DE1812542A1 - Koppelfeld mit in Reihe geschalteten Matrizen - Google Patents

Description

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Patentanwalt

7 Stuttgart-Feuerbach Kurze Str. 8

E.G. Platt - M.F. Thompson 8-1 INTERNATIONAL STANDARS ELECTBIC CORPORATION, New York Koppelfeld mit In Reihe geschalteten Matrizen

(Sie Priorität der Anmeldung Nr. 686 110 vom 5. Seζember 1967 in den Vereinigten Staaten von Amerika wird in Anβρruch genommen»)

Sie Erfindung betrifft ein Koppelfeld mit in Reihe geschalteten Matrizen, bei dem jede Matrix waagrechte und βentrechte Vielfache aufweist und an den Kreuzpunkten Halbleiterdioden angeordnet sind»

Sie Erfindung geht dabei von endmarkierten, selbetauchendtn und atromgtettutfttn Koppelfeldern mit PRPN-Dioden aus. Ein Verbindungsweg Über ein derartige· Koppelfeld wird eelbettätig und in freier Auswahl über all« Btufea aufgebaut, wenn die beiden Ädeü de« gewünschten Verbindungsweges markiert werden. Bit Krett*puakt~l)io*en Bünden daher in willkürlicher Weist und huf dir Verbindungsweg»der »wisohtn dta beiden mar* kierttn »dta *·!! aufgebaut let» kann sich haltt». Wird *tr Halteetrom Üttr «lim ttrbiitnltttteewtg abgtnehalttt, daa& Wirt der Verbindungewt«

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Die bekannten Koppelfelder verwenden PNPN-Diοden, Gasröhren und Schutzgaskontakte, die durch elektronische Schalter gesteuert werden. Mit der Metall-Oxyd-Silikon-PNPN-Diode steht nun ein neues Bauteil zur Verfügung, das neue Schaltmöglichkeiten biete»t. Diese Diode trägt eine Abdeckung aus einer Metall-Oxyd-Silikon-Schicht. Wenn dieser Schicht ein Potential zugeführt wird, dann ändert sich die Schaltcharakteristik dieses Elements,

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Koppelfeld mit MOS-PNPN-Dioden aufzubauen, das neue Schaltmöglichkeiten erlaubt und ohne Mehraufwand im Steuerungsteil zwischen den Stufen eine Vorauswahl zulässt. Das Koppelfeld mit in Reihe geschalteten Matrizen, bei dem jede Matrix waagrechte und senkrechte Vielfache aufweist und an den Kreuzpunkten Halbleiterdioden angeordnet sind, ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass als Kreuzpunkte MOS-PNPN-Dioden verwendet sind, deren MOS-Schicht mit mindestens einem der sich kreuzenden zugeordneten Vielfache verbunden ist und in Abhängigkeit vom Frei- oder Besetztzustand des Kreuzpunktes die Zündkennlinie der Diode verändert. Die Selbstsuchauswahl über die Matrizen kann auf diese Weise leicht auf sinnvolle Wege beschränkt werden.

Nähere Einzelheiten der Erfindung können der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und den Unteransprüchen entnommen werden. Die Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Fernsprechvermittlungsanlage nach der Erfindung,

Fig. 2 einen Schnitt durch eine MOS-PHPIf-Diode» Fig. 3 das Symbol für eine MOS-PNPH-Diode»

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Fig. 4 das Blockschaltbild eines Koppelfeldes,

Fig. 5 einen schematischen Stromkreis mit elektronischen Koppelfeld und den dazugehörigen Steuerungseinrichtungen,

Fig. 6 einen Stromkreisauszug mit einem senkrechten und zwei waagrechten Vielfachen, bei dem ein Zugriff zum senkrechten Vielfach verhindert ist,

Fig. 7 einen Stromkreisauszug mit einem senkrechten und zwei waagrechten Vielfachen, bei dem ein Zugriff zum senkrechten Vielfach möglich ist,

Fig. 8 und 9 den Fig. 6 und 7 vergleichbare Stromkreise, die einen elektronischen Schalter zur Ansteuerung über Endeinrichtungen enthalten,

Fig. 10 einen Schnitt durch einen MOS-Transistor mit Feldeffekt (MOS-FET-Trpnsistor),

Fig. 11 das Symbol für einen derartigen MOS-FET-Traneistor und

Fig. 12 einen Stromkreis vergleichbar den Stromkreisen der Fig. 8 und 9t der nur MOS-Bauelemente vorsieht und daher auf einem einzigen Halbleiterstreifen aufgebaut werden kann.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Koppelfeld 50 wird eine Endmarkierung verwendet. Es sind daher Einrichtungen zum Aufbau und zum Halten von Verbindungswegen vorgesehen. Die Leitungen 51 sind an der einen Seite des Koppelfeldes 50 angeschaltet, während

