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Dokumentenidentifikation DE3534861C2 28.04.1994
Titel Halbleiterschalter aus zwei mit ihren Source-Drain-Strecken antiseriell geschalteten MOS-Schalttransistoren
Anmelder Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München, DE
Erfinder Krimmer, Roland, Dipl.-Ing., 8000 München, DE;
Rudolf, Hans-Werner, Dr.rer.nat., 8000 München, DE
DE-Anmeldedatum 30.09.1985
DE-Aktenzeichen 3534861
Offenlegungstag 02.04.1987
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 28.04.1994
Veröffentlichungstag im Patentblatt 28.04.1994
IPC-Hauptklasse H03K 17/687
IPC-Nebenklasse H03K 17/16   H04Q 3/24   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft einen Halbleiterschalter gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Halbleiterschalter aus zwei mit ihren Source-Drain-Strecken antiseriell geschalteten MOS-Schalttransistoren sind z. B. aus der DE-PS 12 83 891 bekannt.

In Fällen des genannten Einsatzes von Schaltern wird bisherigen Lösungen, die hierzu relaisbetätigte Kontakte vorsahen, Halbleiterschaltern der Vorzug gegeben. Es spielt in diesem Zusammenhang der große Platzbedarf von relaisbetätigten Schaltern eine Rolle, der im Widerspruch zu der platzsparenden Konzeption von elektronischen Schnittstellenschaltungen (SLIC) steht.

Halbleiterschalter in Form von Thyristoren oder anderen Halbleiterelementen, bei denen in den Adern ein pn-Übergang liegt, sind wegen der Störungen, die durch die pn-Schwellenspannungen bei Stromunkehr in der Leitung verursacht werden, nur bedingt einsatzfähig.

Als in diesem Zusammenhang am günstigsten haben sich Halbleiterschalter bewährt, die aus MOS-Schalttransistoren aufgebaut sind. Bekannte Halbleiterschalter dieser Art, bestehen zum Unschädlichmachen bei solchen Transistoren vorhandener parasitärer Sperrschichten, wie oben angegeben, aus zwei antiseriell geschalteten MOS Transistoren.

Die Transistoren der bekannten Halbleiterschalter dieser Art werden entweder durch Licht oder durch ein Hochfreqenzsignal gesteuert. Die lichtgesteuerten Ausführungsformen haben den Nachteil, daß ihre Lebensdauer für bestimmte Einsatzfälle und insbesondere für den Einsatz im Zusammenhang mit SLIC-Schaltungen nicht ausreichend groß ist. Die HF- Steuerung solcher Halbleiterschalter ist zum einen dadurch ungünstig, daß HF-Signale auf die zu schaltenden Leitungen gelangen, zum anderen sind sie störanfällig gegen hochfrequente Störschwingungen, wie sie beispielsweise durch Blitzeinwirkung zustande kommen können.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, einen Halbleiterschalter der eingangs genannten Art so zu verbessern, daß diese nachteiligen Effekte nicht auftreten.

Erfindungsgemäß wird dies erreicht durch einen weiteren MOS-Transistor, der mit seiner Source-Drain-Strecke den Steuerstrecken der MOS-Schalttransistoren parallel geschaltet ist, sowie durch einen diese Steuerstrecken überbrückenden ersten Widerstand und einen hierzu in Reihe liegenden, die Steuerstrecke des weiteren MOS-Transistors überbrückenden zweiten Wiederstand, die im Falle einer Schalterbetätigung von einer Stromquelle beaufschlagt werden, wobei der weitere MOS-Transistor in den Sperrzustand und die MOS-Schalttransistoren in den Leitzustand gesteuert werden.

Der grundsätzliche schaltungsmäßige Unterschied des erfindungsgemäßen Halbleiterschalters gegenüber den erläuterten bekannten, MOS-Transistoren umfassenden Schaltern besteht im Wegfall der galvanischen Trennung zwischen Hauptstromkreis und Steuerkreis und damit der Verwendung eines Steuersignals, daß keine der erwähnten nachteiligen Eigenschaften der bekannten Schaltungen mit sich bringt.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden Schalttransistoren n-Kanal-Transistoren und der weitere Transistor ein p-Kanal-Transitor, dessen Source-Elektrode an die beiden miteinander verbundenen Hauptelektroden der Schalttransistoren und dessen Drain-Elektrode an die miteinander verbundenen Gateelektroden der Schalttransistoren angeschlossen ist.

Nachstehend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild zur Veranschaulichung eines bevorzugten Einsatzfalles für den erfindungsgemäßen Halbleiterschalter,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Halbleiterschalters.

In Fig. 1 ist eine elektronische Schnittstellenschaltung SLIC einer Teilnehmeranschlußschaltung angedeutet, über die eine Teilnehmeranschlußleitung TL mit den Adern a und b an eine nicht dargestellte Vermittlungsstelle angeschlossen ist.

Mit Hilfe von Schaltern 1 und 2 können die Adern a und b der Teilnehmeranschlußleitung TL an die Eingänge der Schnittstellenschaltung SLIC angelegt bzw. von diesen abgetrennt werden. Über weitere Schalter 3, 4, 5, unf 6 ist diesseits und jenseits der Schaltstrecken der Schalter 1 und 2 eine Ankopplung, an die Teilnehmerleitungsadern bzw. an die Eingänge der Schnittstellenschaltung möglich.

