DE2460655A1 - Integrierte elektronische schalteranordnung - Google Patents
Integrierte elektronische schalteranordnungInfo
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Description
ital.Anm. No.19073 A/74
vom 4.1.1974
Societa Itallana Telecomunlcazion! Siemens s.p.a.,
Mailand (Italien)
Integrierte elektronische Schalteranordnung
Die Erfindung bezieht sich auf eine integrierte elektronische
Schalteranordnung mit einem MOS-Transistor als Schaltelement und mit einer Trennstufe, insbesondere zum Durchschalten breitbandiger
Signale, deren Frequenzband sich von wenigen Hz bis zu etwa 15MIz erstrecken kann.
Bei der Herstellung von solchen Schaltern wird, wie in der
Elektronik ganz allgemein, eine Miniaturisierung der Bauelemente und der dazugehörigen Schaltungen angestrebt. Kompakte-Schaltungen
sind nicht nur platzsparend, sondern auch wirtschaftlicher ■
und zuverlässiger.
Ein bekannter elektronischer Schalter zum Durchschalten von breitbandigen
Signalen arbeitet mit einem in MOS-Technik ausgebildeten Transistor und nutzt daher alle bekannten Vorteile eines derartigen
Schaltelementes. Es hat sich jedoch beim Betrieb dieses Schalters gezeigt, daß das Schaltverhalten durch Störkapazitäten
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verschlechtert wird. Insbesondere wird die Dämpfung des Signals
bei offenem Schalter, d.h. bei gesperrtem Transistor, vermindert,
da ein Teil des Signals über die Störkapazitäten unter Umgehung des Transistors durchgeschaltet wird. Daraus ergibt sich die
Notwendigkeit, zusätzliche Kapazitäten vorzusehen, durch welche die nachteilige Auswirkung der Störkapazitäten dadurch wieder
aufgehoben wird, daß sie den normalerweise über die Störkapazitäten fliessenden Anteil des Signals nach Masse hin ableiten.
Für diese Kurzschluß-Kapazitäten für das Signal sind aber Kondensatoren erforderlich, welche einer vollkommenen Integrierung
des Schalters im Wege stehen. Daraus ergeben sich wiederum alle Nachteile, die mit der Verwendung von diskreten Bauelementen
im Zusammenhang stehen.
Es ist ferner bekanntr daß bei elektronischen Schaltern der
erwähnten Art eine Trenn*"-bzw* Entkoppelstufe vorzusehen ist,
damit mögliche Laständerungen keine Auswirkung auf die Signalquelle haben können. In einer bekannten Ausfiihrungsform enthält
eine solche Entkoppelstnfe einen nicht integrierten Transistor
in Kollektorschaltung. Bei dieser Ausführuhgsform muß neben den bekannten Nachteilen der Verwendung von diskreten anstelle von
miniaturisierten Bauelementen der auch bei offenem Schalter, also bei gesperrtem Transistor beträchtliche Stromverbrauch
der Etnkoppelstufe in Kauf genommen werden.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektronische
Schalteranordnung mit einer Trennstufe zu schaffen, welche vollkommen miniaturisiert ist, bei offenem Schalter eine praktisch
unendlich große Dämpfung ermöglicht, also eine Signal-Durchschaltung in diesem Schaltzustand vollkommen ausschließt,
und außerdem einen vernachlässigbar kleinen Stromverbrauch aufgrund der Trennstufe hat.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1
gekennzeichnete Schalteranordnung.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß die nachteilige
Auswirkung der Störkapazitäten im Sperrzustand des Transistors automatisch durch ein miniaturisiertes (integriertes) Bauelement
ausgeglichen werden kann, welches die Steuerung des Schalttransistors übernimmt. Dabei wird auch eine Miniaturisierung
der Trennstufe ermöglicht, deren besondere Zusammenschaltung mit dem Schalttransistor einen vernachlässigbar kleinen Stromverbrauch
der Trennstufe zur Folge hat.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt. Dabei zeigen:
Figur 1 einen elektronischen Schalter gemäß der Erfindung mit
einer Trennstufe und
Figur 2 eine Schalteinrichtung bestehend aus η einzelnen Schaltern
gemäß Fig. 1 zum Durchschalten von η Eingängen auf einen gemeinsamen Ausgang.
Der in Figur 1 insgesamt als Block IE bezeichnete Schalter gemäß der Erfindung umfaßt ein Schaltelement I, eine Steuerschaltung
P für das Schaltelement I und eine dem Schaltelement I vorgeschaltete Entkoppel- bzw. Trennstufe S. '
Das Schaltelement I besteht aus einem MOS-Transistor T1, dessen
Source-Anschluß 1 mit einem Ausgang der Trennstufe S und dessen
Drain-Anschluß 2 mit dem Ausgang U des Schalters verbunden ist. Der Gate-Anschluß 3 des Transistors T1 ist über einen Widerstand
R1 mit dem negativen Pol der Betriebsspannungsquelle verbunden.
Das Substrat des Transistors T1 steht mit dem positiven
Pol der Betriebsspannungsquelle in Verbindung.
