DE202015102103U1 - Pegelumsetzschaltung - Google Patents

Abstract

Pegelumsetzschaltung (1) zum Betrieb an verschiedenen Versorgungspannungen mit einem Pegeleingangsanschluss (2), einem Pegelausgangsanschluss (3), einem ersten Transistor (T1), einem zweiten Transistor (T2), einem dritten Transistor (T3) und einer Versorgungsleitung (4), wobei jeder der Transistoren (T1, T2, T3) einen Steueranschluss (5), einen ersten Anschluss (6) und einen zweiten Anschluss (7) aufweist und im Betrieb an der Versorgungsleitung (4) eine Versorgungsspannung anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Steueranschluss (5) des ersten Transistors (T1) und der erste Anschluss (6) des dritten Transistors (T3) mit der Versorgungsleitung (4), der erste Anschluss (6) des ersten Transistors (T1) mit dem zweiten Anschluss (7) des zweiten Transistors (T2), der zweite Anschluss (7) des ersten Transistors (T1) mit dem Steueranschluss (5) des dritten Transistors (T3), der erste Anschluss (6) des zweiten Transistors (T2) mit dem Pegeleingangsanschluss (2) und der zweite Anschluss (7) des dritten Transistors (T3) mit dem Pegelausgangsanschluss (3) verbunden ist, dass im Betrieb, wenn am Pegeleingangsanschluss (2) ein erster Eingangssignalpegel anliegt, kein Strom durch den zweiten Anschluss (7) des zweiten Transistors (T2) fließt, aus dem zweiten Anschluss (7) des ersten Transistors (T1) ein erster Strom herausfließt, der erste Strom eine erste Spannung zwischen dem Steueranschluss (5) und dem ersten Anschluss (6) des dritten Transistors (T3) bewirkt und die erste Spannung Unabhängigkeit des Potenzials des Pegelausgangsanschlusses (3) vom Potenzial der Versorgungsleitung (4) bewirkt und dass im Betrieb, wenn am Pegeleingangsanschluss (2) ein zweiter Eingangssignalpegel anliegt, ein Strom in den zweiten Anschluss (7) des zweiten Transistors (T2) hineinfließt, aus dem zweiten Anschluss (7) des ersten Transistors (T1) ein zweiter Strom herausfließt, der zweite Strom eine zweite Spannung zwischen dem Steueranschluss (5) und dem ersten Anschluss (6) des dritten Transistors (T3) bewirkt und die zweite Spannung eine Abhängigkeit des Potenzials des Pegelausgangsanschlusses (3) vom Potenzial der Versorgungsleitung (4) bewirkt.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Pegelumsetzschaltung zum Betrieb an verschiedenen Versorgungspannungen mit einem Pegeleingangs-anschluss, einem Pegelausgangsanschluss, einem ersten Transistor, einem zweiten Transistor, einem dritten Transistor und einer Versorgungsleitung, wobei jeder der Transistoren einen Steueranschluss, einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist und im Betrieb an der Versorgungsleitung eine Versorgungsspannung anliegt.
• Die Pegelumsetzschaltung setzt im Betrieb einen am Pegeleingangsanschluss anliegenden Eingangssignalpegel in einen am Pegelausgangsanschluss zur Verfügung stehenden Ausgangssignalpegel um, wobei sowohl im Eingangssignalpegel eine Information als auch im Ausgangssignalpegel eine Information kodiert ist und die im Ausgangssignalpegel kodierte Information der im Eingangssignalpegel kodierten Information entspricht.
• Ein Signalpegel, wozu auch der Eingangssignalpegel und der Ausgangssignal-pegel gehören, ist physikalisch eine Spannung oder ein Strom. Eine Information ist in der elektronischen Schaltungstechnik, zu der auch die Pegelumsetzschaltung gehört, in der relativen Lage des Signalpegels innerhalb eines Pegelbereichs kodiert. Der Pegelbereich ist durch Definition einer Pegeluntergrenze und einer Pegelobergrenze bestimmt, wobei die Pegelobergrenze am Pegelausgangsanschluss durch die Höhe der Versorgungsspannung begrenzt ist. Die Kodierung der Information in dem Signalpegel ist kontinuierlich oder diskret innerhalb des Pegelbereichs, wobei kontinuierliche Kodierungen in analogen Schaltungen und diskrete Kodierungen in digitalen Schaltungen umgesetzt sind. Demnach setzt die Pegelumsetzschaltung eine Information von einer ersten Kodierung in eine zweite Kodierung um.
• Aus der Praxis ist eine Vielzahl von Anwendungen für gattungsgemäße Pegelumsetzschaltungen bekannt, die einen Betrieb der Pegelumsetzschaltungen bei verschiedenen Versorgungsspannungen erfordern. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist deshalb die Angabe einer gattungsgemäßen Pegelumsetzschaltung mit einem möglichst großen Versorgungsspannungsbereich.
• Die aufgezeigt Aufgabe ist zunächst und im Wesentlichen dadurch gelöst, dass der Pegeleingangsanschluss, der Pegelausgangsanschluss, der erste, der zweite und der dritte Transistor und die Versorgungsleitung eine Schaltungstopologie bilden, bei der der Steueranschluss des ersten Transistors und der erste Anschluss des dritten Transistors mit der Versorgungsleitung, der erste Anschluss des ersten Transistors mit dem zweiten Anschluss des zweiten Transistors, der zweite Anschluss des ersten Transistors mit dem Steueranschluss des dritten Transistors, der erste Anschluss des zweiten Transistors mit dem Pegeleingangsanschluss und der zweite Anschluss des dritten Transistors mit dem Pegelausgangsanschluss verbunden ist.