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die die Steuerung durchführenden Verbindungseätze 52 auf der anderen Seite des Koppelfeldes angeschaltet sind. Die Leitungsstromkreise 53 bis 56 geben bei der Verbindungsanforderung ein Endmarkierungspotential an einen mit X bezeichneten Eingang des Koppelfeldes. Die die Verbindung bedienenden Verbindungssätze legen auf der anderen Seite an einen mit Y bezeichneten Ausgang ein anderes Endmarkierungspotential an. Dann beginnt die sogenannte selbstsuchende Verbindungsdurchschaltung von einem Endmarkierungspotential über willkürlich ausgewählte Kreuzpunkte des Koppelfeldes 50 zum anderen Endmarkierungspotential, wie z.B. durch die strichpunktierte Linie 55 gezeigt ist. Eine rufende Leitung 53 markiert den Eingang X1 und belegt den Verbindungssatz 54, der den Punkt Y1 markiert. Nachdem der rufende Teilnehmer die gewünschte Teilnehmernummer gewählt hat, markiert die gerufene Leitungsschaltung 56 den Eingang X2 und der Verbindungssatz 54 den Ausgang Y2. Dann wird selbstsuchend der Verbindungsweg 57 vom Eingang X2 zum Ausgang Y2 aufgebaut. Der Verbindungssatz 54 vefbindet die Ausgänge Y1 und Y2 und der Verbindungsweg vom rufenden Teilnehmer 53 zum gerufenen Teilnehmer 56 ist hergestellt.

Der Aufbau und die Arbeitsweise der Anlage entsprechen bei den meisten endmarkierten Koppelfeldern dem beschriebenen Verfahren. Das Verfahren ist z.B. in der USA-Patentschrift 3 324 248 beschrieben.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Steuereinrichtungen so abzuändern, dass im Koppelfeld MOS-PNPN-Diοden eingesetzt werden können.

Fig. 2 zeigt eine MOS-PNPN-Diode, die bei dem Koppelfeld nach der Erfindung eingesetzt wird. Diese Diode besitzt eine Schicht aus Isolationsmaterial und eine Metall-Oxyd-Silikon-Schicht 61,

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die die Diode abdeokt. Die Elektroden 62 und 63 sind die üblichen Diodenansohlüßse, die zum Anlegen der Zündspannung und des Halteatromes verwendet werden. Die Elektrode 64 ist mit der MOS-Schicht 61 verbunden. Wenn über die Elektrode 64 an die MOS-Schicht ein Potential angelegt wird, dann werden die Ladungsträger zur Mitte des Halbleitermaterials abgedrängt, wie die gestrichelten Linien 65 und 66 andeuten. Wenn das Potential an der Elektrode 64 und der MOS-Schicht 61 abgeschaltet wird, dann können sich die Ladungsträger über den geeamten Halbleiterbereich ausbreiten. Aue diesem Grunde kann die wirksame Fläche und damit die ZündBpaiinungBcharakteristik der PNPN-Diode geändert werden. Das Potential an der Elektrode 64 kann daher zur Steuerung der Ladungsträgerverteilung und der Zünd-Bpannungscharakteristik verwendet werden. Im übrigen verhält sich die MOS-PNPN-Diode wie alle PNPN-Dioden.

In Pig. 4 ist das Symbol für eine MOS-PNPN-Diode gezeigt. Ee besteht aus einer liegenden Vier, wobei die Spitze der Zahl in die Richtung des StromfluBses vom positiven zum negativen Pol weist. Wie aus Pig. 3 zu entnehmen ist, fliesst der Strom von der Elektrode 62 zur Elektrode 63, während die Elektronen von der Elektrode 63 zur Elektrode 62 wandern. Die Elektrode 64 ist mit einer MOS-Schicht verbunden, die parallel zur ansteigenden Linie des Pfeiles der Zahl Vier verläuft.

Die Kenndaten eines derartigen Kreuzpunktes sind:

1) Im nichtleitenden Zustand besitzt er einen sehr grossen Widerstand, so dass die Elektroden 62 und 63 voneinander getrennt sind.

2) Im leitenden Zustand ist der Widerstand klein und er besitzt eine lineare Übertragungsfunktion im üblichen Frequenzbereich, z.B. im Spraohfrequenzbereiih, wenn das Koppelfeld in einer Fernsprechanlage eingesetzt ist.

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3) über den Stromfluös über die Diode kann der leitende Schaltzustand gehalten werden.

4) Der Kreuzpunkt scheidet sich selbsttätig aus, wenn er nicht in einen vollständigen Verbindungsweg einbezogen wird.

