DE2541197A1 - Widerstandsleseverstaerker - Google Patents

Description

DIETKH ΙΌίίΡΗ; - 264 1 1 97

PHN.7728. Va/EVH.

An.-.: J, JJiI^J von·

Widerstandsleseverstärker

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltung vahlweisen BoStimmung des Widerstandswertes eines Widerstandes aus einer Gruppe von Widerständen, insbesondere von Magnetowiderstanden»

Eine derartige Schaltung kann z.B. zum

Auslesen der Information auf einem magnetischen Scheibenoder Bandspeicher verwendet werden, wobei die in Form von verschiedener Magnetisation in diesen Speicher eingeschriebene Information den Widerstandswert eines in einem Lesekopf angebrachten Magnetoviderstandes ändert» Der Lesekopf kann dabei mehrere Magnetowiderstände zum beliebigen Auslesen mehrerer Informationsspuren des Speichers enthalten.

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D±e Erfindung bezweckt, wahlweise jeweils einen solchen Magnetowiderstand aus der Gesamtanzahl auszuwählen, um die zugehörige Informationsspur auszulesen." Dieses Auswählen erfolgt im allgemeinen auf Befehl von in einem (gegebenenfalls demselben) Speicher gespeicherter Information, die zur Vereinfachung der nachstehenden Beschreibung annahmeweise in. Form von Kommando— spannungen an den Eingängen einer 1-aus-n-Dekodierschaltung gegeben ist. Die Kommando sp£innungen sind in der Regel als binäre Signale gegeben, wobei die Funktion der 1-aus-n-Dekodierschaltimg darin besteht, bei jeder Kombination dieser binären Signale jeweils nur einen einzigen Ausgang zu erregen. Indem die Ausgänge der Dekodierschaltung mit einem (elektronischen) Wählschalter verbunden werden, stellt dieser Schalter somit abhängig von der genannten Signalkombination nur eine einzige Verbindung her»

Die Erfindung bezweckt, mit diesem elektronischen Wählschalter wahlweise einen der Widerstände auszuwählen und dann den Widerstandswert desselben zu bestimmen. In der Regel wird ein Widerstandswert dadurch bestimmt, dass ein elektrischer Strom durch den Widerstand geschickt und die dadurch erzeugte Spannung gemessen wird« Zur genauen Bestimmung des Widerstandswertes soll daher von einer genau bestimmten Stromquelle aus-

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gegangen werden. Gemäss der Technik integrierter Schaltungen ist es durch Anwendung des Stroraspiegelprinzips auf einfache Weise möglich, genau gleiche Stromquellen herzustellen. Jedem der zu bestimmenden Widerstände könnte also eine eigene Stromquelle zugeordnet und der Wählschalter könnte derart mit diesen Widerständen verbunden werden, dass jeweils die Spannung über nur einem Widerstand zugleich einem Ausgangsverstärker zugeführt wird Die Erfindung schafft eine viel attraktivere Lösung und ist gekennzeichnet durch

a) eine Stromquelle mit hohem Innenwiderstand,

b) jedem der zu bestimmenden Widerstände zugeordnete elektronische Schalter zum Aiiswählen eines Widerstandes aus der Grupjoe von Widerständen, dessen Widerstandswert bestimmt werden muss,

c) einen Ausgangsverstärker,

d) Reihenschaltungen, die aus je dem einen zu bestimmenden Widerstand, dem ihm zugeordneten elektronischen Wählschalter und der genannten allen Reihenschaltungen gemeinsamen Stromquelle bestehen,'

in der V/eise, dass mit Hilfe der Wählschalter der Strom der Stromquelle nur durch den einen (ausgewählten) Widerstand geführt und zugleich die Spannung über diesem Widerstand und keinem der anderen Widerstände an den Ausgangsverstärker weitergeleitet wird.

