Dioden 11-1 und 11-2 aufzuteilen, wodurch ein Teil des Stromes zu dem Ausgangsanschluß 20 fließt und ein Teil des Stromes zum Anschluß 15 fließt. Wegen der inhärenten Kapazität der Dioden 11-1 und 11-2 ergibt sich eine Zunahme der Schaltverzögerung, wenn der Ausgangsanschluß 20 auf die Eingangsspannung (z.B. VH = 1) gebracht wird. Um den Strom durch die Dioden, welche mit den Eingangsspannungsanschlüssen verbunden sind (z.B. durch die Diode 11-1 zum VH-Eingangsspannungsanschluß 15), aufzunehmen, müssen ferner entsprechende Ausgangspuffer für jeden der Eingangsspannungsanschlüsse 15 und 17 vorgesehen werden, die einen beträchtlichen Strom absorbieren können müssen (z.B. im Milliampere-Bereich). Die Pin-Ansteuerschaltung der Fig. 1 hat somit die Nachteile einer geringen Schaltgeschwindigkeit und benötigt darüberhinaus zusätzliche Pufferschaltungskomponenten.
Die vorliegende Erfindung sieht einen Schaltkreis zum steuerbaren wahlweisen Koppeln einer ersten oder einer zweiten Eingangsspannung mit einem Ausgangsanschluß vor, der die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.
Bei der vorliegenden Erfindung werden die oben beschriebenen Nachteile herkömmlicher Pin-Ansteuerschaltungen mit zwei Diodenbrücken wirksam vermieden, indem ein neuer und verbesserter Spannungsschaltkreis vorgesehen wird, der eine höhere Schaltgeschwindigkeit und eine größere Stabilität, niedrige Offsetstrom- und Spannungseigenschaften hat, und der immun gegen das versehentliche Anlegen von Rückwärtsspannungen an die Spannungseingangsanschlüsse ist.
Zu diesem Zweck verwendet die vorliegende Erfindung symmetrisch angeordnete erste und zweite Spannungsrelais- oder Spannungsschalt-Transistorschaltungen, die zwischen einem ersten bzw. einem zweiten Spannungseingangsanschluß und einem geschalteten Spannungsausgangsanschluß angeschlossen sind. Die erste Spannungsschalt-Transistorschaltung kann eine erste Spannung (VH), die an den ersten Eingangsanschluß angelegt wird, zum Ausgangsanschluß weiterschalten, wenn ein Strom von einer ersten geschalteten Stromquelle gesteuert an den Ausgangsanschluß angelegt wird. Annlich kann die zweite Spannungsschalt-Transistorschaltung eine zweite Spannung (VL), welche an den zweiten Eingangsanschluß angelegt wird, an den Ausgangsanschluß weiterschalten, wenn über eine zweite geschaltete Stromquelle der Strom von dem Ausgangsanschluß entfernt wird.
Wenn die erste geschaltete Stromquelle zu arbeiten beginnt, um einen Strom an den Ausgangsanschluß zu schalten, erhöht der zum Ausgangsanschluß fließende Strom den Spannungspegel am Ausgangsanschluß bis zu einem Punkt, der die erste Spannungsschalt-Transistorschaltung triggert, damit die erste Spannungsschalt-Transistorschaltung die erste (hohe) Spannung VH mit dem Ausgangsanschluß verbindet, während die zweite geschaltete Stromquelle von dem Ausgangsanschluß getrennt wird. Wenn umgekehrt die zweite geschaltete Stromquelle in Betrieb geht, um schaltbar Strom von dem Ausgangsanschluß zu ziehen, sinkt der Spannungspegel an dem Ausgangsanschluß bis zu einem Punkt, der die zweite Spannungsschalt-Transistorschaltung triggert, so daß die zweite Spannungsschalt-Transistorschaltung die zweite (niedrige) Spannung VL mit dem Ausgangsanschluß verbindet, während die erste geschaltete Stromquelle von dem Ausgangsanschluß getrennt wird.
