DE3135952C2

DE3135952C2 - Gegentakt-Ausgangsschaltung für ein Verknüpfungsglied in Stromschaltertechnik.

Info

Publication number: DE3135952C2
Application number: DE19813135952
Authority: DE
Inventors: Claude Dipl.-Ing. 8000 München Barré
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1981-09-10
Filing date: 1981-09-10
Publication date: 1983-11-17
Also published as: DE3135952A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine durch zwei Emitterfolger gebildete Gegentakt-Ausgangsschaltung für ein Verknüpfungsglied in Stromschaltertechnik. Die Ausgangsschaltung ist vorzugsweise für Belastungen mit großer kapazitiver Komponente vorgesehen. Zur Einsparung von Verlustleistung wird mit Hilfe einer durch das Eingangssignal bzw. durch die Eingangssignale des Verknüpfungsglieds gesteuerten Schalteinrichtung jeweils den den tieferen binären Signalpegel führenden Ausgang der überwiegende Anteil eines konstanten Speisestroms aufgeschaltet, während der den höheren binären Signalpegel führende Ausgang nur einen wesentlich kleineren Anteil des konstanten Speisestroms erhält.

Description

Gegentakt-Ausgangsschaltung auf der Grundlage der Stromschaiter-Technik durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen, die in der Zeichnung dargestellt sind, näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 einen Differenzverstärker mit Gegentakt-A usgangsschaltung,

Fig.2 ein ECL-ODER/NOR-Glied mit Gegeutakt-Ausgangsschaltung, ι ο

Fig.3 ein E²CL-ODERZNOR-Glied mit Gegentakt-Ausgangsschaltung.

Der Erfindung liegt ein an sich bekannter Sachverhalt zugrunde, für dessen folgende Darlegung die Verwendung von npn-Transistoren vorausgesetzt wird. Verein- !5 fachend wird ferner angenommen, daß die Belastung der Emitterfolger rein kapazitiv ist Bei einer plötzlichen Pegelerhöhung des Eingangssignals an der Basis des Emitterfolgertransistors wird die an dessen Emitter einseitig angeschlossene Kapazität über die voll leitende Kollektor-Emitterstrecke rasch aufgeladen. Der von einer emitterseitigen Konsjantstromquelle gelieferte oder über einen Emitterwiderstand fließende Strom fließt gleichfalls über die Kollektor-Emitterstrekke des Ausgangstransistors und vermindert damit sogar den für die Umladung der Kapazität verfügbaren Strom.

Eine plötzliche Pegelerniedrigung des Eingangssignals bewirkt dagegen zunächst eine vollständige Sperrung des Transistors.^ so daß die Entladung der Belastungskapazität allein über die Konstantstromquel-Ie bzw. über den Emitterwiderstand erfolgen kann. Die Entladung wird beendet wenn das Emitterpotential um den Betrag der Basis-Emitter-Schwellenspannung unter das Basispotential abgesunken ist

Die F i g. 1 zeigt einen ersten als Grundelement der ECL- oder E²CL-Schaltungstechnik bekannten Differenzverstärker mit den Transistoren Tl und 7*2, mit den Kollektorwiderständen R 1 und R 2 und mit einer ersten Konstantstromquelle IQi. An der Basis des einen Transistors 7*1 liegt das Eingangssignal Ei als Steuersignal für den Differenzverstärker. Die Basis des anderen Transistors 7*2 wird auf einem festen Referenzpotential Ui gehalten.

Mit den Kollektoren der Transistoren Π und 7"2 des Differenzverstärkers sind die Basisanschlüsse von Transistoren TZ und 7"4 in Emitterfolgerschaltung verbunden. Die Ausgänge der Emitterfolger, d. h. die Emitter der Transistoren TZ und Γ4, sind mit Kapazitäten Ca i bzw. Ca 2 belastet, denen Widerstände Ra 1 bzw. Ra 2 parallel geschaltet sind. An den Ausgängen liegen die Signale A i und A i an.

