DE19601548C2 - Elektronische Schaltung als Ohmmeter - Google Patents

Description

Elektronische Schaltungen, insbesondere solche, die der Ver­ arbeitung digitaler Informationen dienen, machen es oftmals erforderlich, zu überprüfen, ob Schaltungskreise in hochohmi­ gem oder in niederohmigem Zustand sind. Eine derartige Prü­ fung kann z. B. mit einer Schaltung erfolgen, die eine stetig veränderliche Größe, z. B. eine Spannung oder eine Strom­ stärke, in eine Ausgangsspannung überführt, die in einem von zwei deutlich voneinander unterschiedenen Wertebereichen liegt. Der eine Wertebereich bedeutet niederohmig, der andere hochohmig. Ein Meßsignal, das von der Größe des Widerstandes abhängt, kann auf diese Weise in einen von zwei deutlich un­ terscheidbaren diskreten Zuständen überführt werden.

Um festzustellen, ob ein unbekannter Widerstand hochohmig oder niederohmig ist, kann man z. B. diesen unbekannten Wi­ derstand als Spannungsteiler in Reihe mit einem bekannten Be­ zugswiderstand zwischen zwei Anschlüsse einer Versorgungs­ spannung schalten. Die an dem unbekannten Widerstand abfal­ lende Spannung wird auf einen Schmitt-Trigger gegeben (s. Fig. 4), der einen oberen und einen unteren Bereich der Ein­ gangsspannung jeweils in praktisch nur einen Wert einer Aus­ gangsspannung überführt. Je nachdem, ob die Ausgangsspannung der Schaltung groß oder klein ist, ist der zu prüfende Wider­ stand hochohmig oder niederohmig. Bei dieser Meßanordnung muß der Bezugswiderstand jeweils an die Größe der zu messenden Widerstände zumindest näherungsweise angepaßt werden.

Eine Einrichtung zur Überprüfung von Widerständen unter Verwendung eines Schwellwertschalters und eines umschaltbaren Spannungsteilers ist in der DE 23 52 495 A1 beschrieben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes digitales Ohmmeter, insbesondere für ICs anzugeben, das ein­ fach aufgebaut ist und das insbesondere an unterschiedliche Anwendungsbereiche leicht angepaßt werden kann. Außerdem soll dieses Ohmmeter so ausgelegt werden können, daß es auch bei Anschluß an Schaltungen, die sehr hochohmig und sehr kapazi­ tätsreich sind, sehr schnell das Meßergebnis liefert.

Diese Aufgabe wird mit der Schaltung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die erfindungsgemäße Schaltung umfaßt eine im folgenden als erste Vorrichtung bezeichnete Teilschaltung, die den Werte­ bereich der Eingangsspannung in zwei deutlich voneinander un­ terschiedene Bereiche aufteilt. Ein mittlerer Bereich der Eingangsspannung ist von dieser Aufteilung allerdings ausge­ nommen. Eine derartige Vorrichtung ist dadurch charakteri­ siert, daß sie eine Kennlinie als Graph der Ausgangsspannung als Funktion der Eingangsspannung besitzt, die in einem mitt­ leren Bereich einen sehr steilen Anstieg der Ausgangsspannung aufweist. Niedrige Werte der Eingangsspannung werden in eine sehr niedrige Ausgangsspannung (z. B. 0 V) überführt. Erst bei einem relativ hohen Wert der Eingangsspannung erfolgt ein dann allerdings sehr rascher Anstieg der Ausgangsspannung. Für höhere Eingangsspannungen liegt die Ausgangsspannung je­ weils auf einem hohen Pegel. Ein relativ großer zusammenhän­ gender Bereich niedriger Werte der Eingangsspannung und ein relativ großer zusammenhängender Bereich großer Werte der Eingangsspannung werden jeweils in relativ schmale Bereiche der Ausgangsspannung, die außerdem deutlich voneinander ver­ schieden sind, überführt. Eine solche Vorrichtung wird z. B. durch einen Inverter, einen Komparator oder einen Schmitt- Trigger gebildet. Mit dieser ersten Vorrichtung ist eine wei­ tere Teilschaltung, im folgenden als zweite Vorrichtung be­ zeichnet, verbunden, die den Ausgang der ersten Vorrichtung auf den Eingang rückkoppelt. Dadurch wird bewirkt, daß ein zusammenhängender Bereich von Werten der Eingangsspannung in einen schmaleren zusammenhängenden Bereich von Werten der Ausgangsspannung überführt wird und daß ein anderer Bereich von Werten der Eingangsspannung, die z. B. höher oder niedri­ ger liegen, nur auf einen bestimmten Extremwert der Ausgangs­ spannung transformiert wird und dieser Wert der Ausgangsspan­ nung danach konstant bleibt. Wenn die Eingangsspannung an­ schließend in den ersten Wertebereich verändert wird, bleibt die Ausgangsspannung trotzdem auf dem erreichten Extremwert. Dieser Extremwert zeigt z. B. an, daß ein an den Eingang der Schaltung angeschlossener Widerstand oder eine weitere Schal­ tung niederohmig ist. Wird dieser Extremwert nicht erreicht, bleibt die Ausgangsspannung also in dem schmalen Werte­ bereich, der von dem Extremwert deutlich unterschieden ist, handelt es sich bei dem zu prüfenden Widerstand um einen hochohmigen Widerstand. Das Meßergebnis bleibt zeitlich kon­ stant. Eine erneute Messung läßt sich durchführen, wenn durch eine weitere Teilschaltung, im folgenden als dritte Vorrich­ tung bezeichnet, die Schaltung in einen Ausgangszustand zu­ rückversetzt wird, in dem je nach der Größe der Eingangsspan­ nung die Ausgangsspannung sich hoch oder niedrig einstellt. Die Rückkopplung kann über einen Widerstand oder über einen Transistor vorgenommen werden. Das Rückstellen der Schaltung in den Ausgangszustand kann z. B. durch Kurzschließen des Eingangs mit einem Anschluß der Versorgungsspannung über ei­ nen Schalter oder einen dafür vorgesehenen Transistor vorge­ nommen werden.