• Die Aufgabe ist erfindungsgemäß weiter dadurch gelöst, dass die Pegelumsetzschaltung im Betrieb, wenn am Pegeleingangsanschluss ein erster Eingangspegel anliegt, in einem ersten Zustand ist und die Pegelumsetzschaltung, wenn am Pegeleingangsanschluss ein zweiter Eingangspegel anliegt, in einem zweiten Zustand ist.
• Der erste Zustand ist dadurch gekennzeichnet, dass kein Strom durch den zweiten Anschluss des zweiten Transistors fließt, aus dem zweiten Anschluss des ersten Transistors ein erster Strom herausfließt, der erste Strom eine erste Spannung zwischen dem Steueranschluss und dem ersten Anschluss des dritten Transistors bewirkt und die erste Spannung Unabhängigkeit des Potenzials des Pegelausgangsanschlusses vom Potenzial der Versorgungsleitung bewirkt. Die erste Spannung bewirkt demnach ein Abschalten des dritten Transistors, was bedeutet, dass kein Strom in den ersten Anschluss des dritten Transistors hinein- und aus dem zweiten Anschluss herausfließen kann.
• Der zweite Zustand ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Strom in den zweiten Anschluss des zweiten Transistors hineinfließt, aus dem zweiten Anschluss des ersten Transistors ein zweiter Strom herausfließt, der zweite Strom eine zweite Spannung zwischen dem Steueranschluss und dem ersten Anschluss des dritten Transistors bewirkt und die zweite Spannung eine Abhängigkeit des Potenzials des Pegelausgangsanschlusses vom Potenzial der Versorgungsleitung bewirkt.
• Die Funktion der erfindungsgemäßen Pegelumsetzschaltung beruht insbesondere auf einer ersten und einer zweiten Wirkung. Die erste Wirkung ist, dass der Betrag des im ersten Zustand aus dem zweiten Anschluss des ersten Transistors hinausfließenden ersten Stroms im zweiten Zustand durch den Strom, der in den zweiten Anschluss des zweiten Transistors hineinfließt, auf den Betrag des zweiten Stroms verringert ist. Die zweite Wirkung ist, dass der Betrag der im ersten Zustand zwischen dem Steueranschluss und dem ersten Anschluss des dritten Transistors anliegenden ersten Spannung im zweiten Zustand durch die Verringerung gegenüber dem ersten Zustand des aus dem zweiten Anschluss des zweiten Transistors hinausfließenden Stroms auf den Betrag der zweiten Spannung vergrößert ist.
• Die minimale Versorgungsspannung der Pegelumsetzschaltung bemisst sich zum einen an der Spannung, die nur ein einzelner Transistor zum Betrieb, also zur Einstellung seines Arbeitspunkts, benötigt, da in der Schaltungstopologie keine Reihenschaltung von Transistoren bezüglich der Versorgungsspannung vorhanden ist, die eine Bemessung der minimalen Versorgungsspannung anhand der Reihenschaltung von Transistoren erforderlich machen würde. Zum anderen bemisst sich die minimale Versorgungsspannung an der für die oben beschriebene Funktion der Pegelumsetzschaltung notwendigen Signalspannungen. Die maximale Versorgungspannung wird aufgrund der Schaltungstopologie durch die Spannungsfestigkeit des zweiten und dritten Transistors jeweils zwischen ihrem ersten und zweiten Anschluss bestimmt, weshalb kostengünstig, nämlich nur durch Wahl eines geeigneten zweiten und dritten Transistors, eine hohe maximale Versorgungsspannung realisierbar ist. Demnach ermöglicht die erfindungsgemäße Pegelumsetzschaltung einen großen Versorgungsspannungsbereich und ist deshalb für eine Vielzahl von aus der Praxis bekannten Anwendungen geeignet.
• Darüber hinaus gewährleistet die Schaltungstopologie, dass die Spannung zwischen dem Steueranschluss und dem ersten Anschluss des dritten Transistors eine vorgebbare maximale Spannung nicht übersteigt.
• Jeder der Transistoren, nämlich der erste, zweite und dritte Transistor, ist vom Typ entweder ein Bipolar- oder ein Feldeffekttransistor, wobei ein Feldeffekttransistor von der Art entweder ein JFET oder ein MOSFET ist. Die beiden Typen weisen unterschiedliche Eigenschaften auf, auf die in den nachfolgenden Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Pegelumsetzschaltung eingegangen wird.
• In einer ersten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der erste Transistor ein p-Kanal-Feldeffekttransistor oder vorzugsweise ein pnp-Bipolartransistor ist. Ist der erste Transistor ein p-Kanal-Feldeffekttransistor, dann ist er durch die übrige Schaltungstopologie in Gate-Schaltung. Ist der erste Transistor hingegen ein pnp-Bipolartransistor, dann ist er in Basis-Schaltung. Ein Vorteil von Feldeffekttransistoren gegenüber Bipolartransistoren ist, dass die statische Ansteuerung, insbesondere die statische Ansteuerung für die Einstellung des Arbeitspunkts, leistungslos ist. Ein Vorteil von Bipolartransistoren ist, dass zum Betrieb geringere Spannungen ausreichen. Bei den aus der Praxis bekannten Anwendungen überwiegen zumeist die Vorteile eines pnp-Bipolartransistors, weshalb dieser Typ als erster Transistor bevorzugt ist.
