DE3346158A1 - Analoger festkoerperschalter - Google Patents

Description

Fairchild Camera and Instrument Corporation, 464 Ellis Street,
Mountain View, Calif. /USA

Analoger Festkörperschalter

Die Erfindung bezieht sich auf einen analogen Festkörperschalter, ausgelegt für hohe Spannungen, und insbesondere auf einen solchen Schalter ■ zur Anwendung in automatischen Prüfanlagen für integrierte Schaltkreise.

Bei automatischen Prüfanlagen für die Prüfung integrierter Schaltkreise und anderer elektronischer Komponenten werden Pinelektronik-Schnittstellenschaltkreise an die Pins oder anderen Knoten einer zu prüfenden elektronischen Komponente angelegt. Über die Pins werden Stimuliersignale an den Prüfling angelegt, und Ausgangssignale von dem Prüfling werden erfaßt und gemessen. Üblicherweise repräsentieren die Stimuliersignale Logikzustände oder analoge Spannungen oder Ströme, die an die Pins des Prüflings angelegt werden als paralleles Muster, und die resultierenden Ausgangssignale werden ebenfalls parallel geprüft. Bei typischen Anlagen nach dem Stand der Technik erfolgt das Schalten der Treiberstufen, Komparatoren und anderer Schaltungen an die Pins des Prüflings unter Verwendung mechanischer Relais, beispielsweise von drei Form-A-Relais.

Die Verwendung von Relais als Schalter in automatischen Prüfanlagen besitzt eine Anzahl von Nachteilen, insbesondere deshalb, weil Relais relativ niedrige Schaltgeschwindigkeiten besitzen. Die niedrigen

Schaltgeschwindigkeiten in der Größenordnung von einigen Hundert Mikrosekunden führen zu einer erheblichen Totzeit für die automatische Prüfanlage. Bei einigen bekannten Prüfanlagen wird etwa die Hälfte der Totzeit verbraucht für das Warten auf das Schließen der Relais.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Festkörperschalter, ausgelegt für hohe Spannungen zu schaffen, der gegenüber den bisher verwendeten Relaisschaltern günstigere Betriebskennwerte aufweist, um Spannungen bei automatischen Prüfanlagen durchzuschalten.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Patentanspruch I genannten Merkmal gelöst; die Unteransprüche definieren zweckmäßige und bevorzugte Ausgestaltungen dieser Erfindung.

Demgemäß sind zwei seriengeschaltete MOS FETs vorgesehen, die eingeschaltet werden durch einen Fotospannungsgenerator und ausgeschaltet werden durch einen Op to-Kopp ler. Die Erfindung benötigt nur eine Niederspannungsquelle, um Lichtemissionsdioden einzuschalten, welche dazu dienen, den Fotospannungsgenerator und den Opto-Koppler anzusteuern. Da der Schalter selbst schwimmend ist ohne elektrische Verbindung zu Masse oder zur Eingangstreiberstufe, gibt es nur eine sehr niedrige Leckage, und es liegt eine hohe elektrische Isolation von Eingang zu Ausgang vor.

Darüberhinaus sind für die Vorspannung keinerlei externe Hochspannungsleistungsquellen erforderlich. Der Schalter gemäß der Erfindung kann in Form eines Moduls gefertigt werden, der Pin um Pin kompatibel ist mit den Relais, die er ersetzt. Dabei schaltet er jedoch um Größenordnungen schneller als die Relais. Dies verhindert in erheblichem Maße die Totzeit der Prüfanlage und ermöglicht damit einen größeren Durchsatz für eine solche Anlage.

Ein Ausführungsbespiel des Gegenstandes der Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen im einzelnen erläutert.

Fig. 1 zeigt schematisch ein bevorzugtes Ausführungsbespiel des

Schalters gemäß der Erfindung/

Fig. 2 ist eine schematische Darstellung eines Steuerschaltkreises für den Schalter nach Fig. 1, und

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung des Steuerschaltkreises für den Schalter nach Fig. 1 bei Verwendung in einem automatischen Prüfsystem.

Fig. 1 zeigt schematisch die bevorzugte Ausführungsform des Schalters gemäß der Erfindung. Der Schalter liegt in Form eines Schaltkreises gemäß Fig. 1 vor und dient dazu, selektiv den Eingangsknoten, in Fig. 1 links gezeigt, mit einem Ausgangsknoten, in Fig. 1 rechts gezeigt, zu verbinden bzw. abzutrennen. Der Schaltkreis umfaßt einen ersten Metalloxydhalbleiter-Feldeffekttransistor (MOS FET) Io und einen zweiten MOS FET 2o. Diese Source-Elektroden 11 bzw. 21 der Transistoren sind gemeinsam an Knoten A gelegt, und die Gate-Elektroden 13 bzw. 23 liegen

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-r- s

gemeinsam am Knoten B. Ein Fotospannungsgenerator 3o ist zwischen die Knoten A und B gelegt, parallel zu einem Opto-Koppler 4o.

