DE2740832C2

DE2740832C2 - Dynamische Ankoppelschaltung zur Ansteuerung einer Schaltung in I2L- Technik

Info

Publication number: DE2740832C2
Application number: DE19772740832
Authority: DE
Inventors: Günther Dr.-Ing. 7906 Blaustein Bergmann
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1977-09-10
Filing date: 1977-09-10
Publication date: 1985-11-14
Also published as: DE2740832A1

Abstract

Die IIL-Technik erlaubt hohe Packungsdichten bei niedriger Verlustleistung und ist fuer digitale Anwendungen, wie z.B. fuer Speicher, Zaehler, digitale Verknuepfungsschaltungen usw. vorgesehen. Bei Zaehleranwendungen, insbesondere bei Uhrenschaltungen, deren Schwingungsnormal bei hohen Frequenzen schwingt, wie z.B. bei Quarzuhren, und deren Frequenz auf die Geschwindigkeit des Schrittmotors fuer den Uhrenantrieb heruntergeteilt werden muss, besteht nun das Problem, die Schaltung des Schwingungsnormals (der Oszillatorschaltung) an eine als IIL-Schaltung ausgebildete Teilerschaltung anzupassen. Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, eine wenig aufwendige dynamische Ankoppelschaltung zur Ansteuerung einer Schaltung in IIL-Technik durch eine eine Wechselspannung liefernde Schaltung anzugeben. Erfindungsgemaess ist der Inverter der Eingangsstufe der IIL-Schaltung als Mehrfachkollektor-Transistor mit zwei Kollektoren ausgebildet, von denen der eine auf seine Basis zurueckgefuehrt ist. Die Wechselspannung ist ueber einen Kondensator zufuehrbar. Durch geeignete Dimensionierung der Kondensatorkopplung wird bei Betriebsspannungsaenderungen die durch die Kapazitaetsaenderung der Eingangsstufe der IIL-Schaltung bewirkte Oszillatorfrequenzaenderung einer Oszillatorschaltung kompensiert. Die erfindungsgemaesse Loesung weist den Vorteil eines geringen Bauelementebedarfs sowie eines geringen Stromverbrauchs auf. Die dynamische Ankoppelschaltung ist auf dem Halbleiterch...U.S.W

Description

Die Erfindung betrifft eine dynamische Ankoppelschaltung zur Ansteuerung einer Schaltung in I²L-Technik mit Invertertransistoren und diesen zugeordneten Lateraltransistoren, deren 2mittet jeweils als Injektor vorgesehen ist, durch eine Wechselspannung liefernde Schaltung.

Der Aufbau und die Wirkungsweise von I²L-Schaltungen ist z. B. aus dem Valvo-Bericht, Band 18, H. 1/2, S. 215-226 bekannt. Derartige Schaltungen enthalten vertikale, im Halbleiterchip senkrecht angeordnete Invertertransistoren und lateral v/irkende Transistoren (Lateraltransistoren) von? entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp, deren Emitter auch Injektor genannt wird deren Kollektor mit der Basis des jeweiligen Invertertransistors identisch ist. In den Injektor wird ständig ein sogenannter Injektorstrom eingespeist, der, wenn die Basis des Invertertransistors nicht auf Bezugspotential gelegt ist, den Vertikaltransistor bis ins Sättigungsgebiet durchsteuert. Der Invertertransistor nimmt also in der Regel nur zwei Zustände ein:

1. bei offener Basis (= logische »1«) ist sein Kollektor so stromführend (= logische »0«),

2. bei kurzgeschlossener Basis (= logische »0«) ist sein Kollektor stromlos (= logische »1«).

Die I²L-Technik erlaubt hohe Packungsdichten bei niedriger Verlustleistung und ist für die digitale Anwendungen, wie z. B. für Speicher, Zähler, digitale Verknüpfungsschaltungen usw. vorgesehen.

Bei Zähleranwendungen, insbesondere bei Uhrenschaltungen, deren Schwingungsnormal bei höhen Frequenzen schwingt, wie z. B. bei Quarzuhren, und deren Frequenz auf die Geschwindigkeit des Schrittmotors für den Uhrenantrieb heruntergeteilt werden muß, besteht nun das Problem, die Schaltung des Schwingungsnormals (der Oszillatorschaltung) an eine als I²L-Schaltung ausgebildete Teilerschaltung anzupassen.