5) Der Kreuzpunkt kann entweder mit einer grossen oder kleinen Spannung in den leitenden Schaltzustand versetzt werden. Dies hängt von der Form der verwendeten Markierspannung ab.

6) Der Kreuzpunkt hat einen Speiohereffekt, da er entweder zur normalen Zündung freigegeben oder an der normalen Zündung gehindert werden kann. Dies hängt davon ab, ob er Zugang zu einem belegten oder einem freien Verbindungsweg hat.

Will man unter Verwendung der Erfindung ein Koppelfeld aufbauen, dann müssen bei einer Auswahl eines Kreuzpunktes alle diese Kenndaten berücksichtigt werden. Die Parameter irgendeines Kennwertes hängen von der Notwendigkeit des entwickelten Systems und den anderen Kennwerten am Kreuzpunkt ab. Es kann z.B. ein Teil des Schaltbereiches vom grossen zum kleinen Widerstand zur Erhöhung des Speichereffektes ausgenützt werden. Die Parameter eines Kennwertes können zu den Parametern der anderen Kennwerte und zu den Erfordernissen eines bestimmten Stromkreises in'Relation gesetzt werden. Dies ist wichtig, da dadurch die Toleranzbedingungen an die Kreuzpunkte und damit die Kosten für das Koppelfeld verringert werden können. Die MOS-Schicht erleichtert ebenfalls die Toleranzbedingungen, da das daran angelegte Steuerpotential die Freigabe oder Sperrung der Zündung verbessert.

Die Dioden sind in einer Schaltmatrix aus waagrechten und senkrechten Vielfachen eingesetzt. Hat eine Diode gezündet, dann erscheint das Potential des waagrechten Vielfaches als Besetztpotential auf dem serkrechten Vielfach. Das Potentials auf

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dem senkrechten Vielfach sperrt alle Dioden, die an dem senkrechten Vielfach angeschaltet sind, mit Ausnahme der gezündeten Diode, und verhindert, dass eine andere parallel geschaltete Diode noch zünden kann.

Wie dige Fig. 4 und 5 zeigen, sind eine Vielzahl von in Reihe geschalteten Matrizen 72,73»74 und 75 zu einem mehrstufigen Koppelfeld zusammengeschaltet.

Jede Matrix (Pig. 5) hat senkrechte und waagrechte Vielfache, z.B. 70 und 71»· die eine Vielzahl von Kreuzpunkten "bilden. An jedem Kreuzpunkt ist eine MOS-PNPN-Diode mit den beschriebenen Kenndaten angeordnet. Dieser Kreuzpunkt wird leitend oder nichtleitend, wenn zwischen dem waagrechten und senkrechten Vielfach ein Potentialunterschied entsprechender G-rösse auftritt.

Selbstsuehende, stromgesteuerte Koppelfelder mit Endmarkierung verwenden Markierpotentiale an den Enden des Verbindungsweges, z.B. X1, Yl, X2, Y2. Wenn eine Verbindung aufgebaut werden soll, dann wird ein waagrechtes Vielfach 70, an dem die rufende Teilnehmerschaltung angeschaltet ist, mit einem Potential genügender Grosse beaufschlagt, so dass mindestens eine damit verbundene Diode zündet, z.B. 77. Bedingung dafür ist jedoch, dass das zugeordnete senkrechte Vielfach 71 frei und durch ein über den Widerstand 82 markiertes Potential gekennzeichnet ist. Zündet eine Diode, dann bricht der Widerstand am betroffenen Kreuzpunkt zusammen und das Markierpotential greift auf das zugeordnete senkrechte Vielfach über und demzufolge auf das damit verbundene waagrechte Vielfach der nächsten Schaltmatrix.

Es sind Mittel zur Steuerung der Zündung der Dioden vorgesehen, da das Markierzeichen willkürlich von Stufe zu Stufe über das mehrstufige Koppelfeld durchgreift. Diese Mittel bestehen aus dem Widerstands-Kondensator-Netzwerk 82,83, das an jedem senkrechten Vielfach angeschaltet ist. Der Kondensator dieses Netaerkes führt vier !Punktionen aus.

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1.Er beschleunigt den Potentialanstieg auf dem senkrechten Vielfach, um die Dioden in den nachfolgenden Matrizen zu zünden.

2. Er veranlasst, dass alle gezündeten Kreuzpunkte nichtleitend werden, wenn ein Verbindungsweg nicht vervollständigt wird, und zwar bevor der Kondensator beinahe voll geladen ist»

3. Er verlangsamt die Rückstellung auf das Freipotential bei einem senkrechten Vielfach, um zu verhindern, dass die Dioden infolge des Rate-Effektes in dieser ^eit zünden.

#. Er stellt Zündleistung für die Dioden der folgenden Schaltmatrix bereit und speichert diese Leistung über eine bestimmte Zeit.