Die erste Spannungsschalt-Transistorschaltung umfaßt vorzugsweise eine erste Vielzahl (z.B. zwei Paare) bipolarer Transistoren mit komplementärer Polarität (pnp, npn), deren Basis-Emitter-Übergänge zwischen dem ersten Spannungseingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß in Reihe geschaltet sind, so daß im Ergebnis im wesentlichen kein Spannungsabfall zwischen dem ersten Spannungseingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß entsteht. Ähnlich umfaßt die zweite Spannungsschalt-Transistorschaltung vorzugsweise eine zweite Vielzahl bipolarer Transistoren mit komplementärer Polarität (npn, pnp), deren Basis-Emitter-Übergänge ebenfalls in Reihe zwischen den zweiten Spannungseingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß angeschlossen sind, so daß es im Ergebnis im wesentlichen keinen Spannungsabfall zwischen dem zweiten Spannungseingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß gibt. Einer der Transistoren innerhalb jedes komplementären Paares ist in Diodenschaltung angeschlossen, um einen Vbe-Offsetausgleich für seinen gesteuerten Gegentransistor in dem anderen komplementären Paar vorzusehen.
Um ein unbeabsichtigtes umgekehrtes Anlegen der hohen und niedrigen Spannungen an die Spannungseingangsanschlüsse des Schaltkreises zu verhindern, ist eine Sperrspannungs-Schutzschaltung zwischen der ersten und der zweiten Spannungsschalt- Transistorschaltung angeschlossen, welche den durch die Spannungsschalt-Transistorschaltungen fließenden Strom begrenzen kann. Die Sperrspannungs-Schutzschaltung umfaßt mehrere Transistoren in Diodenschaltungen, die in Reihe geschaltet sind und einen Gesamtspannungsabfall haben, der dem Spannungsabfall über den Transistoren der Spannungsschalt-Schaltkreise entspricht, die anderenfalls durch Umkehrung der Eingangsspannung möglicherweise beschädigt werden könnten.
Fig. 1 zeigt schematisch die Grundkomponenten einer herkömmlichen Pin-Treiberschaltung, welche eine erste und eine zweite Diodenbrückenschaltung verwendet; und
Fig. 2 zeigt schematisch einen symmetrisch konfigurierten Hochgeschwindigkeits-Spannungsschaltkreis gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Eine bevorzugte Ausführungsform eines symmetrisch konfigurierten Spannungs-Schaltkreises (oder genauer Spannungsschalt- Schaltkreis) der vorliegenden Erfindung ist in Fig. 2 schematisch mit zwei Spannungsschalt-Transistorschaltungen 30, 40 dargestellt, die jeweils zwischen einem ersten bzw. einem zweiten Eingangsspannungsanschluß 31 und 41 und einem geschalteten Spannungsausgangsanschluß 50 angeschlossen sind. Die Spannungsschalt-Transistorschaltung 30 kann eine erste (hohe) Spannung (VH), die an den Eingangsanschluß 31 angelegt wird, an den Ausgangsanschluß 50 weiterschalten, wenn ein Strom Ih von einem ersten Stromschaltkreis 60 gesteuert an den Ausgangsanschluß 50 angelegt wird. Der Stromschaltkreis 60 umfaßt eine erste Stromquelle 61, die in einem Schaltkreis mit einer ersten Spannungsversorgungsschiene Vcc und einem Differentialverstärker, der aus pnp-Transistoren 62, 64 besteht, verbunden ist. Wenn die Spannung an der Basis 63 des Transistors 62 kleiner ist als die Spannung an der Basis 65 des Transistors 64, wird die Stromquelle 61 über den Emitter-Kollektorpfad des Transistors 62 mit dem Ausgangsanschluß 50 verbunden.