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Durch, die erfindungsgemässen Massnahmen wird eine energetisch, viel günstigere Schaltung erhalten, dadurch, dass nicht nur unnötige Ströme durch die nicht ausgewählten Widerstände fortbleiben, sondern dass auch durch die Auswahl alle mit den zu bestimmenden Widerständen verbundenen Stromwege, insbesondere diesen Widerständen folgende elektronische Schalter, mit Ausnahme des Schalters des einen ausgewählten Widerstandes, stromlos gemacht werden.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der

Erfindung enthält der elektronische Wählschalter Transistoren von einem dem der Transistoren im Ausgangsverstärker entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp, wobei die zu bestimmenden Widerstände in Basiseingangskreisen der letzteren Transistoren angeordnet sind. Diese Ausführungsform. .; bietet die Vorteile, dass sie eine Mindestanzahl an Transistoren und somit eine geringe Oberfläche des Halbleiterbauelements der integrierten Schaltung in Anspruch nimmt, dass ein gutes Signal-Rausch-Verhältnis gewährleistet ist, auch wenn die verwendeten Widerstände und Stromquellen Rauschen aufweisen» dass die zuletzt genannten Transistoren einen zusätzlichen Verstärkungsbeitrag liefern, der- auch das Signal-Rausch-Verhältnis günstig beeinflusst, und dass die Transistoren des Wählschalters als Stromschalter geschaltet sind, so dass

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der den zu bestimmenden Widerstand durchfliessonde Strom genau dem der genannten Stromquelle entspricht«

Die Erfindung wird nunmehr beispielsweise an Hand der Zeichnung näher erläutert» Es zeigen:

Pig. 1 eine erste Ausführungsform und

Pig. 2 eine zweite Ausführungsform von Schaltungen nach der Erfindung, und

Pig· 3 eine Abwandlung eines Details der Schaltung nach Fig. 2_e

Die Schaltung enthält eine Anzahl Magnetowiderstände R-, Rp ... R , deren-Widerstandswerte wahlweise bestimmt werden sollen. Diese Widerstände sind in die Ausgangskreise eines elektronischen Wählschalters aufgenommen, der die Transistoren T-, T~ ... T enthält. Diese Transistoren werden von einer Dekodierschaltung gesteuert, die die Transistorgatterschaltungen 11, 21 und 31, die mit dem Transistor T^ verbunden sind} 12, 22 und 32, die mit dem Transistor T^ verbunden sind, und Ίη, 2n und 3n, die mit dem Transistor T verbunden sind, enthalte Dieser Dekodierschaltung werden logische Eingangs spannungen - im dargestellten Beispiel drei zugeführt, wobei jede Gatterschaltung von drei Transistoren 11, 21, 31, 12, 22, 32 usw. eine andere logische Eingangskombination empfängt, z.B. nacheinander die Kombinationen 111 ; 1 1 0 ; 1 0 1 ;100 usw., im

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dargestellten Beispiel daher insgesamt acht logische Kombinationen ( η = 8), Es leuchtet ein, dass unter diesen Bedingungen jede der Gatterschaltungen 11, 21, 31» 12, 22, 32 usw., bis auf eine, Strom führen werden und daher alle Transistoren T₁ - T , bis auf einen, sperren werden. (Selbstverständlich kann die Anzahl logischer Eingangsspannungen grosser gewählt werden, in welchem Falle die Anzahl von Gattern sowie die Anzahl von Transistoren pro Gatter dementsprechend erweitert werden muss_e·

Jn Reihe mit diesen Transistoren T.. - T

liegen je weiter die zu bestimmenden Widerstände R₁ - R sowie eine gemeinsame Stromquelle I₁. Der elektronische Wählschalter T- - T bewirkt nun zugleich, dass der Strom der Quelle I₁ lediglich durch einen der zu bestimmenden Widerstände R- - R hindurchgeleitet wird und dass von den an diese Widerstände angeschlossenen Verstärkerelementen A- - A„ nur eines geöffnet wird. Diese Verstärkerelemente A₁-A sind wieder als Transistoren ausgebildet, die in Reihe mit einer gemeinsamen Stromquelle Ip an die Speisequelle angeschlossen sind. Die Transistoren 11, 21, 31; 12, 22, 32 usw. sowie die Transistoren A₁ , A„ . „ . A weisen den gleichen Leitfähigkeitstyp auf und sind im dargestellten Beispiel npn-Transistoren; die Transistoren des elektronischen Wählschalters T-, Ta ... T sind vom entgegengesetzten