Aus dem Vorstehenden ist nun klar, dass ein Markierpotential von Stufe zu Stufe über jede der in Reihe geschalteten Matrizen vorausschreitet. Wenn in einer Stufe eine Diode zündet, steigt die Spannung auf dem senkrechten Vielfach an, da der Kondensator 83 geladen wird. Das bedeutet, dass die Dioden in den nachfolgenden Matrizen infolge des Rate-Effektes bei kleinerer Spannung zünden. Da diese Dioden bei kleinerer Spannung zünden, sind die verschiedenen Spannungsabfälle so gross, dass die gezündete Diode in der ersten Matrix nicht unter den Haltewert kommt. Jede gezündete Diode, die in einem Verbindungsweg liegt, der nicht zum Endpunkt führt, hält sich nur solange der Kondensator 83 an dem zugeordneten senkrechten Vielfach geladen wird. Sobald der Kondensator genügende Ladespannung besitzt, löschen die Dioden mangels Strom aus und werden wieder nichtleitend.

Über die Matrizen werden in willkürlicher Weise eine Vielzahl von selbstsuchenden Verbindungen aufgebaut. Diese Verbindungen gehen bei der Suche von einem selektiv markierten Punkt, z.B. Y1, aus. Während dieses Suchvorganges werden alle freien Verbindungswege einbezogen. Da die Kreuzpunkte willkürlich leitend und nichtleitend werden, fliesst über den ersten Verbindungsweg,

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der von dem markierten waagrechten zu dem markierten senkrechten Vielfach hergestellt wird, ein Strom, der die in diesen Verbindungsweg einbezogenen Dioden im leitenden Zustand hält. Hat eine Diode gezündet, und lädt sich der zugeordnete Kondensator auf, dann wird diese Diode wieder nichtleitend, wenn sie in einen Verbindungsweg einbezogen ist, der nicht vervollständigt wird.

Aus manchen G-ründen mag es wünschenswert sein, den» willkürlichen Aufbau der Verbindungswege etwas einzuschränken, wobei jedoch die freizügige selbstsuchende Auswahl von Verbindungswegen beibehalten wird. Es mag manchmal auch vorteilhaft sein, Kennzeichen abzugeben, um einen Verbindungsweg als erste Möglichkeit und andere Verbindungswege als weitere Möglichkeiten zu bezeichnen, wenn die erste Möglichkeit nicht gegeben ist. Das Koppelfeld kann auch mit einem Rechner gesteuert werden, der seine eigenen Bedingungen für die Leitweglenkung aufweist. Es feibt auch noch andere Gründe, die eine Vorrang-Auswahl eines Verbindungsweges nötig machen.

Es gibt eine Vielzahl von Mitteln und Verfahren zur Leitweglenkung beim Verbindungsaufbau über ein Koppelfeld. Diese Einrichtungen sind hier schematisch durch den Block 85 dargestellt. Es soll nur auf Leitadernetzwerke oder Nachbildungen des Koppelfeldes verwiesen werden, die mit ofler ohne Abfrageadern arbeiten und bei denen die Verbindungen ihre eigenen Wege finden und dann über ZugriffBadern Steuerpotential zur Betätigung der Kreuzpunkte zuführen. Wie in Fig. 5 gezeigt ist, können die Adern oder Sammelschienen des Leitadernetzwerkes oder der Netznaohbildung 85 zu den individuellen Kreuzpunkten geführt und dort mit der· MOS-Schicht der MOS-PNPN-Diode verbunden werden. Auf diese Weise wird die Zündung von einigen Dioden freigegeben, während für andere Dioden eine Zündung verhindert wird. Dies führt zu einer Art Beschränkung in der Aiawahl der Verbindungswege, die durch die Koppelfeld-Steuerung 85 vorgegeben werden kann*

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Bei einem anderen Koppelfeld können die aufeinanderfolgenden Matrizen MOS-PNPN-Dioden mit verschiedenen Zündcharakteristiken enthalten. Die genauen Dioden-Ghärakteristiken hängen zumindest zu einem Teil auch von den Parametern der Stromkreise ab₀ Aus diesem Grunde kann bei der Entwicklung von Koppelfeldern eine Diode mit höhxerer Zündspannung eingesetzt werden, wo eine höhere Spannung zur Verfügung steht« Oder es kann eine Diode verwendet werden^ die durch eine höhere Spannung besser gesperrt und damit vor falscher Zündung gesichert werden kann«,

