DE2460655A1

DE2460655A1 - Integrierte elektronische schalteranordnung

Info

Publication number: DE2460655A1
Application number: DE19742460655
Authority: DE
Inventors: Giovanpietro Bassani; Gianfranco Marchetti
Original assignee: Societa Italiana Telecomunicazioni Siemens SpA
Current assignee: Italtel SpA
Priority date: 1974-01-04
Filing date: 1974-12-20
Publication date: 1975-07-17
Also published as: FR2257177A1; FR2257177B1; US3969638A; NL7500124A; IT1009540B; BR7408878A; GB1472208A

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 bekannt_r 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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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, ... I_n auf einen gemeinsamen Ausgang UA jeweils steuerbar durchgeschaltet werden können. Die durchzuschaitenden Signale S₁, S₂I ·♦· S_n stehen an den Eingängen I₁, I₂, ..« I_n 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«

.. ·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, ...T3_n erfüllen die gleichen Funktionen einer Trenn«tufa wie der Traneistor T₃, und die Transistoren Tl₁, Tl₂? β., Tl_n. 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, '''I_n durchschaltbar ist. Mit T2_ir T2₂, ...T2_n

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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_? p2_P o_Oepia lieferte Das Siabstrat der Transistoren K₁, 12^o »»»f2_a ©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<8hMQt_o £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®n_e Wie bereits f@r äan Iiaselsekalteg¹ C^if^r 1) ausgeführt ist @s aacfe b©im lfefei?ga<slis©l!iQlt@r adgliefe, die

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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&®n_o 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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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

P a t e η t a η s ρ r Ü c h e

Integrierte 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) besteht_r 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.

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