DE2021302A1

DE2021302A1 - Integrierte Ansteuerschaltung fuer Gasentladungs-Leuchttafeln

Info

Publication number: DE2021302A1
Application number: DE19702021302
Authority: DE
Inventors: Johnson William Ernest
Original assignee: Owens Illinois Inc
Current assignee: OI Glass Inc
Priority date: 1969-05-02
Filing date: 1970-04-30
Publication date: 1970-11-12
Also published as: US3614739A; DE2021302C3; CH526828A; IL34441A; DE2021302B2; GB1315375A; NO132116C; FR2047203A5; ZA702851B; NL7006462A; NO132116B; CA929640A; BE749787A; JPS5737875B1; IL34441A0; ES379220A1

Description

202130?

Dr. Ing. H. Negendank

Dipl. ing. H. Hauck
Dipf. Phys. W. Schmilz
4 München i 5,

Owens-Illinois Inc. 30. April 1970

Toledo, Ohio 4?6O1, USA Akte.· M-II65

Integrierte Ansteuerschaltung für Gasentladungs-Leuchttafeln .

Die Erfindung betrifft im allgemeinen Ansteuerschaltungen für zeilen- und spaltenweise ausgerichtete Leiteranordnungen und Matrizen von·Anzeige- bzw. Speichertafeln und Vorrichtungen, insbesondere Ansteuerschaltungen für Hochspannungsgeräte wie z.B. Gasentladungstafeln, die in Form von integrierten Schaltungen hergestellt werden können.

In der US-PS 3,499,167 mit der Bezeichnung "Gas Discharge Display-Memory Device and Method" wird eine Vielfach-Gasentladungs-Leuchttafel bekanntgemacht, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie eine Impulsentladungsvorrichtung mit einem gasförmigen Mittel ist, meist ein unter verhältnismäßig hohen Gasdruck stehendes Gemisch aus zwei Gasen, das sich in einer engen Gaskammer oder einem engen Gasraum zwischen entgegengesetzten isolierenden Ladungsspeieher befindet, welche durch Leiteranordnungen getragen werden, wobei die Leiteranordnungen jedes quer ausgerichtete Isolierteil tragen, um eine Anzahl von einzelnen getrennten Entladungsräumen oder Entladungsstellen

festzulegen und eine getrennte Entladungseinheit zu bilden. In einigen Fällen können die Entladungseinheiten außerdem durch einen mechanischen Aufbau wie z.B. perforierte Glasplatten und

dergleichen bestimmt werden, und in anderen Fällen können Kapillar- -

: röhren und dergleichen verwendet werden. In der oben erwähnten US-PS werden mechanische Stege und Isolierglieder für getrennte Entladungsstellen vermieden. Wenn in solchen Vorrichtungen die richtigen Betriebsspannungen an bestimmte Leiter angelegt werden, so werden die durch Ionisierung des Gases an einer bestimmten Entladungsstelle oder einem Leiterkreuzungspunkt erzeugten Ladungen (Elektronen und Ionen) auf den Oberflächen der Isolierkörper an bestimmten Stellen gespeichert und bilden ein^lektrisches Feld, dessen Polarität dem sie erzeugenden elektrischen Feld entgegengesetzt ist« Nachdem eine Zündspannung zur Einleitung einer Entladung angelegt wird, unterstützet das durch die in dem Dielektrikum gespeicherten Ladungen erzeugte Feld die

ent

weitere Auslösung von Moment- oder Impul§4.adungen bei den nachfolgenden Halbperioden einer angelegten Dauerspannung, so daß die angelegte Spannung und damit die gespeicherten Ladungen den vorhergehenden Entladungszustand einer Entladungseinheit oder Entladungsstelle- anzeigen und einen elektrischen Speicher darstellen. Da jedoch die zur Erzeugung solcher Entladungen verwendeten Leiteranordnungen durch die dielektrischen Körper gegen j das Gas isoliert sind, sowie infolge der verhältnismäßig hohen

Gasdrücke sind die zum Betrieb solcher Tafeln erforderlichen Spannungen relativ hoch. · ■

Eine wichtige Verbesserung bezüglich der Betriebsspannungen 009846/1295 ^:

wurde durch Verwendung eines Argon-Neon-Gasgemisches erzielt, die in der deutschen Patentanmeldung P I9 48 476.5 beschrieben ist. Die in dieser Patentanmeldung beschriebene Gasentladungs-Leuchttafel ist mit einem Gasgemisch gefüllt, das aus etwa 99,9 Atomen Neon und etwa O,1 Atomen Argon besteht und unter einem Absolutdruck von 6l,lp7 cm Hg steht. Bei einer nach der deutschen Patentanmeldung gebauten Gas-Entladungsleuchttafel wird eine Sinusdauerspannung mit einer Frequenz von ca. 50 kHz laufend an alle Leiter der Tafel angelegt, um die Entladungen an bestimmten Entladungsstellen aufrechtzuerhalten, nach dem sie mit einer höheren Spannung ausgelöst wurden. Eine charakteristische Sinußdauerspannung für die Tafel'lag im Bereich von Tc3 bis 350 V _. Im laufenden Betrieb wird äußerer Dauerspannung ein Impuls von zwei Mikrosekunden der an bestimmte querliegende Leiterpaare der Leiteranordnungen angelegten Sinusspannung überlagert und algebraisch aufaddiert, um den Entladungszustand der Entladungsstellen zu bewirken. Diese Impulsspannungen werden mit Hilfe von Impulsübertragern und älinlichen Vorrichtungen in der in der deutschen Offenlegungsschrift 1 817 402 bekanntgemachten Weise angelegt.