Ähnlich kann die Spannungsschalt-Transistorschaltung 40 eine zweite (niedrige) Spannung (VL), die an den Eingangsanschluß 41 angelegt wird, zum Ausgangsanschluß 50 weiterschalten, wenn der Strom 11 vom Ausgangsanschluß 50 über einen zweiten Stromschaltkreis 70 fließt (entfernt wird). Der Stromschaltkreis 70 umfaßt eine zweite Stromquelle 71, die in einem Schaltkreis mit einer zweiten Spannungsversorgungsschiene Vee und einem Differentialverstärker, der aus npn-Transistoren 72, 74 besteht, verbunden ist. Wenn die Spannung an der Basis 75 des Transistors 72 kleiner ist als die Spannung an der Basis 73 des Transistors 74, wird die Stromquelle 71 über den Emitter-Kollektorpfad des Transistors 74 mit dem Ausgangsanschluß 50 verbunden, so daß der Strom vom Ausgangsanschluß durch den Kollektor-Emitterpfad des Transistors 74 gezogen wird.
Man sollte beachten, daß die Steuereingangssignale für die Stromschaltkreise 60 und 70 so konzipiert sind, daß die Schaltkreise niemals gleichzeitig arbeiten. Wenn nämlich der Stromschaltkreis 60 angesteuert wird, um die Stromquelle 61 mit dem Ausgangsanschluß 50 zu verbinden, wird der Transistor 74 des Stromschaltkreises 70 abgeschaltet, so daß die Stromquelle 71 keinen Strom von dem Ausgangsanschluß 50 ziehen kann. Wenn umgekehrt der Stromschaltkreis 70 angesteuert wird, um die Stromquelle 71 mit dem Ausgangsanschluß 50 zu verbinden, wird der Transistor 62 des Stromschaltkreises 60 abgeschaltet, so daß die Stromquelle 61 keinen Strom zu dem Ausgangsanschluß 50 führen kann.
Die Spannungsschalt-Transistorschaltung 30 umfaßt zwei Paare bipolarer Transistoren mit komplementären Polaritäten, die einen npn-Transistor 32 umfassen, dessen Basis mit dem VH-Eingangsanschluß 31 für die hohe Spannung verbunden ist, dessen Kollektor mit der Versorgungsschiene Vcc verbunden ist, und dessen Emitter mit dem Emitter eines pnp-Transistors 34 in Diodenschaltung verbunden ist. Die Kollektor-Basis-Verbindung des pnp-Transistors 34 ist mit einer Stromquelle 38 verbunden. Die Basis des pnp-Transistors 34 ist mit der Basis des pnp- Transistors 35 verbunden, dessen Kollektor mit der Versorgungsschiene Vee verbunden ist. Der Emitter des pnp-Transistors 35 ist mit dem Emitter eines npn-Transistors 37 in Diodenschaltung verbunden, dessen Kollektor mit dem Ausgangsanschluß 50 verbunden ist (und dadurch mit dem Kollektor des Stromversorgungstransistors 62 des Schaltkreises 60).
