DE2416131C2

DE2416131C2 - Schaltung zur Unterdrückung von Kontaktprellimpulsen

Info

Publication number: DE2416131C2
Application number: DE2416131A
Authority: DE
Inventors: Richard Allan Wappingers Falls N.Y. Ainsworth
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1973-05-25
Filing date: 1974-04-03
Publication date: 1983-07-07
Also published as: DE2416131A1; JPS5338155B2; GB1455635A; IT1006473B; JPS5011646A; US3825772A; CA1017416A; FR2231090A1; FR2231090B1

Description

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Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Unterdrükkung von Kontaktprellimpulsen bei Umschaltkontakten, bei der eine Spannungsquelle über die prellenden Kontakte eines Umschalters selektiv mit dem ersten oder mit dem zweiten Eingang eines Flip-Flops verbunden ist, an dessen Ausgängen in Abhängigkeit von dem jeweils mit der Spannungsquelle verbundenen Eingang stabile, komplementäre Ausgangssignale anstehen und an dessen Eingängen jeweils ein Entlade- strompfad angeschlossen ist, derart, daß der nach dem Umschalten von der Spannungsquelle abgetrennte Eingang über seinen Entladestrompfad entladen wird.

Eine entsprechende Schaltung ist aus der deutschen Auslegeschrift 12 90 587 bekannt

Weiterhin ist aus derjyS-PS 35 88 525 eine Schaltung zur Unterdrückung von Kontaktprellimpulsen bekannt, die im Eingangskreis einen gesteuerten Strompfad aufweist, über den beim Umschalten der angeschlossenen Spannungsquelle der eine zuvor mit ihr verbundene Eingang entladen wird und der im Ruhezustand gesperrt ist

Derartige Schaltungen haben also die Aufgabe, die durch das Prellen beim Schließen bzw, öffnen von elektrischen Kontakten entstehenden Impulse in einen einzigen Impuls als stabiles Ausgangssignal umzuwandeln.

In vielen Anwendungen ist es erforderlich, mit Hilfe eines mechanischen Schalters mit hohen Geschwindigkeiten arbeitende elektronische Schaltungen zu bestätigen. Mechanische Kontakte haben jedoch die Neigung, daß sie beim Schließen prellen und dabei eine Reihe von elektrischen Impulsen erzeugen und nicht wie erwünscht, einen einzelnen Ausgangsimpuls. Beispielsweise für die Anwendung in Datenverarbeitungssystemen ist eine ganze Reihe von Schaltungen bekanntgeworden, die dem genannten Zweck dienen und die ihre Aufgabe zufriedenstellend lösen. Will man jedoch diese bekannten Schaltungen in elektronischen Anlagen verwenden, die für Batteriebetrieb ausgelegt sind, so weisen sie einen wesentlichen Nachteil auf. Als Beispiele für derartige elektronische Anlagen seien elektronische Uhren, Rechner und kleine Anzeigesysteme genannt Besonders akut zeigt sich dieser Nachteil bei elektronischen Uhren, da man von diesen erwartet daß sie beispielsweise ein volles Jahr mittels einer Batterie von 200 Milliamperestunden betrieben werden können. Dabei handelt es sich bereits um die derzeit besten, käuflich zu erwerbenden Batterien. Der Nachteil der bekannten Schaltungen zur Unterdrückung von Kontaktprellimpulsen offenbart sich also darin, daß sie trotz ihrer Wirtschaftlichkeit, ihrer Störfreieheit und ihrer Verträglichkeit mit der integrierten Schaltungstechnik bei ihrem Einsatz in elektronischen, batteriebetriebenen Systemen einen zu großen Leistungsverbrauch aufweisen.

Es ist demnach die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, eine hinsichtlich der Kosten, der Kleinheit der Langzeit-Zuverlässigkeit und der Herstellbarkeit in integrierter Schaltungstechnik mit den bekannten Schaltungen vergleichbare Schaltung anzugeben, die jedoch einen wesentlich reduzierten Leistungsverbrauch aufweist

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 gekennzeichnet

Es wird sichergestellt, daß lediglich beim Umschaltvorgang ein kurzzeitiger Stromfluß zum Zwecke der Entladung eines Einganges erfolgt, während im Ruhezustand, also nach abgeklungener Entladung bzw. bei nichtbetätigtem Kontakt kein Stromfluß festzustellen ist

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schaltung sind in den Unteransprüchen niedergelegt

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine bekannte Schaltung zur Unterdrückung von Kontaktprellimpulsen,

Fig.2 ein Ausführungsbeispiel einer Schaltung zur Unterdrückung von Kontaktprellimpulsen,

F i g. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Schal-

tung unter Verwendung von kreuzgekoppelten NAND-Toren und kreuzgekoppelten P-Kanal-Feldeffekttransistoren,

F ί g. 4 und 5 Abwandlungen der Ausführungsbeispie-Ie gemäß Fig,2 und 3 derart, daß sie gänzlich aus CMOS-Elementen aufgebaut sind, und

Fi g. 6 und 7 weitere, gänzlich mit CMOS-Elementen aufgebaute Ausführungsbeispiele.

