DE3213037A1

DE3213037A1 - Schaltungsanordnung zum schutz eines daten-treibers gegen ueberstrom

Info

Publication number: DE3213037A1
Application number: DE19823213037
Authority: DE
Inventors: Robin R. 97007 Aloha Oreg. Larson
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 1981-04-10
Filing date: 1982-04-06
Publication date: 1982-10-28
Also published as: US4342065A; GB2099253B; JPS57178425A; FR2503946A1; GB2099253A; JPH033971B2; CA1173518A; NL8201339A

Description

Patentanwälte Dip l:-. I Nt; .H. NKeicIkmAnnvDipl.-Phys. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. R A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr.-Ing. H. Liska

8000 MÜNCHEN 86 POSTFACH 860820

Mill ILS I RASSE 11

TELFJ¹ON (0 89)980.152

TF.LI-X522f.21

ΤΜ.Κ;ΚΛΜΜ I'M IiNTWl ICKMANN MONCl IHN

Beschreibung

Schaltungsanordnung zum Schutz eines Daten-Treibers gegen Überstrom

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum Schutz eines Daten Treibers gegen Überstrom. Als Daten Treiber kann beispielsweise die Ausgangsstufe einer logischen Apparatur vorgesehen sein, welche digitale Worte abgibt.

Es wird beispielsweise angenommen, daß ein Daten Treiber als Ausgangsstufe eines Wortgenerators vorgesehen ist. Die Worte des Generators können zu Meßzwecken oder zur Fehlersuche einem Apparat zugeführt werden. Die Ausgangsimpedanz des Daten Treibers muß niedrig sein, um die abgegebenen digitalen Worte wirksam der zu prüfenden Apparatur zuführen zu können. Infolge fehlerhafter Bedienung oder infolge eines Fehlers der zu prüfenden Apparatur kann entweder der Ausgang des Daten Treibers bei logisch niedrigen Pegel angeschlossen werden an einen Hochpegelteil des zu prüfenden Apparates oder der Ausgang des Datentreibers wird bei hohen Pegel an einen Teil des Apparates angeschlossen, dessen logischer Pegel niedrig ist.

I J υ J V

In diesen Fällen fließt wegen der geringen Impedanz ein großer Strom durch den Daten Treiber der dadurch zerstört werden kann. Es ist infolgedessen wünschenswert, den Daten Treiber mit Hilfe einer Schutzschaltung gegen Überstrom zu schützen.

Das USA Patent Nr. 3,495,179 bezieht sich auf eine bekannte Schutzschaltung. Diese Schutzschaltung umfaßt einen Operationsverstärker mit nichtlinearer Rückkopplung und einen Überlast-Indikator, wobei die Rückkopplung die Verstärkung des Operationsverstärkers reduziert in Abhängigkeit von den Eingangssignalen, deren Amplitude einen Schwellwert des Überlast-Betrages überschreiten. Diese bekannte Schutzschaltung ist jedoch nicht geeignet für einen Daten Treiber, weil die logischen Eingangspegel vorgegeben sind und keinen Schwellwert überschreiten.

Das USA Patent Nr. 3,849,734 bezieht sich auf eine weitere Schutzschaltung, bei der ein Vergleicher die Ausgangsspannung eines Verstärkers mit einer vorgegebenen Spannung vergleicht und bei der die Eingangsklemmen des Verstärkers im Nebenschluß verbunden werden, wenn die Ausgangsspannung eine vorgegebene Spannung überschreitet. Diese weitere Schutzschaltung ist jedoch nicht in der Lage, einen Daten Treiber zu schützen, weil die logisch hohen und niedrigen Pegel vorgegeben sind und weil die Spannung am Ausgang des Daten Treibers nie die vorgegebenen hohen und niedrigen Pegel überschreitet, auch dann nicht, wenn der Ausgang an einen entgegengesetzten logischen Pegel angeschlossen wird.