• In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der zweite Transistor ein n-Kanal-Feldeffekttransistor oder vorzugsweise ein npn-Bipolartransistor ist. Ist der zweite Transistor ein n-Kanal-Feldeffekttransistor, dann ist er durch die übrige Schaltungstopologie in Gate-Schaltung. Ist der zweite Transistor hingegen ein npn-Bipolartransistor, dann ist er in Basis-Schaltung. Auch hier überwiegen – ausgehend von den zuvor angestellten Ausführungen – bei den aus der Praxis bekannten Anwendungen zumeist die Vorteile eines npn-Bipolartransistors, weshalb dieser Typ als zweiter Transistor bevorzugt ist.
• In einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der dritte Transistor ein pnp-Bipolartransistor oder vorzugsweise ein p-Kanal-Feldeffekttransistor ist. Ist der dritte Transistor ein p-Kanal-Feldeffekttransistor, dann ist er durch die übrige Schaltungstopologie in Source-Schaltung. Ist der dritte Transistor hingegen ein pnp-Bipolartransistor, dann ist er in Emitter-Schaltung. Ein Vorteil von Feldeffekttransistoren, insbesondere in der Art von MOSFETs, gegenüber Bipolartransistoren ist, dass ein Feldeffekttransistor im eingeschalteten Zustand einen geringen Widerstand zwischen Source und Drain aufweist. Ein Nachteil von MOSFETs ist, dass die Spannung zwischen Gate und Source eine bestimmte Spannung nicht überschreiten darf, da andernfalls das Gateoxid beschädigt wird. Jedoch gewährleistet die erfindungsgemäße Schaltungstopologie, dass die maximal zulässige Spannung zwischen Gate und Source eines MOSFETs als dritten Transistor nicht überschritten wird. Das gilt insbesondere auch bei Versorgungsspannungen, die größer als die maximal zulässige Spannung zwischen Gate und Source sind.
• In einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Pegelumsetzschaltung ist vorgesehen, dass die Pegelumsetzschaltung einen ersten Widerstand und einen zweiten Widerstand aufweist. Dabei umfasst jeder der Widerstände einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss. Der erste und der zweite Widerstand ergänzen die erfindungsgemäße Schaltungstopologie derart, dass der erste Anschluss des ersten Widerstands mit dem ersten Anschluss des ersten Transistors direkt verbunden ist und der erste Anschluss des zweiten Widerstands mit dem zweiten Anschluss des ersten Transistors direkt verbunden ist.
• Demnach sind der erste Anschluss des ersten Transistors, der zweite Anschluss des zweiten Transistors und der erste Anschluss des ersten Widerstands miteinander verbunden. Durch den Widerstandswert des ersten Widerstands ist die Wirkung des in den zweiten Anschluss des zweiten Transistors hineinfließenden Stroms auf den aus dem zweiten Ausgang des ersten Transistors hinausfließenden Strom eingestellt. Durch den Widerstandswert des zweiten Widerstands ist der durch den aus dem zweiten Anschluss des ersten Transistors herausfließenden Strom verursachte Spannungsabfall über den zweiten Widerstand eingestellt, wobei der Spanungsabfall die Spannung zwischen dem Steueranschluss und dem ersten Anschluss des dritten Transistors einstellt.
• Allgemein ist ein Anschluss einer ersten schaltungstechnischen Komponente mit einem Anschluss einer zweiten schaltungstechnischen Komponente direkt verbunden, wenn zwischen dem Anschluss der ersten Komponente und dem Anschluss der zweiten Komponente keine weiteren schaltungstechnischen Komponenten angeordnet sind. Schaltungstechnische Komponenten sind zum Beispiel Widerstände, Transistoren und Spannungsquellen. Elektrische Leiter wie Kabel und Leiterbahnen, die ausschließlich der elektrischen Verbindung zwischen einem Anschluss und einem anderen Anschluss dienen, sind dagegen keine schaltungstechnischen Komponenten.
• Allgemein ist der Anschluss der ersten schaltungstechnischen Komponente mit dem Anschluss der zweiten schaltungstechnischen Komponente auch dann verbunden, wenn zwischen dem Anschluss der ersten Komponente und dem Anschluss der zweiten Komponente weitere schaltungstechnischen Komponenten angeordnet sind. Eine Verbindung schließt auch eine direkte Verbindung ein.
• Zur Bestimmung des Arbeitspunkts des ersten Transistors ist in einer auf der vorangehenden Ausgestaltung aufbauenden Ausgestaltung vorgesehen, dass die Pegelumsetzschaltung eine erste Gleichspannungsquelle und eine zweite Gleichspannungsquelle aufweist. Dabei umfasst jede der Gleichspannungsquellen einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss und ist das Potenzial am ersten Anschluss höher als das Potenzial am zweiten Anschluss. Die erste und die zweite Gleichspannungsquelle ergänzen die Schaltungstopologie derart, dass zum einen der erste Anschluss der ersten Gleichspannungsquelle mit dem zweiten Anschluss des ersten Widerstands verbunden ist und der zweite Anschluss der ersten Gleichspannungsquelle mit der Versorgungsleitung verbunden ist. Und dass zum anderen, der erste Anschluss der zweiten Gleichspannungsquelle mit der Versorgungsleitung verbunden ist und der zweite Anschluss der zweiten Gleichspannungsquelle mit dem zweiten Anschluss des zweiten Widerstands verbunden ist. Die von der ersten Gleichspannungsquelle erzeugte Gleichspannung und der Widerstandswert des ersten Widerstands einerseits und die von der zweiten Gleichspannungsquelle erzeugte Gleichspannung und der Widerstandswert des zweiten Widerstands andererseits bestimmen den Arbeitspunkt des ersten Transistors.