Da die Basis-Emitter-Übergänge der Transistoren 32, 34, 35, 37 der Spannungsschalt-Transistorschaltung 30 zwischen dem VH- Eingangsanschluß 31 für die hohe Spannung und dem Ausgangsanschluß 50 in Reihe geschaltet sind, gibt es im Ergebnis im wesentlichen keinen Spannungsabfall zwischen dem Spannungseingangsanschluß 31 und dem Ausgangsanschluß 50. Der pnp-Transistor 34 in Diodenschaltung und der npn-Transistor 37 in Diodenschaltung innerhalb der komplementären Paare sehen den Vbe- Offset-Ausgleich für ihre entsprechenden Gegentransistoren 35 bzw. 32 vor.
Die symmetrisch konfigurierte Spannungsschalt-Transistorschaltung 40 umfaßt zwei Paare bipolarer Transistoren mit komplementären Polaritäten, die einen pnp-Transistor 42 umfassen, dessen Basis mit dem VL-Eingangsanschluß 41 für die niedrige Spannung verbunden ist, dessen Kollektor mit der Leistungsversorgungsschiene Vee verbunden ist, und dessen Emitter mit dem Emitter eines npn-Transistors 44 in Diodenschaltung verbunden ist. Der Kollektor-Basis-Verbindungspunkt des npn-Transistors 44 ist mit einer Stromquelle 48 verbunden. Die Basis des npn- Transistors 44 ist mit der Basis des npn-Transistors 45 verbunden, dessen Kollektor mit der Versorgungsschiene Vcc verbunden ist. Der Emitter des npn-Transistors 45 ist mit dem Emitter eines pnp-Transistors 47 in Diodenschaltung verbunden, dessen Kollektor mit dem Ausgangsanschluß 50 verbunden ist (und dadurch mit dem Kollektor des Stromversorgungstransistors 74 des Stromschaltkreises 70). Somit sind wie bei der Spannungsschalt-Transistorschaltung 30 die Basis-Emitter-Übergänge der Transistoren 42, 44, 45, 47 der Spannungsschalt-Transistorsschaltung 40 zwischen dem VL-Eingangsanschluß 41 für die niedrige Spannung und dem Ausgangsanschluß 50 in Reihe geschaltet, so daß es im Ergebnis im wesentlichen keinen Spannungsabfall zwischen dem Spannungseingangsanschluß 41 und dem Ausgangsanschluß 50 gibt. Der npn-Transistor 44 in Diodenschaltung und der pnp-Transistor 47 in Diodenschaltung sehen innerhalb der komplementären Paare den Vbe-Offsetausgleich für ihre entsprechenden Gegentransistoren 45 bzw. 42 vor.
Um die Schaltung gegen das fälschliche umgekehrte Anlegen der hohen und niedrigen Spannungen VH und VL an die Spannungseingangsanschlüsse 41, 31 zu schützen, ist eine Sperrspannungs- Schutzschaltung 80 zwischen dem Basisknoten des pnp-Transistors 35 der Spannungsschalt-Transistorschaltung 30 und dem Basisknoten des npn-Transistors 45 der Spannungsschalt-Transistorschaltung 40 angeschlossen. Die Sperrspannungs-Schutzschaltung 80 umfaßt mehrere (bei dem vorliegenden Beispiel vier, um die Basis-Emitterabfälle der Transistoren 35, 37, 47, 45 aufzufangen) Transistoren 81, 82, 83, 84 in Diodenschaltung, die in Reihe geschaltet sind. Die Basis-Emitterabfälle über den Transistoren 81, 82, 83, 84 sind gleich der Summe der Basis-Emitter-Spannungsabfälle über den Transistoren 35, 37, 47, 45 der Spannungsschalt-Schaltkreise. Die Sperrspannungs- Schutzschaltung sieht somit eine Umgehung oder einen Nebenschluß-Strompfad an den Transistoren 35, 37, 47, 45 vorbei vor, die beim Anlegen einer umgekehrten Spannung an die Anschlüsse 31, 41 in Vorwärtsrichtung vorgespannt und Strom von den Quellen 38 - 48 leiten würden, um die Größe des Stroms durch die Spannungsschalt-Transistorschaltung auf einen unschädlichen Pegel zu begrenzen.