Die Steuerschaltung P besteht aus einem zweiten Transistor T2,
dessen Source-Anschluß mit dem positiven Pol der Betriebsspannungsquelle
und dessen Drain-Anschluß mit dem Gate-Anschluß
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des ersten Transistors T1 an einem vor dem Widerstand R1 liegenden
Schaltungspunkt verbunden ist«, Das' Steuersignal ρ für
den ersten Transistor T1 wird am Gate-Anschluß 3 des zweiten
Transistors T2 angelegt.. Auch d@r zweite Transistor T2 ist
in MOS-Technik ausgebildet. Nach einer bevorzugten Äusführungsform
haben der erste nnä der zweite Transistor T, und T_ im leitenden
Zustand dan gleichen Wider standswert.
Die Trennstuf© S besteht aus einem dritten Tranaistor T31? welcher
ebenfalls in MOS-Technik ausgebildet ist nnä daher zusammen
mit dem ersten und dem zweiten Transistor T1 nnä T2 integrierbar
. ist. Der SoazGe-An&ehluB 4 des dritten Transistors T3
ist mit dem Source-Ansehluß 1 des ersten Transistors T1 verbunden.
Der Drain-Anschluß 5 des dritten Transistors T3 ist mit
dem negativen Pol der B@tri©bsspanaungsguelle verbunden. Am
Gate-Anschluß des dritten Tranifetors T3 steht das durehzuschaltende
Signal s an. Mit R2 rand R3 sind zwei Vorspannungswiderstände
bezeichnet, die jeweils vom Gate-Anschluß des dritten
Transistors T3 zum positiven bzw«, negativen Pol der Betriebsspannungsquelle
führen. Das Substrat des dritten Transistors T3 steht mit dem positiven Pol der Betriebsspannungsquelle in Verbindung.
Nach einem besonderen Merkmal d©s hier beschriebenes Schalters
erhält der dritte Transistor Tj seine Source-Vorspannung über
den an den Drain-Anschluß des ersten Transistors T1 geschalteten
Vorspannungswiderstand R. Der dritte Transistor T3 erhält also
seine Vorspannung über des ersten Transistor T1 * Bei offenem
Schalter,'d.h. bei gesperrtem Transistor T , nimmt der Vorspannungswiderstand
R für den dritten Transistor T3 keine Leistung
auf, wogegen in bekannten Schaltungen stets auch im Sperrzustand
des Schalters eine gewisse Leistungsaufnahme unvermeidbar ist.
Da ein MOS-Transistor bekanntlich unabhängig von der Stromrich-
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-s- 2460.555
tung leiten kann / ist es ohne weiteres möglich, die Source-
und Drain-Anschlüsse der Transistoren T1, T2 und T3 jeweils
miteinander zu vertauschen.
In Figur 2 ist eine erfindungsgemä aufgebaute elektronische
Schalteinrichtung dargestellt, durch welche η Eingänge 1, , I0,
... In auf einen gemeinsamen Ausgang UA jeweils steuerbar
durchgeschaltet werden können. Die durchzuschaitenden Signale S1, S2I ·♦· Sn stehen an den Eingängen I1, I2, ..« In an, die
jeweils durch den Gate-Anschluß entsprechender Transistoren T3j, T32# '''73J1 gebildet sind. Die Drain-Anschlüsse dieser
Transistoren sind untereinander und mit dem negativen Pol der Betriebsspannungsquelle verbunden.? wogegen der Source-Änschluß
eines jeden Transistors mit dem Source-Anschluß eines entsprechenden
Tranais tor s Tl1, Tl2, ...Tl verbunden ist«, Das Substrat
der Transistoren TS1, Τ32, ··. T3 und der Transistoren Tl1,Tl2,
.. ·Τ1 steht m
in Verbindung«
in Verbindung«
.. ·Τ1 steht mit dem positiven Pol ümx Betriehsspas&nungsquelle
Die in Figur 2 dargestellte elektronische Schalteinrichtung besteht, wie ersichtlich f aus einer Meforzabl von uiat©reipancler verbundenen
Schaltern, die jeweils einem Schalter der enternd ir©n
Figur 1 beschriebenen Art entsprechen. Die Transi@tor@B TS1, T32,
...T3n erfüllen die gleichen Funktionen einer Trenn«tufa wie
der Traneistor T3, und die Transistoren Tl1, Tl2? β., Tln. erfüllen
ihrerseits die gleichen Funktionen - eine?? Schaltelement©®
wie der Transistor T1.