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Leitfähigkeitstyp. Mit Hilfe einer weiteren Stromquelle I , deren Strom durch einen weiteren Widerstand R hindurch-

geleitet wird, der auch als Magnetowiderstand ausgebildet sein kann und derart in der Nähe der zu bestimmenden ¥iderstände R- - R angeordnet ist, dass er zwar etwaigen störenden Magnetfeldern ausgesetzt, aber ..nahezu nicht von der zu messenden Magnetfoldinformation beeinflusst wird, kann erreicht werden, dass unerwünschte Messfehler ausgeglichen werden. Die Spannung über dom Widerstand R wird zu diesem Zweck einem Verstärker A zugeführt, der mit jedem der Verstärker A₁ — A einen Differenzverstärker mit einem Ausgang k, 5 bildet, indem nämlich die Stromquelle I_p in die gemeinsamen Emitterkreise all dieser Transistoren A - A aufgenommen ist. Normalerweise werden die Nennwerte der Widerstände R - R gleich gross gewählt, in welchem Falle dann auch die Stromquellen I und I- gleich grosse Ströme abgeben sollen.

Die Schaltung lässt sich auf einfache Weise integrieren, wobei alle Transistoren 11 - 3n der Dekodierschaltung in einer gemeinsamen Kollektorinsel als vertikale Transistoren ausgebildet sein können.

Ebenso können die Transistoren A - A auch als vertikale

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Transistoren mit einer gemeinsamen Kollektorinsel ausgebildet werden« Die Transistoren T- - T werden normalerweise als laterale Transistoren ausgebildet. Dies hat

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den Nachteil, dass diese Transistoren einen verhältnismässig niedrigen Kollektor-Basis-Stromverstärkungsfaktor aufweisen, wodurch ein geringer Messfehler auftreten kann,, infolge der Tatsache, dass die Abweichung zwischen dem Strom der Quelle I- und dem Strom durch die zu bestimmenden Messwiderstände R- - R nicht mehr vernachlässigt werden kann.

Fig. 2 zeigt eine Abwandlung, bei der die

Schaltung, bis auf die Stromquellen, völlig mit vertikalen Transistoren (npn-Transistoren) ausgebildet v/erden kann»

Die zu bestimmenden Widerstände sind wieder mit R-, R₂· · . . und der Ausgleichswiderstand mit R , bezeichnet» Diese Widerstände liegen nun in Reihe mit den Kollektoren der Transistoren TI, T' ... T¹, die als vertikale Transistoren, im dargestellten Beispiel npn-Transistoren, ausgebildet sind« Die Transistoren TJ, TX ... werden wieder von einer 1-aus-n-Dekodierschaltung gesteuert, die wieder die Transistorgatterschaltungen 11, 21, 31I 12, 22, 32 usw. enthält, gleich der Schaltung nach Fig. 1· Die Transistoren TJ, TX ... wirken dabei wieder als der elektronische Wählschalter, wie in Fig. 1 an Hand der Transistoren T-, T₂ usw. beschrieben ist. Der Transistor T' gehört nicht zu diesem elektronischen Wählschalter, sondern ist fest eingestellt, wie nachstehend beschrieben werden wird.

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Mit Hilfe einer Stromquelle I und der aus einer Diode 15 und Transistoren 16 und 17 bestehenden Stromspiegel werden in den Kollektoren dieser Transistoren gleich grosse Vorströme erzeugt. Wenn angenommen wird, dass vorläufig der Transistor 18, dessen Funktion näher beschrieben werden wird, abwesend ist, wird durch Selektion eines der Transistoren TJ, T' usw, des elektronischen Wählschalters eine Verbindung zwischen einem der zu bestimmenden Widerstände R.. , Rp usw, und der Ausgangsleitung k hergestellt, während der Transistor T¹ ebenfalls eine Verbindung zwischen dem Ausgleichswiderstand R und der Ausgangsleitung 5 herstellt, so dass mit Hilfe des Differenzverstärkers 6 der Unterschied zwischen der über einem der zu bestimmenden Widerstände R₁, R„ *.. erzeugten Spannung und der über dem Widerstand R erzeugten Spannung verstärkt wird»