Die erfindungsgemäße elektronische Schaltung besteht z. B. aus einem Inverter und einem damit zusammengeschalteten wei­ teren Transistor. Dieser weitere Transistor ist so zwischen den Ausgang und den Eingang des Inverters geschaltet, daß eine Rückkopplung bewirkt ist. Wenn die Spannung, die an dem Eingang des Inverters anliegt, von einem Extremwert ausgehend kontinuierlich verändert wird, steigt der durch die Schaltung fließende Strom kontinuierlich an, bis er einen Maximalwert erreicht. Wenn die maximale Stromstärke erreicht wird, springt die Ausgangsspannung auf einen Extremwert, z. B. 0 V, und die Schaltung unterbricht abrupt den Stromfluß. Diese Schaltung als Stromschwellenschalter läßt sich mit Bipolar­ transistoren oder mit Feldeffekttransistoren in zueinander komplementären Ausführungsformen aufbauen.

Bei anderen Ausführungsformen der Schaltung ist z. B. ein Komparator vorgesehen oder ein Schmitt-Trigger, der einem Komparator mit einem fest eingestellten Spannungswert, an dem die Ausgangsspannung sich sprunghaft ändert, entspricht. Die­ ser Komparator oder Schmitt-Trigger wird über einen Wider­ stand oder einen MOS-Transistor rückgekoppelt. Auch hier springt die Schaltung auf eine konstante Ausgangsspannung, wenn die Eingangsspannung einen Schwellenwert überschreitet oder unterschreitet.

Es folgt eine Beschreibung der Schaltung anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele.

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Schaltung mit Inverter in Ausführung mit Feldeffekttransistoren.

Fig. 2 zeigt die Schaltung der Fig. 1 mit einem für die An­ passung vorgesehenen zusätzlichen Transistor.

Fig. 3 zeigt die Schaltung der Fig. 2 in einer Realisierung mit Bipolartransistoren.

Fig. 4 zeigt die eingangs erörterte Schaltung aus dem Stand der Technik.

Fig. 5 bis 10 zeigen alternative Ausführungsformen zur Schaltung von Fig. 1 mit Komparator oder Schmitt- Trigger.

Fig. 11 zeigt die Schaltung der Fig. 2 mit einem nachge­ schalteten Verstärker.

Fig. 12 zeigt die Schaltung der Fig. 2 mit einem vorge­ schalteten Stromspiegel.

Fig. 13 zeigt die Parallelschaltung mehrerer Schaltungen nach Fig. 12.

Bei der Schaltung der Fig. 1 ist der Inverter durch zwei Feldeffekttransistoren M1, M2 gebildet, die mit Source und Drain in Reihe zwischen die Anschlüsse der Versorgungsspan­ nung V_SS, V_DD geschaltet sind. Die Gate-Anschlüsse sind mit dem Drain-Anschluß eines weiteren Feldeffekttransistors M3, in diesem Beispiel einem p-Kanal-MOSFET, verbunden. Der Source-Anschluß dieses weiteren Feldeffekttransistors M3 ist mit dem betreffenden Anschluß V_DD der Versorgungsspannung verbunden. Der Ausgang des Inverters, d. h. die miteinander verbundenen Drain-Anschlüsse der Feldeffekttransistoren M1, M2 sind mit dem Gate-Anschluß des weiteren Feldeffekttransi­ stors M3 verbunden. Eine Prüfleitung PL, die gegenüber der Versorgungsspannung V_SS auf der Eingangsspannung UE liegt, kann an den Eingang des Inverters, d. h. an die Gate-An­ schlüsse der Feldeffekttransistoren M1, M2 angeschlossen wer­ den. Die Ausgangsspannung UA der Schaltung entspricht in die­ sem Ausführungsbeispiel mit durchgehender Prüfleitung der Eingangsspannung UE. In dem dargestellten Beispiel sind die Feldeffekttransistoren M1 und M3 durch p-Kanal-MOSFETs und der Feldeffekttransistor M2 durch einen n-Kanal-MOSFET reali­ siert. Alternativ können die Transistoren M1 und M3 n-Kanal- MOSFETs und der Transistor M2 ein p-Kanal-MOSFET sein. Auch bei den weiteren Ausführungsbeispielen in MOSFET-Technik ist eine Ausführung in der jeweiligen komplementären Schaltung möglich. Es sind dann nur alle Transistortypen und die An­ schlüsse V_SS und V_DD der Transistoren miteinander zu vertau­ schen.