Eine besondere Bedeutung haben diese Schalter, die in verschiedenen Kombinationen betätigbar sind, beim Testzugriff zur Teilnehmeranschlußleitung, zum daran angeschlossenen Endgerät und zu der Schnittstellenschaltung.

Wie die Fig. 2 zeigt, besteht der erfindungsgemäße Halbleiterschalter aus zwei MOS Schalttransistoren T1 und T2 des n-Kanal-Typs die antiseriell geschaltet sind, wozu die SOURCE-Elektrode S des Transistors T1 mit der SOURCE- Elektrode des Transistors T2 verbunden ist, und DRAIN- Elektroden dieser Transistoren an die zu verbindenden bzw. zu trennenden Schaltungsteile angeschlossen sind. Die GATE-Elektroden der beiden Transitoren T1 und T2 sind miteinander verbunden.

Weiterer Bestandteil des erfindungsgemäßen Halbleiterschalters gem. Fig. 2 ist ein weiterer MOS-Transistor T3, bei dem es sich hier um einen p-Kanal-Typs handelt, und der mit seiner SOURCE-DRAIN-Strecke den Steuerstrecken der Transistoren T1 und T2 parallel geschaltet ist, indem seine SOURCE-Elektrode S an die SOURCE-Elektroden S der Transistoren T1 und T2 und seine DRAIN-Elektrode D an die miteinander verbundenen GATE-Elektroden der Transistoren T1 und T2 angeschlossen ist.

Die Schaltung umfaßt ferner einen ersten Widerstand R2, der den Steuerstrecken der Transistoren T1 und T2 parallel geschaltet ist, sowie einen zweiten Widerstand R1, der der Steuerstrecke des weiteren Transistors T3 parallel geschaltet ist und zum Widerstand R2 in Reihe liegt.

Der Ansteuerstrom für den dargestellten Halbleiterschalter wird von einer Stromquelle IQ geliefert, die in nicht dargestellter Weise aus- und eingeschaltet werden kann. Im Falle des in Fig. 1 geschilderten Einsatzes des erfindungsgemäßen Schalters muß die Spannung, von der aus diese Stromquelle versorgt wird, etwa 15 V über der höchsten auf den Leitungsadern a und b auftretenden Spannung sein.

Im geöffneten Zustand sind beim erfindungsgemäßen Halbleiterschalter die Transistoren T1 und T2 gesperrt, der weitere Transistor T3 ist leitend.

Wird nun die Stromquelle IQ so angesteuert, daß sie einen Steuerstrom liefert, dann bewirkt der durch diesen Steuerstrom hervorgerufene Spannungsabfall über dem Widerstand R1 eine Aussteuerung des Transistors T3 in den Sperrzustand. Der weiterhin aufrechterhaltene Steuerstrom durchfließt daraufhin auch den dem Widerstand R1 in Reihe geschalteten Widerstand R2 und ruft dabei eine Steuerspannung für die Transistoren T1 und T2 hervor, die diese beiden Transistoren in den Leitfähigkeitszustand bringt. Der Halbleiterschalter ist damit geschlossen.

Zum Abschalten wird der Stromzufluß des durch die Stromquelle IQ gelieferten Steuerstroms unterbrochen, woraufhin zuerst der Transistor T3, der eine kleinere Gate-Source-Kapazität aufweist als die Transistoren T1 und T2, leitend wird und damit die Steuerstrecken der Transistoren T1 und T2 kurzschließt, die daraufhin in den Steuerzustand übergehen.

Der weitere Transistor T3 verhindert auch, daß der Halbleiterschalter durch an die Steuereingänge der Transistoren T1 und T2 gelangende hochfrequente Störsignale in den Einzustand gesteuert wird.


Anspruch[de]
  1. 1. Halbleiterschalter mit zwei mit ihren SOURCE-DRAIN- Strecken antiseriell geschalteten MOS-Schalttransisitoren, insbesondere zum Anschalten der Adern von Teilnehmeranschlußleitungen an die Eingänge elektronischer Schnittstellenschaltkreise und zum Abtrennen der Adern von diesen Eingängen, gekennzeichnet durch einen weiteren MOS-Transistor (T3), der mit seiner SOURCE- DRAIN-Strecke der Steuerstrecken der MOS-Schalttransistoren (T1, T2) parallel geschaltet ist, sowie durch einen diese Steuerstrecken überbrückenden ersten Widerstand (R2) und einen hierzu in Reihe liegenden, die Steuerstrecke des weiteren MOS-Transistors (T3) überbrückenden zweiten Widerstand (R1), die im Falle einer Schalterbetätigung von einer Stromquelle (IQ) beaufschlagt werden, wobei der weitere MOS-Transistor (T3) in den Sperrzustand und die MOS-Schalttransistoren (T1 und T2) in den Leitzustand gesteuert werden.
  2. 2. Halbleiterschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden MOS-Schalttransistoren (T1, T2) n-Kanal-Transistoren sind, und daß der weitere MOS-Transistor (T3) ein p-Kanal-Transistor ist, dessen Source-Elektrode an die beiden miteinander verbundenen Hauptelektroden der MOS- Schalttransistoren und dessen DRAIN-Elektrode an die miteinander verbundenen GATE-Elektroden der MOS-Schalttransistoren (T1, T2) angeschlossen ist.






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