Die Basisstromversorgung der Transistoren T.J , T£ usw, könnte grundsätzlich mit Hilfe von Widerständen zu der Speiseleitung erfolgen. Im dargestellten Beispiel werden diese Basisvorströme mit Hilfe einer mehrfachen Stromquelle erzeugt, die einen Transistor 7 vom lateralen Typ, im dargestellen Beispiel pnp-Typ, von dem getrennte Kollektoren c. , c„ ... mit den Basis-Elektroden dei· Transistoi-en Ti bzw. TJ, usw. verbunden sind. Die Basisvorströme, die auf diese Weise von diesen

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Kollektoren; des Transistors 7 geliefert werden, sind derart gross, dass die Transistoren TJ, TA usw. nahezu in Stromsättigung betrieben werden. Um einen etwaigen, Messfehler infolge des noch verbleibenden Spannungeabfalls, zwischen Kollektor und Emitter des ausgewählten Transistors.TJ, TA usw. auszugleichen, ist der Transistor T'·angebracht, dessen Basis auf ähnliche Weise einen · Vorstrora von einem Kollektor c des Transistors 7 empfängt, Wenn dieser. Messfehler vernachlässigbar klein ist, kann selbstverständlich der Transistor T^f fortgelassen werden.

Die Vorströme, die die Kollektoren c.. , c„ des Transistors 7 s^i die Basis-Elektroden der Transistoren TJ, TA U8W« liefern müssen, hängen sehr eng mit dem Einstellstrom der Stromquelle I zusammen. Dieser Strom (oder ein. diesem Strom proportionaler Strom) fliesst nämlich nach Spiegelung in dem "Stromspiegel 15» 16 durch den einen der ausgewählten Transistoren TJ , TA usw. und der Basisstrom, der benötigt wird, um diesen Transis~ tor nahezu in Stromsättigung zu betreiben, ist dann etwas grosser als der Kollektor-Emitter-Vorstrom des ausgewählten Transistors geteilt durch dessen Kollektor-Basis-StroÄverstärkungsfaktor, im linearen Bereich des betreffenden Transistors gemessen.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die

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Stromeinsteilung des Transistors 7 aus dem Vorstrom durch den ausgewählten Transistor, der durch die Stromquelle I bestimmt wird, abzuleiten. Im dargestellten Beispiel wird der Kollektorstrom des Transistors 16 zunächst durch einen Hilfstransistor 18 hxndurchgeleitet und erreicht dann die Ausgangsleitung 4, wobei unter der Annahme, dass der Transistor 18 in seinem linearen Bereich einen gleich grossen Kollektor-Basis-Stromverstärkungsfaktor wie die Transistoren TJ , TA usw, des elektronischen Vählschalters aufweist, in dem Basiskreis für den Transistor 18 ein Strom fliesst, der um einen festen Prozentsatz niedriger als der benötigte von den Kollektoren c. , c_ usw. gelieferte Strom ist. Die Basis des Transistors 18 wird dazu über einen Pegelverschiebungstransistor 19 (um einen genügenden Spannungshub an der Leitung h zu ermöglichen) mit einem Hilfskollektor c des Transistors 7 verbunden, der mit der Basis b dieses Transistors gleichstrommässig verbunden ist. Indem der Transistor 7 ^al^ß lateraler Transistor ausgebildet und die kollektierende Oberfläche des Kollektors c um den genannten Prozentsatz kleiner als die der Kollektoren c-, Cg uswo gewählt wird, wird nun erreicht, dass der Basisstrom, der den Transistoren TJ, Ti usw. des elektronischen ¥ählschalters zugeführt wird, gerade in dem Verhältnis dieser kollektierenden Oberflächen von

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c- usw. und c ±n bezug auf den im Transistor 18 fliessenden Basisstrom rergrössert wird»

Andere Möglichkeiten zur Einstellung dieses gewünschten Verhältnisses bestehen z.B. darin, dass ein Transistor auf ähnliche Weise wie der Transistor 18 in Reihe mit der Stromquelle I angeordnet und von dessen Basisstrom die Steuerung des Transistors 7 abgeleitet" wird. Auch ist es möglich,, unter Fortlassung der Schaltungselemente 15» 18 und 19 eine Stromquelle unmittelbar zwischen der Verbindung der Elektroden c~b des Transistors und der Basis des Transistors 16 anzuordnen. In diesem Fall wird sich aber die Aenderung des Stromverstärkungsfaktors des Transistors 16 auch der Einstellstrom durch die zu bestimmenden Widerstände R-j , Rp usw. ändern.