Wenn die Eingangsspannung UE des Inverters maximal ist, d. h. die Prüfleitung PL an V_DD, befindet sich das Gate des weite­ ren Feldeffekttransistors M3 auf dem Potential V_SS. Bei all­ mählicher Verringerung der Eingangsspannung UE steigt die Stärke des durch den zu prüfenden Widerstand R fließenden Stromes bis zu einem maximalen Wert an. Wenn der Bereich er­ reicht wird, in dem die Kennlinie des Inverters sehr steil verläuft, sinkt die Stromstärke äußerst schnell auf Null ab und die Ausgangsspannung UA springt auf den Wert 0 V, d. h. am Aus­ gang A liegt das Potential V_SS. Wenn die Eingangsspannung UE einen bestimmten Wert unterschreitet, wird die Schaltung für den Strom gesperrt, und es fließt überhaupt kein Strom durch die Schaltung, solange das Potential der Prüfleitung nicht z. B. auf V_DD heraufgesetzt wird. Dieser Stromschwellenschalter kann daher benutzt werden, um zu überprüfen, ob eine hohe oder eine niedrige Spannung an der eingangsseitigen Prüflei­ tung PL anliegt, ob also der zu prüfende Widerstand hochohmig oder niederohmig ist. Zu diesem Zweck wird der Eingang des Inverters zunächst auf hohe Spannung (UE = V_DD - V_SS) gelegt. Dann wird die Prüfleitung PL an den Eingang angeschlossen. Es steigen dann zunächst der Drain-Strom des weiteren Feld­ effekttransistors M3 und der Spannungsabfall an diesem Tran­ sistor (sinkender Spannungspegel an der Prüfleitung PL). Die­ ser Spannungsabfall an dem weiteren Feldeffekttransistor M3 ist gleichzeitig die Eingangsspannung des Inverters. Falls diese Spannung den Bereich steiler Kennlinien des Inverters erreicht, sperrt der Inverter den weiteren Transistor, so daß dieser hochohmig wird. Die Schaltung sperrt den Stromfluß, so daß nach dem Erreichen einer maximalen Stromstärke die Strom­ stärke abrupt auf Null absinkt. Die Ausgangsspannung UA ist dann Null. Es kann daher festgestellt werden, in welchem von zwei Be­ reichen zwischen V_SS und V_DD das auf der Prüfleitung PL anlie­ gende Potential liegt. Mit dieser Schaltung kann daher z. B. digitale Information aus einem Halbleiterspeicher ausgelesen werden. Ein besonderer Vorteil ist dabei, daß das Ergebnis dieser Widerstandsprüfung bestehenbleibt, solange die Schal­ tung nicht zurückgesetzt wird. Man ist also bei dem Auslesen von Information nicht darauf angewiesen, eine bestimmte Zeit zwischen dem Aktivieren eines Speichers und dem Feststellen des Meßergebnisses einzuhalten.

Nachdem über die Prüfleitung PL festgestellt wurde, ob der Widerstand R hochohmig oder niederohmig ist, befindet sich die Schaltung in einem von zwei Zuständen. Entweder die Aus­ gangsspannung liegt auf der Eingangsspannung der Prüfleitung; oder die Eingangsspannung ist soweit abgesunken, daß die Schaltung die Ausgangsspannung und damit die Eingangsspannung auf 0 V herabsetzte. Um die Schaltung aus diesem zweiten Zu­ stand in den Ausgangszustand für eine weitere Messung zu set­ zen, ist der Feldeffekttransistor M5 vorgesehen, der mit sei­ nem Drain-Anschluß mit der Prüfleitung verbunden ist und der mit seinem Source-Anschluß auf einen Anschluß der Versor­ gungsspannung V_DD gelegt ist. Durch Anlegen eines geeigneten Potentiales an das Gate dieses Feldeffekttransistors M5 (eingezeichneter Anschluß RS, "Reset") wird der Transistor leitend und die Prüfleitung auf das entsprechende Potential des Anschlusses der Versorgungsspannung gelegt. Die Eingangs­ spannung UE ist dann zunächst wieder hoch, bis der Feld­ effekttransistor M5 abgeschaltet wird und die Prüfleitung zum Prüfen eines weiteren Widerstandes verwendet werden kann. Auch in den Ausführungsformen der Fig. 2, 11, 12 und 13 ist der Gate-Anschluß dieses Feldeffekttransistors mit RS bzw. RS1, RS2 und RS3 bezeichnet. Statt eines Feldeffekttran­ sistors kann für diese Funktion, die als Reset oder Precharge bezeichnet wird, ein andersartiger Schalter verwendet werden.

Um Toleranzschwankungen der zu prüfenden Schaltungen aufzu­ fangen, wird bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 in Reihe mit dem rückgekoppelten weiteren Transistor M3 ein vierter Feldeffekttransistor M4 geschaltet, an dessen Gate eine Steu­ erspannung VS angelegt wird. Mit zunehmender Steuerspannung VS nimmt der maximal erreichte Wert der durch die Schaltung fließenden Stromstärke ab. Der für das Umschalten der Anord­ nung erforderliche Prüfstrom wird daher mit zunehmender Steu­ erspannung VS kleiner. Die Steuerspannung wird entweder von außen eingestellt oder über eine angeschlossene Bezugsschal­ tung auf einen geeigneten Wert eingestellt. Auch hier können die p-Kanal-MOSFETs M1, M3 und M4 durch n-Kanal-MOSFETs und der n-Kanal-MOSFET M2 durch einen p-Kanal-MOSFET ersetzt wer­ den. Der vierte Feldeffekttransistor M4 muß in diesem Fall an dem Anschluß V_SS der Versorgungsspannung anliegen. Die Schal­ tung wirkt dann niederohmig gegen V_SS. Entsprechend ist auch das Verhalten dieser alternativen Schaltung bezüglich der Steuerspannung VS komplementär zu der in Fig. 2 gezeigten Schaltung. Im übrigen sind der Aufbau und die Funktionsweise die gleichen.