Die Emitter der Ausgangstransistoren TZ und Γ4 sind mit den Kollektoren von emittergekoppelten Transistoren T5 und 7"6 eines zweiten Differenzverstärkers verbunden, der durch das gleiche Eingangssignal £1 gesteuert viird, das auch zur Steuerung des ersten Differenzverstärkers dient Durch den zweiten Differenzverstärker wird der von einer zweiten Konstantstromquelle IQ 2 gelieferte Konstantstrom /2 alternativ auf einen von zwei Zweigstrompfaden aufgeschaltet, die zu den Emittern der Ausgangstransistoren TZ und T4 und zu den Ausgangslasten Ca 1, Ra 1 bzw. Ca 2, Ra 2 führen.

Ein die beiden Zweigstrompfade verbindender Querwiderstand R 3 verhindert jedoch, daß ein Zweigstrompfad völlig stromlos wird, wenn der zugehörige Transistor Γ5 oder Γβ des zweiten Differenzverstärkers gesperrt ist Der Querwiderstand RZ ist so bemessen, daß der über ihn fließende Strom ΔΙ vorzugsweise etwa 10% bis 20% des von der zweiten Konstantstromquelle IQ 2 gelieferten Stroms /2 beträgt Abhängig von der Belastungssituation kann der Vorstrom AI bis auf etwa 5% des Konstantstroms 12 abgesenkt werden.

Die Verbindungen zwischen dem einzelnen Schaltungsteilen der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 müssen übereinstimmend mit der Darstellung der Ausführungsbeispiele so hergestellt werden, daß jeweils dem den tieferen binären Signalpegel führenden Emitterfolger der größere Anteil 12— AI und dem den höheren binären Signalpegel führenden Emitterfolger der restliche Anteil AI des von dem zweiten Konstantstromgenerator IQ 2 gelieferten Konstantstroms/2 aufgeschaltet wird.

Anstelle des Querwiderstands A3 können auch zwei Nebenschlußwiderstände R 4 parallel zu den Kollektor-Emitterstrecken der Transistoren 7*5 und 7"6 des zweiten Diffcrenzverstärkers vorgesehen werden, für deren Bemessung ebenfalls die v^.Jier erwähnten Bedingungen gelten. Ein entsprechende!, Ausführungsbeispiel ist in F i g. 2 enthalten.

Die F i g. 2 zeigt darüber hinaus eine Erweiterung der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 zur Verknüpfung mehrerer Sngangssignale, insbesondere der Eingangssignale Fl bis E3 nach einer ODER- bzw. NOR-Funktion auf der Grundlage der sogenannten ECL (emitter-gekoppelte Logik). Die Parallelschaltung mehrerer Transistoren Ti, Tl und TS in dem einen Zweig des ersten Differenzverstärkers wiederholt sich in dem entsprechenden Zweig des zweiten Differenzverstärkers mit den Transistoren T5, T9 und TlQ. Die Steuerung der Transistoren beider Gruppen erfolgt durch die Eingangssignale E1 bis £3.

Ein wesentlich einfacherer Schaltungsaufbau für die ODER/NOR-Verknüpfung ergibt sich mit einer Sonderform der ECL, die unter der Bezeichnung E²CL bekannt ist und häufig eingesetzt wird. Ein entspreche/ides Ausführungsbeispiel ist in F i g. 3 dargestellt Da in der E²CL-Ausführung der Schaltungsteil mit den Transistoren TH, T12 und Γ13 zur logischen Verknüpfung der Eingangssignale El bis EZ von dem ersten Differenzverstärker getrennt ist, kann der Steuereingang des zweiten Differenzverstärkers mit dem Steuereingang des ersten Differenzverstärkers verbunden werden.

Wegen der Signalpegelverschiebung um eine Diodenschwellenspannung durch die ^usgangsemitterfolger, die gewöhnlich in der E²CL-Schaitungstechnik nicht vorgesehen sind, ist es notwendig, in nachgeschalteten Verknüpfungsgliederadas Referenzpotential i/2 für die Differenzverstärker um den gleichen Betrag tiefer zu legen.