Mit der Erfindung soll eine als Kopplungselektronik dienende Festköi'perschaltung; für eine Gasentladungs-Leuchttafel geschaffen werden, die als integrierte Schaltung hergestellt werden kann und keinen Impulsübertrager braucht. Dadurch ergibt sich eine

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Verringerung der Größe und der Kosten, und man kann' für die Impulse zur Aufbereitung des Entladungszustandes eine Netzgleich- ' spannung verwenden, wie sie allen Schaltungen mit der gleichen

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Leitfähigkeit gemeinsam ist. Diese allgemeine Verwendungsfähig- ' keit gewährleistet eine einheitliche Impulshöhe, die bei Verwendung von Übertragern nicht wirtschaftlich erreicht werden kann. Die erfindungsgemäßen integrierten Schaltungen bestehen aus zwei AusfUhrungsformen. Die eine Form verwendet PNP-HaIbleiter und die zweite Form NPN Halbleiter. Für die in der oben erwähnten US-Patentschrift 3 499 16? bekanntgemachten Gasentladungs-Leuchttafeln sind beide AusfUhrungsformen zur Steuerung der Leiteranordnungen in Zeilenrichtung erforderlich. Die mit PNP-HaIbleitern bestückte Schaltung dient zur Erzeugung positiver Ausgangsimpulse und die mit NPN-Halbleitern bestückte Schal-

tung erzeugt negative Ausgangsimpulse, wobei in Ruhezustand eine geringe Verlustleistung in beiden Schaltungen auftritt. Eine geringe Verlustleistung ist erwünscht, da sich auf einer Anzeigefläche von 10,16 cm bei einem Rastermaß von 762 Mikrometern! M. J der Leiter einer Leiteranordnung eine Bestückungsdichte von etwa 33 Leitern oder Zeilen je 25,4 mm ergibt, was zu einem Ansteuerungsbedarf von 132 Leitern pro Anordnung oder 264 Zeilen führt. Funktionsmäßig arbeiten die Schaltungen als Niederspannungs-Hochspannungskopplungs-Elektronik, durch welche ein Sinus-Signal hoher Spannung mit 'minimaler Schwächung geführt wird. Jede Einzelschaltung dient als eine Anordnung mit zwei Eingängen und einem Ausgang, wobei ein Eingang ein Sinussignal hoher Spannung (die Dauerspannung) ist und der andere Eingang ein niederpege3J|p& logisches Signal darstellt. Das Ausgangssignal 1st die algebraische Summe des sinusförmigen Hochspannungssignals und des logischen Signals mit umgesetztem Pegel, und

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■ stellt sich der Tafel als niederohmige Impedanz dar,

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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin* eine Pestkörper-Kopp'' lungs-Elektronik für Gasentladungsvorrichtungen zu schaffen, die als integrierte Schaltung mit der entsprechenden Herabsetzung der Größe und Kosten hergestellt werden kann.

Weiter soll die Erfindung eine Verbesserung in der Einheitlichkeit der an die Tafel angelegten Betriebsspannungen bringen. Außerdan werden durch die Erfindung Übertrager oder andere induktive ^; Einrichtungen sowie kapazitive Elemente in den Schaltungen ausgeschaltet. Sodann werden Schaltungen niedriger Impedanz zur Ansteuerung von Gasentladungsvorrichtungen geschaffen, deren Verlust-. leistung im Ruhezustand gering ist. Schließlich werden Schaltungen zur Umsetzung niederpegliger Signale und eine.hohe Betriebespannung und zur algebraischen Addition der hohen Betriebsspannung zu einer hohen sinusförmigen Dauerspannung geschaffen, die laufend an die Leiter der Leiteranordnungen der Vorrichtung angelegt wird.

Die Erfindung ist nachstehend näher erläutert. Alle in der Beschreibung enthaltenen Merkmale und Maßnahmen können von erfindungswesentlicher Bedeutung sein. In den Zeichnungen ist:

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Pig. 1 eine Schemazeichnung der erfindungsgemäßen Gasentladungs-Leuchttafel und der elektrischen Ansteuerung.

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Pig. 2 Teil eines schematischen Stromlaufplans der Erfindung,

die zur Ansteuerung einer Gasentladungs-Leuchttafel eingesetzt wird* ...-_"

Fig. 3 Die vergrößerte Ansicht einer integrierten Schaltung

mit einer Bestückung von 4 Kopplungselektroniken 20 und 21 der Pig. 2.

W : Pig. 3a einen Querschnitt durch das Plättchen der integrierten Schaltung längs der Linien JA-JA der Fig. j>.

Die Erfindung wird als Anwendungsbeispiel in einem System beschrieben, das eine Gasentladungs-Speichervorrichtung der oben beschriebenen Art mit Betriebsspannungen versorgt. Die in Pig. I schematisch dargestellte Einrichtung 10 besitzt eine horizontale oder zellenweise laufende Leiteranordnung 11. und eine senkrechte oder spaltenweise laufende Leiteranordnung 12. An den Seiten einer Anordnung wird abwechselnd je ein Leiter aus der Tafel herausgeführt, um den Anschluß elektrischer Verbindungen zu erleichtern. Normalerweise werden die Sinusspannungen 13 und 14 von entgegengesetzter Phasenlage an die Leiteranordnungen 11 und 12 angelegt, so daß etwa die halbe zur Vorbereitung einer Entladungseinheit in der nachstehend beschriebenen Weise erforderliche Spannung je Leiter angelegt wird. Wenn somit die am Gas in der Entladungstafel angelegte Sinusspannung zum Betrieb der Ein- ι richtung 350 Volt__ beträgt, dann wird die Hälfte dieser Spannung an die Leiter der Leiteranordnung 11 und die andere Hälfte (von entgegengesetzter Phasenlage) an die Leiter der Leiteranordnung

