DE2330969B2

DE2330969B2 - Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines definierten logischen Zustandes, insbesondere zur Überwachungssignalgabe in Datenverarbeitungsanlagen

Info

Publication number: DE2330969B2
Application number: DE2330969A
Authority: DE
Inventors: Werner 4831 Verl Pollmeier
Original assignee: Nixdorf Computer Corp
Current assignee: Atos IT Solutions and Services Inc
Priority date: 1973-06-18
Filing date: 1973-06-18
Publication date: 1976-01-02
Also published as: FR2233761A1; US3932769A; NL7408042A; FR2233761B1; DE2330969A1; JPS50111956A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines definierten logischen Zustandes an tiner diesen Zustand übertragenden Leitung mittels faalbleiterschaltern zwecks Kennzeichnung eines zu Sberwachenden logischen Zustandes, der über einen Schalter an den Steuerstromkreis einer an ihrer Schaltstrecke den definierten Zustand abgebenden Anordnung mit den Eigenschaften eines gesteuerten Vierschicht-Ventils geschaltet ist, insbesondere zur Überwachungssignalgabe in Datenverarbeitungsanlaien.

Eine Schaltungsanordnung dieser Art ist insbesondete in digital arbeitenden Einrichtungen erforderlich, um tin Überwachungssignal zu liefern, das als Abschaltekrilerium für solche Einrichtungen dient, die nur durch (definierte logische Zustände angesteuert werden dürfen. Wenn beispielsweise die Betriebsspannung in einer Datenverarbeitungsanlage schwankt, so können unterhalb einer vorgegebenen Nenn-Betriebsspannung definierte logische Zustände in den einzelnen Funktionseinheiten nicht aufrechterhalten werden. Ausgabegeräte, die von einem derart gestörten logischen Zustand angesteuert werden, können Undefinierte Ausgaben starten und somit fehlerhafte Daten liefern. Beispielsweise kann in unkontrollierter Weise ein Schreibwerk betätigt oder auch ein Kernspeicher angesteuert werden, wobei die in ihm gespeicherten Informationen gegebenenfalls zerstört werden.

Werden digitale Funktionseinheiten einer Datenverarbeitungsanlage, die miteinander in Wechselwirkung stehen, durch mehrere Versorgungsspannungen gespeist, so können neben den beschriebenen Netüspannungsschwankungen auch beim Ausschalten bzw. Einschalten des Stromversorgungsnetzes die einzelnen Versorgungsspannungen mit unterschiedlichen Zeitkonstanten abfallen bzw. ihren Nennwert erreichen. Somit kann der Fall eintreten, daß eine Funktionseinheit zwar ihre volle Versorgungsspannung erhält, jedoch durch eine andere Funktionseinheit mit einer Undefinierten digitalen Eingangsgröße angesteuert wird.
Es ist also erforderlich, für Fehler bedingende Vorgänge der beschriebenen Art möglichst schnell ein Kennzeichnungssigna! zu erzeugen und damit den jeweils zu überwachenden logischen Zustand, also beispielsweise den Spannungszustand eines Stromversorgungsgerais bei einer vorgegebenen Abweichung zu kennzeichnen. Es soll einen fest vorgegebenen logischen Zustand liefern, der unabhängig von einer Betriebsspannung die Abschaltung fehlerhaft arbeitender oder fehlerhaft angesteuerter Funktionseinheiten zuverlässig gewährleistet.

Innerhalb einer Datenverarbeitungsanlage soll ein derartiges Kennzeichnungssigna! auf einer besonderen Signalieitung erzeugt werden. Diese könnte z. B. aus einer Kettenschaltung von Schaltern bestehen, die jeweils einer Funktionseinheit bzw. Stromversorgungseinheit zugeordnet und bei Vorliegen der jeweiligen ordnungsgemäßen Funktion geschlossen sind. Bei fehlerhafter Arbeitsweise einer der überwachten Einrichtungen würde der ihr zugeordnete Schalter geöffnet und die gesamte Kettenschaltung stromlos, so daß damit gleichzeitig ein den Fehlerzustand einer Einrichtung kennzeichnendes Kriterium erzeugt wäre. Die Anwendung einer Kettenschaltung ist jedoch mit dem Nachveil verbunden, daß eine Änderung der Anlage, z. B. die Entnahme oder die zusätzliche Einfügung einer zu überwachenden Einrichtung, immer mit elektrischen und konstruktiven Änderungen der beschriebenen Kettenschaltung verbunden ist.