Zunächst sei die bekannte Schaltung gemäß F i g, 1 näher betrachtet Die Schaltung besteht aus einem Flipflop 2, dessen Eingangsleitungen 3 und 4 über einen Umschaltekontakt 5 selektiv mit einer an den Anschluß 1 des Kontaktarms 6 angeschlossenen Spannungsquelle +V verbindbar sind. Das Flipflop liefert an seinen Ausgängen ein Signalpaar gleicher Amplitude aber entgegengesetzter Phase. Das Umschalten der Ausgangssignale des Flipflops erfolgt jeweils, wenn die Spannungsquelle +V vom einen zum anderen Eingang umgeschaltet wird. Beim Schalter 5 handelt es sich beispielsweise um einen mechanisch betätigten einpoligen Umschaltekontakt, bei dem der jeweilige Ruhekontakt erst geöffnet wird bevor der Arbeitskontakt geschlossen wird.

Beim Umschalten eines derartigen Schalters icann am zu schließenden Kontakt das bekannte Prellen auftreten. Das Prellen kann jedoch auch am zu öffnenden Kontakt festgestellt werden. Diese Prellvorgänge haben die Wirkung, daß anstelle eines einmaligen Spannungssprunges zunächst eine Reihe von Spannungsimpulsen erzeugt wird. Das aus den beiden NOR-Schaltungen 1 _J0 und 2 bestehende Flipflop stellt nun sicher, daß an seinen Ausgängen trotz des Prellvorganges stabile Ausgangssignale geliefert werden. Der Arbeitskontakt NO und der Ruhekontakt JVCIiegen gewöhnlich so weit auseinander, daß der Kontaktarm 6 nicht zwischen diesen beiden Kontakten hin- und herprellen kann. _v

Die beiden Eingangsleitungen 3 und 4 des Flipflops 2 sind über jeweils einen Widerstand R1 und R 2 mit einer Bezugsspannungsquelle, beispielsweise mit Masse verbunden. Die gestrichelt in die Schaltung eingezeichneten Kapazitäten Ci und C2 stellen die Eingangsbzw. Eingangsleitungskapazitäten des Flipflops 2 dar. Das bedeutet also, daß an jedem Eingang des Flipflops 2 eine ÄC-Schaltung liegt, die beim Betätigen des Umschaltekontaktes 5 zunächst die Ladungen an den Eingängen A 1 bzw. B 2 des Flipflops aufrechterhält Die Kapazitäten liegen üblicherweise in der Größenordnung von 10 Picofarad.

Ein echtes Problem stellt die Wahl der beiden Widerstände R1 und R 2 dar. Beim Abschalten der v> Spannungsquelle +V sollten die beiden Widerstände R 1 und R 2 möglichst niederohmig sein, damit eine kleine Zeitkonstante (T= RC) sichergestellt und damit ein schnelles Entladen des jeweiligen Eingangs des Flipflops 2 erreicht wird. Im Ruhezustand des Umschaltekontakts jedoch sollten die beiden Widerstände möglichst hochohmig sein, da sonst über den jeweils mit der Spannungsquelle +V verbundenen Widerstand ein hoher Strom nach Masse fließt und somit ein ständiger hoher Leistungsverbrauch festzustellen ist. Bei zu hohen Widerständen ist außerdem festzustellen, daß Leckströme in der Schaltung auftreten können, die eine instabile Betriebsweise zur Folge haben können.