Die erfindungsgemäße Schaltung läßt sich auch mit Bipolar­ transistoren aufbauen. Als Beispiel ist eine der Schaltung der Fig. 2 entsprechende Schaltung in RTL-Technik in Fig. 3 gezeichnet. RTL ist die Abkürzung für Widerstand-Transistor- Logik. Der Inverter wird in diesem Fall durch den Bipolar­ transistor T1 gebildet. Der weitere Transistor, mit dem die Rückkopplung vorgenommen wird, ist der zweite Bipolartransi­ stor T2. Der eingezeichnete dritte Bipolartransistor T3 dient der Anpassung der Schaltung an die zu prüfende Schaltung und legt die Größe des Prüfstromes fest. Dieser dritte Bipolar­ transistor T3 entspricht daher dem vierten Feldeffekttransi­ stor M4 in Fig. 2. Die Steuerspannung VS liegt an der Basis des dritten Bipolartransistors T3 an. Über eine Anzahl von ohmschen Widerständen R1 bis R6 werden die Arbeitspunkte der verschiedenen Transistoren festgelegt sowie die Spannungen und Stromstärken eingestellt. Die Funktionsweise dieser Schaltung entspricht derjenigen der Fig. 2. Es können npn- Transistoren und pnp-Transistoren bei entsprechender Modifi­ zierung des Anschlußschemas gegeneinander vertauscht werden.

Eine weitere Möglichkeit, die Schaltung der Fig. 3 zu reali­ sieren, besteht in der Verwendung von GTO-Bauelementen (gate-turn-off) in Dünnschichttechnik. Bei einem derartigen Bauele­ ment sind z. B. vier Halbleiterschichten, die abwechselnd n-leitend und p-leitend dotiert sind, übereinander aufgewach­ sen. Der n-Emitter des ersten Bipolartransistors T1 in Fig. 3 wird dann z. B. durch eine untere n-leitend dotierte Schicht gebildet. Die p-Basis dieses ersten Bipolartransi­ stors T1 und der damit verbundene p-Kollektor des zweiten Bi­ polartransistors P2 werden durch eine p-leitend dotierte Schicht gebildet, die auf diese n-leitend dotierte Schicht aufgewachsen ist. Als nächstes folgt darauf wieder eine n-leitend dotierte Schicht, die dem n-Kollektor des ersten Bi­ polartransistors T1 und der damit verbundenen n-Basis des zweiten Bipolartransistors T2 entspricht. Der p-Emitter des zweiten Bipolartransistors T2 wird dann durch eine vierte, wieder p-leitend dotierte Schicht der Schichtfolge gebildet. Der in Fig. 3 gezeigte Zusammenschluß der beiden Bipolar­ transistoren T1 und T2 kann daher in einem derartigen Bauele­ ment integriert sein.

Bei der Ausführungsform der Fig. 5 ist statt des Inverters ein Komparator K vorhanden, der zwischen die Anschlüsse der Versorgungsspannung geschaltet ist und der die in dem drei­ eckigen Symbol dargestellte Spannungskennlinie aufweist. Ein­ gangsspannungen in einem niedrigen Bereich werden in die Aus­ gangsspannung, die näherungsweise 0 V ist, überführt. Höhere Eingangsspannungen werden in einen im wesentlichen festen ma­ ximalen Wert der Ausgangsspannung überführt. Die Prüfleitung PL ist mit dem positiven (nichtinvertierenden) Eingang des Komparators verbunden. Der negative (invertierende) Eingang des Komparators ist mit dem durch die Widerstände R_a und R_b gebildeten Spannungsteiler verbunden, so daß die Spannung, bei der der senkrechte Abschnitt der Kennlinie des Kompara­ tors liegt, damit festgelegt ist. Die Rückkopplung des Aus­ ganges A des Komparators auf den positiven Eingang erfolgt über den Bezugswiderstand R_R. Die Prüfleitung kann über den Schalter S₁, der für die Reset-Funktion vorgesehen ist, auf das Potential des Anschlusses V_DD der Versorgungsspannung ge­ legt werden. Nach dem Öffnen dieses Schalters S₁ kann die Prüfleitung über den Schalter S₂ mit dem zu prüfenden Wider­ stand R verbunden werden.

Wie in Fig. 6 dargestellt ist, kann statt des Komparators ein Schmitt-Trigger ST vorgesehen sein, der den in dem drei­ eckigen Symbol dargestellten Verlauf der Kennlinie mit einer Hysterese aufweist. Die Prüfleitung PL ist mit dem Eingang dieses Schmitt-Triggers ST verbunden. Sie kann wieder über die Schalter S₁ bzw. S₂ alternativ mit einem Anschluß V_DD der Versorgungsspannung oder dem zu prüfenden Widerstand R ver­ bunden werden.

Bei der Anordnung der Fig. 7 ist ein Komparator K vorhanden, der über einen der Anordnung der Fig. 5 entsprechenden Span­ nungsteiler eingestellt wird. Die Rückkopplung erfolgt im Un­ terschied zu der Anordnung der Fig. 5 über den Feldeffekt­ transistor M3. Dieser Transistor ist ein n-Kanal-MOSFET, der mit seinem Source-Anschluß mit der Prüfleitung PL verbunden ist und der mit seinem Drain-Anschluß auf den entsprechenden Anschluß V_DD der Versorgungsspannung gelegt ist. Der Gate-An­ schluß ist mit dem Ausgang des Komparators K verbunden.

