EP1654778A2 - Kalibrierbare mikrowellen-schaltung mit beleuchtbaren gaas-fet sowie kalibriervorrichtung und verfahren zur kalibrierung - Google Patents

Kalibrierbare mikrowellen-schaltung mit beleuchtbaren gaas-fet sowie kalibriervorrichtung und verfahren zur kalibrierung

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EP1654778A2
EP1654778A2 EP05733713A EP05733713A EP1654778A2 EP 1654778 A2 EP1654778 A2 EP 1654778A2 EP 05733713 A EP05733713 A EP 05733713A EP 05733713 A EP05733713 A EP 05733713A EP 1654778 A2 EP1654778 A2 EP 1654778A2
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EP
European Patent Office
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microwave circuit
light source
effect transistors
light
signal
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EP1654778B1 (de
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Wilhelm Kraemer
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Rohde and Schwarz GmbH and Co KG
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/10—Auxiliary devices for switching or interrupting
    • H01P1/15—Auxiliary devices for switching or interrupting by semiconductor devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
    • H01P1/00—Auxiliary devices
    • H01P1/22—Attenuating devices

Definitions

  • the invention relates to a microwave circuit with electronic switching components with field-effect transistors on a substrate base made of galium arsenide.
  • the microwave circuit can, in particular but not exclusively, be designed as a step-by-step damping circuit for quickly switching high-frequency signals.
  • the switching components or the GaAs-FET can be illuminated by a light source, the light striking the field-effect transistors in particular significantly reducing the switching times of the field-effect transistors and the electronic switching components.
  • field effect transistors can be very easily implemented on a semiconductor chip. In addition, they require very little tax.
  • An exposure of field effect transistors based on galium arsenide, in particular MESFET, has the consequence that impurities which occur at the semiconductor interfaces, in particular below the gate electrode and have a negative influence on the switching times of the field effect transistors, are recharged more quickly .
  • the negative influence of the defects is known as a gate-lag effect in MESFET components and can be measured as an extremely slow change in the sheet resistance. The cause is the slow charging and discharging of the surface defects of the source-gate section and the gate-drain section.
  • By illuminating the field effect transistors electron-hole pairs are generated which neutralize the charges trapped in the impurities. The lighting can suppress the gate lag effect and shorten the switching time by a factor of 10 - 100.
  • High-frequency circuits for example microwave circuits, which are designed as damping circuits, are used, for example, in high-frequency technology for measuring purposes and for level control in signal generators and network analyzers.
  • the damping circuits or the field effect transistors used in them must be able to switch very quickly and have a large dynamic range.
  • circuits with field effect transistors based on galium arsenide are used, which can also be illuminated in newer circuit arrangements, in particular to further shorten switching times.
  • Such a generic microwave circuit is known from DE 102 28 810 AI.
  • the digitally controllable attenuator disclosed there is constructed with field-effect transistors as switching elements which can be illuminated by a light source, for example an LED.
  • the light sources are operated in an uncontrolled manner and are controlled independently of other variables influencing the switching time of the field effect transistors, so that in particular the light intensity and the light color or the radiation energy cannot be changed during operation of the attenuator.
  • the present invention has for its object a microwave circuit with a short, constant and reproducible switching time and a corresponding To create calibration device and a corresponding calibration process.
  • the object is achieved with respect to the microwave circuit by the features of claim 1, with respect to the calibration device by the features of claim 12 and with respect to the calibration method by the features of claim 14.
  • the present invention has the advantage that the microwave circuit with illuminable field-effect transistors can keep the switching times of the field-effect transistors particularly short and constant with little effort, and so the switching times can be predicted as a function of operating parameters. In addition, the power requirements of the light sources and the thermal effect of the light source on the field effect transistors are minimized.
  • the microwave circuit is designed so that the light source can alternately or simultaneously shine in different colors and so color combinations can be generated, the light source z. B. shine or shine in red, yellow, green, white, blue, ultraviolet and infrared.
  • the microwave circuit has a control device which controls or regulates the light intensity and / or the light color of the light source.
  • control device controls or regulates the light intensity and / or the light color as a function of at least one measured variable or a combination of measured variables.
  • the control device controls or regulates the light intensity and / or the light color as a function of at least one measured variable or a combination of measured variables.
  • control device controls the light source in such a way that the switching times of the field-effect transistors remain constant over the entire range of the values of the measured variables used during operation, the switching times being minimized.
  • the control device advantageously has a memory in which the optimum light intensity and / or light color of the light source for a plurality of values of the measured variables is stored, depending on the values of the measured variables used, the control device storing the light intensity and / or the light color of the respective light source adjusts or controls based on the values of the measured variables used stored in the memory.
  • the electronic microwave circuit according to the invention has at least one sensor in the area of the respective field effect transistor or the respective semiconductor substrate, which detects the light intensity and / or the temperature.
  • the calibration device is able to calibrate the light color and / or light intensity of the light source of the microwave circuit via adjustable value ranges of the measured variables in order to make the light intensity and / or light color optimally adjustable.
  • the calibration device advantageously has a control connection for controlling a cooling / heating for cooling or heating the field effect transistors. The temperature of the field effect transistors can thus be controlled and changed arbitrarily.
  • Fig. 1 shows a schematically illustrated embodiment of a microwave circuit and a calibration device according to the invention.
  • FIG. 1 shows a microwave circuit 1 according to the invention, which is connected to a calibration device 20 according to the invention.
  • the microwave circuit 1 is designed as a damping circuit.
  • input high-frequency signals 16 present at an input 9 are fed to a circuit arrangement with GaAs field-effect switching transistors 15 and damping elements and thereby subjected to quickly switchable dampings.