Betrachtet man die eingangs erwähnten Anwendungen, wo kleine elektronische Anordnungen mit einer Batterie betrieben werden und diese Batterie nur eine KaDazität von etwa 200 iviilliamDerestunden aufweist.

so tritt das hier aufgezeigte Problem offen zutage. Es sei ein typisches Beispiel näher betrachtet. Der zur Anzeige der Zeit- und Datumsangabe in einer elektronischen Uhr zu betätigende Umschaltekontakt benötigt etwa 5 Mikrosekunden, bis der endgültige Kontakt hergestellt ist Während dieser Zeit würde die Schaltung zur Unterdrückung der Prellimpulse umgeladen werden und den anderen stabilen Schaltzustand einnehmen. Mit einem Entladestrom von einem Mikroampere und einer Spannungsquelle +V von drei Volt müßten die Widerstände R1 und R 2 eine Größe von drei Megohm aufweisen, um die schnellste Entladezeit zu garantieren. Ein Widerstand mit einer Größe von drei Megohm würde jedoch auch im Ruhezustand der Schaltung einen Strom von einem Mikroampere ziehen. Dies würde offensichtlich einen untragbaren Zustand aufweisen, wenn man eine Batterie als Spannungsquelle mit einer Kapazität von 200 Milliamperestunden in Betracht zieht

Die diskutierten Probleme treten auch bei einer vergleichbaren Schaltung auf, wie sv, im »Manual of Logic Circuits« von Gerald A. Maiey, Prentice Haii Publishers, 1970, auf Seite 75 veröffentlicht ist

Es sei nunmehr das in Fig.2 dargestellte Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schaltung näher erläutert Auch hier besteht das verwendete Flipflop 2 wiederum aus zwei kreuzgekoppelten NOR-Schaltungen. Ebenfalls ist der Umschaltekontakt 5 an gleicher Stelle vorgesehen. Ein wesentlicher Unterschied gegenüber der bekannten Schaltung besteht darin, daß die beiden Widerstände R1 und R 2 durch jeweils einen N-K&nai-Feldeffekttransistor 10 bzw. 11 ersetzt sind. Vorzugsweise gehören diese Transistoren dem Anreicherungstyp an, so daß sie leitend werden, wenn zwischen Gate und Source eine bestimmte Schwellspannung angelegt wird.

Die Transistoren 10 und 11 sind in Kreuzkopplung angeordnet, wobei das Gate jedes Transistors jeweils mit der Drain des anderen Transistors verbunden ist Die Source jedes Transistors liegt an einem gemeinsamen Bezugspotential, im betrachteten Beispiel an Mass.;. Es sei hier darauf hingewiesen, daß die modernen Feldeffekttransistoren symmetrisch aufgebaut sind, daß also die Bezeichnungen Drain unri Source nur ihre Bedeutung in Abhängigkeit von den angelegten Spannungen erhalten. Die Polarität der Spannungsquelle +V am Anschluß 1 ist gegenüber dem Bezugspotential so gewählt daß einer der beide.n Transistoren in den leitenden Zustand geschaltet wird, wenn die Spannungsquelle + V an sein Gate angelegt wird. Bei Verwendung vort N-Kanal-Transistoren liefert die Spannungsquelle + V ein gegenüber dem Bezugspotential positives Potential.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Schaltung gegenüber den bekannten Schaltungen ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung der Betriebsweise. Das Flipflop 2 besteht in konventioneller Weise aus zwei kreuzgekoppelten NOR-Schaltungen 1 und Z Nimmt man eine positive Logik an, so ergibt sich für eine NOR-Schaltung die in Tabelle I angegebene Wahrheitstabelle, Eine Verbindung mit der Spannungsquelle + V ist als logische 1 und eine Verbindung mit Massepotential ist als logische 0 definiert. Die Wirkungsweise des Flipflops 2 ergibt sich aus der Wahrheitstabelle II, wobei NC und NO die Eingangssignale an den Anschlüssen A 1 und Bl des Flipflops bedeuten und die Ausgangssignale am Ausgang und am invertierten Auseane anstehen.

Tabelle I

Al	ΛΌ	ei	Ausgang	Ausgang
1		1		O
1	O	O	O	O
O	O	1		O
O	1	O	I	1
Tabelle II
NC		INV.
		Ausgang
1		I
O
O		O

IO

2(1

Die beiden NOR-Schaltungen sind stabil, d. h„ in Abhängigkeit von den vorgegebenen Eingangssignalen nimmt der Ausgang die in Tabelle I angegebenen Werte an. Schaltet jedoch z. B. der Schaltarm 6 in F i g. 2 die .'5 Spannungsquelle +V von NC nach NO, dann schaltet das logische Eingangssignal an Anschluß 02 der NOR-Schaltung 2 von 0 nach I und damit der invertierte Ausgang von I nach 0. Das Eingangssignal am Anschluß B1 folgt dem Signal am invertierten Ausgang. Der Transistor 10 wird leitend und entlädt den Eingang A 1. Die Eingangssignale an der NOR-Schaltung 1 sind nunmehr A 1=0, ßl=0 während der Ausgang von 0 nach 1 schaltet. A 2 folgt dem Signal am Ausgang und schaltet von 0 nach 1, so daß die Schaltung in diesem Schaltzustand verriegelt Am nichtinvertierten Ausgang erhält man eine logische 1, während am invertierten Ausgang eine logische 0 auftritt.