In Fig. 8 ist eine entsprechende Ausführungsform mit einem Schmitt-Trigger ST dargestellt. Die Anordnung, die im übrigen der Anordnung der Fig. 6 entspricht, verfügt ebenfalls über einen für die Rückkopplung vorgesehenen n-Kanal-Feldeffekt­ transistor. Das Anschlußschema entspricht dem der Fig. 6, die Rückkopplung der der Fig. 7.

In Fig. 9 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, das dem Ausführungsbeispiel der Fig. 7 entspricht. Es ist hier aber ein invertierender Komparator IK vorgesehen, dessen Span­ nungskennlinie den in dem dreieckigen Symbol dargestellten, gegenüber dem Verlauf der Kennlinie bei dem Komparator der Fig. 7 gespiegelten Verlauf besitzt. In diesem Ausführungs­ beispiel ist der negative Eingang des Komparators IK mit der Prüfleitung verbunden. Der positive Eingang ist mit dem durch die Widerstände R_a und R_b gebildeten Spannungsteiler verbun­ den, um den Spannungswert, an dem die Kennlinie den steileren Verlauf hat, festzulegen. Für die Rückkopplung ist hier ein p-Kanal-MOSFET M3 vorgesehen, dessen Source-Anschluß auf das Potential eines Anschlusses V_DD der Versorgungsspannung ge­ legt ist und dessen Drain-Anschluß mit der Prüfleitung PL verbunden ist. Der Gate-Anschluß ist mit dem Ausgang A des Komparators IK verbunden. Die Prüfleitung kann wieder über die Schalter S₁ und S₂ alternativ mit dem Anschluß V_DD der Versorgungsspannung und dem zu prüfenden Widerstand R verbun­ den werden.

In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 10 ist ein invertieren­ der Schmitt-Trigger IST vorgesehen, der über den p-Kanal- MOSFET M3 rückgekoppelt ist. Das Anschlußschema entspricht demjenigen der Fig. 8.

Die erfindungsgemäße Schaltung arbeitet dann sehr langsam, wenn sie zur Prüfung einer Schaltung verwendet wird, die sehr hochohmig und sehr kapazitätsreich ist. Dann ändern sich die Signalspannungen auf den zu prüfenden Leitungen erst nach längeren Zeiten. Eine wesentliche Beschleunigung erhält man, wenn das Ausgangssignal einem Verstärker zugeführt wird. Eine derartige Anordnung ist in Fig. 11 dargestellt. Im Beispiel der Schaltung mit Feldeffekttransistoren entsprechend Fig. 2 befindet sich im Anschluß an den Ausgang des Inverters, d. h. verbunden mit dem Gate-Anschluß des weiteren Feldeffekttran­ sistors M3 der Eingang eines als Verstärker operierenden wei­ teren Inverters. Dieser Inverter ist durch den. Feldeffekt­ transistor M6 (in diesem Beispiel ein p-Kanal-MOSFET) und den Feldeffekttransistor M7 (in diesem Beispiel ein n-Kanal- MOSFET) gebildet. Bei dieser Anordnung macht sich ein Absin­ ken der Eingangsspannung UE frühzeitiger in einem deutlichen Abfall der Ausgangsspannung UA bemerkbar, weil das relativ langsame Absinken der Spannung beim Entladen des Kondensators C nicht vollständig abgewartet zu werden braucht. Für die An­ passung der maximalen Stromstärke ist in der Schaltung wieder der vierte Feldeffekttransistor M4 vorhanden, an dessen Gate- Anschluß AJ die Steuerspannung angelegt werden kann. Ein er­ gänzender Feldeffekttransistor M5, in diesem Beispiel ein p- Kanal-MOSFET, ist dafür vorgesehen, zu Beginn einer Messung den Pegel der Eingangsspannung UE auf das Potential von V_DD zu legen. Über den Gate-Anschluß RS wird dieser ergänzende Feldeffekttransistor M5 niederohmig gemacht, so daß der Stromschwellenschalter in den Ausgangszustand versetzt wird (Reset, Precharge).