Betrieb

Zunächst sei angenommen, daß der Ausgangsanschluß 50 auf einem niedrigen Spannungszustand (VL = 0) ist und auf einen hohen Spannungszustand (VH = 1) geschaltet werden soll, der an den Eingangsanschluß 31 angelegt wird. Wenn die Spannung VH an die Basis des npn-Eingangstransistors 32 angelegt wird, liegt die Basis des Transistors 34 zwei Basis-Emitter-Diodenabfälle unter VH. Der Stromschaltkreis 60 geht in Betrieb, um den Strom Ih an den Ausgangsanschluß 50 zu schalten, während gleichzeitig der Stromschaltkreis 70 gesperrt wird, so daß die Stromquelle 71 von dem Ausgangsanschluß 50 getrennt wird. Der Strom Ih fließt von der Quelle 61 in die kapazitive Last des Ausgangsanschluß 50 und bewirkt dabei einen Anstieg des Spannungspegels (der momentan auf VL = 0 ist) beim Ausgangsanschluß. Wenn die Spannung am Anschluß 50 zunimmt, erreicht sie schließlich einen Wert, der die Transistoren 37 und 35 in Vorwärtsrichtung vorspannt. Da die Basis des pnp-Transistors 35 gemeinsam mit der Basis des pnp-Transistors 34 angeschlossen ist, liegt auch sie zwei Vbe-Abfälle unter VH, das an dem Eingangsanschluß 31 anliegt. Wenn die Transistoren 35 und 37 eingeschaltet werden, liegt das Potential an dem Basis-Kollektor-Verbindungspunkt des npn-Transistors 37 (der mit dem Ausgangsanschluß 50 verbunden ist) zwei Vbe-Abfälle über der Spannung an der Basis des pnp-Transistors 35, nämlich bei (VH - 2Vbe + 2Vbe) oder VH. Die Spannung am Ausgangsanschluß 50 geht somit schnell von VL auf VH.
Wenn der Ausgangsanschluß 50, der nun auf dem hohen Spannungszustand (VH = 1) ist, auf einen niedrigen Spannungszustand (VL = 0) geschaltet werden soll, welcher an dem Eingangsanschluß 41 anliegt, wird der Stromschaltkreis 70 in Betrieb gesetzt, um durch Umschalten den Strom 11 vom Ausgangsanschluß 50 zu ziehen, während gleichzeitig der Stromschaltkreis 60 gesperrt wird, so daß die Stromquelle 61 vom Ausgangsanschluß 50 getrennt wird. Der Strom 11 fließt vom Ausqangsanschluß 50 zur Quelle 71, wobei er deren kapazitive Last entlädt, und bewirkt dabei, daß der Spannungspegel (der momentan auf VL = 1 ist) beim Ausgangsanschluß 50 sinkt. Wenn die Spannung VL an die Basis des pnp-Eingangstransistors 42 angelegt wird, liegt die Basis des Transistors 44 zwei Basis-Emitter-Diodenabfälle über VL. Wenn die Spannung am Anschluß 50 abnimmt, erreicht sie schließlich einen Wert, der die Transistoren 47 und 45 in Vorwärtsrichtung vorspannt. Da die Basis des npn-Transistors 45 zusammen mit der Basis des npn-Transistors 44 angeschlossen ist, liegt auch sie zwei Vbe-Abfälle über VL, das an dem Eingangsanschluß 41 anliegt. Wenn die Transistoren 45 und 47 eingeschaltet werden, liegt das Potential an dem Basis-Kollektor-Verbindungspunkt des pnp-Transistors 47 (der mit dem Ausgangsanschluß 50 verbunden ist) zwei Vbe-Abfälle unter der Spannung an der Basis des npn-Transistors 45, nämlich bei (VL + 2Vbe - 2Vbe) oder VL. Die Spannung am Ausgangsanschluß 50 geht somit schnell von VH auf VL.
Wie man aus der vorstehenden Beschreibung erkennen wird, bietet der symmetrisch konfigurierte Spannungsschaltkreis gemäß der vorliegenden Erfindung eine erhöhte Schaltgeschwindigkeit und Stabilität, niedrige Offsetstrom- und Offsetspannungseigenschaften und eine Unempfindlichkeit gegen das unbeabsichtigte Anlegen umgekehrter Spannungen an die Spannungseingangsanschlüsse. Die Geschwindigkeit, mit welcher der symmetrische Spannungsschalt-Schaltkreis der vorliegenden Erfindung den Ausgangsanschluß zwischen den Spannungspegeln bei den Eingangsanschlüssen 31 und 41 umschalten kann, hängt von der Zeit ab, die zum Entladen (Laden) des Transistors in Diodenschaltung und der Basis-Emitter-Übergänge des komplementären Transistorpaars (z. B. der Transistorer 45, 47) benötigt wird, welche mit dem Ausgangsanschluß 50 verbunden sind, während das andere komplementäre Paar (z.B. die Transistoren 35, 37) geladen (entladen) wird. Da die geschaltete Stromquelle (61 oder 71) direkt an den Ausgangsanschluß 50 angelegt wird, wird sie direkt geladen, im Gegensatz zu der Diodenbrückenkonfiguration der Fig. 1, die den Strom aufteilt. Darüberhinaus hat die Schaltung der Fig. 2 nur vier Diodenübergänge im Vergleich zu den acht Übergängen der Diodenbrückenschaltung der Fig. 1.
Es wurde eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben, die Erfindung ist jedoch nicht auf diese beschränkt, sondern sie kann zahlreiche Veränderungen und Modifikationen erfahren, wie der Fachmann auf diesem Gebiet weiß; die Erfindung soll daher nicht auf die gezeigten und beschriebenen Einzelheiten beschränkt sein, sondern sie soll alle derartigen Änderungen und Modifikationen innerhalb des Bereichs der folgenden Ansprüche umfassen, die für den Durchschnittsfachmann offensichtlich sind.