Unter der Annahme, daß der Schaltarm 6 des Umschaltekontaktes 5 prellt, wird der Kontakt zwisehen A/O und Schaltarm 6 unterbrochen. Das Potential an S2 von +3V bleibt so lange erhalten, bis Ö2 entladen ist. Die Entladung könnte beispielsweise durch Stromverbrauch in den NOR-Schaltungen oder durch Leckströme erfolgen. Logisch ausgedrückt gilt also zu diesem Zeitpunkt: AZC=O, AZO=O und A l = ß2 = 0. Es handelt sich also um einen Speicherzustand, bei dem der nichtinvertierte und der invertierte Ausgang das gleiche Signal aufweisen. Der Grund dafür liegt darin, daß, obwohl das Signal an B 2 von 1 nach 0 wechselt, trotzdem der Eingang an A 2 auf 1 bleibt Die Tabelle I zeigt, daß am invertierten Ausgang eine logische Null bleibt

Nach der logischen Operation des Flipflops 2 sei nun die elektrische Betriebsweise der Schaltung nach F i g. 2 beschrieben. Zunächst sei der Ruhezustand betrachtet, in dem der Schaltarm 6 die Spannungsquelle +V mit dem Ruhekontakt NC verbindet Der Eingang A 1 der NOR-Schaltung 1 liegt an der Spannungsquelle +V, während der Eingang B 2 der NOR-Schaltung 2 über bo den Transistor 11 an Massepotential gelegt ist Das Gate des Transistors 11 und die Drain des Transistors 10 sind positiv vorgespannt Das Gate des Transistors 10 und die Drain des Transistors 11 liegen auf MassepotentiaL Der Transistor 10 ist nächtleitend, da an seinem Gate b=> keine entsprechende Spannung liegt Es ist also festzustellen, daß weder Transistor 10 noch Transistor 11 im Ruhezustand einen Strom ziehen. Der Strompfad von + V nach Masse ist durch den gesperrten Transistor 10 unterbrochen. Über den anderen Slrompfad, der über den Transistor 11 verläuft, fließt kein Strom, da sowohl die Source als auch die Drain des Transistors 11 auf dem gleichen Potential liegen.

Wird der Umschaltekontakt 5 betätigt, wird also der Schaltarm 6 in Kontakt mit dem Arbeitskontakt NO gebracht, so wird an das Gate des Transistors 10 die Spannungsquelle +V gelegt. Der Transistor 10 wird leitend. Die an A 1 der NOR-Schaltung ! vorhandene Ladung wird über den Transistor 10 abgeführt. Das positive Potential an A 1 hat auch zur Folge, daß der Transistor 11 so lang:· Strom zieht, bis der Transistor 10 den Eingang A 1 auf den Schwellwert des Transistors 11 entladen hat. In diesem Zeitpunkt wird der Transistor 11 wieder nichtleitend. Die einzige Bedingung für diese Wirkungsweise ist, daß der Schaltarm 6 zunächst so lange am Kontakt NO anliegt, bis die Entladung stattgefunden und der Ausgang der NOR-Schaltung 1 seinen Schaltzustand von einer logischen ü auf eine logische 1 verändert hat. Diese Bedingung ist sehr leicht einzuhalten, da die Entladung aufgrund der extrem niederohmigen Strompfade bei der ersten Berührung von Schaltarm und Kontakt extrem schnell erfolgt. Danach kann der Kontakt prellen, ohne daß sich dadurch der stabile Ausgangszustand verändern würde.

F i g. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem kreuzgekoppelte P-Kanal-Feldeffekttransistoren und kreuzgekoppelte NAND-Schaltungen als Flipflop dienen.

Die nachstehende Tabelle III stellt die Wahrheitstabelle für das aus den beiden NAND-Schaltungen gebildete Füpflop 20 dar. Wie beim bereits beschriebenen Ausführungsbeispiel stellt eine Verbindung mit der Spannungsquelle + V eine logische 1 und mit Masse eine logische 0 dar. Die Gesamtwirkungsweise der Schaltung gemäß F i g. 3 ergibt sich aus der Wahrheitstabelle IV.