Durch die DT-OS 18 14 486 ist eine Schaltungsanordnung bekannt, die eine UND-Funktion hat. Diese Anordnung arbeitet mit Halbleitersclialtern derart, daß ein zu überwachender Zustand auf eine durch ihn leitend gesteuerte Schaltervorrichtung geschaltet ist. Wenn der zu überwachende Zustand verschwindet, so verschwindet auch das Ausgangssignal. Ein Ausgangssignal erscheint nur dann, wenn zwei gleichartige Eingangssignale auf die Schaltervorrichtung geschaltet sind. Die bekannte Anordnung wird durch eine besondere Betriebsspannung gespeist und arbeitet somit abhängig von einer zusätzlich zum überwachten Zustand vorhandenen Größe. Sie kann nur dadurch ausgeschaltet werden, daß das Steuersignal zusammen mit dem durch die das Ausgangssignal liefernde Schaltstrecke fließenden Haltestrom verschwindet.

Die Aufgabe der Erfindung besteht hingegen darin, eine Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines: definierten logischen Zustandes zu schaffen, die allein durch den zu überwachenden logischen Zustand gespeist wird und somit ohne eine besondere Betriebsspannung arbeitet. Sie soll außerdem eine einfache Signalgabe ermöglichen, die keine Änderungen elektrischer oder konstruktiver Art bei Änderungen der gesamten überwachten Anlage erfordert.

Eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art ist zur Lösung dieser Aufgabe erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß der Anodenpunkt der Anordnung mit deren Steuerelektrode direkt über einen ohmschen Widerstand verbunden ist

Diese Schaltungsanordnung arbeitet ohne eine Betriebsspannung und kann lediglich durch an ihrem Steuereingang wechselnde logische Zustände durchgeschaltet werden und bei Wegfall des Steuerstroms vergleichsweise starke Ströme führen. An einer Signallckung erzeugt sie dann das Kriterium U = 0. Es ist somit eine Anordnung verwirklicht, die unabhängig von einer besonderen Betriebsspannung und deren Schwankungen allein durch das sie steuernde Signal geschaltet wird und dabei das Schaltverhalten eines Ruhekontakts hat. Es ist die echte Nachbildung eines Relais möglich, das auch ohne einen Stromfluß zu seinen Kontakten nur durch Steuerstromänderungen eindeutige Schaltsignale abgibt. Eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung kann deshalb gemeinsam mit anderen, gleichartig arbeitenden Schaltungen in Parallelschaltung an einer Signalleitung betrieben werden, ohne über diese das Schaltverhalten der anderen Schaltungen zu beeinflussen. Im Gegensatz zu einer reinen Vierschichtventilschaltung kann die Schaltungsanordnung nach der Erfindung an ihrem Steuereingang auch gelöscht werden, wozu lediglich der Steuerstrom anzuschalten ist. Ein besonderer Vorteil dieser Schaltungsanordnung besteht darin, daß die an ihrer Schaltstrecke zur Durchführung eines Schaltvorgangs erforderliche Spannung bis zu Werten abgesenkt werden kann, die praktisch gleich der im durchgeschalteten Zustand an ihr abfallenden Sättigungsspannung sind. Dies liegt daran, daß durch den ohmschen Widerstand ein Strom zu dem von ihm nicht überbrückten Halbleiterelement möglich ist, der zur Einleitung eines Zündvorgangs nur so groß sein muß, daß dieses Halbleiterelement eine über 1 liegende Stromverstärkung hat.

Eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung kann einer jeweils auf ihre Funktion zu überwachenden Einheit zugeordnet werden. So kann sie beispielsweise Bestandteil eines Stromversorgungsgeräts oder sonstiger Einheiten einer Datenverarbeitungsanlage sein. Mehrere vorhandene Überwachungsschaltungen dieser Art können dann einander parallei an eine ihnen gemeinsame Signalleitung bzw. Sammelleitung angeschlossen werden, an die sie den von ihnen jeweils erzeugten definierten logischen Zustand liefern und die mit einer Steuervorrichtung verbunden sein kann, welche die Abschaltung gegenüber Undefinierten Eingangswerten empfindlicher Funktionseinheiten bewirkt.