Das USA Patent Nr. 4,216,517 offenbart eine weitere Schutzschaltung mit einem Stromdetektor zur Ermittlung

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des Laststromes eines Verstärkers, mit einem Spannungsdetektor zur Ermittlung der Last-Spannung an der last, mit einer UND Glied Schaltung, welche' mit den Ausgängen des Stromdetektors und des Spannungsdetektors verbunden ist und mit der ein Kurzschluß der Last ermittelbar ist, und mit einer Steuereinrichtung, welche auf das Ausgangs signal der UND G-Iied Schaltung anspricht und die "Verbindung der Last zum Verstärker unterbricht. Diese weitere Schutzschaltung ist kompliziert aufgebaut und erfordert einen großen technischen Aufwand. Dieser große technische Aufwand erscheint insbesondere dann nicht mehr tragbar, wenn ein digitaler Wortgenerator, beispielsweise 8, 16 oder 32 Bits parallel abgibt und für jedes Bit je eine Schutzschaltung erforderlich ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zum Schutz eines Daten Treibers gegen Überstrom anzugeben, welche einen relativ geringen technischen Aufwand erfordert und trotzdem verläßlich arbeitet.

Die Lösung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe ist aus dem Kennzeichen des Patentanspruches 1 ersichtlich. Die Erfindung zeichnet sich durch geringen technischen Aufwand aus, weil als Vergleicher logische Glieder verwendbar sind, im Gegensatz zur Verwendung von relativ aufwendigen Stromdetektoren und Spannungsdetektoren, gemäß dem Stande der Technik. Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß durch sie die niedrige Iinpedanz-Treiber-Charakteri3tik der moisten bekannten Daten Treiber nicht beinträchtigt wird. SchUctflich zeichnet sich die Erfindung noch dadurch aus, daß während der Dauer des Schutzbetriebes keine großen Energieverluste auftreten.

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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Fig. 1-4 beschrieben. Es zeigen: Piß. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, Pig. 2 ein aweites Ausführungsbeispiel der Erfindung, Pig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung in Kombination mit einem Sperrsignal und einem Rücksetzsignal und

Pig. 4 ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung in Kombination mit mehreren Datenkanälen.

Pig. 1 zeigt den Daten Treiber 1o mit dem Eingang 12, über den - bei negativer Logik - eine Umschaltung von Normalbetrieb auf Schutzbetrieb und umgekehrt möglich ist. Der Daten Treiber 1o ist ein nichtinvertierender

1Ϊ? Treiber, der bei Normalbetrieb über Klemme 16 die gleichen Binärwerte abgibt, die über den Dateneingang 14 zugeführt werden. An Klemme 16 ist die Last angeschlossen. Wenn man bei Normalbetrieb einen ersten bzw. zweiten Zustand bei Auftreten eines ersten Binärwertes bzw. zweiten Binärwertes an den Klemmen 14 und 16 bezeichnet, dann nimmt der Daten Treiber bei Schutzbetrieb einen dritten Zustand ein, währenddem der Daten Treiber 1o eine relativ große Impedanz besitzt, im Gegensatz zur geringen Impedanz während des ersten und zweiten Zustandes.

Als logischer Vergleicher ist das EXGLUSIV ODER Glied vorgesehen, dessen Eingänge an die Klemmen 14 bzw. 16 und damit an den Eingang und an den Ausgang des Daten Treibers 1o angeschlossen sind. Der Ausgang des Gliedes 18 ist mit dem Eingang 12 verbunden.

Die beiden Binärwerte der Daten werden einerseits als logisch niedriger Pegel gleich einem O-Wert bezeichnet

und andererseits als logisch hoher Pegel gleich einem 1-Wert. Die dem O-Wert "bzw. dem 1-Wert entsprechenden Signale werden auch als O-Signal "bzw. 1-Signal bezeichnet.

Bei Normalbetrieb ergeben sich gleiche Binärwerte an beiden Klemmen 14 und 16. Es kann sich entweder um zwei O-Signale oder um zwei 1-Signale handeln. In beiden Fällen wird über den Ausgang des Gliedes 18 ein O-Signal an Klemme 12 abgegeben.