Tabelle III	NO	£1	Ausgang	Ausgang
Dl		1		0
1	1	0	I	1
1	1	1		1
0	0	0	0	1
0	0
Tabelle IV				INV.
NC		Ausgang
		0
0
1		1
1
0

Im Betrieb verbindet der Kontaktarm 6 zunächst das an Anschluß 1 angelegte Massepotential mit dem Ruhekontakt NC Das heißt also, daß an den Eingang D1 der NAND-Schaltung 1 eine logische 0 angelegt ist Aufgrund des Massepotentials wird der P-Kanal-Feldeffekttransistor 33 leitend und bildet einen Stromweg von der positiven Spannungsquelle +V ü'«r den Leiter 14 zurr. Eingang E2 der NAND-Scha!tung Z Am Eingang E2 liegt also eine logische 1. Wie aus der Tabelle ΠΙ zu ersehen ist, muß am Ausgang der NAND-Schaltung 2

eine logische 0 liegen. Aus diesem Grund liegt auch am Eingang E1 eine logische 0, während am Ausgang der NAND-Schaltung 1 eine logische 1 liegt. Diese 'ogische t ist auf den Eingang DI der NAND-Schaltung 2 zurückgeführt. Damit sind alle Eingangs- und Ausgangssignale in einem stabilen Zustand. Trennt nun der Kontaktarm 6 am Ruhekontakt NC und verursacht dadurch Unterbrechungen, so könnte am Eingang D1 der NAND-Schaltung 1 eine Verschiebung auftreten. Der stabile Zustand bleibt jedoch erhalten, da die NAND-Funktion garantiert, daß am Ausgang die logische 1 erhalten bleibt, solange £>1 auf dem der logischen 0 entsprechenden Potential bleibt.

Die elektrische Funktionsweise der Schaltung gemäß F i g. 3 entspricht der der Schaltung gemäß F i g. 2. Liegt der Kontaktarm 6 am Ruhekontakt NC, so ist der Transistor 33 leitend und verbindet die positive Spannungsquelle mit dem Anschluß £2 der NAND-Schaltung 2. Der Transistor 32 bleibt gesperrt. Das heißt aiso, daß im Ruhezustand beide Transistoren 32 und 33 genau wie die beiden Transistoren 10 und 11 in der Schaltung gemäß F i g. 2 keinen Strom ziehen. Wird der Umschaltekontakt S betätigt, indem der Schaltarm 6 an den Arbeitskontakt NO angelegt wird, so wird an das Gate des Transistors 32 und an die Drain des Transistors 33 Massepotential angelegt. Eine an Anschluß £2 der NAND-Schaltung 2 vorhandene Ladung wird über den geschlossenen Arbeitskontakt NO nach Masse abgeleitet. Das Massepotential bewirkt auch, daß der Transistor 32 so lange Strom zieht, bis der Anschluß D1 auf das Potential der Spannungsquelle +V aufgeladen ist. De» Transistor 33 leitet, bis der Anschluß D1 auf einen Wert unterhalb des Schwellwertes entladen ist.

Die Fig.4 und 5 zeigen Ausführungsbeispiele, die einen minimalen Leistungsbedarf aufweisen. Die Schaltungen sind gänzlich mit Metall-Oxyd-Silizium-Feldeffekttransistoren (CMOS) verwirklicht. Als solche sind sie im Ruhezustand durch einen minimalen Leistungsverbrauch und eine äußerst geringe Störanfälligkeit charakterisiert. Außerdem ist für den Betrieb nur eine einzige Spannungsquelle erforderlich. Die Schaltungen lassen sich in mikrominiaturisierter Form auf einem Halbleiterplättchen verwirklichen und sind damit bestens für den Einsatz in elektronischen Uhren und anderen kleinen Anzeigeeinheiten geeignet

Die CMOS-Schaltungen der F i g. 4 und 5 entsprechen den Schaltungen der Fig.2 und 3. Die in den gestrichelten Blöcken 2' und 2V enthaltenen Schaltungen stellen wiederum kreuzgekoppelte NOR- und NAND-Schaltungen dar. Derartige Schaltungen sind beispielsweise in »COS/MOS Integrated Dircuits Manual«, RCA Technical Series CMS 271, 1972, Seiten 24 bis 27, beschrieben.