Der Erfindung liegt folglich die Aufgabe zugrunde, eine wenig aufwendige dynamische Ankoppelschaltung zur Ansteuerung einer Schaltung in I²L-Technik durch eine eine Wechselspannung liefernde Schaltung anzugeben.

Die Aufgabe wird bei einer Ankoppelschaltung der eingangs genannten Art durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen schaltungstechnischen Maßnahmen gelöst.

Dadurch, daß der Inverter der Ein&angsstufe üer I²L-Scfaaltung als Mehrfachkollektor-Transistor mit mindestens 2 Kollektoren ausgebildet ist, von denen mindestens ein Kollektoranschluß auf die Basis des Mehrfachkollektor-Transistors zurückgeführt ist, wird der Injektorstrom des Mehrfachkollektor-Transistors nahe- zv. kompensiert. Die Basis des Mehrfachkollektor-Transistors läßt sich dadurch gleichstromfrei steuern. Andererseits bewirkt die Zurückführung, daß der Kollektorstrom dernichtrückgeführten Kollektoren nahezu gleich dem Injektorstrom ist, so daß an diese Kollektoren angeschlossene weitere Invertertransistoren der I²L-Schaitung nunmehr digital zwischen völlig gesperrtem und völlig leitfähigem Zustand durchsteuerbar sind.

Die erfindungsgemäße Lösung weist den weiteren Vorteil eines geringen Bauelementebedarfs sowie eines geringen Stromverbrauchs auf. Die dynamische Ankoppelschaltung gemäß Cst Erfindung ist auf dem Halbleiterchip der I²L-Schaltung mit integrierbar.

Dadurch daß die Wechselspannung über einen Kondensator der Basis des Mehrfachkollektor-Transistors zugeführt wird, ist man zum einen an das Potential, von dem die Wechselspannung abgegriffen wird, nicht gebunden. Zum anderen ergibt sich für den Fall, die die eine Wechselspannung liefernde Schaltung eine Oszillatorschaltung ist, der Vorteil, daß bei Betriebsspannungsänderung vermittels einer geeignet bemessenen Kondensatorkopplung eine Oszillatorfrequenzänderung durch die Kapazitätsänderungen der Eingangsstufe derI²L-Schaltung die dad-iirch bc/irkte Oszillatorfrequenzänderung kompensierbar ist.

Die Erfindung wird anhand von Zeichnungen und eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 Prinzipschaltung der Ankoppelschaltung gemäß der Erfindung.

Fig. 2 Ausführungsbeispiel für die Ankopplung von I²L-Stufen an eine Oszillatorschaltung.

In Fig. 1 ist das Prinzip der dynamischen Ankoppelschaltung gemäß der Erfindung dargestellt. Tl und Tl stellen je einen Invertertransistor in I²L-Technik dar, dem jeweils ein Lateraltransistor Ll bis Ll zugeordnet ist. Deren Emitter werden als Injektoren bezeichnet, und sind an die gemeinsame Speiseleitung S angeschlossen. Die Basis der Lateraltransistoren liegt, wie in der I²L-Technik üblich, auf Bezugspotential (Masse) und ihre Kollektoren liefern den Injektorstrom I₀ an die Basen der jeweiligen Invertertransistoren Tl bzw. Tl.

Gemäß der Erfindung ist der Invertertransistor T1 als Mehrfachkollektor-Transistor, im Beispiel mit lediglich 2 Kollektoren ausgebildet, von denen der eine Kollektoranschluß, durch den der Kollektorstrom /_c) fließe, auf die Basis des Mehrfachkollektor-Transistors 71 zurückgeführt ist. Die Wechselspannung ist über einen Kondensator C_K der Basis des Mehrfachkollektor-Transistors Tl zugeführt. Die Eingangswechselspannung u_E liegt folglich zwischen Bezugspotential und Kondensator Ck.

Der zweite Kollektor des Mehrfachkollektor-Transistors Tl, durch den der Kollektorstrom I_c2 fließe, ist mit der Basis des nachfolgenden Invertertransistors Tl der

I^Schaltung verbunden, der, bis auf die hier fehlende Rückführung zwischen Kollektor und Basis, ebenso wie der Mehrfachkollektor-Transistor Tl geschaltet ist.