In weiterer Ausbildung des Erfindungsgedankens wird der ohmsche Widerstand zweckmäßig entsprechend der im leitenden Zustand der Anordnung an ihm liegenden Spannung und dem bei gesperrtem Schalter durch die Steuerstrecke des von diesem Widerstand nicht überbrückten Teils der Anordnung fließenden Strom dimensioniert. Bei einem derart bemessenen ohmschen Widerstand ist die Zündspannung der genannten Anordnung praktisch gleich der im durchgeschalteten Zustand an ihr liegenden Sättigungsspannung. Der zum Zünden erforderliche Strom liegt in der Größenordnung einiger Mikroampere, so daß eine mit der Schaltstrecke verbundene Sammelleitung minimal belastet wird.

Die Schaltungsanordnung nach der Erfindung kann vorteilhaft und unter geringstmöglichem Aufwand derart ausgebildet sein, daß die Anordnung aus einem den Steuerstromkreis bildenden Transistor und einem mit seinem Emitter den Anodenpunkt bildenden Transistor besteht, der mit einem Basis-Emitter-Widerstand versehen ist, welcher entsprechend der Summe der bei gesperrter Anordnung Fließenden Kollektor-Basis-Restströme des zweiten und des dritten Transistors dimensioniert ist
Mit einer derartigen Ausbildung der Schaltungsan-

Ordnung läßt sich die praktische Obereinstimmung von Sättigungsspannung und Zündspannung besonders einfach erreichen; denn der genannte ohmsche Widerstand und der Basis-Emitter-Widerstand können durch ihre gegenüber den Transistoren getrennte Ausführung den verschiedensten Transistortypen angepaßt werden und ermöglichen somit eine Beibehaltung der mit der Erfindung erzielbaren Vorteile für praktisch alie Leistungsklassen verwendeter Transistoren.

Ein Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung

ίο nach der Erfindung wird im folgenden an Hand der Figur beschrieben.

Die Figur zeigt als Ausführungsbeispiel eine Schaltungsanordnung, bei der die Anordnung mit den Eigenschaften eines gesteuerten Vierschicht-Ventils durch zwei Transistoren verwirklicht ist, die jeweils mit einei Basis und einem Kollektor zusammengeschallei sind. Eine derartige Anordnung zweier Transistoren ist als Ersatzschaltung für ein gesteuertes Vierschicht-Ventil an sich bekannt. Wenn die an seiner Schaltstrecke liegende Spannung einen vorgegebenen Wert überschreitet, so erfolgt ein Zündvorgang, und die Schaltstrecke geht in den leitenden Zustand über. An seiner Steuerelektrode ist bei konstanter Schaltstrekkenspannung ein Zündstrom erforderlich. Dieser ist von der Schaltstreckenspannung und dem Schaltstreckenstrom unabhängig. Der Löschvorgang eines solchen Elements wird durch ein Absinken des Schaltstreckenstroms unter einen vorgegebenen Wert hervorgerufen. Eine Löschung über die Steuerelektrode würde gegebenenfalls einen Steuerstrom in der Größenordnung des jeweiligen Anodenstroms in zum Zündstrom entgegengesetzter Richtung erfordern. Deshalb wird das Löschen im Steuerstromkreis normalerweise nicht durchgeführt.

Im Unterschied zu dieser Funktionsweise eines gesteuerten Vierschicht-Ventils arbeitet eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung in allen Eigenschaften praktisch unabhängig von der Schaltstreckenspannung und dem Schaltstreckenstrom. Dies wird dadurch gewährleistet, daß zusätzliche, in bestimmter und noch zu beschreibender Weise dimensionierte Widerstände der Halbleiteranordnung zugeordnet sind.

Die in der Figur gezeigte Schaltungsanordnung ist mit einem Eingang I und einem Ausgang II dargestellt. An

den Eingang! wird der zu überwachende logische Zustand angeschaltet, am Ausgang II erscheint der mit der Schaltungsanordnung erzeugte definierte logische Zustand. Die in der Figur gezeigte Anordnung besteht aus drei Transistoren Tl, Tl und T3, von denen die Transistoren T2 und T3 nach Art einer Ersatzschaltung für ein Vierschicht-Ventil zusammengeschaltet sind. Dies bedeutet, daß der Kollektor des Transistors T2 mit der Basis des Transistors T3 und der Kollektor des Transistors T3 mit der Basis des Transistors Tl verbunden ist. Somit entspricht einer dieser Verbindungspunkte der Steuerelektrode für die aus den Transistoren Tl und T3 gebildete Anordnung. Bei dem in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel ist dies der

Verbindungspunkt der Basis des Transistors Tl mit dem Kollektor des Transistors Γ3. An diesem Steuerelektrodenpunkt G liegt der Kollektor eines steuernden Transistors Ti, dessen Emitter wie auch der Emitter des Transistors Tl auf Bezugspotential geschaltet ist. Die Basis des Transistors TX ist mit dem Steuereingang I verbunden.