Die Schaltung gemäß F i g. 4 hat folgende Wirkungsweise. Solange der Kontaktarm 6 am Ruhekontakt JVC anliegt, ist der P-Kanal-Transistor 22 nichtleitend und der N-Kanal-Transistor 24 leitend. Am nichtinvertierenden Ausgang liegt Massepotential. Ober A 2 wird auch der P-Kanal-Transistor 26 leitend und hält den N-Kanal-Transistor 29 nichtleitend Das positive Potential auf der Leitung 3 bringt den N-Kanal-Transistor 11 in den leitenden Zustand, so daß Anschluß B 2 an Masse gelegt wird Dadurch werden die N-Kanal-Transistoren 10 und 28 nichtleitend Der P-Kanal-Transistor 27 leitet Damit ist der invertierte Ausgang mit der positiven Betriebsspannung V_D verbunden, !m Ruhezustand zeigt die Schaltung gemäß F i g. 4 keinen Leistungsverbrauch auf, wenn man von geringen Leckströmen oder vom

Strombedarf der an den Ausgang angeschlossenen Schaltungen absieht. Es ist kein Stfomweg von der

positiven Potentialquelle nach Masse vorhanden. Die

Schaltung ist gleichstromstabil. Dieselben Feststellun-

gen treffen zu, wenn der Kontaktarm 6 mit dem

Arbeitskontakt NO verbunden ist. In diesem Zustand

sind lediglich die Signale an den Ausgängen umgekehrt.

Während eines Umschaltvorganges, wenn also Schaltarm 6 vom Ruhekontakt zum Arbeitskontakt

ίο umschaltet, bleibt der Transistor U aufgrund der in der Streukapazität Cl gespeicherten Spannung leitend. Dieser Zustand bleibt so lange erhalten, bis Transistor 10 leitend wird und die Kapazität C 1 über Transistor 10 nach Masse entladen ist. Damit wird Transistor 11

ii gesperrt, während Transistor 10 leitend bleibt und A 1 auf Massepotential hält. Es fließt jedoch kein ins

Gewicht fallender Strom, da keine Verbindung von der Spannungsquelle +3 V nach Masse besteht. F i g. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einem Paar

kreuzgekoppelter F-Kanal-KeidelFekttransistoren 32 und 33, die an die Eingänge eines aus einem Paar kreuzgekoppelter CMOS-NAND-Schaltungen gebildeten Flipflops 20' angeschlossen sind. Bei dieser Schaltung wird der Umschaltekontakt 5 direkt mit Masse verbunden. Ein wesentlicher Gesichtspunkt bei dieser Schaltung ist natürlich, daß die an die Gates der Transistoren 32 und 33 anzulegenden Potentiale niedriger sind als das der Source. Die Poter.*ia'differenz ist dabei von Bedeutung und nicht der absolute »Vm dieser Spannungen.

Während des Betriebszustandes mit an Masse angeschlossenem Ruhekontakt Λ/Cist der Transistor 33 leitend und der Transistor 32 gesperrt. Anschluß D1 liegt auf Massepotential. Anschluß E 2 liegt auf +3V.

Transistor 37 ist leitend und verbindet die Spannungsquelle Vs= 3 V mit dem nichtinvertierten Ausgang. Das von Transistor 33 weitergeleitete positive Potential sperrt über Anschluß E2 den Transistor 40 und bringt den Transistor 39 in den leitenden Zustand. Über D 2 wird auch Transistor 38 leitend, so daß am invertierten Ausgang Massepotential erscheint, was einer logischen 0 entspricht. Transistor 41 ist gesperrt. Wird der Kontaktarm 6 zum Arbeitskontakt NO umgeschaltet, so sind die Signale am nichtinvertierten und am invertier-

* · ten Ausgang in ihrer Polarität umgekehrt

Während des Umschaltvorganges von TVC nach NO bleibt die Leitung 13 so lang auf Massepotential, bis der Kontaktarm 6 den Arbeitskontakt NO schließt Sobald dies geschieht, wird Transistor 32 leitend Der Anschluß

jo D1 wird auf + 3 V aufgeladen. Der Transistor 32 bleibt leitend zieht aber nur so lange Strom, bis die Kapazität C3 j-eladen ist Der Transistor 33 zieht Strom, bis Anschluß D1 entsprechend geladen ist Sobald Transistor 33 gesperrt ist, ist ein Stromfluß von der

Spannungsquelle +3 V nach Masse unterbunden.