Der Aufbau eines derartigen Koppelfeldes soll anhand der Fig, näher erläutert»werden« Die vier Stufen 72 bis 75 sind ähnlich den vier Stufen der Figo 5° Die Spannungen V1 bis V4 sind die Freipotentiale, die über Widerstände (82, Fig. 5) an die senkrechten Vielfache gelegt sind» Wenn die Dioden so ausgewählt sind, dass,bei höherem Potential die Dioden bei höherer Spannung zünden,, dann gilt für die Freipotentiale V1' V2 'V3 ,'V4· Oder wenn die Dioden so ausgewählt sind, dass ein höheres Potential die Diode mehr in den Sperrfeereich bringt, dann gilt für die Vorspannungen V1 ~V2-:V3 —V4» In jedem Fall muss das dem Eingang-X1 zugeführte Endmarkierungspotential die Dioden in der ersten Matrix 72 zünden und den Dioden in der zweiten. Matrix 73 Zündspannung zuführen. Der Potentialunterschied zwischen den Zündspannungen der Dioden in den Matrizen 72 und 73 muss so gross sein, dass der Haltestrom über die. gesundete Diode der ersten Matrix fliesst. Entsprechendes gilt auch für die mit Sperrspannungen betriebenen Dioden. Die Diode in der ersten MatriK wird gesperrt mit Ausnahme eines Potentials, das genügend gross ist» um die Sperrung der Dioden in den folgenden Stufen aufzuheben und dabei noch eine Potentialdifferenz an der gezündeten Diode der ersten Matrix übriglässt, die den ^altestrom aufrechterhält. Die Blöcke 72 bis 75 weisen eine Kreuzpunkt-Zugriffsader XE und eine Verbindungswegabfrageader PI auf. Diese Adern sind in Fig. 5 ebenfalls gezeigt«. Sie können selektiv markiert werden, um die Kreuzpunkte wahlweise freizugeben oder zu sperren»

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Wie bereits erwähnt, gibt es eine Vielzahl von Arten der Wegeauswahl, z.B. Leitadernetzwerk, Rechner, selbstsuchende Auswahl usw. In den I'ig. 6 bis 9 werden Wege aufgezeigt, wie die Abfrage der Matrix in einem derartigen System verbessert werden kann. Dabei spielt die Art der verwendeten Wegeauswahl keine Rolle.

Bei einem Koppelfeld mit selbstsuchender Wegeauswahl sind, wie Pig. 6 zeigt, die waagreehten oder die senkrechten Vielfache an einer Vorspannung. Die MOS-PNPN-Diocten 86 haben eine Charakteristik, so dass sie bei einer Vorspannung unter Null Volt zünden und bei einer positiven Vorspannung an der MOS-Schicht an der Zündung gehindert sind. Im Freizustand ist die Vorspannung auf dem senkrechten Vielfach und der Ader PI im wesentlichen Null Volt mit Rücksicht auf das Potential auf dem senkrechten

ielt Vielfach und die über die Ader XE rückgeführte Spannung spmddc für die Betriebsweise der Matrix keine Rolle. Wenn der Verbindungsweg ausgesucht ist, dann erscheint auf dem besetzten senkrechten Vielfach eine positive Jforspannung, die über die Ader XE auf die MOS-ScLicht von allen Dioden geführt wird, die mit dieser Ader verbunden sind. Diese Vorspannung an den MOS-Schichten verdrängt die Ladungsträger in den Innenbereich des ^albleitermaterials der PNPN-Diode, so dass deren Zündspannung viel grosser wird. Wenn also die Diode 86 im leitenden Zustand ist, dann ist die Diode 87 gesperrt und kann durch keine Zündspannung der Matrix mehr gezündet werden.

Wenn die Dioden gesperrt sind, dann wird den MOS-Schichten der PNPN-Dioden ein positives Potential zugeführt. Wenn den Dioden nach Pig, 7 über die Ader XE ein negatives Potential zugeführt wird, dann können diese gezündet werden. Da über die Widerstände 89 und 90 dem Punkt 88 der Ader XE und damit den Torelektroden der MOS-PNPN-Diöden 91 und 92 ein verhältnismässig grosses negatives Potential zugeführt wird, können alle mit dem markierten senkrechten Vielfach verbundenen Dioden . zünden. Zündet während der Selbstsuchauswahl die Diode 91»

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dann erreicht das positive Potential der Endmarkierung das senkrechte Vielfach 93» die Verbindungswegabfrageader PI und den Zugriffspunkt XE. Die Spannungsteilung über die Widerstände 90 und 94 ist so, dass der Punkt 88 positiv wird und die Diode 92 an der Zündung gehindert wird.