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12 angelegt; diese Spannungen werden von den Simisspannungsgeneratoren 15 und 16 geliefert, die einen gemeinsamen Massepunkt 17 besitzen, so daß die Tafel 10 gegenüber dem Massepunkt 17 ungeerdet ist. Schon ,jetzt kann vorweggenommen werden, daß die Dauerspannungen IJ und 14 mit minimaler Schwächung die Kopplungselektroiiik 20-1,. .20-N und 21-1.. .21-N durchlaufen. Die Dauerspannungen für alle Zeilenleiter 11-1, 11-2...H-N der Leiterü.nordnüng 11 werden vom Dauerspannungsgenerator 15 und alle Spaltenleiter 12-1, 12-2...12-N der Leiteranordnung 12 werden vom Dauerspannungsgenerator 16 versorgt; im Normalbetrieb liegen diese Spannungen dauernd an den Leiter-anordnungen der Tafel 10 an. Die einzelnen durch die Kreuzungspunkte bestimmter Leiter der Leiteranordnungen.il und 12 festgelegten Entladungsstellen werden durch Addition einseitig gerichteter Hochspannungsimpulse zu den Dauerspannungen an den ausgewählten Leitern der Anordnungen 11 und 12 gesteuert, die zusammen hinreichend sind, um eine Entladungsfolge für Jede Halbperlode der angelegten Dauerspannung an Jeder gewählten Entladungsstelle auszulösen; durch eine entsprechende Zeitgabe dieser Impulse lein die Entladungsfolge beendet werden, so daß jede einseine Entladungsstelle durch die Steuerung der Zeiten der einseitig gerichteten Spannungsimpulse aus- und eingeschaltet werden kann.

Wie vorstehend erwähnt können auf einer Tafel mit einer Anzeigefläche von 10,l6 cm bei einem Rastermaß von 762 Mikrometern ; 152 Zeilenleiter und 132 Spaltenleiter untergebracht werden, wobei Jeder Leiter/ an dem die gemeinsame Dauerspannung anliegt, mit den Steuerspannungsimpulsen 2U bestimmten Zeiten gemäß der i

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auf der Tafel anzuzeigenden oder zu speichernden Information angesteuert wird. Eine solch große Anzahl von Ansteuerschaltungen je Tafel erfordert, daß die Größe und die Kosten soweit wie möglich herabgesetzt werden und daß gleichzeitig die Gleichmäßigkeit der an die Leiter der entsprechenden Anordnungen gelangenden Spannungen erhalten bleibt. Obwohl die erfindungsgemäßen Tafeln durch Impulsübertrager und ähnliche Vorrichtungen mit relativ guter Wirkung angesteuert worden sind, ist es vorteilhaft und wünschenswert, daß diese vielen Impulsübertrager bei kommerziellen Anwendungen dieser Tafeln ausgeschieden werden.

Erfindungsgemäß 1st jede der Schaltungen 20 und 21 als eine Schaltung auf einem integrierten Schaltungsplättchen oder einer Schaltungsebene ausgebildet, und ob zwar alle gleichen oder ähnlichen Schaltungen auf einem einzigen Plättchen oder einer einzigen Ebene untergebracht werden können, ist es gegenwärtig aus wirtschaftlichen Gründen zweckmäßig, ein einziges Plättchen bzw. eine einzige Ebene mit nicht mehr als 4 dieser Schaltungen zu bestücken. Die in den Schaltungen 20-1...20-N für die Zeilenleiter verwandten Transistoren sind NPN-Transistoren zur Erwährend zeugung eines negativen Ausgangsimpulses,/die in den Schaltungen 21-1...21-N verwendeten Transistoren PNP-Transistoren zur Erzeugung eines positiven Ausgangsimpulses sind. Wie nachstehend im einzelnen erklärt wird, dienen die NPN-Transistoren zur Ansteuerung der Spaltenleiter und die PNP-Transistoren zur Ansteuerung der Zeilenleiter. Zu bestimmten Zeitpunkten erhält jede Schaltung 20-1...20-N und 21-1...21-N einen niederpegligen logischen Impuls (ca. 4 Volt) von der logischen Schaltung 40, an v/elcher das

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. Eingangssignal 41 von einem Computer oder einer anderen digitalen: Dateheingabevorrichtuhg zur Anzeige bzw. Speicherung auf der Tafel anliegt. Z.B. versorgt die obere Hälfte 40-A der logischen . Schaltung 40 die Kopplungselektronik 20-1 für die Zeilenleiter mit einem positiven logischen Impuls, während die untere Hälfte 40A der logischen Schaltung 40 einen negativen logischen Impuls

, an die Kopplungselektronik 21 für die Spaltenleiter abgibt; im Normalbetrieb gelangen diese positiven und negativen logischen Impulse gleichzeitig an bestimmte Leiter, um wahlweise Entladungen auszulösen und Entladungen an bestimmten Entladungsstellen auf der Tafel 10 zu beenden. Diese logischen Adressierschaltungen können entweder verhältnismäßig billige Zeilenabtastsysteme oder etwas kostspieligere Speicher mit wahlfreiem Zugriff und sehr kurzen Zugriffszeiten sein.

Pig. 2 zeigt eine Anzahl von Kopplungselektroniken 2OA...2OB zur Ansteuerung einzelner Zeilenleiter HA...HB der Anordnung 11 sowie eine Anzahl von Kopplungselektroniken 21 zur Ansteuerung der Spaltenleiter 12A-. ..12B der Anordnung 12. Die Schaltungsanordnung 2OA...2OB der Pig. 2 enthält NPlf-Transistoren und die Schaltungsanordnung 21A...21B enthält PNP-Transistorenj der Unterschied zwischen den Schaltungen besteht darin, Signale entgegengesetzter Polarität und Phasenlage zur Ansteuerung der entsprechenden Leiter in den Leiteranordnungen zu liefern.