Der Fotospannungsgenerator 3o kann irgendein im Handel erhältlicher Fotosoannungsgenerator sein, der im Ansprechen auf eine entsprechende Beleuchtung eine Potentialdifferenz zwischen den Knoten A und B erzeugt. In der bevorzugten Ausführungsform umfaßt der Generator 3o einen Fairchild-PC 4oo. Ein Dionics D-I6V8- integrierter Schaltkreis bestehend aus 16 in Serie geschalteten Fotospannungsdioden kann ebenfalls verwendet werden. Die Dioden sind dielektrisch voneinander und von ihrem gemeinsamnn Substrat isoliert. Bei Beleuchtung erzeugt der Generator 3o ein Potential von 6 bis 8 V, abhängig von Intensität und Lichtquelle.

Auch der Opto-Koppl'er 4o ist an sich bekannt und umfaßt in der bevorzugten Ausführungsform einen fotoempffndlichen Transistor, hergestellt von der Firma Fairchild als I eil einer Opto-Koppler und LED enthaltenden Baugruppe mit der Bezeichnung MCT-6, und der Opto-Koppler stellt im Ansprechen auf eine entsprechende Beleuchtung einen Kurzschluß zwischen den Knoten A und B her. Das¹ Aktivierungslicht für den Generator 3o ist in Fig. 1 schematisch als Pfeil .symbolisiert, während das Aktierungslicht für den Opto-Koppler 4o durch den Pfeii 42 symbolisiert wird.

Der Betrieb des Schaltkreises nach Fig. 1 ist, wenn die Transistoren Io und 2o im Anreicherungsmodus arbeitende η-Kanal D-MOS sind, der folgende: Die Transistoren Io und 2o leiten nur, wenn das Potential ihrer Gate-Elektroden 13 bzw. 23 positiver ist als das Potential des Kanals zwischen Source and Drain. Wenn angenommen wird, daß kein Licht auf den Opto-Koppler 4o fällt, ist dieser gesperrt, und die Potentialdifferenz zwischen den Knoten A und B wird bestimmt durch den Generator 3o. Im Ansprechen auf Licht 32 erzeugt der Generator 3o eine Potentialdifferenz zwischen den Knoten A und B derart, daß der Knoten B positiver ist. Diese Bedingung schaltet die Transistoren Io und 2o durch und verbindet den

Eingangsknoten mit dem Ausgangsknoten.

Wenn gewünscht wird, den Eingangsknoten vom Ausgangsknoten zu trennen, wird das Licht 32 ausgeschaltet und das Licht 42 eingeschaltet. Auf diese Weise kann der Generator 3o keine Potentiaidifferenz zwischen den Knoten A und B erzeugen, während der Opto-Koppler 4o die Knoten

durchschaltet, womit die Transistoren Io und 2o ausgeschaltet werden.

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Fig. 2 ist ein vereinfachtes schematisches Diagramm eines Steuerschaltkreises, der in Verbindung mit der Schalterschaltung nach Fig. 1 verwendet werden kann. Wie in Fig. 2 dargestellt, sind Lichtemissionsdioden 15 und 25 eines Diodenpaares zum Empfang eines entsprechenden Steuersignals angeschlossen. Bei Anlegen eines Steuersignals "Drive 3o" schaltet die Lichtemissionsdiode 15 ein und emittiert Licht 32 zum Ansteuern des Generators 3o. Anlegen eines Steuersignals "Drive 4o" schaltet die Lichtemissionsdiode 25 ein, die dann Licht 42 für den Opto-Koppler 4o emittiert. Natürlich werden der Generator 3o und der Opto-Koppler 4o voneinander isoliert, so daß Steuersignale für den einen nicht von dem anderen empfangen werden können.