• Zur Bestimmung des Arbeitspunkts des zweiten Transistors ist in einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass die Pegelumsetzschaltung eine dritte Gleichspannungsquelle mit einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss aufweist, wobei das Potenzial am ersten Anschluss höher ist als das Potenzial am zweiten Anschluss. Die dritte Gleichspannungsquelle ergänzt die Schaltungs-topologie derart, dass der erste Anschluss der dritten Gleichspannungsquelle mit dem Steueranschluss des zweiten Transistors und der zweite Anschluss der dritten Gleichspannungsquelle mit einem konstanten Potenzial verbunden ist.
• Die direkte Ansteuerung des zweiten Transistors an seinem ersten Anschluss durch einen am Pegeleingangsanschluss anliegenden Eingangspegel ist schaltungstechnisch schwierig, weshalb in einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen ist, dass die Pegelumsetzschaltung einen dritten Widerstand mit einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss aufweist. Der dritte Widerstand erweitert die Schaltungstopologie derart, dass der erste Anschluss des dritten Widerstands mit dem ersten Anschluss des zweiten Transistors direkt verbunden und der zweite Anschluss des dritten Widerstands mit dem Pegeleingangsanschluss verbunden ist.
• Die direkte Ansteuerung des dritten Transistors durch den ersten Transistor belastet zum einen den ersten Transistor und zum anderen ist die Fähigkeit eines einzelnen Transistors zum Treiben anderen Transistors bei hohen Frequenzen begrenzt. Letzteres trifft insbesondere dann zu, wenn der zu treibende Transistor für höhere Leistungen – wie zum Beispiel der dritte Transistor – als der bei reiner Signalverarbeitung auftretenden Leistungen ausgelegt und/oder ein MOSFET ist. Deshalb ist in einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass die Pegelumsetzschaltung eine Treiberschaltung zum Treiben des dritten Transistors mit einem ersten Eingangsanschluss und einem Ausgangsanschluss aufweist. Die Treiberschaltung ergänzt die Schaltungstopologie derart, dass der erste Eingangsanschluss mit dem zweiten Anschluss des ersten Transistors verbunden ist und der Ausgangsanschluss mit dem Steueranschluss des dritten Transistors verbunden ist.
• Unmittelbar nach dem Anlegen der Versorgungsspannung an die Versorgungs-leitung, wenn also die Transistoren durch ihre Beschaltung in ihre Arbeitspunkte geführt werden, kann es zu unkontrollierten Schaltvorgängen des dritten Transistors kommen. Deshalb ist in einer auf der vorangehenden Ausgestaltung aufbauenden Ausgestaltung vorgesehen, dass die Treiberschaltung einen zweiten Eingangsanschluss und ein Oder-Gatter aufweist und dass die Pegelumsetz-schaltung eine Steuerung aufweist. Das Oder-Gatter verknüpft den am ersten Eingangsanschluss anliegenden logischen Pegel mit dem am zweiten Eingangsanschluss anliegen Pegel gemäß dem logischen "Oder". Die Steuerung legt den zweiten Eingangsanschluss von High-Pegel auf Low-Pegel, wenn die Pegelumsetzschaltung Betriebszustand erreicht hat. Wenn am zweiten Eingangsanschluss High-Pegel anliegt, ist der dritte Transistor durch die Treiberschaltung abgeschaltet. Wenn am zweiten Eingangsanschluss Low-Pegel anliegt, hat die Treiberschaltung die aus der vorangehenden Ausgestaltung bekannte Funktionalität. Die Steuerung kann zum Beispiel eine Einschaltverzögerung realisieren.
• Im Einzelnen ist eine Vielzahl von Möglichkeiten gegeben, die erfindungsgemäße Pegelumsetzschaltung auszugestalten und weiterzubilden. Dazu wird verwiesen sowohl auf die dem Schutzanspruch 1 nachgeordneten Schutzansprüche als auch auf die nachfolgende Beschreibung von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt
• 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Pegelumsetzschaltung,
• 2 ein zweites Ausführungsbeispiel, das auf dem ersten Ausführungsbeispiel aufbaut und
• 3 ein drittes Ausführungsbeispiel, das auf dem zweiten Ausführungsbeispiel aufbaut.
• In 1 ist der Stromlaufplan eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Pegelumsetzschaltung 1 dargestellt. Die Pegelumsetzschaltung 1 weist einen Pegeleingangsanschluss 2, einen Pegelausgangsanschluss 3, einen ersten Transistor T₁, eine zweiten Transistor T₂, einen dritten Transistor T₃ und eine Versorgungsleitung 4 auf. Jeder einzelne der Transistoren T₁, T₂, und T₃ weist einen Steueranschluss 5, einen ersten Anschluss 6 und einen zweiten Anschluss 7 auf.