Durch die Rückkopplung eines Kollektors auf die Basis des Mehrfachkollektor-Transistors Tl wird erreicht, daß sich seine Kollektorströme I_n und Ici gemäß der Beziehung

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einstellen.

Hierbei ist B die Stromverstärkung des Mehrfachkollektor-Transistors Tl und /₀₁ sein Basisstrom. Da dsr Kollektorstrom I_a gemäß der obigen Beziehung nur geringfügig kleiner als der Injektorstrom /_Oi ist, steht dem nachfolgenden Invertertransistor Tl lediglich ein Basisstrom

δ + 1

■'■> Wbi ~ 4h)

zur Verfugung. Dieser Strom reicht nicht aus, diese Stufe, die den Invertertransistor Tl enthält, in die Sättigung zu steuern.

Wird nun der Mehrfachkollektor-Transistor 7Ί über den Kondensator C_K mit einer Wechselspannung u_E angesteuert, so ist durch den nun fließenden Wechselstrom ein Schalten des Invertertransistors Tl mit gleicher Periodendauer wie die angelegte Wechselspannung möglich.

In Fig. 2 ist ein Ausfuhrungsbeispiel für die Ankopplung von I²L-Stufen an eine Oszillatorschaltung dargestellt. Der Transistor T₀ stellt in Verbindung mit den Widerständen Ri und A₂, den Kondensatoren C₁ und Cj, letztere Kapazität zum Abgleich der Oszillatorirequenz einstellbar ist, und dem Quarz Q einen quarzstabilisierten Oszillator dar, welcher jedoch bezüglich Batteriespannungsänderungen nicht ausreichend stabilisiert ist. Betreibt man diesen Oszillator ohne nachfolgende Stufen, so bewirkt eine Batteriespannungsänderung von jeweils 100 mV eine relative Oszillatorfrequenzänderung — von ca. -6 bis —10 ppm.

Mit steigender Betriebsspannung nimmt folglich die Oszillatorfrequenz ab.

Durch die dynamische Ankoppelschaltung wird über den Ankoppelkondensator C_K der Oszillator kapazitiv belastet, was zu einer Verringerung der Oszillatorfrequenz führt.

Da die Eingangskapazität des als Mehrfachkollektor-Transistor ausgebildeten I²L-Inverters Tl vom Injektorstrom abhängig ist, der sich mit ^-".igender Betriebsspannung ebenfalls vergrößert und sümit auch eine Vergrößerung der Eingangskapazität des Mehrfachkollektor-Transistors Tl bewirkt, kann mit der dynamischen Ankoppelschaltung der Einfluß der Batteriespannung auf die Oszillatorfrequenz kompensiert werden. Dieses Kompensationsprinzip bringt auch bei gegen Betriebsspannung stabilisierten Schaltungen Vorteile, da im allgemeinen eine vollständige Stabilisation der Betriebsspannung nicht möglich ist.

Bei Frequenzen des Oszillators um 4 MHz erweist sich eine Koppelkapazität von ca. 30 pF und ein Injektorstrom I_0x = I₀₂ um 50 μΑ bei z. Z. üblichen Technologien als besonders vorteilhaft zur Stabilisation der Oszillatorfrequenz gegen Betriebsspannungsänderungen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

10 Patentansprüche:

1. Dynamische Ankoppeischalhang zur Ansteuerung einer Schaltung in I²L-Technik mit Invertertransistoren und diesen zugeordneten Lateraltransisioren, deren Emitter jeweils als Injektor vorgesehen ist, durch eine eine Wechselspannung liefernde Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß der Invertertransistor (7Ί) der Eingangsstufe der Schaltung in I²L-Technik mit mindestens zwei Kollektoren ausgebildet ist, von denen ein Kollektoranschluß mit der Basis aes Mehrfachkollektor-Transistors verbunden ist und daß die Wechselspannung über einen Kondensator {C_K) der Basis dieses Mehrfachkollektor-Transistors zugeführt ist

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Wechselspannung liefernde Schaltung eire Oszillatorschaltung ist und die Kapazität des Keadensators (Q) so bemessen ist, daß durch die Kapazitätsänderung der Eingangsstufe der Schaltung in I²L-Technik bei Betriebsspannungsänderungen die dadurch bewirkte Oszillatorfrequenzänderung kompensiert wird.

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