Wenn ein Fehler auftritt, kann es vorkommen, daß die Klemme 16 über den an Klemme 16 angeschlossenen aber nicht dargestellten Apparat ein 1-Signal erhält, während über Klemme 14 ein O-Signal zugeführt wird. In diesem Fall liegen an den beiden Eingängen des Gliedes 18 unterschiedliche Binärsignale, so daß über den Ausgang des Gliedes 18 ein 1-Signal an Klemme 12 abgegeben wird. Mit diesem 1-Signal wird bei der angenommenen negativen Logik der Schutzbetrieb eingeschaltet und damit wird eine hohe Ausgangsimpedanz eingestellt, um den Strom durch den Daten Treiber 1o zu reduzieren und den Treiber gegen Zerstörung zu schützen. Wenn an den beiden Klemmen 14 und 16 wieder gleiche Signale anliegen - entweder zwei O-Signale oder zwei 1-Signale - dann ergibt sich am Ausgang des Gliedes 18 wieder ein O-Signal und über den Eingang 12 wird wieder der Normalbetrieb eingestellt.

Beispielsweise kann als Daten Treiber 1o eine Type des Treibers SN 74 S 244 vorgesehen sein. Bei diesem integrierten Bauteil beträgt der Hochpegel-Ausgangsstrom -15 mA und der Niedrigpegel-Ausgangsstrom beträgt 64 mA. Wenn die Hochpegel-Spannung angelegt wird an den Ausgang des integrierten Bauteil, dann ergibt sich als Ausgangsstrom während des Schutzbetriebes ein Strom von 50 uA.

Wenn die Niedrigpegel-Spannung angelegt wird, an den Ausgang des integrierten Bauteiles, dann ergibt sich während des Schutzbetriebes ein Ausgangs strom von -50 juA.

Fig. 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dieses Ausfuhrungsbeispiel ist ähnlich dem in PiR. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, so daß gleiche Bezugszeichen gleiche Teile kennzeichnen und nur die Unterschiede beschrieben werden. Der Daten Treiber 2o ist ein invertierender Treiber. Der Normalbetrieb bzw. der Schutzbetrieb wird über den Eingang 22 bei positiver Logik eingestellt. Bei Normalbetrieb liegen an den Klemmen 14 und 16 ungleiche Binärwerte. Wenn gleiche Binärwerte an den Klemmen 14 und 16 und somit auch an den beiden Eingangen des Gliedes 18 auftreten, dann wird über den Ausgang dieses Gliedes 18 ein 0-Signal an den Eingang 22 abgegeben, das nun aber den Schutzbetrieb veranlaßt. Wenn das Glied 18 durch ein Äquivalenzglied ersetzt wird, dann kann als Eingang 22 ein invertierender Eingang verwendet werden.

Pig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das außer der in Pig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung das ODER-Glied 26 und das UND-Glied 24 zeigt. Um die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Schaltungsanordnung ausgehend vom Schutzbetrieb in ihren Normalbetrieb zu überführen, müssen die richtigen logischen Signale dem Ausgang 16 zugeführt werden. Dieser Punkt wird beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 in anderer Weise gelöst.

Zwischen dem Ausgang des Gliedes 18 und dem Eingang 12 sind die beiden Glieder 26 und 24 geschaltet. Die Eingänge des Gliedes 26 sind einerseits mit dem Ausgang des Gliedes 18 und andererseits mit dem Eingang 28 verbunden

über den ein Sperrsignal zugeführt wird. Ein Eingang des Gliedes 24 ist an den Ausgang des Gliedes 26 angeschlossen und der andere Eingang des Gliedes 24 ist an den Eingang 3o angeschlossen, über den ein Rücksetaslgnal zügeführt wird. Das Invertierungszeichen am Glied 24 soll andeuten, daß das über Klemme 3o zugeführte Rücksetzsignal invertiert wird.

Bei Normalbetrieb werden über die Eingänge 28 und 3o 3 βίο wells 0-signale zugeführt. Wenn am Dateneingang 14 und am Ausgang 16 gleiche Binärwerte anliegen, dann ergibt sich ein O-Signal am Ausgang des Gliedes 18 und ein weiteres O-Signal am Ausgang des Gliedes 26. Am Ausgang des Gliedes 24 ergibt sich somit ebenfalls ein O-Signal, das über den Eingang 12 den Normalbetrieb des Treibers 1o veranlaßt.