Die Ausführungsbeispiele nach Fig. 6 und 7 zeigen die Art, wie ein Koppelfeld mit Selbstsuchauswahl durch Markierungen selbstgesteuert werden kann, die von besetzten oder freien senkrechten Vielfachen zurlickgeführt werden, um die damit verbundenen Dioden für die Zündung freizugeben oder zu sperren und so den Suchvorgang zu erleichtern. Die Torschaltungen der Pig. 8 und 9 zeigen Mittel,über die die Endeinrichtungen zusätzliche Steuervorgänge mit Impulsen der V/egesuch einrichtung ausführen können.

Im Ausführungsbeispiel der I¹Ig. 8 sind die Dioden wie in Fig. 6 geschaltet. Normalerweise wird über den Widerstand 110 ein verhältnismässig grosses positives Potential den MÖS-PNPN-Dioden 111 und 112 zugeführt. Bei einem Wegesuchvorgang werden die Dioden 111 und 112 gesperrt, wönn sie nicht in einen bestehenden Verbindungsweg einbezogen werden können. Wenn diese Dioden jedoch verwendet werden können, dann wird über die nicht gezeigte Steuereinrichtung ein Zugriffsimpuls 116 der Ader 113 zugeführt. Dieser Impuls 116 macht die Basis des NPN-Transistors

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114 positiver als den Emitter, so dass dieser Transistor leitend wird. Die zwei Widerstände 115 und 110 sind in Reihe geschaltet und liegen an der positiven und negativen Klemme der Spannungsquelle. Die Spannungsteilung ist dabei so, dass die Dioden 111 und 112 für die Zündung freigegeben werden. Bei dem nächsten Suchvorgang kann eine dieser Dioden gezündet und in einen Verbindungsweg einbezogen werden. Ist die Auavahl eines Verbindungsweges getroffen, dann wird der Zugriffsimpuls abgeschaltet und der Transistor 114 wird wieder nichtleitend. Das über den Widerstand 110 zugeführte positive Potential sperrt die Dioden 111 und 112 wieder.

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Im Ausführungsbeispiel nach Jig. 9 werden die Impulse einem Stromkreis nach Pig. 7 zugeführt. Im Ruhezustand ist der Transistor 120 leitend und dem Punkt XE wird eine negative Spannung V1 (-) zugeführt. Da dieselbe Spannung auch der Anode und der MOS-Schicht der Dioden 121 und 122 zugeführt wird, ist der Potentialunterschied zwischen den Punkten PI und XE Null ToIt. Die Dioden haben in diesem Ausgangzustand eine bestimmte Zündspannung. Wird danach über den Impuls 121 der Transistor 120 gesperrt, dann wird die Spannung ΊΠ (-) abgeschaltet. Der Punkt XE nimmt ein Potential an, das durch die Spannungstellung an den Widerständen 122, 123 und 124 gegeben ist. Die über den Widerstand 122 zugeführte Spannung (V2 (-) ist negativer als die Spannung V1(-). Die Dioden 121 und 122 werden freigegeben und die Wegesuche kann in üblicher Weise ablaufen. Ist der Verbindungsweg vervollständigt, dann wird von der besetzten senkrechten Vielfachleitung über den Widerstand 123 ein positives Potential zurückgeführt, das die mit diesem besetzten senkrechten Vielfach verbundenen Dioden sperrt. Wird der Zugriffsimpuls 121 abgeschaltet, dann wird der Transistor 120 wieder leitend. Das Freipotential V2 (-) wird am Punkt XE durch das Besetztpotential V1 (-) ersetzt.

In den vorstehenden Ausführungsbeispielen wird die Schaltung und Steuerung eines Koppelfeldes mit MOS-PNPN-Diοden erklärt. Bei dieser Erklärung würde davon ausgegangen, dass jedes Element als solches enthalten ist. Bei MOS-PNPN-Diöden besteht jedoch gerade ein Vorteil darin, die Elemente eines Stromkreises in integrierter Technik zusammenzufassen. Wenn also die PNPN-Dioden in einem Halbleiterstreifen zusammengefasst sind, dann können auch alle anderen Elemente für die Matrix und die Steuerungs Torsohaltung mit auf diesem Streifen vereinigt werden.

Die Pig. 10 bis 12 zeigen, wie diese MOS-PNPN-Diöden und die · zugeordnete Torschaltung auf einem einzigen Streifen vereinigt werden können. Es wird hier ein MOS-PET-Transistor verwendet, da alle MOS-Bauteile miteinander zusammenbaubar sind.