  • the input high-frequency signals 16 are output at an output 10 more or less damped than output high-frequency signals 17.
  • the schematically shown field-effect transistors 15 are integrated on a semiconductor chip 5 and are designed as field-effect transistors 15 on a substrate base made of galium arsenide (GaAs).
  • the GaAs-FET can be illuminated by a light source 2, which in the exemplary embodiment is designed as a light-emitting diode.
  • the light source 2 illuminates the GaAs FET, which are formed on semiconductor chip 5 provided with a transparent, separate housing (not shown separately).
  • the light source 2 is shown close to the semiconductor chip 5, but can also be arranged above the semiconductor chip 5 ' .
  • GaAs MESFET can also be used.
  • the microwave circuit 1 is constructed on a carrier 14, which can be a printed circuit board, for example.
  • a carrier 14 which can be a printed circuit board, for example.
  • the control device 6 also has a memory 7 and a digital / analog converter 13.
  • the desired damping values are selected and set by the control device 6 via the digital control connection 11.
  • the switching times of the field-effect transistors 15 which can be illuminated by the light source 2 are dependent on a number of influencing variables.
  • the switching times depend on the light intensity or illuminance with which the light source 2 acts on the field-effect transistors 15, on the light color that the light source 2 emits, on the temperature of the field-effect transistors 15, on the level of the field-effect transistors 15 Transistor 15 to be switched signal voltage compared to the control voltage with which the field-effect transistor 15 is controlled, the signal voltage being dependent on the input high-frequency signal 16, on the level of the signal frequency, which in the exemplary embodiment is the frequency of the input high-frequency signal 16 corresponds, and the polarity of the signal voltage compared to the control voltage.
  • the switching times of the field-effect transistors 15 and thus of the microwave circuit 1 remain constant over a wide range of values of the influencing variables.
  • the control voltage of the field-effect transistors 15 can only be freely selected in a very narrow range and the temperature of the field-effect transistors can only be adapted or adjusted very slowly and with great technical effort can be controlled or regulated
  • the light intensity and / or the light color of the light source 2 is set or controlled or regulated as a function of an influencing variable or a combination of the remaining influencing variables, hereinafter referred to as measured variables.
  • the light source 2 which can be changed in light color and / or light intensity during operation, is controlled with a digital signal via the digital / analog converter 13 of the control device 6.
  • the digital signal controls the light intensity and / or light color of the light source 2.
  • the light source 2 can be designed, for example, as a two-color LED which can shine in one of two colors or in both at the same time.
  • a light source 2 and / or a laser diode that radiates strongly in the ultraviolet or infrared range can also be used.
  • control device 6 sets the light intensity and / or light color of the light source 2 via the D / A converter 13 as a function of one or more of the influencing variables, eg. B. Polarity of the signal voltage compared to the
  • the D / A converter adjusts the voltage supply of the light source 2 in question and thus the current through the light source 2.
  • the light intensity and / or light color of the light source 2 is regulated by the control device 6.
  • a sensor 8 arranged close to the relevant field effect transistor 15 is provided.
  • the sensor 8 measures the illuminance of the light source 2 in question and passes it on to the control device 6.
  • the sensor 8 also measures the temperature in the region of the field-effect transistor 15 in question.
  • the sensor 8 can be integrated, for example, on the semiconductor chip 5.
  • the sensor 8 can, for example, only measure the temperature, in which case the light intensity of the light source 2 in question can only be controlled by the control device 6.
  • the control device 6 which, in the exemplary embodiment shown, the light intensity and / or light color of the light source 2 in question as a function of the measured variables, for. B. - Polarity of the signal voltage compared to the control voltage with which the field-effect transistors 15 are driven,
  • the level of the signal frequency regulates so that the switching times of the field-effect transistor 15 in question about the expected or permissible value ranges of the influencing variables is constant, the light intensity is just as large as necessary and / or the wavelength of the light color is optimal. The heat development and the temperature influence of the light source 2 on the field-effect transistor 15 is reduced.
  • the light intensity and / or light color is selected by the control device 6 so that the switching times of the field-effect transistor 15 in question are as short as possible.
  • the optimum light intensity and / or light color is stored in the memory 7 of the control device 6 for each combination of the occurring values of the measured variables used, whereby only one measured variable can be used.
  • the light intensity and / or light color is selected so optimally that the shortest possible switching time is achieved, the light intensity and / or light color being able to be adjusted so that even with the most unfavorable values of the measured variables, a constant switching time can be achieved by regulating the Light color and / or light intensity can be set that is constant over all expected or permissible values of the measured variables.
  • the microwave circuit 1 or the light intensity and / or the light color of the light source 2 is calibrated before use in, for example, a measuring arrangement by means of a calibration device 20 according to the invention.
  • the connected to the microwave circuit 1 is calibrated before use in, for example, a measuring arrangement by means of a calibration device 20 according to the invention.
  • Calibration device 20 is operated using the method according to the invention.
  • the calibration device 20 essentially has a signal generator 21 and a controller (control unit) 22 with a memory 25.
  • the signal generator 21 generates the input high-frequency signal 16 and passes it on via a calibration output 29 to the input 9 of the microwave circuit 1.
  • the controller 22 controls Via a calibration connection 24, which is connected to the control connection 11, the microwave circuit 1 or the control device 6, wherein it switches between the desired attenuation values by means of digital control signals and adjusts the light intensity and / or light color.
  • the output high-frequency signal 17 is fed to the controller 22 via a calibration input 30 connected to the output 10.
  • the controller 22 controls the signal generator 21, the signal generator 21 generating the respective output high-frequency signals 16 desired by the controller 22, and optionally via a control connection 23, a cooling / heating 31 for changing the temperature of the microwave circuit 1 or Field effect transistors 15.
  • the calibration device 20 which is operated using the method according to the invention, now varies by means of the controller 22 the influencing variables which influence the switching time of the field effect transistors 15.
  • the signal generator 21 varies and sets by changing the input high-frequency signal 16: polarity of the signal voltage compared to the control voltage with which the field-effect transistors 15 are driven,
  • the temperature of the field effect transistors 15 can optionally be varied and set by the controller 22 through the heating / cooling 31.
  • the light intensity or light color of the light source 2 is varied and set by the controller 22 via the control connection 11 and the control device 6.
  • the controller 22 is able to regulate or regulate the temperature of the field-effect transistors 15 via the temperature transmitted by the sensor 8 via the control device 6 and the control connection 11 Control heating / cooling to keep constant or change.
  • the values of the influencing variables are varied or changed step by step and for each change the switching time of the relevant field effect transistor 15 is determined by comparing the time of the switching command from the controller 22 with the occurrence of the damping received by the controller 22 in the output high-frequency signal 17 the step sizes are selectable and the value ranges of the influencing variables lie in predictable or permissible ranges or are selected in this way.
  • one influencing variable is changed step by step and at the same time the other influencing variables are kept constant.
  • the values of the influencing variables that occur are stored in the memory 25 and then evaluated by setting values for the optimum light intensity and / or light color of the light source 2 for each combination of the values of the measured variables, in which a minimized switching time is kept constant over all possible combinations of values can be.
  • the evaluation is either stored in the form of an n-dimensional table first in the memory 25 and then transferred to the memory 7 or written directly to the memory 7.
  • the controller 22 can be programmed via a programming connection 33, for example from a computer (PC) 32.
  • the controller 22 can also be controlled via the programming connection 32 or data can be read from the memory 25.
  • the invention is not restricted to the exemplary embodiment.
  • the features of the exemplary embodiment can be combined with one another in any way.

Landscapes

  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)
  • Led Devices (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

Eine elektronische Mikrowellen-Schaltung (1)mit GaAs-Feldeffekt-Transistoren (15), welche auf einem Halbleitersubstrat (5) integriert sind, zum Schalten von elektrischen Eingangs-Hochfrequenz-Signalen (16) weist zumindest einer Lichtquelle (2) zum Beleuchten der GaAs-Feldeffekt-Transistoren (15) auf. Die Lichtstärke der Lichtquelle (2) und/oder die Lichtfarbe der Lichtquelle (2) sind im Betrieb veränderbar. Eine Kalibriervorrichtung (20) kalibriert die Lichtstärke und/oder die Lichtfarbe der Lichtquelle (2) mit einem erfindungsgemässen Verfahren.

Description

Kalibrierbare Mikrowellen-Schaltung mit beleuchtbaren GaAs-FET sowie Kalibriervorrichtung und Verfahren zur Kalibrierung
Die Erfindung betrifft eine Mikrowellen-Schaltung mit elektronischen Schaltbauteilen mit Feldeffekt-Transistoren auf einer Subtratbasis aus Galium-Arsenid. Die Mikrowellen-Schaltung kann insbesondere aber nicht ausschließlich als stufenweise Dämpfungsschaltung zum schnellen Schalten hochfrequenter Signale ausgebildet sein. Die Schaltbauteile bzw. die GaAs-FET sind durch eine Lichtquelle beleuchtbar, wobei das dabei auf die Feldeffekt-Transistoren auftreffende Licht insbesondere die Schaltzeiten der Feldeffekt-Transistoren bzw. der elektronischen Schaltbauteile wesentlich verkürzt.
Feldeffekt-Transistoren lassen sich bekanntermaßen sehr leicht auf einem Halbleiterchip realisieren. Darüber hinaus benötigen sie nur sehr wenig Steuerleistung. Eine Belichtung von Feldeffekt-Transistoren auf Galium-Arsenid- Basis, insbesondere von MESFET, hat zu Folge, daß Störstellen, welche an den Halbleitergrenzflächen insbesondere unterhalb der Gate-Elektrode auftreten und negativen Einfluß auf die Schaltzeiten der Feldeffekt- Transistoren haben, schneller umgeladen werden. Der negative Einfluß der Störstellen ist bei MESFET- Bauelementen als Gate-Lag-Effekt bekannt und wird als äußerst langsame Änderung des Bahnwiderstandes meßbar. Ursache ist die langsame Auf- bzw. Entladung der Oberflächenstörstellen der Source-Gate-Strecke und der Gate-Drain-Strecke. Durch die Beleuchtung der Feldeffekt- Transistoren werden Elektronen-Loch-Paare erzeugt, welche die in den Störstellen gefangenen Ladungen neutralisieren. Durch die Beleuchtung läßt sich der Gate-Lag-Effekt unterdrücken und die Schaltzeit um den Faktor 10 - 100 verkürzen.
Hochfrequenz-Schaltungen, beispielsweise Mikrowellen- Schaltungen, die als Dämpf ngsSchaltungen ausgeführt sind, werden z.B. in der Hochfrequenztechnik für Meßzwecke und zur Pegelregelung in Signalgeneratoren und Netzwerkanalysatoren eingesetzt. Um beispielsweise Meßreihen mit verschiedenen veränderlichen Parametern schnell durchfahren zu können, müssen die Dä pfungsSchaltungen bzw. die in ihnen zum Einsatz kommenden Feldeffekt-Transistoren sehr schnell schalten können und einen großen Dynamikbereich aufweisen. Dabei werden insbesondere wegen ihrer ausgezeichneten Hochfrequenztauglichkeit und ihrer sehr geringen Schaltzeiten Schaltungen mit Feldeffekt-Transistoren auf Galium-Arsenid-Basis verwendet, die in neueren Schaltungsanordungen insbesondere zur weiteren Schaltzeitverkürzung zudem beleuchtbar sind.
Beispielsweise ist aus der DE 102 28 810 AI eine solche gattungsgemäße Mikrowellen-Schaltung bekannt. Das dort offenbarte digital ansteuerbare Dämpfungsglied ist mit Feldeffekt-Transistoren als Schaltelementen aufgebaut, die durch eine Lichtquelle, beispielsweise eine LED beleuchtbar sind. Die Lichtquellen werden ungeregelt betrieben und unabhängig von anderen die Schaltzeit der Feldeffekt-Transistoren beeinflussenden Größen angesteuert, so daß insbesondere die Lichtstärke und die Lichtfarbe bzw. die Strahlungsenergie im Betrieb des Dämpfungsglieds nicht veränderbar sind.
Nachteilig bei der aus der DE 102 28 810 AI hervorgehenden elektronischen Mikrowellen-Schaltung mit beleuchtbaren Feldeffekt-Transistoren auf einer Subtratbasis aus Galium- Arsenid ist, daß die Schaltzeiten der Feldeffekt- Transistoren abhängig von die Feldeffekt-Transistoren beeinflussenden Größen, wie z.B. Temperatur, SignalSpannung und SteuerSpannung, im Betrieb stark schwanken.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Mikrowellen-Schaltung mit kurzer, konstanter und reproduzierbarer Schaltzeit und eine entsprechende Kalibriervorrichtung und ein entsprechendes Kalibrierverfahren zu schaffen.
Die Aufgabe wird bezüglich der Mikrowellen-Schaltung durch die Merkmale des Anspruchs 1, bezüglich der Kalibriervorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 12 und bezüglich des Kalibrierverfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 14 gelöst.
Die vorliegende Erfindung hat den Vorteil, daß die Mikrowellen-Schaltung mit beleuchtbaren Feldeffekt- Transistoren die Schaltzeiten der Feldeffekt-Transistoren mit geringem Aufwand besonders kurz und konstant halten kann und so die Schaltzeiten in Abhängigkeit von Betriebsparametern vorhersagbar sind. Außerdem wird der Leistungsbedarf der Lichtquellen und die Wärmewirkung der Lichtquelle auf die Feldeffekt-Transistoren minimiert.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist die Mikrowellen-Schaltung so ausgebildet, daß die Lichtquelle abwechselnd oder gleichzeitig in unterschiedlichen Farben leuchten kann und so Farbkombinationen erzeugt werden können, wobei die Lichtquelle z. B. in Rot, Gelb, Grün, Weiß, Blau, Ultraviolett und Infrarot leuchten bzw. leuchten kann.
Gemäß einer weiteren Weiterbildung der Erfindung weist die Mikrowellen-Schaltung eine Steuervorrichtung auf, welche die Lichtstärke und/oder die Lichtfarbe der Lichtquelle steuert oder regelt.
Vorteilhaft ist es außerdem, wenn die Steuervorrichtung die Lichtstärke und/oder die Lichtfarbe in Abhängigkeit von zumindest einer Meßgröße oder einer Kombination von Meßgrößen steuert oder regelt. Durch die Messung und Verwendung der Meßergebnisse der Meßgrößen Polarität der SignalSpannung gegenüber der Steuerspannung mit der die Feldeffekt-Transistoren angesteuert werden, Höhe der SignalSpannung gegenüber der SteuerSpannung mit der die Feldeffekt-Transistoren angesteuert werden, Temperatur der Feldeffekt- Transistoren, Pegel der SignalSpannung und Höhe der Signalfrequenz kann die Lichtquelle durch die Steuervorrichtung besonders genau geregelt oder gesteuert werden.
In einer weiteren Weiterbildung steuert oder regelt die Steuervorrichtung die Lichtquelle in einer Weise, daß die Schaltzeiten der Feldeffekt-Transistoren über den gesamten Bereich der im Betrieb vorkommenden Werte der verwendeten Meßgrößen konstant bleibt, wobei die Schaltzeiten dabei minimiert sind.
Vorteilhafterweise weist die Steuervorrichtung einen Speicher auf, in dem die jeweils in Abhängigkeit der Werte der verwendeten Meßgrößen optimale Lichtstärke und/oder Lichtfarbe der Lichtquelle für eine Mehrzahl von Werten der Meßgrößen abgelegt ist, wobei die Steuervorrichtung die Lichtstärke und/oder die Lichtfarbe der jeweiligen Lichtquelle aufgrund der in dem Speicher abgelegten Werte der verwendeten Meßgrößen einstellt bzw. steuert oder regelt.
Vorteilhafterweise weist die erfindungsgemäße elektronische Mikrowellen-Schaltung zumindest einen Sensor im Bereich des jeweiligen Feldeffekt-Transistors bzw. des jeweiligen Halbleitersubstrats auf, welcher die Lichtstärke und/oder die Temperatur erfasst.
Die erfindungsgemäße Kalibriervorrichtung ist in der Lage, die Lichtfarbe und/oder Lichtstärke der Lichtquelle der Mikrowellen-Schaltung über einstellbare Wertebereiche der Meßgrößen zu kalibrieren, um die Lichtstärke und/oder Lichtfarbe optimal einstellbar zu machen. Vorteilhafterweise weist die Kalibriervorrichtung einen Steueranschluß zum Steuern einer Kühlung/Heizung zum Kühlen oder Erwärmen der Feldeffekt-Transistoren auf. Die Temperatur der Feldeffekt-Transistoren kann damit gesteuert werden und willkürlich verändert werden.
Die Erfindung wird nachstehend anhand einer schematischen Darstellungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Übereinstimmende Bauteile sind dabei mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen. In der Zeichnung zeigt :
Fig. 1 ein schematisch dargestelltes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Mikrowellen-Schaltung und einer Kalibriervorrichtung.
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Mikrowellen-Schaltung 1, welche an eine erfindungsgemäße Kalibriervorrichtung 20 angeschlossen ist.
Die Mikrowellen-Schaltung 1 ist im Ausführungsbeispiel als Dämpfungsschaltung ausgeführt. Im Betrieb der Mikrowellen- Schaltung 1, beispielsweise in einer nicht dargestellten Meßanordnung, werden an einem Eingang 9 anliegenden Eingangs-Hochfrequenz-Signale 16 einer Schaltungsanordung mit GaAs-Feldeffekt-Schalttransistoren 15 und Dämpfungselementen zugeführt und dabei mit schnell umschaltbaren Dämpfungen beaufschlagt. Die Eingangs- Hochfrequenz-Signale 16 werden an einem Ausgang 10 mehr oder minder bedämpft als Ausgangs-Hochfrequenz-Signale 17 ausgegeben .
Die schematisch dargestellten Feldeffekt-Transistoren 15 sind auf einem Halbleiterchip 5 integriert und als Feldeffekt-Transistoren 15 auf einer Subtratbasis aus Galium-Arsenid (GaAs) ausgebildet. Die GaAs-FET sind durch eine Lichtquelle 2, welche im Ausführungsbeispiel als Leuchtdiode ausgebildet ist, beleuchtbar. Die Lichtquelle 2 beleuchtet die GaAs-FET, welche auf mit einem nicht gesondert dargestellten transparenten eigenen Gehäuse versehenen Halbleiterchip 5 ausgebildet sind. Die Lichtquelle 2 ist im Ausführungsbeispiel nahe neben dem Halbleiterchip 5 dargestellt, kann aber ebenso über dem Halbleiterchip 5 angeordnet sein'. Ebenso können GaAs- MESFET verwendet werden.
Die Mikrowellen-Schaltung 1 ist auf einem Träger 14, welcher beispielsweise eine Leiterplatine sein kann, aufgebaut. Auf dem Träger 14 befinden sich im Ausführungsbeispiel außerdem eine zur Mikrowellen- Schaltung 1 gehörende Gehäusekammer 12, ein Steueranschluß 11, eine Steuervorrichtung 6 und ein Sensor 8. Die Steuervorrichtung 6 weist zudem einen Speicher 7 und einen Digital/Analog-Wandler 13 auf. Im Betrieb der als Dämpfungsschaltung ausgebildeten Mikrowellen-Schaltung 1 werden die gewünschten Dämpfungswerte über den digitalen Steueranschluß 11 durch die Steuervorrichtung 6 ausgewählt und eingestellt.
Die Schaltzeiten der durch die Lichtquelle 2 beleuchtbaren Feldeffekt-Transistoren 15 sind von einer Reihe von Einflußgrößen abhängig. Insbesondere sind die Schaltzeiten abhängig von der Lichtstärke bzw. Beleuchtungsstärke mit der die Lichtquelle 2 die Feldeffekt-Transistoren 15 beaufschlagt, von der Lichtfarbe die die Lichtquelle 2 emittiert, von der Temperatur der Feldeffekt-Transistoren 15, von der Höhe der durch den jeweiligen Feldeffekt- Transistor 15 zu schaltenden SignalSpannung gegenüber der Steuerspannung mit der der Feldeffekt-Transistor 15 angesteuert wird, wobei die SignalSpannung abhängig ist von dem Eingangs-Hochfrequenz-Signal 16, von der Höhe der Signalfrequenz, welche im Ausführungsbeispiel der Frequenz des Eingangs-Hochfrequenz-Signals 16 entspricht, und von der Polarität der SignalSpannung gegenüber der Steuerspannung. In den meisten Anwendungsfällen ist es wünschenswert, wenn die Schaltzeiten der Feldeffekt-Transistoren 15 und damit der Mikrowellen-Schaltung 1 über einen weiten Wertebereich der Einflußgrößen konstant bleibt. Da aber die Größen der Eingangs-Hochfrequenz-Signale naturgemäß schwanken, die Steuerspannung der Feldeffekt-Transistoren 15 aber nur in einem sehr engen Bereich frei gewählt werden können und die Temperatur der Feldeffekt-Transistoren nur mit sehr großem technischen Aufwand und nur sehr langsam angepaßt bzw. gesteuert oder geregelt werden kann, wird im erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel die Lichtstärke und/oder die Lichtfarbe der Lichtquelle 2 in Abhängigkeit einer Einflußgröße oder einer Kombination der verbleibenden Einflußgrößen, im folgenden Meßgrößen genannt, eingestellt bzw. gesteuert oder geregelt.
Die im Betrieb in Lichtfarbe und/oder Lichtstärke veränderbare Lichtquelle 2 wird im Ausführungsbeispiel über den Digital/Analog-Wandler 13 der Steuervorrichtung 6 mit einem digitalen Signal angesteuert. Das digitale Signal steuert die Lichtstärke und/oder Lichtfarbe der Lichtquelle 2. Die Lichtquelle 2 kann dabei beispielsweise als zweifarbige LED ausgebildet sein, die in einer von zwei Farben oder in beiden gleichzeitig strahlen kann. Es kann auch eine stark im Ultraviolettbereich oder Infrarotbereich strahlende Lichtquelle 2 und/oder eine Laserdiode verwendet.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel stellt die Steuervorrichtung 6 die Lichtstärke und/oder Lichtfarbe der Lichtquelle 2 über den D/A-Wandler 13 in Abhängigkeit einer oder mehrerer der Einflußgrößen, z. B. Polarität der Signalspannung gegenüber der
Steuerspannung mit der die Feldeffekt-Transistoren 15 angesteuert werden,
- Höhe der SignalSpannung gegenüber der Steuerspannung mit der die Feldeffekt-Transistoren 15 angesteuert werden,
- Temperatur der Feldeffekt-Transistoren 15,
- Pegel der SignalSpannung und - Höhe der Signalfrequenz ein, wobei diese Einflußgrößen im gezeigten Ausführungsbeispiel durch die Mikrowellen-Schaltung 1 im Betrieb gemessen werden und als Meßgrößen in der Steuervorrichtung 6 erfasst werden. Der D/A-Wandler stellt im gezeigten Ausführungsbeispiel die Spannungsversorgung der betreffenden Lichtquelle 2 ein und damit den Strom durch die Lichtquelle 2.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Lichtstärke und/oder Lichtfarbe der Lichtquelle 2 von der Steuervorrichtung 6 geregelt. Dazu ist ein nahe neben dem betreffenden Feldeffekt-Transistor 15 angeordneter Sensor 8 vorgesehen. Der Sensor 8 mißt die Beleuchtungsstärke der betreffenden Lichtquelle 2 und gibt diese an die Steuervorrichtung 6 weiter. Im Ausführungsbeispiel mißt der Sensor 8 auch die Temperatur im Bereich des betreffenden Feldeffekt-Transistors 15. In anderen Ausführungsbeispielen kann der Sensor 8 beispielsweise auf dem Halbleiterchip 5 integriert sein. In weiteren Ausführungsbeispielen kann der Sensor 8 beispielsweise nur die Temperatur messen, wobei dann die Lichtstärke der betreffenden Lichtquelle 2 von der Steuervorrichtung 6 nur gesteuert werden kann,
Die Steuervorrichtung 6, welche im gezeigten Ausführungsbeispiel die Lichtstärke und/oder Lichtfarbe der betreffenden Lichtquelle 2 in Abhängigkeit der Meßgrößen, z. B. - Polarität der SignalSpannung gegenüber der SteuerSpannung, mit der die Feldeffekt-Transistoren 15 angesteuert werden,
- Höhe der SignalSpannung gegenüber der Steuerspannung, mit der die Feldeffekt-Transistoren 15 angesteuert werden, - Temperatur der Feldeffekt-Transistoren 15,
- Pegel der SignalSpannung und
- Höhe der Signalfrequenz so regelt, daß die Schaltzeiten des betreffenden Feldeffekt-Transistors 15 über die zu erwartenden bzw. zulässigen Wertebereiche der Einflußgrößen konstant ist, wählt die Lichtstärke dabei gerade so groß wie nötig und/oder die Wellenlänge der Lichtfarbe optimal ist. Die Wärmeentwicklung und der Temperatureinfluß der Lichtquelle 2 auf den Feldeffekt-Transistor 15 wird dabei reduziert. Außerdem wird im gezeigten Ausführungsbeispiel die Lichtstärke und/oder Lichtfarbe von der Steuervorrichtung 6 so ausgewählt, daß die Schaltzeiten des betreffenden Feldeffekt-Transistors 15 so kurz wie möglich sind.
Im Speicher 7 der Steuervorrichtung 6 ist für jeweils jede Kombination der vorkommenden Werte der verwendeten Meßgrößen, wobei auch nur eine Meßgröße verwendet werden kann, die optimale Lichtstärke und/oder Lichtfarbe abgelegt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Lichtstärke und/oder Lichtfarbe so optimal ausgewählt, daß eine möglichst kurze Schaltzeit erreicht wird, wobei die Lichtstärke und/oder Lichtfarbe dabei so eingeregelt werden können, daß sich auch bei ungünstigsten Werten der Meßgrößen eine konstante Schaltzeit durch die Regelung der Lichtfarbe und/oder Lichtstärke einstellen läßt, die über alle zu erwartenden bzw. zulässigen Werte der Meßgrößen konstant ist.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird die Mikrowellen- Schaltung 1 bzw. die Lichtstärke und/oder die Lichtfarbe der Lichtquelle 2 vor einem Einsatz in beispielsweise einer Meßanordnung mittels einer erfindungsgemäßen Kalibriervorrichtung 20 kalibriert. Die an der Mikrowellen-Schaltung 1 angeschlossenen
Kalibriervorrichtung 20 wird mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben.
Die Kalibriervorrichtung 20 weist im wesentlichen einen Signalgenerator 21 und einen Kontroller (Steuereinheit) 22 mit einem Speicher 25 auf. Der Signalgenerator 21 erzeugt das Eingangs-Hochfrequenz-Signal 16 und gibt dieses über einen Kalibrierausgang 29 an den Eingang 9 der Mikrowellen-Schaltung 1 weiter. Der Kontroller 22 steuert über einen Kalibrieranschluß 24, welcher mit dem Steueranschluß 11 verbunden ist, die Mikrowellen-Schaltung 1 bzw. die Steuervorrichtung 6, wobei er durch digitale Steuersignale zwischen den gewünschten Dämpfungswerten umschaltet und die Lichtstärke und/oder Lichtfarbe einstellt. Das Ausgangs-Hochfrequenz-Signal 17 wird über einen mit dem Ausgang 10 verbundenen Kalibriereingang 30 dem Kontroller 22 zugeführt. Außerdem steuert der Kontroller 22 den Signalgenerator 21, wobei der Signalgenerator 21 die jeweils vom Kontroller 22 gewünschten Ausgangs-Hochfrequenz-Signale 16 erzeugt, und optional über einen Steueranschluß 23 eine Kühlung/Heizung 31 zur Änderung der Temperatur der Mikrowellen-Schaltung 1 bzw. der Feldeffekt-Transistoren 15.
Die erfindungsgemäße Kalibriervorrichtung 20, welche mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird, variiert nun mittels des Kontrollers 22 die Einflußgrößen, welche die Schaltzeit der Feldeffekt-Transistoren 15 beeinflussen. Über den Signalgenerator 21 werden durch die Veränderung des Eingangs-Hochfrequenz-Signals 16 variiert und eingestellt: Polarität der SignalSpannung gegenüber der SteuerSpannung, mit der die Feldeffekt-Transistoren 15 angesteuert werden,
- Höhe der SignalSpannung gegenüber der SteuerSpannung, mit der die Feldeffekt-Transistoren 15 angesteuert werden,
- Pegel der SignalSpannung und
- Höhe der Signalfrequenz .
Die Temperatur der Feldeffekt-Transistoren 15 kann optional vom Kontroller 22 durch die Heizung/Kühlung 31 variiert und eingestellt werden. Die Lichtstärke bzw. Lichtfarbe der Lichtquelle 2 wird vom Kontroller 22 über den Steueranschluß 11 und die Steuervorrichtung 6 variiert und eingestellt. Über die vom Sensor 8 über die Steuervorrichtung 6 und den Steueranschluß 11 übermittelte Temperatur ist der Kontroller 22 im Stande die Temperatur der Feldeffekt-Transistoren 15 zu regeln bzw. durch Steuern der Heizung/Kühlung konstant zu halten oder zu verändern .
Die Werte der Einflußgrößen werden schrittweise variiert bzw. verändert und für jede Änderung wird die Schaltzeit des betreffenden Feldeffekt-Transistors 15 bestimmt, indem der Zeitpunkt des Schaltbefehls vom Kontroller 22 mit dem vom Kontroller 22 empfangenen Eintritt der Dämpfung im Ausgangs-Hochfrequenz-Signal 17 verglichen wird, wobei die Schrittweiten wählbar sind und die Wertebereiche der Einflußgrößen in vorhersehbaren bzw. zulässigen Bereichen liegen bzw. so gewählt sind. Beispielsweise wird jeweils eine Einflußgröße schrittweise verändert und gleichzeitig die anderen Einflußgrößen konstant gehalten. Die dabei auftretenden Werte der Einflußgrößen werden im Speicher 25 gespeichert und dann ausgewertet, indem für jede Kombination der Werte der Meßgrößen Einstellwerte für die jeweils optimale Lichtstärke und/oder Lichtfarbe der Lichtquelle 2 bestimmt werden, bei denen eine minimierte Schaltzeit über alle möglichen Wertekombinationen konstant gehalten werden kann. Die Auswertung wird in Form einer n- dimensionalen Tabelle entweder zuerst im Speicher 25 gespeichert und dann an den Speicher 7 übertragen oder unmittelbar in den Speicher 7 geschrieben.
Der Kontroller 22 ist über einen Programmieranschluß 33 beispielsweise von einem Computer (PC) 32 aus programmierbar. Über den Programmieranschluß 32 kann der Kontroller 22 auch gesteuert werden oder es können Daten aus dem Speicher 25 ausgelesen werden.
Die Erfindung ist nicht auf das Ausführungsbeispiel beschränkt. Die Merkmale des AusführungsbeiSpiels können in beliebiger Weise miteinander kombiniert werden.

Claims

Ansprüche
1. Elektronische Mikrowellen-Schaltung (1) mit GaAs- Feldeffekt-Transistoren (15) , welche auf einem Halbleitersubstrat (5) integriert sind, zum Schalten von elektrischen Eingangs-Hochfrequenz-Signalen (16) und zumindest einer Lichtquelle (2) zum Beleuchten der GaAs- Feldeffekt-Transistoren (15) , dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtstärke der Lichtquelle (2) und/oder die Lichtfarbe der Lichtquelle (2) im Betrieb veränderbar sind.
2. Elektronische Mikrowellen-Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtquelle (2) abwechselnd und/oder gleichzeitig in unterschiedlichen Farben leuchten kann, insbesondere in Rot, Gelb, Grün, Weiß, Blau, Ultraviolett und Infrarot.
3. Elektronische Mikrowellen-Schaltung nach Anspruch 1 oder 2 , gekennzeichnet durch, eine Steuervorrichtung (6) , welche die Lichtstärke der Lichtquelle (2) und/oder die Lichtfarbe der Lichtquelle (2) steuert oder regelt.
4. Elektronische Mikrowellen-Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (6) die Lichtstärke und/oder die Lichtfarbe der Lichtquelle (2) in Abhängigkeit von zumindest einer oder einer Kombination von Meßgrößen steuert oder regelt.
5. Elektronische Mikrowellen-Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßgrößen sind: Polarität der SignalSpannung des zu schaltenden Hochfrequenz-Signals (16) gegenüber der Steuerspannung mit der die Feldeffekt-Transistoren (15) angesteuert werden
- Höhe der SignalSpannung des zu schaltenden Hochfrequenz- Signals (16) gegenüber der Steuerspannung, mit der die
Feldeffekt-Transistoren (15) angesteuert werden
- Temperatur der Feldeffekt-Transistoren (15) Pegel der SignalSpannung des zu schaltenden Hochfrequenz-Signals (16) , - Höhe der Signalfrequenz des zu schaltenden Hochfrequenz- Signals (16) .
6. Elektronische Mikrowellen-Schaltung nach Anspruch 4 oder 5 , dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (6) die Lichtstärke und/oder die Lichtfarbe der Lichtquelle (2) so steuert oder regelt, daß die Schaltzeiten der Feldeffekt-Transistoren (15) über den gesamten Bereich der im Betrieb vorkommenden Werte der verwendeten Meßgrößen konstant bleibt.
7. Elektronische Mikrowellen-Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtstärke dabei gerade so groß wie nötig gewählt wird und/oder die Wellenlänge der Lichtfarbe optimiert, z. B. so klein wie möglich bzw. so energiereich wie möglich, gewählt wird.
8. Elektronische Mikrowellen-Schaltung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltzeiten der Feldeffekt-Transistoren (15) dabei minimiert sind.
9. Elektronische Mikrowellen-Schaltung nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuervorrichtung (6) einen Speicher (7) aufweist in dem die jeweils in Abhängigkeit der Werte der verwendeten Meßgrößen optimale Lichtstärke und/oder Lichtf rbe der Lichtquelle (2) für eine Mehrzahl von Werten der Meßgrößen abgelegt ist und daß die Steuervorrichtung (6) die Lichtstärke und/oder Lichtfarbe der jeweiligen Lichtquelle (2) aufgrund der in dem Speicher (6) abgelegten Werte der verwendeten Meßgrößen einstellt bzw. steuert oder regelt.
10. Elektronische Mikrowellen-Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch, zumindest einen Sensor (8) im Bereich des jeweiligen GaAs- Feldeffekt-Transistors (15) bzw. des jeweiligen Halbleitersubstrats (5), zum Erfassen der Lichtstärke und/oder der Temperatur.
11. Elektronische Mikrowellen-Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Mikrowellen-Schaltung (1) eine Dämpfungsschaltung mit stufenweise schaltbarer Dämpfung bildet .
12. Kalibriervorrichtung (20) zum Kalibrieren der Lichtstärke und/oder Lichtfarbe einer im Betrieb in
Lichtstärke und Lichtfarbe veränderbaren Lichtquelle (2) einer elektronischen Mikrowellen-Schaltung (1) , welche durch die Lichtquelle (2) beleuchtbare GaAs-Feldeffekt- Transistoren (15) aufweist, mit einem Signalgenerator (21) zur Erzeugung von Eingangs- Hochfrequenz-Signalen (16) an einem Kalibrierausgang (29), über den die Eingangs-Hochfrequenz-Signale (16) einem Eingang (9) der Mikrowellen-Schaltung (1) zugeführt werden, einem Kalibriereingang (30) über den die durch die Mikrowellen-Schaltung (1) veränderten Hochfrequenz-Signale der Kalibriervorrichtung (20) wieder zugeführt werden, einer Steuereinheit (22), zum Steuern der Lichtquelle (2) und der Schaltungsvorgänge der Mikrowellen-Schaltung (1) über einen Kalibrieranschluß (24) und des Signalgenerators
(21), wobei die Steuereinheit (22) über den
Kalibriereingang (30) eingegangene Ausgangs-Hochfrequenz-
Signale (17) auswertet und das Ergebnis der Auswertung in einem Speicher (7) der Mikrowellen-Schaltung (1) ablegt.
13. Kalibriervorrichtung nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch, einen Steueranschluß (23) zum Steuern einer Kühlung/Heizung (31) zum Kühlen oder Erwärmen der Feldeffekt-Transistoren (15).
14. Verfahren zum Betreiben einer Kalibriervorrichtung (20) an einer Mikrowellen-Schaltung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 mit folgenden Verfahrensschritten: Schrittweise Veränderung und Erfassung der Einflußgrößen : - Lichtstärke und/oder - Lichtfarbe der Lichtquelle (2) der Mikrowellen-Schaltung (1) und zumindest einer der Meßgrößen Polarität der SignalSpannung des zu schaltenden Hochfrequenz-Signals (16) gegenüber der Steuerspannung mit der die Feldeffekt-Transistoren angesteuert werden - Höhe der SignalSpannung des zu schaltenden Hochfrequenz-Signals (16) gegenüber der Steuerspannung mit der die Feldeffekt-Transistoren angesteuert werden - Temperatur der Feldeffekt-Transistoren Pegel der SignalSpannung des zu schaltenden Hochfrequenz-Signals (16) Höhe der Signalfrequenz des zu schaltenden Hochfrequenz-Signals (16)
- Speicherung der Werte-Kombinationen bzw. Werte-Tupel der veränderten und erfassten Werte der Einflußgrößen und der Meßgrößen
- Auswertung der Werte-Kombinationen bzw. Werte-Tupel
- Übertragung der Auswerteergebnisse an die Mikrowellen- Schaltung (1)
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung der Werte-Kombinationen bzw. Werte- Tupel so erfolgt, daß eine n-dimensionale Tabelle erzeugt wird, aus welcher für jede Kombination der einzelnen Werte der gemessenen Meßgrößen die jeweiligen Werte für eine optimale Lichtstärke und/oder optimale Lichtfarbe ausgelesen werden können.
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