Der Ausgang II bzw. der Anodenpunkt A der Anordnung, der durch den Emitter des Transistors T3 gebildet wird, ist zusätzlich mit dem Verbindungspunkt der Basis des Transistors Γ3 und des Kollektors des Transistors Tl über einen ohmschen Widerstand R 2 und mit dem Steuerelektrodenpunkt G durch einen ohmschen Widerstand R 3 verbunden.

Die in der Figur gezeigte Schaltungsanordnung ist gesperrt, wenn dem Transistor Ti ein Eingangsstrom eingeprägt wird. Dadurch wird dieser Transistor Ti in den leitenden Zustand versetzt, so daß die Basis des Transistors Tl auf Bezugspotential liegt und dieser somit gesperrt ist. Durch die Sperrung des Transistors Tl liegt auch die Basis des Transistors Γ3 praktisch auf dem Potential seines Emitters, so daß auch der Transistor T3 gesperrt ist. Durch den Widerstand R 2 fließt in diesem Zustand die Summe der Kollektor-Basis-Restströme der beiden Transistoren Tl und T3, die in noch zu beschreibender Weise die Dimensionierung des Widerstandes R 2 bestimmen.

Wenn nun der durch den am Eingang I eingeprägten Strom wiedergegebene Zustand geändert wird und der steuernde Strom so weit abfällt, daß der Transistor 7Ί gesperrt wird, so fließt ein Strom über den Widerstand R 3 und die Basis-Emitter-Strecke des Transistors Tl. Dadurch wird der Transistor Tl leitend und bewirkt einen Stromfluß durch die Basis-Emitter-Strecke des Transistors T3. Dadurch kann in dem Transistor T3 ein Kollektorstrom fließen, der sich dem Basis-Emitter-Strom des Transistors Tl addiert und somit den Effekt einer Mitkopplung zur Folge hat.

Im folgenden soll nun der Zündvorgang der Schaltungsanordnung näher betrachtet werden, um die von jeglicher Betriebsspannung unabhängige Wirkungsweise zu verdeutlichen. Die Zündspannung der Anordnung ist im gesperrten Zustand des Transistors Ti

>„, = V_Hki

Bl Rl

(D

Die Sättigungsspannung Vwt der Schaltungsanordnung kann für den gesperrten Zustand des Transistors Ti folgendermaßen angegeben werden:

BI. 2 + ' Cl. i ■.al ·

(21

Aus diesen Beziehungen ist zu ersehen, daß die Zündspannung durch geeignete Dimensionierung der Widerstände Rl und R 3 sehr klein gehalten werden kann. Sie kann so eingestellt werden, daß sie mit einem sehr hochohmigen Widerstand R 3 praktisch der Sättigungsspannung Vat des gesamten Schalters bei dem geschalteten Strom entspricht

Zur weiteren Erläuterung dieses Verhalten wird im folgenden ein Zahlenbeispiel gegeben. Hierzu sei vorausgesetzt, daß der Ausgang II der Schaltungsanordnung mit einer Signalleitung verbunden ist, die einen Widerstand von 100 Ohm an einer Spannung von 10 Volt darstellt. Der zu schaltende Strom beträgt dann 10OmA. Um die Sättigungsspannung des Schalters zu ermitteln, muß vorausgesetzt werden, daß der zu schaltende Strom über die Basis-Emitter-Strecken der Transistoren Tl und 7"3 fließt und aus diesem Grunde eine jeweilige hohe Basis-Emitter-Spannung zur Folge hat. Für einen beispielsweisen Wert der jeweiligen Basis-Emitter-Spannung von 1 Volt und der jeweiligen Kollektor-Emitter-Spannung von 0,2 Volt ist dann die Sättigungsspannung