Eine weitere Zeitersparnis erhält man, wenn soweit wie mög­ lich auf Spannungsänderungen der zu bewertenden Prüfleitung verzichtet wird, indem der Strom dieser Leitung einem Strom­ spiegel zugeführt wird. Die Eingangswiderstände von Strom­ spiegeln sind sehr klein. Eine Anpassung des Stromes, der durch die Prüfleitung und den zu prüfenden Widerstand fließt, und der maximal im Stromschwellenschalter auftretenden Strom­ stärke kann durch das Übersetzungsverhältnis der Stromstär­ ken, das durch den Stromspiegel gegeben ist, eingestellt wer­ den. Mit Hilfe der Wählbarkeit des Übersetzungsverhältnisses im Stromspiegel können nicht nur Toleranzen der zu bewerten­ den Ströme aufgefangen werden, sondern es ist auch möglich, mit mehreren Stromschwellenschaltern, die parallel zueinander geschaltet werden, und die mit Stromspiegeln mit verschiede­ nen Übersetzungsverhältnissen versehen sind, die Messung nach verschieden großen Strömen stufenweise aufzulösen, d. h. zwi­ schen mehreren Signalpegeln infolge unterschiedlich großer Widerstände auf einer Leitung zu unterscheiden. Damit ist es z. B. möglich, mehrwertige Inhalte von Speichern, die als Halbleiterschaltung realisiert sind, zu lesen und zu bewer­ ten. Derartige Anordnungen sind in den Fig. 12 und 13 dar­ gestellt. Am Beispiel einer Ausführung mit Feldeffekttransi­ storen ist in Fig. 12 der durch die Feldeffekttransistoren M8 und M9 (in diesem Beispiel n-Kanal-MOSFETs) gebildete Stromspiegel erkennbar. Source und Drain des eingangsseitigen Feldeffekttransistors M8 sind zwischen den Anschluß der Ver­ sorgungsspannung (V_SS) und die Prüfleitung geschaltet. Source und Drain des anderen Feldeffekttransistors M9 sind zwischen denselben Anschluß der Versorgungsspannung (V_SS) und den Ein­ gang des Inverters des Stromschwellenschalters geschaltet. Die beiden Gate-Anschlüsse sind mit dem Anschluß der Prüflei­ tung verbunden. Da die Feldeffekttransistoren M8, M9 bei ho­ her Eingangsspannung UE im Sättigungsbereich arbeiten, wird die eingangsseitige Stromstärke in festem Übersetzungsver­ hältnis an den Ausgang übertragen. Die in den Feldeffekttran­ sistoren M8 und M9 fließenden Stromstärken stehen daher im festen Verhältnis zueinander. Der Inverter des Stromschwel­ lenschalters ist wieder durch die Feldeffekttransistoren M1, M2 gebildet. Die Rückkopplung geschieht mit dem Feldeffekt­ transistor M3, die Rückstellung (Reset) über den ergänzenden Feldeffekttransistor M5. Entsprechend der Darstellung von Fig. 13 können mehrere Stromspiegel und Stromschwellenschalter parallel zueinander an die Prüfleitung angeschlossen werden. Die einzelnen Stromschwellenschalter CTS1, CTS2, CTS3 sind gleichartig aufgebaut und jeweils über einen Stromspiegel an die Prüfleitung angeschlossen. Die Stromspiegel werden in Fig. 13 durch die Feldeffekttransistoren M8, M9 bzw. M8, 29 bzw. M8, 39 bzw. M8, 49 gebildet. Durch die unterschiedliche Auslegung der Feldeffekttransistoren in ihren elektrischen Eigenschaften können unterschiedliche Übersetzungsverhält­ nisse in diesen verschiedenen Stromspiegeln realisiert sein. Die jeweils nachgeschalteten Stromschwellenschalter werden daher von verschiedenen Stromstärken durchflossen. Je nach der Eingangsspannung auf der Prüfleitung ist daher eine An­ zahl der Stromschwellenschalter jeweils in der einen der bei­ den Schaltpositionen, so daß eine Bewertung der Prüfleitung nach verschiedenen Spannungsstufen vorgenommen werden kann. Die dargestellten Schaltungen können auch hier wieder in her­ kömmlicher RTL-Technik aufgebaut sein. Der Stromschwellen­ schalter kann jeweils durch eine Schaltung, wie sie in den Fig. 5 bis 10 dargestellt sind, ersetzt sein. Bei Verwen­ dung eines komplementären Aufbaus, bei dem n-Kanal-MOSFETs durch p-Kanal-MOSFETs ersetzt sind und umgekehrt, sind die Anschlüsse an V_SS und V_DD entsprechend zu vertauschen. Im üb­ rigen entsprechen Aufbau und Funktionsweise der zueinander komplementären Schaltung einander vollkommen.

Claims (16)

1. Elektronische Schaltung als Ohmmeter
mit zwei Anschlüssen einer Versorgungsspannung (V_SS, V_DD),
mit einem für eine Prüfleitung (PL) vorgesehenen Anschluß und mit einem für die Ausgabe eines Spannungswertes (UA) vorgese­ henen Ausgang (A),
mit einer ersten Vorrichtung, die einen mit dieser Prüflei­ tung verbundenen Eingang besitzt und die den Wert einer an diesem Eingang anliegenden Eingangsspannung derart in den Wert einer Ausgangsspannung überführt, daß für Werte der Ein­ gangsspannung in einem ersten zusammenhängenden Bereich der Wert der jeweiligen Ausgangsspannung in einem zweiten zusam­ menhängenden Bereich liegt und für Werte der Eingangsspannung in einem dritten zusammenhängenden Bereich, der von diesem ersten zusammenhängenden Bereich disjunkt ist, der Wert der jeweiligen Ausgangsspannung in einem vierten zusammenhängen­ den Bereich liegt, der von diesem zweiten zusammenhängenden Bereich disjunkt ist, und derart, daß
dieser zweite und dieser vierte Bereich jeweils schmaler und durch ein größeres Intervall voneinander getrennt sind als dieser erste und dieser dritte Bereich,
mit einer zweiten Vorrichtung, die diese Ausgangsspannung auf diesen Eingang dieser ersten Vorrichtung rückkoppelt derart, daß dieser vierte Bereich auf einen Wert reduziert wird und die Ausgangsspannung nach Erreichen dieses Wertes konstant bleibt, und
mit einer dritten Vorrichtung, die zu- und abschaltbar ist und die diese Prüfleitung auf ein Potential legt, das einer Eingangsspannung am Eingang dieser ersten Vorrichtung in die­ sem ersten Bereich entspricht.