Es WJM grundsätzlich denkbar, den zweiten Differenzverstärker durch das an dem Kollektor des Transistors 7*2 im ersien Differenzverstärker verfügbare Signal zu steuern. Damit könnte beispielsweise die Wiederholung der logischen Verknüpfung einer Mehrzahl von Eingangssignalen in bezug auf den zweiten Differenzverstärker, die bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.2 erforderlich ist, wegfallen. Ein solches Vorgehen wäre jedoch nicht sehr zweckmäßig, da hierbei eine zwar geringe, aber für die Funktion der Schaltungsanordnung trotzdem sehr wesentliche Verzögerung der Stromumschaltung durch den zweiten Differenzverstärker entstehen würde.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Gegentakt-Ausgangsschaltung für ein einen ersten Differenzverstärker enthaltendes Verknüpfungsglied in Stromschaltertechnik, mit einem ersten und zweiten als Emitterfolgerbetriebenen Ausgangstransistor zur Ausgabe komplementärer Ausgangssignale, die an den mit den Emitteranschlüssen des ersten und zweiten Ausgangstransistors identischen ersten und zweiten Anschlußpunkten abnehmbar to sind, mit einer für beide Ausgangstransistoren gemeinsamen Konstantstromquelle (IQ 2) zur Erzeugung eines konstanten Stroms (12), von dem durch eine steuerbare Schalteinrichtung (T5, 7*6) jeweils der weitaus überwiegende (ca. 80% bis 90%) i> Teil (12—ΔΙ) demjenigen ersten oder zweiten Anschlußpunkt zugeführt bzw. entnommen wird, dessen Ausgangssignai dem tieferen binären Signalpegel entspricht, während der restliche (ca. 1G% bis 20%) Teil (ΔΙ) des konstanten Stromes (12) demjenigen ersten oder zweiten Anschlußpunkt zugeführt bzw. entnommen wird, dessen Ausgangssignal dem höheren binären Signalpegel entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung als zweiter Differenzverstärker mit zwei durch Schalttransistoren (T5, 76) alternativ umschaltbaren Zweigstrompfaden ausgebildet ist und durch das Eingangssignal (El) bzw. durch die Eingangssignale (Ei bis En) des Verknüpfungsgliedes in Stromschaltertechnik gesteuert wird.

2. Gegentakt-Ausgangsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

a) daß die Basis des den ersten Zweigstrompfad steuernden Schahtr&nsistors (T6) an ein festes Referenzpotential (UX) abgeschlossen ist,

b) daß in jedem Zweigstrompfad parallel zu der Kollektor-Emitterstrecke eines den Stromfluß in den Zweigstrornpfaden steuernden Schalttransistors ein Nebenschlußwiderstand (RA) vorgesehen ist,

c) daß die beiden gleichen Nebenschlußwiderstände (RA) so bemessen sind, daß der alternativ über den einen oder den anderen Nebenschlußwiderstand (R A) fließende Strom (d/^etwa 10% bis 20% des von der Konstantstromquelle (IQ2) gelieferten konstanten Stroms (12) beträgt.

3. Gegentakt-Ausgangsschaltung nach Anspruch 1 oder 2 für ein ECL-ODER/NOR-Glied, dadurch so gekennzeichnet, daß der Kollektor-Emitterstrecke des den zweiten Zweigstrompfad steuernden Transistors (75) die Kollektor-Emitterstrecken weiterer Transistoren (T9, TlO) zur Steuerung des zweiten Zweigstrompfades parallel geschaltet sind, derart, daß für jedes Eingangssignal (EX bis £3) des ODER/NOR-Glieds ein Transistor (75, 79, TlO) vorgesehen ist.