' Die Schaltungsanordnung 2.0 wird im einzelnen beschrieben, wobei :

j die Punktionsbeschreibung für die Schaltungsanordnung 21 mit ^:

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Ausnahme der PolaritUtsumkehr der Versorgungsgleichspannungen und der Durchsteuerungsart der betreffenden Transistoren gleich ist. Die Hochspannungsquelle 50 für Oleichspannung und-niedrigem Ri ist über ihre Ausgangsklemmen 51 und 52 an die Betriebsspannungsklemmen 55 und 54 der Kopplungselektronik 20 angeschlossen. Die Kopplungselektronik 20 besitzt einen ersten NPN-Transistor Ql, dessen Emitter E über die Diode Dl an der Eingangsklemme 54 liegt. der Kollektor C des Transistors Ql ist über den Kollektorwiderstand R3 an die Klemme 5J5 angeschlossen. Der Widerstand R5 beträgt etwa 15 JKOhm »wobei dieser Wert einen Kompromiß zwischen der Anstiegszeit und der Verlustleistung für den Vormagnetisierungsstrom zwischen der ßleichspannungsquelle und den an diese gekop-

darstellt.
pelten Transistoren Ql und Q2/ Die Basis des Transistors Ql ist über den Widerstand Rl an die Klemme 56 für das logische Eingangssignal angeschlossen, an welche der niederpegelige positive logische Impuls 57 von der logischen Schaltung 40 gelangt. Von der logischen Schaltung 40 werden für jeden einzelnen Leiter der Kopplungselektronik Ausgangsleitungen herausgeführt. Der Widerstand R2 ist zwischen die Basis B des Transistors Ql und die Klemme 54 geschalbet,und dient mit dem Widerstand Rl zur Anpassung der Kopplungselektronik 20 an die logische Schaltung 40. Nach Anpassung der Kopplungselektronik 20 an die logische Schaltung 40 können die Widerstände Rl und R2 ausgeschaltet werden. Die Diode Dj5 ist zwischen die Klemme 56 für das logische Eingangssignal und den Kollektor C des Transistors Ql geschaltet und dient dem gleichen Zweck wie die Diode Dl. zur Beschleunigung des Ansprechend· des Transistors Ql auf ein logisches Eingangssignal. Die Dioden Dl und Dj5 sind für die Punktion und den Betrieb der Kopplungs-

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elektronlk nicht wichtig und können möglicherweise entfallen. Die Schaltung kann jedoch Und-Tore in Dioden-Anordnung {Koinzidenzschaltung) enthalten, wodurch die notwendigen externen logischen Schaltungen verringert werden^' d.h., daß die Schaltung gleichzeitig mit einem Teil der logischen Ädressierschaltungen 41 hergestellt wird. Die Basis B des zweiten NPN-Transistors Q2 ist direkt mit dem Kollektor C des Transistors Ql verbunden, und der Kollektor C des Transistors Q2 ist direkt zur Klemme 53 geführt. Der Emitter E des Transistors Q2 ist direkt an die Ausgangsklemme 6ö geführt, die unmittelbar an einen Leiter der Leiteranordnung 12 angeschlossen ist. Der Kollektor C des Transistors Ql ist über die Abtastdiode D2 mit der Ausgangsklemme 6o verbunden; die Diode D2 tastet die Richtung des Stromflusses ab und schaltet den Transistor Q2 an und ab, wie nachstehend im einzelnen erklärt wird.

Die Ausgan^sklemme des Dauerspannungsgenerators 15 ist direkt an die Eingangsklemme 5.5 sowie an die Klemme 51 der Gleichspannungsauelle Λ0 mit hohem SDannungspegel und niedrigem Rl angeschlossen". Der Kondensatorol und die Batterie 50 B bilden die hochgespannte Oleichspannungsquelle 50 mit niedrigem Ri, so daß die sinusförmige Daüerspannung sowohl am Kollektor C des Transistors Q2 und am Emitter E des Transistors Ql erscheint, wobei sie an den Transistor Ql über den ÜberbrückunEskondensator 61 gelangt. Für den Kondensator 61 kann der Filterkondensator am Ausgang der Stromversorgung 50 vorgesehen sein.

Normalerweise ist der Transistor Q2 durchgesteuert und·der

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Transistor Ql Hiebt leitend, so daß die Sinusspannung (ca. 150 VoIt_ss) vom Dauerspannungsgenerator 15 über den Kollektor C-des Transistors Q2 anliegt.. Bei den negativen Halbperioden der Dauerspannung fließt Strom durch den Kollektor G, die Basis B des Transistors Q2 und die Diode D2 zur Klemme 60, wogegen bei den positiven Halbperioden der Dauerspannuhg der ,Strom durch den Kollektor-Emitterkreis des Transistors Q2 zur Ausgangslclemme 60 fließt, so daß an dieser' eine der Wellenform der Spannung des Dauerspannungsgenerators I5 entsprechende Sinusspannung anliegt. Diese Dauerspannung gelangt an alle Zeilenleiter der Leiteranordnung 11 über die Kopplungselektronik 20 für die Zeilenleiter. In gleicher Weise gelangt die Dauerspannung von entgegengesetzter Phasenlage vom Generator l6 an die Spaltenleiter der Leiteranordnung 12 über die Kopplungselektronik 21.