Wenn am Dateneingang 14 und am Ausgang 16 unterschiedliche Binärwerte anliegen, dann ergeben sich 1-Signale an den Ausgängen der Glieder 18, 26 und 24, so daß auch am Eingang 12 ein 1-Signal anliegt, das den Schutzbetrieb des Treibers 1o veranlaßt. Zur Rücksetzung des Treibers 1o in den Normalbetrieb, wird als Rücksetzsignal über den Eingang 3o ein 1-Signal zugeführt. Dieses wird am entsprechenden Eingang des Gliedes 24 invertiert und gibt am Ausgang des Gliedes 24 ein O-Signal entsprechend dem Normalbetrieb. Es wird angenommen, daß das Rücksetzsignal nur dann auftritt, wenn ein eventueller Fehler behoben wurde. Mit dem über den Eingang 28 zugeführten Sperrsignal kann der Treiber 1o in den Schutzbetrieb überführt werden.

Fig. 4 zeigt eine Kombination von vier Datenkanälen, mit der Schaltungsanordnung zum Schutz des Daten Treibers.

Jeder der Datenkanäle ist gleich aufgebaut. In jedem Kanal ist ein Treiber 1o-0 bzw. Ι0-Ι bzw. 1o-2 bzw, 1o-3, ferner sind die Transistoren 32-0 bzw. 32-1 bzw. 32-2 bzw. 32-3 zwischen die Dateneingänge 14-0 bzw. 14-1 bzw.

14-2 bzw. 14-3 und die Ausgänge 16-0 bzw. 16-1 bzw. 16-2 bzw. 16-3 eingeschaltet. Die Dioden 34-0 bzw. 34-1 bzw. 34-2 bzw.34-3 verbinden die Masse mit den Ausgängen der Treiber. Klemmdioden 36-o, 36-1, 36-2, 36-3 verbinden eine positive Spannungsquelle mit den Basen der Transistoren. Als Vergleicher sind die Äquivalenzglieder 38-0, 38-1, 38-2, 38-3 vorgesehen und an die Ausgänge und Eingänge der Daten Treiber angeschlossen. Die Ausgänge dieser Äquivalenzglieder sind alle an einen Eingang des NICHT ODER Gliedes 4o angeschlossen. Die vier Ausgänge der Äquivalenzglieder I0-O bis 1o-3 sind miteinander verbunden und bilden bei negativer Logik ein verdrahtetes ODER Glied. Das Glied 4o erhält außerdem das Rücksetzsignal über den Eingang 3o. Das Ausgangssignal des Gliedes 40 liegt an einem Eingang des NICHT ODER Gliedes 42, welches das Sperrsignal über den Eingang 28 und über den Puffer 44 erhält. Der Ausgang des Gliedes 42 ist bei negativer Logik an alle Eingänge 12-0 bis 12-3 der Daten Treiber angeschlossen, wobei das NICHT ODER Glied 46 als Inverter wirkt. Außerdem ist der Ausgang des Gliedes 42 an die Basis des Transistors 48 und über die Widerstände 5o-0, 5o-1, 5o-2, 5o-3 an die Basen der Transistoren 32-0 bis 32-3 angeschlossen.

Der Betrieb der in Pig. 4 dargestellten Treiber und der Glieder 38, 4o, 42, 46 ist ähnlich wie anhand der Fig. beschrieben, mit der Ausnahme, daß alle Treiber auf Schutzbetrieb umgestellt werden, wenn ein Fehler in mindestens einem Kanal auftritt. In diesem Fall sind alle Transistoren 32 eingeschaltet.

Dieses Ausführungsbeispiel zeigt noch eine andere Schutzschaltung für die Daten Treiber. Wenn die Ausgänge der Daten !reiber 1o-0 bis I0-3 negativ werden, dann werden die Dioden 34-0 bis 34-3 leitend, um die entsprechenden Treiber zu schützen. Bei Normalbetrieb liegt an der Basis des Transistors 48 ein 1-Signal und die Basisspannungen der Transistoren 32-0 bis 32-3 werden bestimmt durch die KoIlektorspannung des Transistors 48, durch die Widerstände 5o-0 bis 5o-3 und durch die Basisströme der Transistoren 32-0 bis 32-3, da die Dioden 36 abgeschaltet sind. Wenn die Ausgänge der Daten Treiber 1o größer werden als die Basisspannungen der Transistoren 32, dann schalten die Transistoren 32 ab und isolieren die Ausgangsklemmen 16 von denTreibern 1o, um die Treiber 1o zu schützen. Wenn der Fehler in mindestens einem Kanal auftritt, dann liegt an der Basis des Transistors 48 ein 0-Signal an und die Transistoren 32 schalten ab, um die Treiber 1o von den Ausgängen 16 zu isolieren und zusätzlich die Treiber 1o vor Schaden zu bewahren. Die Transistoren 32 werden eingeschaltet durch das Rücksetzsignal über den Eingang 3o. Wenn die Spannungen an den Ausgängen 16 größer werden, erhöhen sich die Emitterspannungen und die Basisspannungen an den Transistoren 32, weil die Transistoren 32 eingeschaltet sind. Die Emitterspannungen sind jedoch geringer als die Kathodenspannungen der Dioden 36 aufgrund der Klemmung mit Hilfe der Dioden 36.