Eine günstige Abwandlung ist noch in Fig. dargestellt, bei der mit Hilfe der (vertikalen) Transistoren 18* und 19' der Strom der Quelle I zu entsprechenden Strömen I von den Transistoren 16 und 17 gespiegelt werden kann, während der Transistor 19' die gemeinsamen Basisströme /fo der Transistoren 18* 16 und 17 (wobei /a der Kollektor-Basis-Stromverstärkungsfaktor dieser Transistoren ist) zu den Elektroden c-b des (lateralen) Transistors 7 liefert. Die kollektierende Oberfläche des Hilfskollektors c des Transistors 7 soll dann dementsprechend grosser gewählt werden als an Hand der Fig.2 beschrieben ist,

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Bei Ausführung gemSss der Technik integrierter Schaltungen, wobei im allgemeinen ein vertikaler Transistor dadurch erhalten wird, dass in dem Substrat eine Insel vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp darin eine Insel vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie das Substrat und darin wieder eine Insel vom entgegengesetzten Leitfähigkeit styp angebracht wird, welche Inseln nacheinander Kollektor, Basis und Emitter des betreffenden vertikalen Transistors bilden werden, könnten Bedenken erhoben werden, dass, wenn die Transistoren Ti, TA usw. derart weit in Stromsättigung betrieben werden würden, dass die Kollektor-Basis-Zone eines solchen Transistors in der Durchlassrichtung geschaltet v/erden würde, das Substrat, die Kollektorzone und die Basiszone einen parasitären (pnp)-Transistor bilden würden, der einen Teil des Nutzstroms abführen würde. Tatsächlich fliesst dabei ein Ueberschuss an Basisstrom, der von den Kollektoren ο.., Cp usw» des Transistors 7 geliefert wird, ab; der betreffende ausgewählte Transistor Tl, T» usw, wird jedoch gerade derart eingestellt, dass diese Erscheinung nicht störend, sondern eben nützlich ist.

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Claims (3)

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   PATENTANSERÜECHE: ,

   Schaltung zur. wahlweisen Bestimmung des Widerstands-wertes eines Widerstandes aus einer Gruppe von Widerständen, insbesondere Magnetowiderständen, gekennzeichnet durch

   a) eine Stromquelle mit hohem Innenwiderstand,

   b) jedem der zu bestimmenden Widerstände zugeordnete elektronische Schalter zum Auswählen eines Widerstandes aus der Gruppe von Widerständen, dessen Widerstandswert bestimmt werden muss,

   c) einen Ausgangsverstärker,

   d) Reihenschaltungen, die aus je dem einen zu bestimmenden Widerstand, dem diesem Widerstand zugeordneten elektronischen Wählschalter und der genannten allen Reihenschaltungen gemeinsamen Stromquelle bestehen,

   in der Weise, dass mittels der Wählschalter der Strom der Stromquelle nur durch den einen (ausgewählten) Widerstand geführt und zugleich die Spannung über diesem Widerstand und .keinem der anderen Widerstände an den Ausgangsverstärker weitergeleitet wird»
2. 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektronische Wählschalter Transistoren von einem dem der Transistoren im Ausgangsverstärker entgegengesetzten L_ei-tfähigkeitstyp enthält, wobei die zu bestimmenden Widerstände in Basis-Eingangskreisen der letzteren Transistoren angeordnet sind.

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3. 3. Schaltung nach Anspruch. 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgangsverstärker und der Wählschalter Transistoren vom gleichen Leitfähigkeitstyp enthalten, wobei die zu bestimmenden Widerstände in den Kollektorkreisen der Transistoren des elektronischen !Zahlschalters angeordnet sind»

   kο Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Basisströme der Transistoren des elektronischen Wählschalters von einem Transistor vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp geliefert werden, dessen Stromeinstellung von einer Stromquelle abgeleitet wird, die den Emitterstrom der Transistoren des elektronischen ¥ählschalters liefert.

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