• Der erste Transistor T₁ ist ein pnp-Bipolartransistor und der zweite Transistor T₂ ist ein npn-Bipolartransistor, weshalb ihre Steueranschlüsse 5 auch als Basisanschlüsse, ihre ersten Anschlüsse 6 als Emitteranschlüsse und ihre zweiten Anschlüsse 7 als Kollektoranschlüsse bezeichnet werden. Der dritte Transistor T₃ ist ein p-Kanal-MOSFET, weshalb sein Steueranschluss 5 auch als Gateanschluss, sein erster Anschluss 6 als Sourceanschluss und sein zweiter Anschluss 7 als Drainanschluss bezeichnet wird.
• Der Pegeleingangsanschluss 2, der Pegelausgangsanschluss 3, die Transistoren T₁, T₂, und T₃ und die Versorgungsleitung 4 bilden eine Schaltungstopologie, bei der der Steueranschluss 5 des ersten Transistors T₁ und der erste Anschluss 6 des dritten Transistors T₃ mit der Versorgungsleitung 4, der erste Anschluss 6 des ersten Transistors T₁ mit dem zweiten Anschluss 7 des zweiten Transistors T₂, der zweite Anschluss 7 des ersten Transistors T₁ mit dem Steueranschluss 5 des dritten Transistors T₃ und der zweite Anschluss 7 des dritten Transistors T₃ mit dem Pegelausgangsanschluss 3 verbunden ist.
• Des Weiteren weist die Pegelumsetzschaltung 1 einen ersten Widerstand W₁, einen zweiten Widerstand W₂ und einen dritten Widerstand W₃ auf, wobei jeder der Widerstände W₁, W₂ und W₃ einen ersten Anschluss 8 und einen zweiten Anschluss 9 aufweist. Weiter weist die Pegelumsetzschaltung 1 eine erste Gleichspannungsquelle S₁, eine zweite Gleichspannungsquelle S₂ und eine dritte Gleichspannungsquelle S₃ auf, wobei jede der Gleichspannungsquellen S₁, S₂ und S₃ einen ersten Anschluss 10 und einen zweiten Anschluss 11 aufweist und das Potenzial am ersten Anschluss 10 höher ist als das Potenzial am zweiten Anschluss 11.
• Die Widerstände W₁, W₂ und W₃ und die Gleichspannungsquellen S₁, S₂ und S₃ ergänzen die erfindungsgemäße Schaltungstopologie wie folgt: Der erste Anschluss 6 des ersten Transistors T₁ ist mit dem ersten Anschluss 8 des ersten Widerstands W₁, der zweite Anschluss 9 des ersten Widerstands W₁ ist mit dem ersten Anschluss 10 der ersten Gleichspannungsquelle S₁ und der zweite Anschluss 11 der ersten Gleichspannungsquelle S₁ ist mit dem Steueranschluss 5 des ersten Transistors T₁ verbunden. Der zweite Anschluss 7 des ersten Transistors T₁ ist mit dem ersten Anschluss des zweiten Widerstands W₂, der zweite Anschluss 9 des zweiten Widerstands W₂ ist mit dem zweiten Anschluss 11 der zweiten Gleichspannungsquelle S₂ und der erste Anschluss 10 der zweiten Gleichspannungsquelle S₂ ist mit dem Steueranschluss 5 des ersten Transistors T₁ verbunden. Der erste Anschluss 10 der dritten Gleichspannungsquelle S₃ ist mit dem Steueranschluss 5 des zweiten Transistors T₂ und der zweite Anschluss 11 der dritten Gleichspannungsquelle S₃ ist mit einem konstanten Potenzial, nämlich Massepotenzial, verbunden. Der erste Anschluss 8 des dritten Widerstands W₃ ist mit dem ersten Anschluss 6 des zweiten Transistors T₂ und der zweite Anschluss 9 des dritten Widerstands W₃ ist mit dem Pegeleingangsanschluss verbunden. Demnach ist auch der erste Anschluss 6 des zweiten Transistors T₂ mit dem Pegeleingangsanschluss 2 verbunden und zwar über den Widerstand W₃.
• Die Pegelumsetzschaltung 1 weist eine äußere Beschaltung auf, die eine Versorgungsspannungsquelle S₄, eine Signalspannungsquelle S₅ und einen Lastwiderstand W₄ umfasst. Die Versorgungsspannungsquelle S₄ ist mit der Versorgungsleitung 4 verbunden und versorgt die Pegelumsetzschaltung 1 im Betrieb mit einer festen Versorgungsspannung bevorzugt aus dem Bereich zwischen ca. 3,3 V und ca. 60 V. Die Signalspannungsquelle S₅ ist mit dem Pegeleingangsanschluss 2 verbunden und erzeugt im Betrieb einen ersten Eingangspegel von ca. 3,3 V und eine zweiten Eingangspegel von ca. 0 V.
• Der zweite Eingangspegel stellt auch die Pegeluntergrenze und der erste Eingangspegel die Pegelobergrenze des Eingangspegelbereichs dar. Die Kodierung von Informationen im Eingangspegel ist diskret innerhalb des Eingangspegelbereichs. Der erste Eingangspegel liegt im Bereich des High-Pegels des Eingangspegelbereichs und der High-Pegel kodiert die Information "0". Der zweite Eingangspegel liegt im Bereich des Low-Pegels des Eingangspegelbereichs und der Low-Pegel kodiert die Information "1".
• Der Widerstandswert des ersten Widerstands W₁, der des zweiten Widerstands W₂, der des dritten Widerstands W₃, die Spannung der ersten Gleichspannungsquelle S₁, die der zweiten Gleichspannungsquelle S₂ und die der dritten Gleichspannungs-quelle S₃ sind derart gewählt, dass die Pegelumsetzschaltung 1, wenn am Pegeleingangsanschluss ein High-Pegel anliegt, in einem ersten Zustand ist und dass die Pegelumsetzschaltung 1, wenn am Pegeleingangsanschluss ein Low-Pegel anliegt, in einem zweiten Zustand ist.