Wenn anhand der Figuren 1-4 bevorzugte Ausführungsbei-3ο spiele der Erfindung beschrieben wurden, werden die auf diesem G-ebiet tätigen Fachleute doch erkennen, daß viele Änderungen und Modifikationen gemacht werden können, ohne von der durch die vorliegende Erfindung gegebenen lehre abzuweichen. Beispielsweise kann der Ausgang der

logischen Vergleicher mit einem Anzeigeapparat verbunden werden, um den Fehler anzuzeigen. Wenn der Daten Treiber auch die Funktion eines Pegelkonverters erfüllen soll, um einen logischen Pegel wie beispielsweise einen TTL Pegel in einen anderen logischen Pegel, beispielsv/eise in einen ECL Pegel umzuwandeln, dann kann ein Pegelkonverter eingefügt werden zwischen dem Ausgang des Daten Treibers und dem logischen Vergleicher. Wenn die Übertrafiimgavorzögerungszeit des Daten Treibers und/oder den Pegelkonverters nicht vernachlässigt werden kann, dann kann ein Zwischenverstärker eingefügt werden, zwischen dem Eingang des Daten Treibers und dem logischen Vergleicher. Um die Übertragungsverzögerungszeit zu kompensieren, kann ein Kondensator eingeschaltet werden, zwischen die Eingänge der logischen Vergleicher.

Leerseite

Claims

Patentanwälte DiPLr-J kfc-H. W.tidkMAaUrDiPL.-VKYS. Dr. K. Fincke

Dipl.-Ing. RA-Veickmann, Dipl.-Chem. B. Huber Dr.-Ing. H. Liska

8000 MÜNCHEN 86 6. April 1982

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22

TELEFON (0 89) 98 03 52

TELEX 522621

TELEGRAMM PATENTWE1CKMANN MÜNCHEN

Tektronix, Inc.
Beaverton, Oregon 97077
V.St.A.

Schaltungsanordnung zum Schutz eines Daten-Treibers gegen Überstrom

Patentansprüche

Schaltungsanordnung zum Schutz eines Daten Treibers gegen Überstrom, gekennzeichnet durch einen von Normalbetrieb auf Schutzbetrieb umschaltbaren Daten Treiber (io, 2o) und durch einen logischen Vergleicher (18) der in Abhängigkeit von den logischen Binärwerten der Eingangssignale und Ausgangssignale des Daten Treibers (1o, 2o) den Schutzbetrieb veranlaßt. (Fig. 1 - 3). 1o
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Daten Treiber (io, 2o) bei Normal-

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betrieb einen ersten bzw. zweiten Zustand einnimmt und ein logisch hohes bzw. logisch, niedriges Ausgangssignal mit niedriger Ausgangsimpedanz in Abhängigkeit von den logischen Binärwerten des Eingangssignals abgibt und daß der Daten Treiber bei Schutzbetrieb einen dritten Zustand einnimmt, während dem die Ausgangsimpedanz hoch ist.

1ο
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Vergleicher ein EXCLTJSIV ODER Glied (18) oder ein Äquivalenzglied (38) vorgesehen ist. (Pig. 1 - 3 bzw. Pig. 4).
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein logisches Glied (26) welches den Datentreiber (1o) sperrt oder freigibt in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des logischen Vergleichers und in Abhängigkeit von einem Rücksetzsignal (bei 3o). (Pig.3).