2. Elektronische Schaltung nach Anspruch 1,
bei der die erste Vorrichtung durch einen Inverter (M1, M2; T1) mit einem Eingang und mit einem Ausgang gebildet wird, bei der die zweite Vorrichtung durch einen weiteren Transi­ stor (M3; T2) gebildet wird,
bei der ein Anschluß dieses Transistors mit diesem Ausgang und ein anderer Anschluß dieses Transistors mit diesem Ein­ gang derart verbunden sind, daß eine Rückkopplung dieses Aus­ gangs auf den Eingang derart bewirkt ist, daß bei einer kon­ tinuierlichen Änderung einer an diesem Eingang anliegenden Spannung innerhalb eines ersten Bereiches ein maximaler Wert der durch diesen Transistor fließenden Stromstärke erreicht wird, bei dem die Ausgangsspannung des Inverters auf einen Extremwert springt und der Stromfluß unterbrochen wird.

3. Schaltung nach Anspruch 2,
bei der ein erster Feldeffekttransistor (M1) eines ersten Typs, ein zweiter Feldeffekttransistor (M2) eines zweiten Typs und ein dritter Feldeffekttransistor (M3) vorhanden sind,
bei der die Source-Anschlüsse dieses ersten Feldeffekttransi­ stors und dieses zweiten Feldeffekttransistors an je einen Anschluß einer Versorgungsspannung (V_SS, V_DD) gelegt sind,
bei der die Drain-Anschlüsse dieses ersten Feldeffekttransi­ stors und dieses zweiten Feldeffekttransistors miteinander und mit dem Gate-Anschluß dieses dritten Feldeffekttransi­ stors verbunden sind,
bei der die Gate-Anschlüsse dieses ersten Feldeffekttransi­ stors und dieses zweiten Feldeffekttransistors miteinander, mit der Prüfleitung (PL) und mit dem Drain-Anschluß dieses dritten Feldeffekttransistors verbunden sind,
bei der der Source-Anschluß dieses dritten Feldeffekttransi­ stors an einen Anschluß der Versorgungsspannung (V_SS, V_DD) ge­ legt ist und
bei der ein Schalter oder ein weiterer Transistor (M5) als dritte Vorrichtung vorhanden ist, mit der eine Verbindung zwischen der Prüfleitung und einem vorgegebenen Potential hergestellt und unterbrochen werden kann.

4. Schaltung nach Anspruch 2,
bei der ein erster Bipolartransistor (T1) eines ersten Typs und ein zweiter Bipolartransistor (T2) eines zweiten Typs vorhanden sind,
bei der Emitter und Kollektor dieses ersten Bipolartransi­ stors zwischen Anschlüsse einer Versorgungsspannung (V_CC) ge­ legt sind,
bei der die Basis dieses ersten Bipolartransistors mit der Prüfleitung (PL) verbunden ist,
bei der Emitter und Kollektor dieses zweiten Bipolartransi­ stors zwischen einen Anschluß dieser Versorgungsspannung (V_CC) und die Prüfleitung gelegt sind,
bei der die Basis dieses zweiten Bipolartransistors mit dem Emitter oder dem Kollektor dieses ersten Bipolartransistors verbunden ist und
bei der ein Schalter (S) oder ein weiterer Transistor als dritte Vorrichtung vorhanden ist, mit dem eine Verbindung zwischen der Prüfleitung und einem vorgegebenen Potential hergestellt und unterbrochen werden kann.

5. Schaltung nach Anspruch 3,
bei der ein vierter Feldeffekttransistor (M4) vorhanden ist,
bei der der Source-Anschluß des dritten Feldeffekttransistors mit dem Drain-Anschluß dieses vierten Feldeffekttransistors verbunden ist,
bei der der Source-Anschluß dieses vierten Feldeffekttransi­ stors an einen Anschluß der Versorgungsspannung (V_SS, V_DD) ge­ legt ist und
bei der der Gate-Anschluß dieses vierten Feldeffekttransi­ stors mit einem Anschluß einer Steuerspannung (VS) verbunden ist.

6. Schaltung nach Anspruch 4,
bei der ein dritter Bipolartransistor (T3) vorhanden ist,
bei der Emitter und Kollektor dieses dritten Bipolartransi­ stors in Reihe zwischen den zweiten Bipolartransistor und dessen Anschluß an die Versorgungsspannung (V_CC) gelegt sind und
bei der die Basis dieses dritten Bipolartransistors mit einem Anschluß einer Steuerspannung (VS) verbunden ist.

7. Schaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei der zwischen einer für den Anschluß an den Eingang des Inverters vorgesehenen Prüfleitung und diesem Eingang ein weiterer Schaltungsteil als Stromspiegel angeordnet ist, der einen in dieser Prüfleitung fließenden Strom mit im wesentli­ chen festem Übersetzungsverhältnis in diesen Eingang ein­ speist.

8. Schaltung nach Anspruch 7, rückbezogen auf Anspruch 3 oder 5,
bei der der Stromspiegel mit einem ersten weiteren Feld­ effekttransistor (M8) und mit einem zweiten weiteren Feld­ effekttransistor (M9) ausgeführt ist,
bei der die Source-Anschlüsse dieses ersten weiteren Feld­ effekttransistors und dieses zweiten weiteren Feldeffekttran­ sistors an einen Anschluß der Versorgungsspannung (V_SS, V_DD) gelegt sind,
bei der der Drain-Anschluß dieses ersten weiteren Feldeffekt­ transistors mit der Prüfleitung verbunden ist,
bei der der Drain-Anschluß dieses zweiten weiteren Feld­ effekttransistors mit dem Eingang des Inverters verbunden ist und
bei der die Gate-Anschlüsse dieses ersten und dieses zweiten weiteren Feldeffekttransistors mit der Prüfleitung verbunden sind.