Claims

1. Schaltkreis zum gesteuerten wahlweisen Verbinden einer ersten Eingangsspannung (VH) und einer zweiten Eingangsspannung (VL) mit einem Ausgangsanschluß (50), mit folgenden Merkmalen:

einem ersten Eingangsanschluß (31) zum Empfangen der ersten Eingangsspannung;

einem zweiten Eingangsanschluß (41) zum Empfangen der zweiten Eingangsspannung;

einer ersten Spannungsschalt-Transistorschaltung (30), die zwischen dem ersten Eingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß angeschlossen ist, wobei es zwischen dem Ausgangsanschluß und dem ersten Eingangsanschluß keinen Rückführungspfad gibt;

einer zweiten Spannungsschalt-Transistorschaltung (40), die zwischen dem zweiten Eingangsanschluß und dem Ausgangsanschluß angeschlossen ist, wobei es zwischen dem Ausgangsanschluß und dem zweiten Eingangsanschluß keinen Rückführungspfad gibt;

einer ersten steuerbaren Stromquelle (60), welche abhängig von einem Steuereingangssignal einen ersten Strom direkt zu dem Ausgangsanschluß liefert; und

einer zweiten steuerbaren Stromquelle (70), welche abhängig von einem Steuereingangssignal einen zweiten Strom direkt von dem Ausgangsanschluß (50) zieht; wobei in einem ersten Betriebszustand die erste steuerbare Stromquelle (60) in Betrieb gesetzt wird, um den ersten Strom an den ersten Ausgangsanschluß (50) zu liefern, damit die erste Spannungsschalt-Transistorschaltung (30) die erste Spannung (VH) mit dem Ausgangsanschluß verbindet, während die zweite steuerbare Stromquelle (70) außer Betrieb gesetzt und dadurch von dem zweiten Ausgangsanschluß getrennt wird, und in einem zweiten Betriebszustand die zweite steuerbare Stromquelle in Betrieb gesetzt wird, um den zweiten Strom von dem Ausgangsanschluß (50) zu ziehen, damit die zweite Spannungsschalt-Transistorschaltung (40) die zweite Spannung (VL) mit dem Ausgangsanschluß verbindet, während die erste steuerbare Stromquelle außer Betrieb gesetzt und dadurch von dem Ausgangsanschluß getrennt wird;