ι ;,„ = ι ν 1 0.2 ν = 1.2 ν

Wie bereits beschrieben, soll der Widerstand Rl entsprechend der Summe der maximalen Kollektor-Basis-Restströme der Transistoren Tl und 73 für den gesperrten Zustand der Schaltungsanordnung dimensioniert werden, da diese Ströme im gesperrten Zustand über den Widerstand R1 fließen. Wenn die Stromwerte beispielsweise 0,05 mA betragen und ein Spannungsabfall am Widerstand R1 von beispielsweise 0,2 Volt noch zur Sperrung des Transistors Γ3 ausreicht, so ergibt sich für den Widerstand R1 ein Widerstandswert von 2 Kiloohm.

Wenn beim Übergang in den leitenden Zustand die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 7"3 beispielsweise 0,7 Volt beträgt, so muß der Transistor Tl in diesem Zustand einen Kollektorstrom führen, der sich aus der genannten Spannung und dem Widerstand R1 für das angenommene Beispiel mit 0,35 mA berechnet. Der entsprechende Basisstrom hat dann bei einer Stromverstärkung dieses Transistors Tl von B = 20 einen Wert von 0,02 mA.

Wenn die Zündspannung der Schaltungsanordnung der Sättigungsspannung gleich sein soil, so muß der Widerstand R 3 so dimensioniert werden, daß in ihm bei der Spannungsdifferenz Vsai — Vbe2 ein Strom von 0,02 mA fließt. Wenn die Basis-Emitter-Spannung des Transistors Tl bei dem zuvor angenommenen Strom von 0,35 mA einen Wert von 0,6 Volt hat, so berechnet sich der Widerstand R 3 dann zu 30 Kiloohm.

Daraus ist zu ersehen, daß der am Ausgang II der Schaltungsanordnung erscheinende Innenwiderstand für den gesperrten Zustand einen Wert von 30 Kiloohm hat und daher gegenüber dem Widerstand der zu beschaltenden Leitung, der mit 100 Ohm angenommen wurde, sehr hochohmig ist Die Anschaltung auch mehrerer Schaltungsanordnungen der vorstehend beschriebenen Art an eine Signalleitung ist deshalb nicht mit einer Beeinträchtigung des auf dieser Leitung jeweils erzeugten Potentialzustandes verbunden. Wenn eine der angeschalteten Schaltungsanordnungen infolge einer Zustandsänderung an ihrem Eingang durchgeschaltet wird, so gelangt die Signalleitung in einen definierten Zustand, der praktisch der Leitungsspannang 0 Volt entspricht, wobei dieser Zustand unabhängig von der Zahl der durchgeschalteten Schaltungsanordnungen beibehalten wird, bis alle an die Signalleitung angeschalteten Einheiten wieder gesperrt sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Q74

Claims

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Erzeugung eines definierten logischen Zustandes an einer diesen Zustand übertragenden Leitung mittels Halbleiterschaltern zwecks Kennzeichnung eines zu überwachenden logischen Zustandes, der über einen Schalter an den Steuerstromkreis einer an ihrer Schaltstrecke den definierten Zustand abgebenden Anordnung mit den Eigenschaften eines gesteuerten Vierschicht-Ventils geschaltet ist, insbesondere zur Überwachungssignalgabe in Datenverarbeitungsanlagen, dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenpunkt (A) der Anordnung (T2, 7*3) mit deren Steuerelektrode (G) direkt über einen ohmschen Widerstand (R 3) verbunden ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der ohmsche Widerstand (R 3) entsprechend der im leitenden Zustand der Anordnung (7"2, 7"3) an ihm liegenden Spannung und dem bei gesperrtem Schalter (Ti) durch die Steuerstrekke des von diesem Widerstand (R 3) nicht überbrückten Teils (T2) der Anordnung (Γ2, T3) fließenden Strom dimensioniert ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung (T2, T3) aus einem den Steuerstromkreis bildenden Transistor (T2) und einem mit seinem Emitter den Anodenpunkt £4Jbildenden Transistor (Γ3) besteht, der mit einem Basis-Emitter-Widerstand (R2) versehen ist, welcher entsprechend der Summe der bei gesperrter Anordnung (7"2, T3) fließenden Kollektor-Basis-Restströme ihrer Transistoren (T2, T3) dimensioniert ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schalter (Tl) ein Transistorschalter ist.