Wenn ein niederpegeliger positiver Impuls 57 von der logischen Schaltung 40 an die Eingangsklemme 56 für logische Signale und an die Basis B des Transistors Ql gelangt, so wird der Transistör Ql schnell durchgesteuert oder angeschaltet, so daß dessen Kollektor C, der vor der Durchsteuerung des Transistors Ql praktisch auf Nullgleichspannungspotential lag, schnell gegenüber der Spannung (minus 175 Volt) der hochgespannten Gleichspannungsquelle 50 für die Zeit abfällt, während welcher sich der Transistor Ql im durchgesteuerten Zustande befindet. Diese hohe Gleich spannung gelangt über die Diode D2 an die Ausgangsklemme 60, und stellt während der Zeit, in welcher der Transistor Ql angeschaltet ist, eine Komponente der Ausgangsspannung dar. Wie vor7 stehend festgestellt, gelangt die sinusförmige Spannung vom

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Generator 15 über die hochgespannte Gleichspannungsquelle 50 mit niedrigen Ri (über dem im Schaltbild dargestellten Kondensator 6l) an den Emitter E des Transistors Ql, so daß bei einer Durchsteuerung des Transistors Ql auch diese Spannung den Kollektor C des Transistors Ql durchläuft, solange dieser Transistor angeschaltet ist, und damit auch die Diode D2,' um als zweite Komponente der Ausgangsspannung an der Aüsgangsklemme 60 aufzutreten. Somit werden die hohe Gleichspannung und die Dauerspannung algebraisch addiert, und bilden die Impulsspannung VPR zur Steuerung des Entladungszustandes einer bestimmten Entladungsstelle. In gleicher Weise wird ein negativer logischer Impuls' 57', der an eine mit einem Zeilenleiter (z.B. 12A) der Leiteranordnung 12 verbundene Kopplungselektronik 21 (z.B. 21A)gelangt, in einem Entladungssteuerungsimpuis VPC hoher Spannung an einem bestimmten Spaltenleiter umgesetzt. Durch richtige Zeitgabe des Auftretens des logischen Impulses 57 wird der als Ergebnis des SehaltVorganges des Transistors Ql erzeugte hochgespannte Gleichspannungsimpuls algebraisch zu einer negativ wirkenden Halbperiode der Dauerspannung hinzuaddiert, um einen Zündspannungsimpuls VF zu bilden, der gleichzeitig mit einem.gleichen an einem bestimmten Spaltenleiter angelegten Impuls an eine bestimmte Entladungsstelle gelangt, wodurch eine Entladungsfolge

; in einer bestimmten Gaskammer oder Entladungsstelle ausgelöst wird; anschließend erhält die durch die Spannung der gespeicherten Ladungen vergrößerte Dauerspannung diese Entladungsfolge aufrecht, wie vorstehend beschrieben wurde. Wenn die Entladung

j beendet werden soll, so kann man den logischen Impuls 57 zeitlich.

ι mit einem Teil des Dauersignals auftreten lassen, so daß eine | ' . .; _ : ■ - 14 - j

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j gesteuerte Entladung der Adressaten stelle ausgelöst wird, und zu einer Löschung des Entladungsvorganges'bei nachfolgenden Dauersignalperioden führt (d.h. die Entladungsfolge v/ird beendet), wie näher in der vorerwähnten Offenlegungsschrift 1 817 402 erklärt wird;

Fig. 3 zeigt den Grundriß einer integrierten Schaltung mit 4 Kopplungselektroniken, auf einem einzelnen Plättchen, das sich in einer hermetisch dichten Packung (nicht gezeigt) befinden kann oder anderweitig gegen Umgebungseinflüsse geschützt sein kann. An die einzelnen Kontaktklemmen sind Drähte angeschlossen, die durch die Packung oder das Packet zum Anschluß externer Schaltungen nach außen geführt sind.

Die in Pig. 3 gezeigte integrierte Schaltung wird vorzugsweise in bekannten dielektrischen Isolierverfahren hergestellt, das im allgemeinen wie folgt vor sich geht: Eine Geräte- oder Punktionsschaltebene und ein Griffplättchen (nicht gezeigt) werden thermisch oxidiert, und die oxidierten Flächen dann unter Druck bei hoher Temperatur miteinander verschmolzen. Dann wird die Punktionsebene chemisch auf eine bestimmte gleichmäßige Dicke geätzt, und die aus Funktionsebene und Griffplättchen bestehende Kombination noch einmal thermisch oxidiert. Unter Verwendung von Photooffsetverfahren wird das Siliziumdioxid auf der Schaltebene ; durch Photogravüre aufgetragen und bildet eine Maske, die zur ι Ätzung der Bestückungsinseln oder Träger I...III der Geräteschalfcebene dient; zur Herabsetzung des Kollektorsättigungswiderstandes

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'wird eine Kollektorladung N+ in aie Oberfläche der Bestaelcungsträger eindiffundiert, welche dann thermisch oxidiert werden.. Die oxidierten Bestüekiangsträger werden dann mit einer Sehicljfc von poly kristallinem Silizium von einer bestimmten Dicke überzogen und anschließend wird das GrIffplättehen chemisch weggeätzt,. Die übrigbleibenden Einkristall-Bestüelningsträgerj die durch Silizium-Dioxid isoliert, sind und in die polycristalline Slliziimmatrix eingebettet sind, werden nunmehr wieder thermisch .oxidiert» wodurch sich eine Oxidschicht bildet» di« zur Maskierung gegen die Boron-Diffusion für die Grundform der integrierten Transistoren und die Dioden dient. Diese Bestüclcungsträger werden mit römischen Ziffern IA, IB, IC, ID, II und III bezeichnet, Die Bestückungsträger IA, IB... enthalten die Transistoren Ql und die Dioden 1)2 und DJ; der Bestückungs träger II enthält die Dioden Dl; der Bestückungsträger III enthält die Transistoren Q2. Man erkennt, daß in einer Schaltungsebene sehr viele Plättchen mit integrierten Schaltungen gleichzeitig ausgeformt werden können. Durch die Poren des Silizium-Dioxids wird Boron in das Silizium eindiffundiert. Die diffundierte Fläche wird wiederum oxidiert. Die Emitter und Kollektoren der PNP-Transistoren Ql und Q2 werden durch Photogravüre gebildet, und durch die Poren wird eine PH-Ladung eindiffundiert, worauf die Poren wieder neu oxidiert werden. Der Emitter für die IiPH-Trans is tor en wird geätzt und hochkonzentrierter Phosphor wird eindiffundiert, um das vorgeschriebene Beta für die NPU-Transistoren zu erhalten. Während der Ausbildung des Emitters werden auch die Kathoden für die Dioden ausgeformte Die Kontakte für die NPN- und PIlP- Transistoren werden im Photoätzverfahren gebildet.