Fig. 3 ist eine schematische Darstellung einer Steuerschaltung zur Verwendung in einer automatischen Prüfanlage. Die Steuerschaltung nach Fig. 3 verwendet werden, um drei der für hohe Spannungen bestimmten Festkörperschalter gemäß Fig. 1 anzusteuern. In einer typischen Ausführungsform werden die Lichtemissionsdioden 16, 17 und 18 verwendet zum Steuern von drei getrennten Fotospannungsgeneratoren entsprechend dem Generator 3o aus Fig. 1, während die Lichtemissionsdioden 26, 27 und 28 verwendet werden zum Steuern von drei getrennten Opto-Kopplern entsprechend dem Opto-Koppler nach Fig. 1. Ein typischer Anwendungsfall in einer automatischen Prüfanlage bestünde darin, eine in Kelvin-Schaltung angeschlossene Spannungsquelle mit hoher Impedanzabführleitung und angetriebener Überwachung anzusteuern. Wie in Fig. 3 gezeigt, schaltet das Anlegen eines Niederpegeltreibereingangssignals Dioden 16, 17 und 18 ein und über Transistor 6o die Dioden 26, 27 und 28 aus. Demgemäß werden die gesteuerten Schalter eingeschaltet. Anlegen eines Treibereingangssignals hohen Pegels schaltet die Dioden 16, 17 und 18 aus und die Dioden 26, 27 und 28 ein, um damit die Opto-Koppler anzusteuern und diese ihrerseits die drei als Schalter dienenden Schaltkreise ausschalten zu lassen. In der bevorzugten Ausführungsform der Fig. 3 umfassen die Lichtemissionsdioden solche aus der Baugruppe MC I-6, Widerstände 5o bis 55 haben 33o Ohm, der Widerstand 56 beträgt Io kOhm, und der Widerstand 57 ist ein 6,8 k0hm-Widerstand. Als Transistor 6o dient ein 2 N44ol.

Zwar wurden bevorzugte Ausführungsbeispiele des Schalters gemäß der Erfindung mit zugehörigen Steuerschaltkreisen oben beschrieben, doch sind diese Ausführungsformen nur als Beispiele zu verstehen. Insbesondere kann

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man andere Typen von Transistoren verwenden anstelle der im Anrelehungsmodus arbeitenden η MOS-Komponenten. Es ist ferner festzuha!ten,daß andere Type von Fotospannungsgeneratoren und Opto-Kopplern anstelle der erwähnten verwendet werden können.

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Claims (7)

1. Fairchild Camera and Instrument Corporation, 464 Ellis Street,
   Mountain View, Calif./USA

   Patentansprüche

   Schalter zum wahlweisen Durchverbinden eines

   Schaltungseingangsknotens mit einem Ausgangsknoten, gekennzeichnet durch

   erste und zweite MOS-Transistoren, die jeweils eine Gate-Elektrode, eine Source-Elektrode und eine Drain-Elektrode aufweisen, wobei der Eingangsknoten mit der Drain-Elektrode des ersten Transistors und der Ausgangsknoten mit der Drain-Elektrode des zweiten Transistors verbunden ist, die Ga te-Elektrode η der Transistoren mit einem ersten Knoten verbunden sind und die Source-Elektroden der Transistoren mit einem zweiten Knoten verbunden sind,

   durch einen zwischen den ersten und den zweiten Knoten geschalteten Fotospannungsgenerator zum Erzeugen einer Potentialdifferenz zwischen diesen im Ansprechen auf ein erstes Signal und

   durch eine Opto-Koppler-Anordnung, die zwischen den ersten Knoten und den zweiten Knoten gelegt ist zum Verbinden des ersten Knotens mit dem zweiten Knoten im Ansprechen auf ein zweites Signals.
2. 2. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren im Anreicherungsmodus arbeitende MOS-Transistoren umfassen.
3. 3. Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Signal und das zweite Signal Lichtsignale umfassen.
4. 4. Schalter nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine erste Komponente zum Erzeugen des ersten Lichtsignals im Ansprechen auf ein erstes Steuersignal.
5. 5. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die erste

   Komponente zum Erzeugen des ersten Lichtsignals mindestens eine erste

   Lichtemissionsdiode umfaßt, angeordnet zum Beleuchten des Fotospannungsgenerators im Ansprechen auf das erste Steuersignal.
6. 6. Schalter nach Anspruch 3, 4 oder 5, gekennzeichnet durch eine zweite Komponente zum Erzeugen des zweiten Lichtsignals im Ansprechen auf ein zweites Steuersignal.
7. 7. Schalter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Komponente zum Erzeugen des zweiten Lichtsignals mindestens eine zweite Lichtemissionsdiode umfaßt, angeordnet zum Beleuchten des Opto-Kopplers im Ansprechen auf das zweite Steuersignal.

   Θ. Schalter nach Anspruch. 7, gekennzeichnet durch eine Treibereingangsschaltung, angekoppelt an die erste Komponente zum Erzeugen des ersten Lichtsignals und die zweite Komponente zum Erzeugen des zweiten Lichtsignals zum alternierenden Anlegen des ersten Steuersignals und des zweiten Steuersignals.

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