9. Schaltung nach Anspruch 7 oder 8, die mit mindestens einer gleichartigen weiteren Schaltung an die Prüfleitung parallel geschaltet ist, wobei diese weitere Schaltung einen Stromspiegel mit anderem Übersetzungsverhält­ nis aufweist.

10. Elektronische Schaltung nach Anspruch 1,
bei der die erste Vorrichtung durch einen Komparator (K) mit einem positiven Eingang (+), einem negativen Eingang (-) und einem Ausgang (A) gebildet wird,
bei der die Prüfleitung mit einem dieser Eingänge verbunden ist,
bei der die zweite Vorrichtung durch einen Bezugswiderstand (R_R) gebildet wird, über den die Prüfleitung mit diesem Aus­ gang verbunden ist,
bei der der andere dieser Eingänge auf ein konstantes Poten­ tial gelegt ist und
bei der die Prüfleitung mit einem Anschluß der Versorgungs­ spannung (V_SS, V_DD) kurzgeschlossen werden kann.

11. Elektronische Schaltung nach Anspruch 1,
bei der die erste Vorrichtung durch einen Schmitt-Trigger (ST) mit einem Eingang und einem Ausgang (A) gebildet wird,
bei der die Prüfleitung mit diesem Eingang verbunden ist,
bei der die zweite Vorrichtung durch einen Bezugswiderstand (R_R) gebildet wird, über den die Prüfleitung mit diesem Aus­ gang verbunden ist, und
bei der die Prüfleitung mit einem Anschluß der Versorgungs­ spannung (V_SS, V_DD) kurzgeschlossen werden kann.

12. Elektronische Schaltung nach Anspruch 1,
bei der die erste Vorrichtung durch einen Komparator (K) mit einem positiven Eingang (+), einem negativen Eingang (-) und einem Ausgang (A) gebildet wird,
bei der die Prüfleitung mit einem dieser Eingänge verbunden ist,
bei der die zweite Vorrichtung durch einen n-Kanal-MOSFET (M3) gebildet wird, dessen Source-Anschluß mit der Prüflei­ tung verbunden ist, dessen Drain-Anschluß auf einen Anschluß (V_DD) der Versorgungsspannung gelegt ist und dessen Gate-An­ schluß mit diesem Ausgang (A) verbunden ist,
bei der der andere dieser Eingänge auf ein konstantes Poten­ tial gelegt ist und
bei der die Prüfleitung mit diesem Anschluß (V_DD) der Versor­ gungsspannung kurzgeschlossen werden kann.

13. Elektronische Schaltung nach Anspruch 1,
bei der die erste Verbindung durch einen Schmitt-Trigger (ST) mit einem Eingang und einem Ausgang (A) gebildet wird,
bei der die Prüfleitung mit diesem Eingang verbunden ist,
bei der die zweite Vorrichtung durch einen n-Kanal-MOSFET (M3) gebildet wird, dessen Source-Anschluß mit der Prüflei­ tung verbunden ist, dessen Drain-Anschluß auf einen Anschluß (V_DD) der Versorgungsspannung gelegt ist und dessen Gate-An­ schluß mit diesem Ausgang (A) verbunden ist, und
bei der die Prüfleitung mit diesem Anschluß (V_DD) der Versor­ gungsspannung kurzgeschlossen werden kann.

14. Elektronische Schaltung nach Anspruch 1,
bei der die erste Vorrichtung durch einen invertierenden Kom­ parator (IK) mit einem positiven Eingang (+), einem negativen Eingang (-) und einem Ausgang (A) gebildet wird,
bei der die Prüfleitung mit einem dieser Eingänge verbunden ist,
bei der die zweite Vorrichtung durch einen p-Kanal-MOSFET (M3) gebildet wird, dessen Source-Anschluß auf einen Anschluß (V_DD) der Versorgungsspannung gelegt ist, dessen Drain-An­ schluß mit der Prüfleitung verbunden ist und dessen Gate-An­ schluß mit diesem Ausgang (A) verbunden ist,
bei der der andere dieser Eingänge auf ein konstantes Poten­ tial gelegt ist und
bei der die Prüfleitung mit diesem Anschluß (V_DD) der Versor­ gungsspannung kurzgeschlossen werden kann.

15. Elektronische Schaltung nach Anspruch 1,
bei der die erste Vorrichtung durch einen invertierenden Schmitt-Trigger (IST) mit einem Eingang und einem Ausgang (A) gebildet wird,
bei der die Prüfleitung mit diesem Eingang verbunden ist,
bei der die zweite Vorrichtung durch einen p-Kanal-MOSFET ge­ bildet wird, dessen Source-Anschluß auf einen Anschluß (V_DD) der Versorgungsspannung gelegt ist, dessen Drain-Anschluß mit der Prüfleitung verbunden ist und dessen Gate-Anschluß mit diesem Ausgang (A) verbunden ist, und
bei der die Prüfleitung mit diesem Anschluß (V_DD) der Versor­ gungsspannung kurzgeschlossen werden kann.

16. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei der die für die Rückkopplung vorgesehene Ausgangsspannung der ersten Vorrichtung einem Verstärker zugeführt wird.