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2Q213Q2

Auf die Oberfläche der. Schaltungsebene wird durch Aufspaltung von SiHji, in einem oxidierendem Gas eine Oxidschicht abgelagert um einen Isoliergrund zur Aufbringung der Tantal-Nitrid-Widerstände Rl, R2 und RJ zu bilden.' Das Tantal-Nitrid wird im Vakuum auf die richtige Dicke gespritzt, um den erforderlichen Schicht- oder Mantelwiderstand zu erhalten. Unmittelbar nach dem Spritzen des Tantal-Nitrids wird auf die Oberfläche der Schaltungsebene Aluminium aufgedampft. Zur Ausformung der Anschlüsse für die Tantal-Nitrid-Widerstände wird das Aluminium photogeätzt und ebenso das Tantal-Nitrid zur Ausbildung der eigentlichen Widerstände. Unter Verwendung der gleichen Anschlußmaske werden öffnungen in die Oxidschicht eingebracht, und auf die Oberfläche der Schaltungsebene wird Aluminium aufgedampft. Dieses Aluminium wird zur Ausformung der Schaltverbindungen zwischen den einzelnen Bauteilen der integrierten Schaltung im Photo-verfahren geätzt.

In Fig. 3 sind die mit Punktionsteilen bestückten Flächen durch die römischen Ziffern IA, IB, IC, ID, II und III bezeichnet. Da die Kollektoren der Transistoren Ql der gleichen Leitungsoder Polaritätsart und die Kathoden der Dioden D2 und DJ gemeinsam miteinander verbunden sind, sind sie auf den Bestückungsträgern IA, IB, IC und ID aufgeformt. Da die hohe Gleichspannung gewöhnlich über die Kontaktfläche 54 an die Ano—den von Dl gelangt, können alle diese Dioden auf dem gemeinsamen Träger II gebildet werden. Ebenso werden alle Transistoren Q2 der gleichen Leitungs- oder Polaritätsart auf dem gemeinsamen Träger III ausgeformt, und die Sinusspannung vom Generator 15 und der Klemme

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,der'Gleichspannungsquelle 50 (Flg. 2) gelangt über die Kontaktflächen 53 a° ^die Kollektoren C all dieser Transistoren.

Obwohl auch andere Formen der Herstellung.integrierter Schaltungen zum Aufbau der Schaltung verwendet werden können, wird das dielektrische Isolationsverfahren vorgezogen, da es beim gegenwärtigen Stand der Technik die erforderliche Isolierung für die verhältnismäßig hohen Spannungen zu gewährleisten scheint, welche die gegenwärtigen Gasentladungstafeln fordern.

Die Schaltung vermindert die Größe, die Kosten und die Leistungsaufnahme, und ermöglicht, daß die Ausgangsimpulse gleich der Versorgungsgleichspannung sind, die allen Schaltungen gleicher Art gemeinsam sind, wodurch die Konstanz und Gleichmäßigkeit der Spannungsimpulse gewährleistet ist. Die beiden Kreise (NPN und PNP) werden von zwei verschiedenen ungeerdeten Quellen hoher Gleichspannung 50 gespeist und sind, wenn sie zusammen mit den Dauerspannungsgeneratoren 15 und 16 (Fig. 2) benutzt werden, an deren Ausgangsklemmen 53 und 5^ angeschlossen. Die logischen

, Eingangsimpulse der Schaltungen bestehen aus niederpegeligen logischen Signalen (z.B. zwei Volt/Amplitude), die mit der Hochspannung der Gleichspannungsquelle 50 (+V und -V) verglichen werden, so daß die logischen Schaltungen im wesentlichen

Jauch am Dauerspannungsgenerator ungeerdet sind, und die Amplitude der Ausgangsimpulse gleich ist der zur Dauerspannung alge-

'■ braisch hinzuaddierten Spannung der Quellen 50. Durch, ent-.:' sprechende Zeitgabe für das Auftreten der

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niederpegeligen logischen Eingangsimpulse können bestimmte Entladungsstellen angeschaltet oder gezündet werden, wie z.B. durch die an bestimmten Stellen angelegten Spannungen V_mri.

Obwohl sich die Schaltung hervorragend zur Herstellung monolithischer oder integrierter Schaltungen eignet, kann sie auch aus einzelnen Bauteilen aufgebaut werden. Hierfür eignen sich besonders die folgenden Bauteile: Transistoren Ql und Q2; MM4002 (Motorola) für PNPj Transistoren Ql und Q2 MM3OO9 (Motorola) für NPN; andere Bauteile für den Widerstandskreis Al 470 ohm, R2 1000 ohm, R3 15000 ohm, die Dioden D und D2 IN 3731 und die Diode D3 IN 64-3.