• Der erste Zustand ist dadurch gekennzeichnet, dass kein Strom durch den zweiten Anschluss 7 des zweiten Transistors T₂ fließt, aus dem zweiten Anschluss 7 des ersten Transistors T₁ ein erster Strom herausfließt, der erste Strom eine erste Spannung zwischen dem Steueranschluss 5 und dem ersten Anschluss 6 des dritten Transistors T₃ bewirkt und die erste Spannung Unabhängigkeit des Potenzials des Pegelausgangsanschlusses 3 vom Potenzial der Versorgungsleitung 4 bewirkt. Die erste Spannung bewirkt ein Abschalten des dritten Transistors T₃, was bedeutet, dass kein Strom durch den Lastwiderstand W₄ fließt. Folglich liegt am Pegelausgangsanschluss 3 ein massebezogener erster Ausgangspegel von 0 V an.
• Der zweite Zustand ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Strom in den zweiten Anschluss 7 des zweiten Transistors T₂ hineinfließt, aus dem zweiten Anschluss 7 des ersten Transistors T₁ ein zweiter Strom herausfließt, der zweite Strom eine zweite Spannung zwischen dem Steueranschluss 5 und dem ersten Anschluss 6 des dritten Transistors T₃ bewirkt und die zweite Spannung eine Abhängigkeit des Potenzials des Pegelausgangsanschlusses 3 vom Potenzial der Versorgungsleitung 4 bewirkt. Die Abhängigkeit ist derart, dass aus dem zweiten Anschluss 7 des dritten Transistors T₃ ein Strom herausfließt, der am Lastwiderstand W₄ einen Spannungsabfall erzeugt, der einen massebezogenen zweiten Ausgangspegel im Wesentlichen in Höhe der Versorgungsspannung bewirkt.
• Der erste Ausgangspegel von 0 V stellt die Pegeluntergrenze und der zweite Ausgangspegel in Höhe der Versorgungsspannung die Pegelobergrenze des Ausgangspegelbereichs dar. Auch die Kodierung von Informationen im Ausgangspegel ist diskret innerhalb des Ausgangspegelbereichs. Der erste Ausgangspegel liegt im Bereich des Low-Pegels des Ausgangspegelbereichs und der Low-Pegel kodiert die Information "0". Der zweite Ausgangspegel liegt im Bereich des High-Pegels des Ausgangspegelbereichs und kodiert die Information "1". Die Pegelumsetzschaltung 1 setzt somit eine Information von einer ersten Kodierung in eine zweite Kodierung um, ohne den Informationsgehalt dabei zu verändern.
• In 2 ist der Stromlaufplan eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Pegelumsetzschaltung 1 dargestellt. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Pegelumsetzschaltung 1 zusätzlich eine Treiberschaltung 12 zum Treiben des dritten Transistors T₃ mit einem ersten Eingangsanschluss 13 und einem Ausgangsanschluss 14 aufweist. Dabei ist der erste Eingangsanschluss 13 mit dem zweiten Anschluss 7 des ersten Transistors T₁ und der Ausgangsanschluss 14 mit dem Steueranschluss 5 des dritten Transistors T₃ verbunden. Demnach ist auch der zweite Anschluss 7 des ersten Transistors T₁ mit dem Steueranschluss 5 des dritten Transistors T₃ verbunden und zwar über die Treiberschaltung 12, die auch eine schaltungstechnische Komponente ist.
• Die aus dem ersten Ausführungsbeispiel bekannte direkte Ansteuerung des dritten Transistors T₃ durch den ersten Transistor T₁ belastet zum einen den ersten Transistor T₁ und zum anderen ist die Fähigkeit des ersten Transistors zum Treiben des dritten Transistors T₃ bei hohen Frequenzen begrenzt. Letzteres ist gegeben, da der zu treibende Transistor T₃ für höhere Leistungen im Vergleich zu den Transistoren T₁ und T₂ ausgelegt und ein MOSFET ist. Die Treiberschaltung 12 weist am ersten Eingangsanschluss 13 eine höhere Impedanz als der dritte Transistor T₃ am Steueranschluss 5 und am Ausgangsanschluss 14 eine geringere Impedanz als der zweite Anschluss 7 des ersten Transistors T₁ auf. Dadurch wird der Transistor T₁ entlastet und der Transistor T₃ kann mit höheren Frequenzen betrieben werden.
• In 3 ist der Stromlaufplan eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Pegelumsetzschaltung 1 dargestellt. Das dritte Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem zweiten Ausführungsbeispiel dadurch, dass die Treiberschaltung 12 zusätzlich einen zweiten Eingangsanschluss 15 und ein Oder-Gatter aufweist und die Pegelumsetzschaltung 1 eine Steuerung 16 aufweist.
• Wenn bei einer erfindungsgemäßen Pegelumsetzschaltung 1 gemäß dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel die Versorgungsspannung an die Versorgungsleitung 4 angelegt wird, kann es zu unkontrollierten Schaltvorgängen des dritten Transistors T₃ kommen. Im dritten Ausführungsbeispiel jedoch legt die Steuerung 16 erst dann den zweiten Eingangsanschluss 15 von High-Pegel auf Low-Pegel, wenn die Pegelumsetzschaltung 1 nach dem Anlegen der Versorgungsspannung an die Versorgungsleitung 4 Betriebszustand erreicht hat. Das Oder-Gatter verknüpft den am ersten Eingangsanschluss 13 anliegenden logischen Pegel mit dem am zweiten Eingangsanschluss 15 anliegen logischen Pegel gemäß dem logischen "Oder". Folglich funktioniert das Oder-Gatter im Betriebszustand wie ein Treiber. Die Steuerung 16 kann zum Beispiel eine Einschaltverzögerung realisieren.
• Bezugszeichenliste