4. Gegentakt-Ausgangsschaltung nach einem der Ansprüche 1 und 2 für ein FCL-ODER/NOR-GIied, » dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereingänge des ersten und zweiten Differenzverstärkers (Tl, 72 und 75, 7*6) mit den Emittern von durch eine Mehrzahl von Eingangssignalen (Ei bis E3) gesteuerten Transistoren (Tii bis 713) verbunden sind, deren Kollektor-Emitterstrecken parallel geschaltet sind.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Gegentakt-Ausgangsschaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Ausgangselement für alle Schaltungsvarianten der sogenannten ECL oder E²CL (emitter-gekoppelte Logik) ist ein Differenzverstärker aus zwei Transistoren, dem an dem einen Eingang eine konstante Referenzspannung und an dem anderen Eingang ein logisches Signal zugeführt wird. Die Emitter der beiden Transistoren sind mit einer gemeinsamen' KonstantstromqueUe verbunden. Der eingeprägte Strom wird nach Maßgabe des logischen Signals auf den einen oder anderen Zweigstrompfad des Verstärkers durchgeschaltet Durch Parallelschalten der Kollektor-Emitterstrecken mehrerer Transistoren kann die Zahl der Eingänge vervielfacht werden. Die angelegten logischen Signale werden nach einer ODER/NOR-Funktion verknüpft. Gemäß dem Schaltungsprinzip der E²CL-Technik sind die Emitter von parallelgeschalteten und von den logischen Eingangssignalen gesteuerten Transistoren mit dem Steuereingang des Differenzverstärkers verbunden.

Es ist bekannt, zur Erhöhung der Belastbarkeit und zur Angleichung der Pegel von Eingangs- und Ausgangssignalen an den Differenzverstärker Emitterfolger anzuschließen und die Ausgangssignale der Gesamtanordnung, an den Emittern -der Emitterfolgertransistoren abzunehmen. Die Stromzufuhr erfolgt über Konstantstromquellen, die indessen häufig durch Ohmsche Widerstände ersetzt werden.

Bei Belastungen mit wesentlicher kapazitiver Komponente sind ergiebige Konstantstromquellen oder vergleichsweise niederohmige Emitterwiderstände erforderlich, um die Umladung der Kapazitäten in ausreichend kurzer Zeit zu ermöglichen. Da solche Fälle in hochintegrierten Schaltungsanordnungen sehr oft vorliegen, summiert sich die allein schon dadurch bedingte Verlustleistung in unerwünschter Weise.

Di.-rch die DE-OS 27 51 881 ist eine ECL-Schaltung mit Ausgangsemitterfolgern beKannt, bei der zur Speisung der beiden Emitterfolger nur eine Konstantstromquelle vorgesehen ist, deren Strom mit Hilfe von zwei zusätzlichen Schalttransistoren jeweils dem Ausgang mit dem fallenden Signalpegel zugeführt wird. Die zusätzlichen Schalttransistoren steuern sich infolge ihrer gegenseitigen Rückkopplung selbst im richtigen Sinn.

Dieser Vorgang läuft allerdings bei der bekannten ECL-Schaltung -nicht in optimaler Weise ab. Die Umschaltung des Konstantstroms für die Ausgangsemitierfolger setzt nämlich erst dann ein, wenn bei dem einen Ausgang der Übergang von dem tieferen zum Höheren binären Signalpegel mindestens weitgehend vor sich gegangen ist Ebensolange wird dem Ausgang mit dem ansteigenden Signalpegel der von der Konstantstromquelle gelieferte Strom zugeleitet, obwohl er hier eher störend wirkt, während der andere Ausgang zunächst stromlos bleibt Dabei wird auch ein Signalanstieg durch eine kapazitive Ausgangsbelastung zwar vergleichsweise wenig, aber dennoch deutlich verzögert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das dynamische Verhalten von Schaltungsanordnungen in Stromschaltertechnik mit Ausgangsemitterfolgern ohne Erhöhung der Verlustleistung weiter zu verbessern, insbesondere die Dauer für den Übergang vom höheren zum tieferen Signalpegel zu verkürzen.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer