DE69216036T2 - Bussteuerungsschaltung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bus-Treiberschaltung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 definierten Art.
• Die Treiberschaltung soll insbesondere für ein Bus-System eingesetzt werden, das für Personal-Computer und Workstations mit hohen Taktfreguenzen (50 MHz und mehr) geeignet ist und einen hohen Datendurchsatz zuläßt. Dieses Bus-System arbeitet mit anderen Logik-Pegeln als den bisher üblichen TTL- oder CMOS-Pegeln. Es wird in der Fachliteratur als BTL- Bus-System bezeichnet (BTL = Backplan-Tranceiver-Logic).
• Die Veröffentlichung "A Novel Saturation Control in TTL Circuits" - Wiedmann, IEEE Journal of Solid State Circuits, Band SC-7, Nr. 3, S. 243-250 (Juni 1972), die sich mit TTLschaltungen befaßt, beschreibt die Verwendung eines Rückkopplungstransistors zur Erzielung einer Sättigungskontrolle des Ausgangstransistors. Gemäß einem Beispiel wird an die Basis des Rückkopplungstransistors eine Referenzspannung angelegt. Diese Veröffentlichung beschreibt auch die Verwendung des Rückkopplungstransistors in einem DTL-Gatter zum Verhindern einer tiefen Transistorsättigung, die durch die Zufuhr eines übermäßig großen Basisstroms verursacht wird.
• Beim BTL-Bus-System liegen die Logik-Pegel für "L" und "H" anders als bei der TTL- oder MOS-Logik sehr eng beieinander. Der L-Pegel liegt bei 1 V, der H-Pegel bei 2 V; die Schaltschwelle ist auf 1,5 V festgelegt.
• Die in Bus-Treiberschaltungen verwendeten Ausgangstransistoren zeigen die bekannte Temperaturabhängigkeit ihrer Basis- Emitterspannung von 2 mV/ºC, so daß es bei einem möglichen Betriebstemperaturbereich von 700 schwierig ist, die Bedingungen einzuhalten, die bei einem BTL-Bus-System vorgegeben sind. Herkömmliche BTL-BUS-Treiberschaltungen, beispielsweise die Interface-Schaltung 75 ALS 056 der Firma Texas Instruments, die im Handbuch "Bus Interface Circuits" dieser Firma von 1988 beschrieben ist, zeigen diese unerwünschte Temperaturabhängigkeit. Diese Spannungsdrift engt den Spannungs-Störabstand am Bus erheblich ein, was natürlich die Betriebssicherheit des Bus-Systems beeinträchtigt.
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Bus- Treiberschaltung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 definierten Art so auszugestalten, daß in einem BTL-Bus- System ein größerer Spannungsstörabstand und damit eine erhöhte Betriebssicherheit erreicht werden.
• Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zu der oben erwähnten Schaltung die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 hinzugefügt werden. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist im Patentanspruch 2 gekennzeichnet.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
• Figur 1 eine herkömmliche Bus-Treiberschaltung,
• Figur 2 eine erfindungsgemäß ausgebildete Bus-Treiberschaltung.
• Die in Fig. 1 abgebildete, herkömmliche Treiberschaltung 10 enthält im wesentlichen eine Eingangsstufe mit einem Eingang 12 zur Aufnahme eines Eingangssignals und mit einem Anschluß 14 zum Anlegen einer Versorgungsspannung Uv und eine Ausgangsstufe mit einem Ausgang 16 zur Abgabe eines Ausganssignals mit dem Spannungswert Ua. Die Eingangsstufe weist einen Eingangstransistor Q&sub1; auf, dessen Kollektor über einen Widerstand R&sub1; mit dem Versorgungsspannungsanschluß 14 verbunden ist und dessen Emitter über einen Widerstand R&sub2; an Masse liegt.
• Die Ausgangsstufe weist einen Ausgangstransistor Q&sub2; auf, dessen Basis mit dem Emitter des Transistors Q&sub1; verbunden ist, der somit als Emitterfolger betrieben wird. Der Emitter des Transistors Q&sub2; liegt an Masse und der Kollektor ist mit der Katode einer Schottky-Diode D&sub1; verbunden, an deren Anode das Ausgangssignal abgegeben wird.
• Zwischen dem Kollektor und der Basis des Transistors Q&sub2; liegt ebenfalls eine Schottky-Diode D&sub2;, die verhindert, daß der Transistor Q&sub2; in den Sättigungszustand übergehen kann. Die Diode D&sub1; hat den Zweck, die Ausgangsspannung am Ausgang 16 herabzusetzen.
• Die Ausgangsspannung bei durchgeschaltetem Transistor Q&sub2;, die den L-Pegel darstellt, berechnet sich nach folgender Formel:
• Ua = UD1 - UD2 + UBE2
• Dabei sind UDI und UD2 die Spannungen an den Dioden D&sub1; und D&sub2;, während UBE2 die Basis-Emitter-Spannung des Transistors Q&sub2; ist. Die Temperaturdrift der Schottky-Dioden D&sub1; und D&sub2; ist identisch. Werden die Schottky-Dioden D&sub1; und D&sub2; mit der gleichen Stromdichte betrieben, so vereinfacht sich die Formel, und es gilt:
• Ua = UBE2
• Folglich driftet die Ausgangsspannung Ua genau wie die Basis-Emitter-Spannung UBE2 des Transistors Q&sub2; mit 2 mV/ºC. In einem Temperaturbereich von 0 bis 70ºC ergibt sich daraus eine Spannungsdrift von mehr als 140 mV.
• Dieser Nachteil wird durch die in Fig. 2 dargestellte Treiberschaltung beseitigt. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, stimmt die Eingangsstufe der Treiberschaltung mit der Eingansstufe der in Fig. 1 dargestellten Treiberschaltung überein. Die Ausgangsstufe ist jedoch so verändert, daß sich eine Kompensation der temperaturabhängigen Spannungsdrift ergibt, wie aus den folgenden Erläuterungen ersichtlich wird.
• Die temperaturkompensierte Ausgangsstufe enthält zusätzlich zum Ausgangsstransistor Q&sub2; einen Transistor Q&sub3;, dessen Kollektor mit der Basis des Transistors Q&sub2; und dessen Emitter mit dem Kollektor des Transistors Q&sub2; verbunden ist; seine Basis ist über eine Schottky-Diode D&sub3; mit einer Klemme einer Referenzspannungsquelle 18 verbunden, deren andere Klemme an der Basis des Transistors Q&sub2; liegt und die eine Referenzspannung Uref abgibt. Als Referenzspannungsquelle 18 kann beispielsweise eine hochgenaue Band-Gap-Referenz-Schaltung dienen, wie sie in "BIPOLAR AND MOS ANALOG INTEGRATED CIRCUIT DESIGN" von Alan B. Grebene, 1984, S. 206, beschrieben ist. Diese Band-Gap-Referenz-Schaltung ist in jedem BTL- Baustein vorhanden, um den Schwellwert der Empfängerschaltung festzulegen. Aus dieser Band-Gap-Referenz-Schaltung kann die Referenzspannung leicht erzeugt werden. Den Ausgang 16 der Ausgangsstufe bildet wie in Fig. 1 die Anode der Schottky-Diode D&sub1;, deren Katode mit dem Kollektor des Ausgangstransistors Q&sub2; verbunden ist.
• Die Treiberschaltung von Fig. 2 arbeitet ähnlich wie die in Fig. 1 dargestellte, herkömmliche Treiberschaltung. Eine Eingangsspannung mit H-Pegel versetzt den Ausgangstransist6r Q&sub2; in den leitenden Zustand. Dadurch nimmt die Ausgangsspannung Ua den niedrigen L-Pegel an.
• Die Ausgangsspannung Ua errechnet sich, wie aus Fig. 2 leicht herzuleiten ist, nach folgender Formel:
• Ua = UD1 - UBE3 - UD3 + Uref + UBE2 (1)
• Die Temperaturdrift der beiden Schottky-Dioden D&sub1; und D&sub3; und der Transistoren Q&sub2; und Q&sub3; ist identisch. Werden die Schottky-Dioden D&sub1; und D&sub2; und die Transistoren Q&sub2; und Q&sub3; mit gleicher Stromdichte betrieben, wie dies bei einer richtig dimensionierten Schaltung der Fall ist, so vereinfacht sich Gleichung (1) zu:
• Ua = Uref (2)
• Dies bedeutet, daß die Ausgangsspannung Ua unabhängig von der Temperatur ist. Außerdem hat die Ausgangsspannung den Wert der hochgenauen Referenzspannung Uref, so daß der L-Pegel exakt und sehr konstant festgelegt ist.

Claims (2)

1. Bus-Treiberschaltung zum Anlegen eines binären Signals an eine Bus-Leitung mit:

einem Eingangstransistor (Q1) mit Basis-, Kollektorund Emitterelektroden für den Empfang des an der Basis des Eingangstransistors an die Bus-Leitung anzulegenden binären Signals (Ue), wobei der Kollektor des Eingangstransistors an eine Klemme (14) zum Liefern einer Versorgungsspannung (UV) angeschlossen ist;

einem Ausgangstransistor (Q2) mit Basis-, Kollektor- und Emitterelektroden, wobei die Basis des Ausgangstransistors mit dem Emitter des Eingangstransistors verbunden ist;

einer Ausgangsklemme (16), die an den Kollektor des Ausgangstransistors angeschlossen ist; und

einer Schottky-Diode (D1), die zwischen den Kollektor des Ausgangstransistors und die Ausgangsklemme eingefügt und jeweils an diese angeschlossen ist;

gekennzeichnet durch einen eingefügten Transistor (Q3) mit Basis-, Kollektor- und Emitterelektroden, wobei der Kollektor des eingefügten Transistors mit der Basis des Ausgangstransistors verbunden ist, wobei der Emitter des eingefügten Transistors mit der Basis des Ausgangstransistors verbunden ist, wobei der Emitter des eingefügten Transistors mit dem Kollektor des Ausgangstransistors verbunden ist, wobei der eingefügte Transistor dadurch eine Kollektor-Emitter-Strecke hat, die zwischen der Basis und dem Kollektor des Ausgangstransistors liegt;

eine Referenzspannungsquelle (18) mit einer ersten an die Basis des eingefügten Transistors angeschlossenen Klemme und einer zweiten an die Basis des Ausgangstransistors angeschlossenen Klemme; und

eine zweite Schottky-Diode (D3), die zwischen die erste Klemme der Referenzspannungsquelle und die Basis des eingefügten Transistors eingefügt ist und jeweils an diese angeschlossen ist;

wobei der eingefügte Transistor, die zweite Schottky- Diode und die Referenzspannungsquelle so zusammenarbeiten, daß der an die Bus-Leitung über die Ausgangsklemme anzulegende niedrige Wert des binären Signals festgelegt wird.

2. Bus-Treiberschaltung nach Anspruch 1, ferner dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schottky-Diode (D3) mit ihrer Kathode an die Basis des eingefügten Transistors (Q3) angeschlossen ist;

der Kollektor des Ausgangstransistors (Q2) mit der Kathode der erstgenannten Schottky-Diode (D1) verbunden ist; und

die Referenzspannungsquelle (18) eine Band-Gap-Spannungsquelle ist.