S₁

Erste Gleichspannungsquelle

S₂

Zweite Gleichspannungsquelle

S₃

Dritte Gleichspannungsquelle

S₄

Versorgungsspannungsquelle

S₅

Signalspannungsquelle

T₁

Erster Transistor

T₂

Zweiter Transistor

T₃

Dritter Transistor

W₁

Erster Widerstand

W₂

Zweiter Widerstand

W₃

Dritter Widerstand

W₄

Lastwiderstand

1

Pegelumsetzschaltung

2

Pegeleingangsanschluss

3

Pegelausgangsanschluss

4

Versorgungsleitung

5

Steueranschluss eines Transistors

6

Erster Anschluss eines Transistors

7

Zweiter Anschluss eines Transistors

8

Erster Anschluss eines Widerstands

9

Zweiter Anschluss eines Widerstands

10

Erster Anschluss einer Gleichspannungsquelle

11

Zweiter Anschluss einer Gleichspannungsquelle

12

Treiberschaltung

13

Erste Eingangsanschluss der Treiberschaltung

14

Ausgangsanschluss der Treiberschaltung

15

Zweiter Eingangsanschluss der Treiberschaltung

16

Steuerung

Claims (10)

1. Pegelumsetzschaltung (1) zum Betrieb an verschiedenen Versorgungspannungen mit einem Pegeleingangsanschluss (2), einem Pegelausgangsanschluss (3), einem ersten Transistor (T₁), einem zweiten Transistor (T₂), einem dritten Transistor (T₃) und einer Versorgungsleitung (4), wobei jeder der Transistoren (T₁, T₂, T₃) einen Steueranschluss (5), einen ersten Anschluss (6) und einen zweiten Anschluss (7) aufweist und im Betrieb an der Versorgungsleitung (4) eine Versorgungsspannung anliegt, dadurch gekennzeichnet, dass der Steueranschluss (5) des ersten Transistors (T₁) und der erste Anschluss (6) des dritten Transistors (T₃) mit der Versorgungsleitung (4), der erste Anschluss (6) des ersten Transistors (T₁) mit dem zweiten Anschluss (7) des zweiten Transistors (T₂), der zweite Anschluss (7) des ersten Transistors (T₁) mit dem Steueranschluss (5) des dritten Transistors (T₃), der erste Anschluss (6) des zweiten Transistors (T₂) mit dem Pegeleingangsanschluss (2) und der zweite Anschluss (7) des dritten Transistors (T₃) mit dem Pegelausgangsanschluss (3) verbunden ist, dass im Betrieb, wenn am Pegeleingangsanschluss (2) ein erster Eingangssignalpegel anliegt, kein Strom durch den zweiten Anschluss (7) des zweiten Transistors (T₂) fließt, aus dem zweiten Anschluss (7) des ersten Transistors (T₁) ein erster Strom herausfließt, der erste Strom eine erste Spannung zwischen dem Steueranschluss (5) und dem ersten Anschluss (6) des dritten Transistors (T₃) bewirkt und die erste Spannung Unabhängigkeit des Potenzials des Pegelausgangsanschlusses (3) vom Potenzial der Versorgungsleitung (4) bewirkt und dass im Betrieb, wenn am Pegeleingangsanschluss (2) ein zweiter Eingangssignalpegel anliegt, ein Strom in den zweiten Anschluss (7) des zweiten Transistors (T₂) hineinfließt, aus dem zweiten Anschluss (7) des ersten Transistors (T₁) ein zweiter Strom herausfließt, der zweite Strom eine zweite Spannung zwischen dem Steueranschluss (5) und dem ersten Anschluss (6) des dritten Transistors (T₃) bewirkt und die zweite Spannung eine Abhängigkeit des Potenzials des Pegelausgangsanschlusses (3) vom Potenzial der Versorgungsleitung (4) bewirkt.
2. Pegelumsetzschaltung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Transistor (T₁) ein p-Kanal-Feldeffekttransistor oder vorzugsweise ein pnp-Bipolartransistor ist.
3. Pegelumsetzschaltung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Transistor (T₂) ein n-Kanal-Feldeffekttransistor oder vorzugsweise ein npn-Bipolartransistor ist.