Die Transistoren Tl,, Tl-, ..,Tl9. sind mit ihrem Gate-Anschluß
jeweils über einen Widerstand Bl1, EI2, ###r1r *n ämn negativen
Pol der Betriebsspannungaquelle angeschlossen. Die Drain-Anschlü«
se der Transistoren Tl1, Tl2* ·*·^η iünren zu Einern gemeinsamen
Ausgang UA, auf welchen wahlweise eines der Signale an den Eingängen
I1, I2, '''In durchschaltbar ist. Mit T2ir T22, ...T2n
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sind jeweils star Steuerasf ei©r Transistören Ti«, Tl2,... Tl vor
gesehene Transistoren b^gisiatedtj, dl© offensichtlich die gleichen
Funktionen wi© ä®w im Figur a dargestellte Transistor T2
erfüllen. Bei diesen Steiasrtransistorest 1st der Source-Anschluß
mit äero positiven Pol dar B@tri©bsgjpa£mung©qu©lle, der Drain-AnsofeluE
Mit den Gatm^hneehluQ der fifsasistoren Tl,, Tl9, .eeTl
ara einere jeweils vor ä@a lfiä@rstIM@B El. p El«,, .;.Ri liegendea
Schaltungspunkt bM äms <Ga,t&~*hmdhInß mit einer an sich bekannten
Cnisht dargeatelltcBn) Daeoclierselaaltung verbunden, welche
ein Steuersignal pl? p2P oOepia lieferte Das Siabstrat der
Transistoren K1, 12^o »»»f2a ©teilt mit ü©w, positiven Pol der
BetriebsapasinungsqiiellQ im W®zb&wä®m<$}* Mtt U0 ist ein für di@
Asms is tores Κ«, TS^p »»ofS^ goieiiis©® iFoirgeeefeener, dem Drain-
b®3&'i<8hMQto £m<&h isa Fall,© der Schalt©in-
? 2 ist üos 2isq1q i?@I üma ¥©rspannungswid©r-
staxsües R mit ä&m, positi^Gsa Ρ@1 d®^ B©triefesspannungsquelle ver
bunä®ne Wie bereits f@r äan Iiaselsekalteg1 C^if^r 1) ausgeführt
ist @s aacfe b©im lfefei?ga<slis©l!iQlt@r adgliefe, die
und Draiß-Äa»cklöea© des S^sasistoreiE Tl, ρ si^ff ...Tl_, 5?2,,
s« vertausehea
Die bei Verwendung -des1 bQQeliriQfeeKQa S<sli6lt@raaordniing
bar«si Vorteile liege® lasfeeisoMerQ im ©te Möglichkeit, den. Schalter
vollkommen zu aisiatm-iaierea nmä an<sh die Tressnstufe in di©
Schalteranordnung zn &®fc®§K±Q&®no Dies® Möglichkeit besteht sowohl
im Falle eines Eiaselscli©lt©rs CFigßr 15 e als auch im Falle
eine» Mehrfachechaltes'C] Cflgnr 2}«. Damit argeben sich ein
verminderter Platz- und Wartungsbedarf vanü eia© erhdlste ^uverlÄieigkeit
des Schaltersο Ein weiterer Vorteil besteht in der
vernachlässigbar kleinen Leistungsaufnahme im öffnungszustand des
Schalters, d.h. im Sperrzustand des das Schaltelement bildenden
Schalttransistors. In diesem Zustand führt der Widerstand E
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*" V"™
keinen Strom, wie schon erwähnt wurde.
Im Rahmen der Erfindung sind Änderungen der beschriebenen und
dargestellten Schalteranordnung möglich. Beispielsweise lassen sich statt der MOS-Transistoren auch andere Feldeffekt- oder
sonstige Transistoren verwenden.
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Claims (3)
- P a t e η t a η s ρ r Ü c h eIntegrierte elektronische Schalteranordnung mit einem MOS-Transistor als Schaltelement und mit einer Trennstufe, insbesondere zum Durchschalten breitbandiger Signale, dadurch ge Kennzeichnet s daß der MOS-Transistor (T.) über einen zweiten, ebenfalls in MOS-Technik ausgebildeten Transistor (T2) gesteuert 1st, dessen Source-Anschluß oder Drain-Anschluß mit dem positiven Pol der Betriebsspannungsqueile und dessen Drain-Anschluß bzw. Source-Anschluß mit dem Gate-Anschluß des ersten Transistors (T1) verbunden ist, wobei das Steuersignal (p) für den ersten Transistor (T1) am Gate-Anschluß des zweiten Transistors (T2) liegt.
- 2.) Schalteranordnung nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet ι daß die Trennstufe aus einem dritten, ebenfalls in MOS-Technik ausgebildeten Transistor (T3) bestehtr dessen Source-Anschluß öder Drain-Anschluß mit dem Source-Anschluß bzw. Drain-Anschluß des ersten Transistors (T1) und dessen Drain-Anschluß bzw. Sourceanschluß mit dem negativen Pol der Betriebsspannungsquelle verbunden 1st,und daß das durchzuschaltende Signal (S) am Gate-Anschluß des dritten Transistors (T3) liegt,
- 3.) Schalteranordnung nach Anspruch 2,dadurch gekennzeichnet , daß der dritte Transistor (T3) seine Vorspannung über den Stromkanal des ersten Transistors (T1) erhalt, an dessen Drain-Anschluß bzw. Source-Anschluß ein Vorspannungswiderstand (R) für den dritten Transistor (T3) geschaltet ist.S09829/0S69
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