Obwohl die Erfindung hauptsächlich zur Verwendung bei Gasentladungsvorrichtungen gemacht wurde, ist es offensichtlich, daß sie auch bei anderen Vorrichtungen eingesetzt werden kann, in denen Niederspannungsimpulse in Hochspannungsimpulse umgesetzt und algebraisch einer hohen Sinusspannung aufaddiert werden müssen. Außerdem können andere Arten von Dauerspannung (als Rechteck ausgeformte Sinusspannungen usw.) an die Tafel über die vorstehend beschriebene Schaltung angelegt werden.' i

Außerdem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung sind noch weitere möglich, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

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Claims

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Toledo. Ohio 4.5601, USl^⁰ ^ ·' ''■$■ ^P^is^---"Akte: M-11Ö5

Patentansprüche

1. ■ Kopplungs-Elektronik: zur Ankopplung; nieclerpegeliger Informationssignale von einer Informationsquelle an querausgerichtete Leiteranordnungen einer Leuchttafel, die zur Anzeige der Information Informationssignale hoher Spannung benötigt, gekennzeichnet durch eine erste integrierte Schaltung (20) zur Umsetzung der ni'ederpegelisen Informationssignale der Quelle (40) in einseitig gerichtete Informationssignale hoher Spannung und :;um Anlegen dieser hohen Spannung auf die Leiter (11-1... 11-11) einer Leiteranordnung (11) und eine zweite integrierte Schalfcun,; (21} zur Umsetzung niederpegeliger Informationssignale der Quelle (40) in einseitig .gerichtete Informations-" ci^nale h.--'-.^v ,:-pannunr; und ::um Anlegen dieser hohen Spannung an die Lei^-er (12-1.. .12-11) der ,.gegenüber der ersten Leiter—", anordnung (11) querausgerichteten Leiteranordnung (12).

Kopplungeeieictronik nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Generator (i5, lö) zur Erseugunr .zweier Sinusspannungen von entge£cen£e;5et:-ter Phasenlage (3^, 14), Mittel zur Heranführung (:-6) einer Phase der beiden Sinusspannungen an die erste integrierte ü'?haltung (l;0) sowie _r;r Heranfülirung der anderen

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Phase (6o) der beiden Sinusspannungen an die zweite integrierte Schaltung (21), wobei jede integrierte Schaltung Mittel zur algebraischen Addition der durch sie erzeugten einseitig gerichteten Hochspannungssignale und der angelegten Sinusspannung enthält.

j5. Integrierte Schaltung zur Ansteuerung einer Vielfach-Gasentladungs-Vorrichtung mit "zwei zueinander quer ausgerichteten Leiteranordnungen, die von einem sich zwischen zwei Leiteranordnungen befindlichen Gasentladungsmedium dielektrisch isoliert sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein erster monolithischer Halbleiterkörper (Fig. 3) so bearbeitet wird, daß auf ihn eine Anzahl von Widerständen und PNP-Transistoren als Schaltkreis-Bauteile gebildet wird, die durch Leiter miteinander verbunden sind und eine Anzahl identischer Schaltungen bilden, deren Aufbau nach-stehend beschrieben wird, einschließlich einer Anzahl von Kontaktflächen (53, 54), über welche die Anschlüsse an die Schaltungen hergestellt werden, daß mindestens ein zweiter monolithischer Halbleiterkörper (Fig. 3) so bearbeitet wird* daß sich auf ihm eine Anzahl von Widerständen und NPH-Transistoren als Sohaltkreisbauteile bilden* die durch Leitungen miteinander verbunden sind, um eine Anzahl identischer Schaltungen zu bilden, deren Aufbau nachstehend beschrieben.wird, einschließlich einer Anzahl von Kontaktflächen- (5j5, 5^) > über welche die Anschlüsse zu den Schaltungen hergestellt werden,, wobei jede Schaltung zwei Schalttransistoren gleicher Ladungsart- (Ql,, Q2) besitzt, die so geschaltet sind_# daß einer der Schalttransistoren

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normalerweise durchgesteuert und angeschaltet ist, während der andere Sehalttransistor normalerweise abgeschaltet ist, wobei an einer der Kontaktflächen eine Klemme (53) für den niederpegeligen Eingangsimpuls vorgesehen ist, die an die Basis (B) des normalerweise abgeschalteten Transistors (Ql) ange-· schlossen ist, um diesen Transistor durchzusteuern und den normalerweise durchgesteuerten Transistor abzuschalten, wenn ein niederpegeliger Impuls an der Kontaktfläche erscheint, wobei zwei Kontaktflächen (51> 52) zur Zuführung einer hohen Sinusspannung an den Kollektor (C) des normalerweise durchgesteuerten Transistors (Q2) sowie an· den Emitter (E) des normalerweise abgeschalteten Transistors (Ql) sowie zur Zuführung einer einseitig gerichteten hohen Spannung an den Emitter des normalerweise abgeschalteten Transistors vorgesehen sind und eine Endkontaktfläche vorgesehen ist, welche die Ausgangsklemme (60) der Schaltung bildet, wobei Mittel zum Einzelanschluß einer jeden Endkontaktstelle (60) der mit PNP-Transistoren (Ql) bestückten Schaltungen an die Leiter (11-1...11-N) der ersten Leiteranordnung (11) und Mittel zum ElKelanschluß einer jeden Endkontaktstelle (6O) der mit NPN-Transistoren (Q2) bestückten Schaltungen an die Leiter (12-1...12-N) der zweiten Leiteranordnung (12) vorgesehen sind, wobei ferner ein erster Generator (15) für eine sinusförmige Hochspannung und Mittel vorgesehen sind, welche den ersteh Generator für die sinusförmige Hochspannung normalerweise an alle Kontaktflächenpaare des ersten monolithischen Halbleiterkörpers anschließen, und ein zweiter Generator (16)-für eine sinusförmige Hochspannung vor- ■ gesehen ist, j

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deren Phasenlage der ersten sinusförmigen Hochspannung entgegengesetzt ist, sowie Mittel vorgesehen sind, durch welche der zweite Generator für die sinusförmige Hochspannung an alle Kontaktflächenpaare des zweiten monolithischen Körpers angeschlossen wird, eine erste Quelle (50) für eine hohe einseitig gerichtete Spannung an alle Kontaktflächenpaare des ersten monolithischen Körpers angeschlossen ist und eine zweite Quelle (50) für eine einseitig gerichtete hohe Spannung sowie Mittel vorgesehen sind, um die zweite Quelle der einseitig gerichteten hohen Spannung an alle Kontaktflächenpaare des zweiten monolithischen Körpers anzuschließen.