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Der MOS-PET-Transistör ist an sich bekannt. Damit das Symbol, wie es hier verwendet wirdy verständlich wird, ist anhand der Fig. 10 der Aufbau gezeigt. Ein Halbleiter-Grundkörper 130 hat eine diffundierte Schicht 131-, den Kanal genannt. Über diese Schicht 131 ist ein' Isolierplättchen 132 gelegt und daran ist die Elektrode 133 befestigt. Eine erste Elektrode 134 (Quelle) ist mit einem Ende der diffunxdierten Schicht 131 und eine andere Elektrode 136 (Abfluss) mit.dem anderen Ende verbunden. Eine dritte .Elektrode 137 (Tor) ist mit der Schicht 133 verbunden» Diese Einrichtung arbeitet wie eine Vakuum-Röhre» Die Elektronen treten bei 134 in die diffuniderte Schicht 131 ein,, flxeasen über diese Schicht und treten bei 136 wieder aus₀ Dieser Vorgang ist vergleichbar mit dem Elektronenaustritt aus einer heiseen Kathode und der Sammlung dieser Elektronen über die Anode einer Röhre. Ein Potential an dar Tor-Elektrode treibt die ladungsträger aus der Entleerungszone in eine eingeschränkte Zone 139»über die der Ladungsträgerstrom fliessen muss₀ Wi© das Potential an der Elektrode 137 ansteigt oder abfällt, dehnt sich oder zieht sich die Grenze dieses Bereiches zusammen_f so dass der Kanal_y über den die Elektronen fliessen können _f ver~ grössert oder verkleinert wird« Dies ist im Prinzip dieselbe Funktion, die am Gitter einer Vakuum-Rohr© erreicht werden kann«,

Der Grundkörper 130 ist mit einer Elektrode HO verbunden, um eine Sperrspannung zur Vorspannung an der Kanalschicht 131 zu erzeugen. Dies erlaubt eine Anzahl von Kanälen in denselben Grundkörper zu diffundieren, ohne dass Ladungsträger zwischen. diesen Kanalschicnten fliessen·

Das Symbol für einen MOS-FET-Transidor ist in J?ig. 11 gezeigt· Die Beziehung zwischen den Symbolanschlüssen und den tatsächlichen Elektroden kann aus einem Vergleich der Bezug8z©icii®n abgeleitet werden. Die Quelle 134 und der Anschluss 140 sind gewöhnlich mit Erde verbunden und eine Spannungsqu©!!© mit verhältnismässig grossem Potential ist an den Anschluss 136 angeschaltet, um das Potential in der Kanalschieht aufzubauen»

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Die Pig. 12 zeigt, wie das Ausführungsbeispiel nach !ig. 8 vollkommen aus MOS-Bauteilen in einem einzigen G-rundkör ρ er aufgebaut werden kann. Es wird vorzugsweise ein senkrechtes Vielfach mit den Kreuzpunkt-Dioden und der Tor-Schaltung in einem einzigen Streifen vereinigt. Es kann jedoch auch ein waagrechtes Vielfach einer i^atrix zusammengefasst werden.

Die zwei MOS-]fE#T~Transistoren 141 und 142 bilden einen Ableite-Stromkreis, der einen bestimmten Spannungsabfall mit geeigneter Temperaturstabilisierung erzeugt. Der MOS-FET-Transistor 143 führt eine Poläritätsumkehr aus, so dass an den beiden Punkten

144 und 145 unterschiedliche Polaritäten auftreten, um die Einrichtung 146 zum Empfang der richtigen Vorspannungspotentiale vorzubereiten.

Das senkrechte Vielfach 147 führt normalerweise ein durch die Spannung -V über den Widerstand 150 zugeführtes Potential. Die MOS-Schicht jeder Diode wird über ein positives Potential, das von dem MOS-FEI-Transistor 142 abgeleitet wird, vorgespannt. Dieser Transistor ist infolge der über die Verbindung 151 zugeführten permanenten Vorspannung leitend. Demzufolge werden die Dioden 152 und 153 über die positive Vorspannung gesperrt.

Im Ruhezustand verursacht die der Tor-Elektrode des Transistors 141 zugeführte positive Spannung eine positive Spannung am Punkt

145 und an der Tor-Elektrode des Transistors 146. Diewer Transistor wird jedoch nicht leitend, da die Quelle über den nichtleitenden Transistor 155 leerläuft. Die positive Spannung an der Quelle des HOS-FET-Transistors 142 führt zu einer positiven Spannung an der MOS-Schicht der PNPN-Dioden 152 und 153» so dass diese gesperrt sind.

Wenn über die Matrix eine Wegeauswahl stattfinden soll, dann wird der Tor-Elektrode des Transistors 155 ein Zugriffsimpuls zugeführt. Da der MOS-FET-Transistor 141 der Tor-Elektrode des

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Transistor» 146 eine positive Spannung zuführt, wird dieser leitend, wenn auch der Transistor 155 leitend ist. Über den leitenden Transistor 155 wird über den Transistor 146 den Tor-Elektroden (MOS-Schichten) der Dioden 152 und 153 eine negative Spannung zugeführt.

