DE1806365A1 - Kontaktloser Schalter - Google Patents

Description

Dr. Herbert Scholx Patentanwalt

Anmelder: N.V. Philips' GioeilampanfabriekeB
Akte No. PHB-31.814

Anmeldung vom: 30. Okt. 1968

N.V.Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven / Holland

"Kontaktloser Schalter"

Die Erfindung bezieht sich auf einen kontaktlosen Schalter und insbesondere auf einen Schalter, bei dem ein MOS-Transistor benutzt wird, um den Schaltvorgang unter der Steuerung eines Schaltsignals durchzuführen.

Die Erfindung schafft einen kontaktlosen Schalter, der aus Λ einem Transistor vom MOS-Typ mit einer Quellen-, einer Senke-, einer Steuer- und einer Substratelektrode sowie aus einem Kondensator besteht.

Die Erfindung besteht darin, daß der Kondensator die einzige Verbindung zwischen der Substratelektrode und einem Punkt festen Potentials bildet und die Substratelektrode für Hochfrequenzpotentiale mit diesem Punkt verbindet.

PHB-31.814

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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Die einzige Figur zeigt eine symbolische Darstellung eines Transistors vom MOS-Typ, der auf die erfindungsgemäße Weise als kontaktloser Schalter geschaltet ist.

Der Schaltweg besteht aus dem für den MOS-Transistor üblichen Zuleitungselektrode (Quelle)-Ableitungselektrode (Senke)· Weg, wobei die Quelle mit I/P (Eingang) und die Senke mit O/P (Ausgang) bezeichnet ist. Das Schaltsignal wird zwischen der Steuerelektrode C und Erde angelegt und wird von einer nicht-dargestellten Quelle geliefert. Das Substrat des MOS-Transistors liegt über einen Kondensator C. an Erde.

Die gestrichelt dargestellten Dioden D₁ und D„ sind die üblichen parasitären Dioden, die bei sämtlichen MOS-Tränsistortypen vorkommen, und die durch diese Diode vorgeschriebene Stromflußrichtung ist für einen MOS-Transistor des ÜT-Leitungstyps dargestellt.

Die parasitären Quelle-Substrat- und Senke-Substrat-Kapazitäten C₁ bzw. Ο« sind ebenfalls gestrichelt dargestellt.

Um eine leitende Verbindung zwischen i/P und O/P aufrechtzuerhalten, muß die Spannung des Schaltsignals an der Steuerelektrode C einen Wert haben, der mindestens um einen Betrag gleich dem positiven Wert der Torelektrodensperrspannung positiver ist als der Höchstwert der positiven Amplitude am Eingang (an der Quelle) I/P. Wenn dieses Kriterium beachtet wird, ist der MOS-Transistor inaner leitend und der durch ihn gebildete Schalter ist geschlossen.

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Um den durch den MOS-Transistor gebildeten Schalter zu öffnen, wird die Spannung des Signals an der Steuerelektrode C negativ gegen Erde gemacht. Dabei gilt ein ähnliches Kriterium» gemäß dem der MOS-Iransistor nichtleitend ist, wenn die Spannung des Steuersignals um einen Betrag mindestens gleich dem negativen Wert der Torelektrodensperrspannung negativer ist als die größte negative Amplitude der I/O-Spannung.

Es sei bemerkt, daß die !Dorsperrspannung nicht bei allen Vorrichtungen die gleiche ist und positiv oder negativ sein kann, je nachdem ein Verarmungs- oder Anreicherungstyp Verwendung findet.

Das I/P-Signal, das durch die erfindungsgemäße Vorrichtung geschaltet werden kann, kann eine Gleichspannung sein, es kann jedoch auch eine Wechselspannung mit einer Frequenz bis zu mehreren HHz sein? die zulässige Höchstspannung (entweder eine Gleichspannung oder eine Wechselspannung) wird durch den Höchstwert des verfügbaren Steuersignals bestimmt.

Angenommen, es handle sich um ein Hochfrequenzwechselspannungssignal, so übertragen die parasitären Kondensatoren CL und Ο« dieses Signal von der Quelle i/P zur Senke 0/P, wenn sich der KOS-Eransistor im nichtleitenden Zustand befindet. Die Verwendung des Kondensators O^ verringert dieses Signal an der Strecke O/P jedoch erheblich dadurch, daß der größere Seil des am Substrat vorhandenen Signals nach Erde abgeleitet wird. Die Einfügung des Kondensators C. verbessert somit die Impedanz im nichtleitenden Zustand des Schalters für Hochfrequenzsignale.

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Der Kondensator C^ kann jedoch unter Umständen durch die Diode D₁ oder D₂ aufgeladen werden, was die nachstehend zu erläuternden Polgen hat.

Die Wirkung der Dioden D₁ und D₂ "besteht darin, daß sie das Substrat auf ein Potential aufladen, dae entweder ^v durch die Eingangs- oder Quellenspannung und den Kondensator C^ oder durch die Ausgangs- oder Senkespannung und den Kondensator C. bestimmt wird.

Wenn beispielsweise die I/P-Spannung eine positive Gleichspannung ist, hat das Substrat S diese positive Gleichspannung abzüglich des Spannungsabfalls über der Diode D₁. Der MOS-Transistor ist noch immer leitend, weil die Spannug an der Steuerelektrode C positiver als diese Spannung ist.

Wenn die Spannung an I/P eine Wechselspannung ist, wird der Kondensator C. während der positiven Halbperioden über D₁ positiv und während der negativen Halbperioden über D« negativ aufgeladen. Das Ergebnis ist, daß der Kondensator eine kleine positive Ladung erhält, weil das negative Potential an O/P immer etwas niedriger ist (infolge des Spannungsabfalls über dem MOS-ODr ansi st or).

Bei einer negativen Gleichspannung am Eingang bewirkt die Diode Dp, daß die Spannung des Substrats S in der Nähe dieses negativen Gleichspannungsniveaus liegt. Um den MOS-Transistor in den nichtleitenden Zustand umzuschalten, muß an die Steuerelektrode C eine negative Spannung gelegt werden, die größer als die zuersterwähnte negative Spannung ist.

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Es ist ersichtlich, daß die Quelle und die Senke in Wirklichkeit in ihren Punktionen vertauschbar sind, obgleich es für die meisten Vorrichtungen eine bevorzugte Stromflußrichtung gibt. Der Schalter ist somit zweiseitig brauchbar.

Patentanspruch:

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Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Kontaktloser Schalter, der aus einem Transistor vom MOS-Typ mit einer Quellenelektrode, einer Senkeelektrode, einer Steuerelektrode und einer Substratelektrode und aus einem Kondensator besteht, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (C.) die einzige Verbindung zwischen der Substratelektrode (S) und einem Punkt konstanten Potentials bildet und die Substratelektrode (S) für Hochfrequenzpotentiale mit diesem Punkt verbindet.

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