4. Integrierte Schaltung nach Anspruch ^, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltung im monolithischen Körper ausgeformte Dioden (D2) enthält, die zwischen der Endkontaktfläche (βθ) und einem gemeinsamen Anschlußpunkt für die Basis des normalerweise durchgesteuerten Transistors (Q2) und den Kollektor des normalerweise abgeschalteten Transistors (Ql) geschaltet sind.

ι 5. Integrierte Schaltung nach Anspruch 3* dadurch gekennzeichnet,

; daß ein Widerstand (Rl) in jeder Schaltung zwischen dem Kollektor des normalerweise durchgesteuerten Transistors (Q2) und einem gemeinsamen Anschlußpunkt für die Basis des Transistors (0,2) und des Kollektors des normalerweise abgeschalteten Transistors (Ql) geschaltet ist.

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6. Integrierte Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Schaltung ein Widerstand zwischen dem Kollektor des normalerweise durchgesteuerten Transistors (Q2) und einem gemeinsamen Schaltungspunkt für die Basis dieses Transistors (Q2) und für den Kollektor des normalerweise abgeschalteten Transistors (Ql) geschaltet ist.

7. Integrierte Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren eines jeden monolithischen Halbleiterkörpers auf dielektrischen isolierten Bestückungsinsein (1,11, III) des Halbleiterkörpers ausgeformt werden.

8. Integrierte Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren und Dioden auf dielektrisch isolierten Bestückungsinseln des Halbleiterkörpers gebildet sind.

9· Integrierte Schaltung nach Anspruch 6, dadurchgekennzeichnet ₃ daß in der Schaltung Dioden (D1,D3) vorgesehen sind, um den Schaltvorgang der Transistoren (Ql, Q2) auf eine an der Eingangsklemme anliegende niederpegelige Impulsspannung zu beschleunigen.

10.Integrierte Schaltung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, daß in jeder Schaltung ein Spannungsteiler (Rl, R2) vorgesehen ist, der an einem Ende an die Eingangsklemme (56) für den nlederpegellgen Impuls angeschlossen ist, am Mittelabgriff an die Basis des normalerweise abgeschalteten Transistors (Ql) und am entgegengesetzten Ende an eine der beiden Steuerklemmen "■;■■ ". ■ ; -2Ü- ■ -

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(5¹O zur Einspeisung der hohen Sinusspannung in die Schaltung angeschlossen ist.

11. Integrierte Schaltung zur Umsetzung einer niederpegeligen ImpübSpannung in eine hohe Impulsspannung und zur algebraischen Addition der hohen Impulsspannting mit einer hohen Sinusspannung,nach einem der Ansprüche 1 - 10, gekennzeichnet durch zwei Eingangsklemmen zum Anschluß einer Quelle für hohe Gleichspannung mit niedrigen R., eine Ausgangsklemme, einen normalerweise nicht durchgesteuerten ersten Transistor, Mittel zur Verbindung des Emitters des ersten Transistors mit einer Eingangsklemme der Hochspannungsversorgung, Dioden zur Verbindung des Kollektors des ersten Transistors mit der Ausgangsklemme, einen Widerstand zur Verbindung der anderen Eingangsklemme der Quelle für hohe Gleichspannung mit dem Kollektor des ersten Transistors, Mittel zur Zuführung der niederpegeligen Impulsspannung an den ersten Transistor, um diesen durchzusteuern und eine hohe Gleichspannung über die Dioden an die Ausgangsklemme anzulegen, einen normalerweise durchgesteuerten zweiten Transistor, Mittel zur Verbindung des Emitters des sweiten Transistors mit der Ausgangsklemme, Mittel zur Verbindung des Kollektors des zweiten Transistors mit der Eingangsklemme der Gleichspannungsquelle, Mittel zum Anschluß der Basis des zweiten Transistors an den Emitter des ersten Transistors, wodurch der normalerweise durchgesteuerte j zweite. Transistor nicht leitend wird und der erste Transistor ; über die Basisspannung des zweiten durchgesteuert wird, eine Quelle for eine hohe 'Sinusspannung und Mittel zur Zuführung

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der Sinusspannung an den Kollektor des zweiten Transistors,

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wodurch die Sinusspannung an die Ausgangsklemme über den zweiten Transistor gelangt, solange dieser durchgesteuert ist und ; über die Gleichspannungsquelle mit niedrigem R^ sowie dem ersten Transistor, solange dieser durchgesteuert ist.

12.Integrierte Schaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß sie eine von einer Anzahl von gleichen Schaltungen auf
einem integrierten Schaltungsplättchen ist. '

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13. Integrier te Schaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, '\ daß das integrierte Schaltungsplättchen eine Anzahl vonBe- j stückungsinseln enthält, die dielektrisch voneinander isoliert j sind und in einer gemeinsamen Matrix untergebracht sind. j

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14.Integrierte Schaltung nach Anspruch 13> dadurch gekennzeichnet,
daß jeder normalerweise durchgesteuerte zweite Transistor
einer jeden Schaltung auf seiner eigenen Bestückungsinsel an- ;

; geordnet ist und alle normalerweise nicht leitenden ersten j

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ι Transistoren auf einer gemeinsamen Bestückungsinsel untergebracht sind.

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