Die Dioden 152 und 153 werden freigegeben, so dass sie selbst an der freizügigen Wegesuche über die Matrix teilnehmen können. Wenn die zugeordnete Diode leitend ist, wird das Potential auf dem senkrechten Vielfach und dem Punkt 144 positiv. Die Tor-Elektrode des Transistors 143 wird positiv, so dass dieser Transistor leitend wird. Am Punkt 145 erscheint das negative Potential der Spannungsfuelle. Die Quelle-Elektrode des Transistors 141 wird negativ und der Transistor wird nichtleitend. Die Tor-Elektrode des Transistors 146 wird negativ und der Transistor wird nichtleitend gehalten. Im Verlauf der weiteren Wegesuche trifft erneut ein Zugriffsimpuls an der Tor-Elektrode des Transistors 155 auf. Dieser Transistor kann aber nicht leitend werden, da der Transistor 146 über das negative Potential am Punkt 145 und seiner Tor-Elektrode absolut gesperrt ist. Wenn der Verbindungsweg ausgelöst wird, dann werden die Dioden 152 und 153 nichtleitend. Das Potential auf dem senkrechten Vielfach wird negativ und die torschaltung kehrt in den Ruhezustand zurück.

Der Stromkreis nach Fig. 12 ist ein Ausführungsbeispiel, wie eine Matrix und alle Bauelemente auf einem einzigen Streifen vereinigt werden können. Auf diese Art und Weise lassen sich auch die anderen Stromkreise abwandeln und zusammenfassen.

Die Beschreibung ist auf MOS-Bauteile gerichtet. Diese Bezeichnung muss so aufgefasst werden, dass al),® entsprechenden Äquivalente abgedeckxt werden« Die Metall-Oxyd-Silikon-Technologie umfasst die Feldeffekt-Technologie. Die. Bezeichnung MOS deckt £x daher jede Einrichtung ab, die durch ein elektrisches Feld gesteuert auf die Ladungsträger in einem Halbleitermaterial einwirkt.

ß β 4. 4. « v. 909829/1342
8 Patentansprüche

4 Blatt Zeichnungen, 12 Figuren ' ./.

Claims (8)

E.G. Platt et al 8-1 Patentansprüche

1. Koppelfeld mit in Reihe geschalteten Matrizen, bei dem jede Matrix waagrechte und senkrechte Vielfache aufweist und an den Kreuzpunkten Halbleiterdioden angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass als Kreuzpunkte MOS-PIfPN-Dioden verwendet sind, deren MOS-Schieht (Tor-Elektrode) mit mindestens einem der sich kreuzenden zugeordneten Vielfache verbunden ist und in Abhängigkeit vom Frei- oder Besetztzustand des Kreuzpunktes die Zündkennlinie der Diode verändert.

2. Koppelfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Potential auf den Vielfachen in Abhängigkeit von dem Freizustand ändert und dass die Tor-Elektroden der Dioden mit diesen Vielfachen gekoppelt sind und ein Steuerpotential zur Freigabe oder Sperrung der Kreuzpunkt-Diode zurückführen.

3. Koppelfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die

Tor-Elektroden der MOS-PHPN-Diöden normalerweise mit Sperrspan-

sind
nung beaufschlagt und in Abhängigkeit von der Wegeauswahl in der Koppelfeld-Steuereinrichtung bestimmte Kreuzpunkte zur Zündung freigegeben werden.

4. Koppelfeld nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Tor-Elektroden ier MOS-PüPN-Dioden normalerweise für die Zündung freigegeben sind und dass in Abhängigkeit von der Wegeauswahl im der Koppelfeld-Steuereinrichtung bestimmte Kreuzpunkte gesperrt werden.

5. Koppelfeld nae-h Anepruch 1 bie 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Tor-Elektroden ier MGS-PiiPii-Dioiäeii eifiee Vielfaches m über eine To-r-SeäraltuBg &i* tem zugeordneten Vielfach verbunden

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E.G. Platt et al 8-1

6. Koppelfeld nach Anspruch 1 "bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Tor-Elektroden der MOS-PNPN-Iiioden eines Vielfaches über eine Tor-Schaltung mit dem zugeordneten Vielfach verbunden sind und dass bei leitender Torschaltung die Kreuzpunkt-Dioden an der Zündung verhindert sind, die mit einem freien Vielfach verbunden sind.

7. Koppelfeld nach Anspruch 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Torschaltung über einen Zugriffsimpuls der Wegeauswahl einrichtung steuerbar ist.

8. Koppelfeld nach Anspruch 5 bis 7» dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerkreise def Vielfache mit MOS-Bauteilen aufgebaut sind, die mit den MOS-PNPN-Dioden des zugeordneten Vielfaches in integrierter Schaltungstechnik auf einem Halbleiter-Grundkörper aufgebaut sind.

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