Während irgendwelcher Prellvorgänge bleiben die Ausgänge stabil auf dem eingestellten Zustand

Die Fig.6 und 7 zeigen Ausführungsbeispiele der Erfindung, bei denen kreuzgekoppelte N-Kanal-Feldef fekttransistoren in Verbindung mit CMOS-NAND- Schaltungen und kreuzgekoppelte P-Kanal-Feldeffekttransistoren in Verbindung mit CMOS-NOR-Schaltungen eingesetzt sind Diese Schaltungen sind unter Umständen nicht ganz so vorteilhaft wie die bereits beschriebenen Schaltungen, da zur Verhinderung von Preüeffekten echte Kapazitäten an die Eingänge angeschlossen werden müssen. Diese Schaltungen sind aber deswegen von Interesse, weil sie zeigen, daß

kreuzgekoppelte NAND-Schaltungen verwendbar sind, wobei positive Eingangssignale zum Betrieb der kreuzgekoppelten N-Kanal-Transistoren erforderlich sind, beziehungsweise daß kreuzgekoppelte NOR-Schaltungen verwendbar sind, wobei negative Eingangssignale zum Betrieb der kreuzgekoppelten P-Kanal-Transistoren erforderlich sind.

In der Schaltung gemäß F i g. 6 sind zwei kreuzgekoppelte N-Kanal-Feldeffekttransistoren 10 und 11 an den Eingängen des Flipflops 20" angeordnet, das aus zwei kreuzgekoppelten NAND-Schaltungen besteht. Von der Eingangsleitung 3 führt eine Kapazität C5 an eine positive Spannungsquelle von 3 V. Außerdem verbindet eine Kapazität C6 die Eingangsleitung 4 mit einer positiven Spannungsquelle von 3 V. Alle der in der Schaltung gemäß Fig.6 mit +3V bezeichneten Anschlüsse sind vorzugsweise mit der gleichen Spannungsquelle verbunden. Es sei darauf hingewiesen, daß die Kapazitäten C5 und CS auch mit Massepotential verbunden sein könnten, ohne daß die Funktion der Schaltung wesentlich beeinflußt werden würde.

Geht man vom Betriebszustand aus, bei dem der Schaltarm 6 die Spannung von +3 V dem Kontakt NC zuführt, so ist der Transistor 42 leitend und der Transistor 44 gesperrt. Das positive Signal auf der Leitung 3 hält auch den Transistor 11 im leitenden Zustand. Damit liegt der Eingang El an Massepotential, wodurch Transistor 48 leitend und Transistor 47 gesperrt ist. Der invertierte Ausgang liefert ein Signal von +3 V, also eine logische 1. Dieses Signal hält über Ei den Transistor 43 leitend und den Transistor 45 gesperrt, so daß sich der nichtinvertierte Ausgang über die Transistoren 42 und 43 auf Massepotential befindet. In diesem Zustand ist die Schaltung stabil. Ein entsprechender Betriebszustand ergibt sich für den Fall, daß der Schaltarm 6 den Arbeitskontakt NO kontaktiert. Dabei sind dann die Ausgangssignale gerade umgekehrt aber ebenso stabil.

Eine Schwierigkeit kann jedoch entstehen, wenn der Schaltarm 6 am Ruhekontakt Λ/Cprellt und dadurch die Spannung von +3 V von der Leitung 3 abtrennt. Ist in dieser Situation keine Kapazität CS vorgesehen, so können die Transistoren 11 und 42 gesperrt werden. Das bedeutet, daß der nichtinvertierte Ausgang nicht auf Massepotential bliebe. Der Grund dafür ist, daß der Eingang D1 infolge von Leckströmen nach Massepotential absinken könnte. In diesem Fall würde der Transistor 42 gesperrt und der Transistor 44 leitend, so daß das Potential am nichtinvertierten Ausgang von Mässepotential auf +3 V ansteigen würde. Damit wäre aber die Funktionstüchtigkeit der Schaltung nicht mehr gewährleistet, da der invertierte und der nichtinvertierte Ausgang nicht mehr gegenphasige· Signale liefern würde. Ein vergleichbarer Nachteil würde auftreten,

wenn der Schaltarm 6 am Arbeitskontakt NO prellt.

Um dieses Problem zu umgehen, sind gesonderte Kapazitäten C5 und C6 in die Schaltung eingefügt. Unter Umständen reichen dabei die ohnehin auftretenden St eukapazitäten völlig aus. Sind diese Kapazitäten jedoch nicht ausreichend groß, so werden diskrete Kapazitäten in die integrierte Schaltung eingebaut. Diese Kapazitäten verhindern bei entsprechender Dimensionierung während des Umschaltevorganges Potentialschwankungen an den Eingängen DX und El.