4. Pegelumsetzschaltung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Transistor (T₃) ein pnp-Bipolartransistor oder vorzugsweise ein p-Kanal-Feldeffekttransistor ist.
5. Pegelumsetzschaltung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pegelumsetzschaltung (1) einen ersten Widerstand (W₁) und einen zweiten Widerstand (W₂) aufweist, dass jeder der Widerstände (W₁, W₂) einen ersten Anschluss (8) und einen zweiten Anschluss (9) aufweist und dass der erste Anschluss (8) des ersten Widerstands (W₁) mit dem ersten Anschluss (6) des ersten Transistors (T₁) und der erste Anschluss (8) des zweiten Widerstands (W₂) mit dem zweiten Anschluss (7) des ersten Transistors (T₁) direkt verbunden ist.
6. Pegelumsetzschaltung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Pegelumsetzschaltung (1) eine erste Gleichspannungsquelle (S₁) und eine zweite Gleichspannungsquelle (S₂) aufweist, dass jede der Gleichspannungsquellen (S₁, S₂) einen ersten Anschluss (10) und einen zweiten Anschluss (11) aufweist und das Potenzial am ersten Anschluss (10) höher ist als das Potenzial am zweiten Anschluss (11), dass der erste Anschluss (10) der ersten Gleichspannungsquelle (S₁) mit dem zweiten Anschluss (9) des ersten Widerstands (W₁) und der zweite Anschluss (11) der ersten Gleichspannungsquelle (S₁) mit der Versorgungsleitung (4) verbunden ist und dass der erste Anschluss (10) der zweiten Gleichspannungsquelle (S₂) mit der Versorgungsleitung (4) und der zweite Anschluss (11) der zweiten Gleichspannungsquelle (S₂) mit dem zweiten Anschluss (9) des zweiten Widerstands (W₂) verbunden ist.
7. Pegelumsetzschaltung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Pegelumsetzschaltung (1) eine dritte Gleichspannungsquelle (S₃) mit einem ersten Anschluss (10) und einem zweiten Anschluss (11) aufweist, das Potenzial am ersten Anschluss (10) höher ist als das Potenzial am zweiten Anschluss (11) und der erste Anschluss (10) der dritten Gleichspannungsquelle (S₃) mit dem Steueranschluss (5) des zweiten Transistors (T₂) und der zweite Anschluss (11) der dritten Gleichspannungsquelle (S₃) mit einem konstanten Potenzial verbunden ist.
8. Pegelumsetzschaltung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Pegelumsetzschaltung (1) einen dritten Widerstand (W₃) mit einem ersten Anschluss (8) und einem zweiten Anschluss (9) aufweist und der erste Anschluss (8) des dritten Widerstands (W₃) mit dem ersten Anschluss (6) des zweiten Transistors (T₂) direkt verbunden und der zweite Anschluss (9) des dritten Widerstands (W₃) mit dem Pegeleingangsanschluss (2) verbunden ist.
9. Pegelumsetzschaltung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Pegelumsetzschaltung (1) eine Treiberschaltung (12) zum Treiben des dritten Transistors (T₃) mit einem ersten Eingangsanschluss (13) und einem Ausgangsanschluss (14) aufweist und dass der erste Eingangsanschluss (13) mit dem zweiten Anschluss (7) des ersten Transistors (T₁) und der Ausgangsanschluss (14) mit dem Steueranschluss (5) des dritten Transistors (T₃) verbunden ist.
10. Pegelumsetzschaltung (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Treiberschaltung (12) einen zweiten Eingangsanschluss (15) und ein Oder-Gatter aufweist und dass die Pegelumsetzschaltung (1) eine Steuerung (16) aufweist und die Steuerung (16) den zweiten Eingangsanschluss (15) von High-Pegel auf Low-Pegel legt, wenn die Pegelumsetzschaltung (1) Betriebszustand erreicht hat.

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