DE2541197A1 - Widerstandsleseverstaerker - Google Patents
WiderstandsleseverstaerkerInfo
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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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PHN.7728. 27.8.75.
.. 2 - ■ -2541 f 97
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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PHN.7728. 27.8.75ο
2 b 4 I 1 y 7 ^
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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PHN.7728,
• 27.8.75.
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. 2e
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 musse·
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 Ip 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
ο η
Transistoren mit einer gemeinsamen Kollektorinsel ausgebildet werden« Die Transistoren T- - T werden normalerweise
als laterale Transistoren ausgebildet. Dies hat
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PHK. 7728. 27.8.75·
*s - 2*41197
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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27.8,75.
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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PHN". 7728. 27.8.75.
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 Tf 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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PHN. 7728.
27.8.75.
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 alß 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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PHN.7728 .
"27.8.75.·
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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PHN.7728, 27.8.75.
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)
- PHIi. 7728. 27.8.75.PATENTANSERÜECHE: ,Schaltung zur. wahlweisen Bestimmung des Widerstands-wertes eines Widerstandes aus einer Gruppe von Widerständen, insbesondere Magnetowiderständen, gekennzeichnet durcha) 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. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektronische Wählschalter Transistoren von einem dem der Transistoren im Ausgangsverstärker entgegengesetzten Lei-tfähigkeitstyp enthält, wobei die zu bestimmenden Widerstände in Basis-Eingangskreisen der letzteren Transistoren angeordnet sind.609815/0889PHN.7728. 27.8.75.
- 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.609815/0889
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