Beim Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 7 sind zwei kreuzgekoppelte P-Kanal-Feldeffekttransistoren 32 und 33 an die Eingänge des Flipflops 2" angeschlossen, das aus zwei kreuzgekoppelten NOR-Schaltungen besteht. Kapazitäten Cl und CB verbinden die Eingangsleitungen 13 und 14 mit Massepotential. Verbindet der Schaltarm 6 das Massepotential am Anschluß 1 mit dem Ruhekontakt NQ so befindet sich der Eingang A 1 ebenfalls auf Massepotential und hält den Transistor 52 im leitenden und den Transistor 54 im gesperrten Zustand. Das Signal auf der Leitung 13 bringt auch den Transistor 33 in den leitenden Zustand, so daß die Spannung von +3V an den Eingang Bl gelegt wird. Damit wird der Transistor 58 leitend und der Transistor 57 gesperrt. Der invertierte Ausgang erhält über Transistor 58 das der logischen 0 entsprechende Massepotential. Dieses Signal bringt über B1 den Transistor 53 in den leitenden und den Transistor 55 in den gesperrten Zustand, so daß am nichtinvertierten Ausgang das der logischen 1 entsprechende Potential von +3V anliegt. In diesem Schaltezustand ist die Schaltung stabil. Ein entsprechender, ebenfalls stabiler Schaltzustand stellt sich ein, wenn der Schaltarm 6 den Arbeitskontakt NO kontaktiert.

Auch hier kann das in Verbindung mit der Schaltung gemäß Fig.6 auftreten, wenn der Schaltarm 6 am Ruhekontakt NC prellt und dabei das Massepotential von der Leitung 13 abtrennt Wäre hierbei die Kapazität Cl nicht vorgesehen, so könnten die Transistoren 33 und 52 nichtleitend werden. Am nichtinvertierten Ausgang bliebe dann die logische 1 nicht erhalten. Der Grund dafür liegt darin, daß sich die Spa.mung am Eingang A 1 infolge von Leckstromwegen gegen den Wert von +3 V verändern würde. Dadurch könnten der Transistor 52 gesperrt und der Transistor 54 leitend werden. Das Potential am nichtinvertierten Ausgang würde dann von +3V nach Masse abfallen. Entsprechende gleichphasige Ausgangssignale können auftreten, wenn der Schaltarm 6 am Arbeitskontakt NO prellt.

Wie im Zusammenhang mit der Schaltung gemäß Fig.6 erläutert, kann das aufgezeigte Problem durch den Einbau von Kapazitäten Cl und C8 geeigneter Größe verhindert werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche;

l.Schaltungzur Unterdrückung von Kontaktprellimpulsen bei Umschaltkontakten, bei ^der ^eine Spannungsquelle über die prellenden Kontakte eines Umschalters selektiv mit dem ersten oder mit dem zweiten Eingang eines Flip-Flops verbunden ist, an dessen Ausgängen in Abhängigkeit von dem jeweils mit der Spannungsquelle verbundenen Eingang stabile, komplementäre Ausgangssignale anstehen und an dessen Eingängen jeweils ein Entladestrompfad angeschlossen ist, derart, daß der nach dem Umschalten von der Spannungsquelle abgetrennte Eingang über seinen Entladestrompfad entladen is wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladestrompfad jedes Eingangs von der Spannung am jeweils anderen Eingang gesteuert ist, derart, daß am Ende der Entladung der Entladestrompfad des nach dem Umschalten mit der Spannungsquelle verbundenen Eingangs gesperrt ist
2. Schaltung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Entladestrompfad aus der Source-Drain-Strecke eines Feldeffekttransistors besteht, dessen Gate mit dem jeweils anderen Eingang verbunden ist
3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsquelle eine positive Spannung liefert und die Feldeffekttransistoren dem N-Kanal-Typ angehören.
4. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet dali die Spannungsquelle eine negative Spannung liefert und die Feldeffekttransistoren dem P-Kanal-Typ angehören.
5. Schaltung nach Anspruch 3. dadurch gekennzeichnet, daß das Flipflop aus zwei kreuzgekoppelten NÖR-Schaltungen besteht
6. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Flipflop aus zwei kreuzgekoppelten NAND-Schaltungen besteht
7. Schaltung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet daß das Flipflop aus komplementären Feldeffekttransistoren aufgebaut ist
8. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet daß parallel zu jedem der die Entladestrompfade bildenden Feldeffekttransistoren eine Kapazität angeordnet ist