wobei die erste Spannungsschalt-Transistorschaltung (30) eine erste, ständig aktivierte Transistorschaltung (32, 34) aufweist, die mit dem ersten Eingangsanschluß (31) verbunden ist und über die ständig ein Strom von einer zugeordneten Stromquelle (38) fließt, sowie eine zweite, geschaltete Transistorschaltung (35, 37), die mit der ersten, ständig aktivierten Transistorschaltung (32, 34), der ersten steuerbaren Stromquelle (60) und dem Ausgangsanschluß (50) verbunden ist und von der ersten steuerbaren Stromquelle steuerbar ein- und ausgeschaltet wird; wobei die zweite Spannungsschalt-Transistorschaltung (40) eine dritte, ständig aktivierte Transistorschaltung (42, 44) aufweist, die mit dem zweiten Eingangsanschluß (41) verbunden ist und durch die ständig ein Strom von einer zugeordneten Stromquelle (48) fließt, sowie eine vierte, geschaltete Transistorschaltung (45, 47), die mit der dritten, ständig aktivierten Transistorschaltung (42, 44), der zweiten steuerbaren Stromquelle (70) und dem Ausgangsanschluß (50) verbunden ist und von der zweiten steuerbaren Stromquelle steuerbar ein- und ausgeschaltet wird;

wobei die ständig aktivierte Transistorschaltung (32, 34, 42, 44) in jeder Spannungsschalt-Transistorschaltung (30, 40) bei einem Übergangspunkt eine Spannung erzeugt, welche gegenüber der entsprechenden Eingangspannung (VL, VH) eine vorgegebene Anzahl von Vbe-Abfällen verschoben ist, und die geschaltete Transistorschaltung (35, 37, 45, 47) zwischen dem Übergangspunkt und dem Ausgangsanschluß (50) dieselbe Spannungsverschiebung in der entgegengesetzten Richtung einführt, wenn sie eingeschaltet ist;

wobei eine Sperrspannungs-Schutzschaltung (80) zwischen der ersten (30) und der zweiten (40) Spannungsschalt- Transistorschaltung angeschlossen ist und den Stromfluß durch die erste und die zweite Spannungsschalt-Transistorschaltung in dem Fall begrenzen kann, daß die erste Spannung (VH) an den zweiten Eingangsanschluß (41) und die zweite Spannung (VL) an den ersten Eingangsanschluß (31) angelegt wird; und

wobei die zweite, geschaltete Transistorschaltung (35, 37) einen Stromweg mit einer ersten Polarität relativ zu dem Ausgangsanschluß (50) vorsieht, wenn die Differenz zwischen der Spannung des Übergangspunktes und der Spannung des Ausgangsanschlusses den vorgegebenen Spannungsabfall überschreitet, und die vierte, geschaltete Transistorschaltung (45, 47) einen Stromweg mit einer zweiten Polarität relativ zu dem Ausgangsanschluß (50) vorsieht, wenn die Differenz zwischen der Spannung des Übergangspunktes und der Spannung des Ausgangsanschlusses den vorgegebenen Spannungsabfall überschreitet.

2. Schaltkreis nach Anspruch 1, bei dem die zweite, geschaltete Transistorschaltung einen ersten Transistor (35) eines ersten Polaritätstyps und einen zweiten Transistor (37) eines zweiten Polaritätstyps aufweist, der zu dem ersten Transistor in Reihe geschaltet ist, und bei der die vierte, geschaltete Transistorschaltung einen dritten Transistor (45) des zweiten Polaritätstyps und einen vierten Transistor (47) des ersten Polaritätstyps aufweist, der zu dem dritten Transistor in Reihe geschaltet ist.

3. Schaltkreis nach Anspruch 2, bei dem der zweite und der vierte Transistor (37, 47) in Diodenschaltung konfiguriert sind.

4. Schaltkreis nach einem der Ansprüche 2 oder 3, bei dem die Sperrspannungs-Schutzschaltung (80) mehrere in Reihe geschaltete Transistoren (81-84) in Diodenschaltung aufweist, die einen Spannungsabfall haben, welcher dem Spannungsabfall über dem ersten, zweiten, dritten und vierten Transistor (35, 37, 45, 47) entspricht.