SE518573C2 - Elektronisk krets resp. omkopplare för styrning av konduktans samt förfarande för tillverkning av dylik krets - Google Patents

Description

25 30 518 573 2 damål. Dessa omkopplare bör också anpassas till varandra så perfekt som möjligt.

Växlama inuti signalslingan måste också arbeta i två riktningar, dvs. de måste kunna leda ström i båda riktningama och hantera både negativa och positiva höga spän- ningar.

Användandet av två speglade transistorer, t.ex. i differentialförstärkare eller linje- drivorgan kräver också exakt inställning av de speglade transistorema för att mini- mera felet som införs i den differentiella signalen av förstärkaren eller drivenheten sj älv. Det är då viktigt att utsignalegenskapema för transistorema är väl avstämda både i det linjära området (där kanalkonduktans och på-resistans är definierade) och i det mättade området (där transkonduktansen är definierad).

Vidare, på grund av kraven på hög linjäritet är det lämpligt att även för låga spän- ningsfall över omkopplaren att använda falteffekttransistorer (FET) hellre än bipolä- ra lösningar för att realisera växeln. Linjäriteten behövs för att maska ut si gnaldis- tortion.

Fälteffekttransistorer är unipolära halvledare med flera elektroder, innefattande fyra områden, vanligtvis kallade styre, emitter, kollektor och body. Vanligtvis är body- området anslutet till emitter-ornrådet. Ström kan gå i ledande kanaler mellan emitter och kollektor och moduleras av ett elektriskt fält som trycks på styret. Påtryckning av ett lämpligt förspänning över transistom får laddningsbärare att strömma från emitter till kollektor hos transistom, dvs. strömmen styrs av skillnaden mellan sty- respänningen och emitter-/kollektor-spänningen.

Onoggrannheten hos en enskild transistor bestäms av variationer i tillverkningspro- cessen och egenskaperna hos det materialet som används. Onoggrannheten i kon- duktans hos en transistor är ungefär 10%. Skillnaden i på-resistans mellan två om- kopplare som används i par bör hållas lägre än IQ. Normalt används därför transis- torer med en på-resistans upp till IOQ i sådana tillämpningar. 10 15 20 25 30 518 573 För att reducera onoggrannheten i en omkopplare hålls på-resistansens absoluta vär- de lågt. Till exempel när den används för att sluta och bryta signalslingan i ett tele- fonnät behövs en på-resistans lägre än 200 eller t.o.m. IOQ för att uppfylla kraven på en lägre oöverensstämmelse än IQ. Egenskapema vid höga spänningar måste också vara mycket goda, typiskt för genombrottsspänningar högre än 300V för om- kopplaren. Kraven på på-resistans och hög genombrottsspänning tillsammans gör att en FET-baserad omkopplare blir ganska stor.

En vanlig transistoromkopplare för analoga tillämpningar kan också innefatta två fälteffekttransistorem av motsatt kanaltyp, anslutna i parallell. De två transistoremas respektive kollektorer och emittrar är anslutna till varandra för att bilda omkopplar- terminalen medan transistoremas styren används för att styra på/av-funktionen. I huvudsak är n-kanalstransistom på för positiva styre-till-emitter-spänningar och av för negativa styre-til1-emitter-spänningar (omvänt för p-kanalstransistom). Egenska- pema i på-läge för en sådan transistoromkopplare är då känsliga för variationer i konduktansen hos både n- och p-kanalstransistom.

För att uppfylla de ovan nämnda kraven på god linj äritet, hög genombrottsspänning och hög överensstämmelse mellan omkopplamas på-resistans och även uppnå god överensstämmelse mellan transistoremas konduktanser överdimensioneras enheter- na i nuläget för att hålla den totala på-resistansen lägre än vad som verkligen be- hövs.

Sammanfattning av uppfinningstanken Det är ett syfte med den föreliggande uppfinningen att uppnå en elektronisk kompo- nent vars konduktans kan justeras med hög noggrannhet.

Det är ett syfte med den föreliggande uppfinningen att åstadkomma en omkopplare som kan ställas in mycket exakt till en önskad konduktans. 10 15 20 25 30 “ 518 573 4 Det är ett annat syfte med uppfinningen att möjliggöra inställning av två transistor- baserade omkopplare, eller två transmissionslinjer innefattande sådana omkopplare, till praktiskt taget samma konduktans.

Det är ytterligare ett syfte med uppfinningen att åstadkomma transistorbaserade om- kopplare som är mindre än de som görs med kända konstruktionstekniker.

Det är även ett syfte med uppfinningen att åstadkomma transistorbaserade omkopp- lare som uppfyller högt ställda krav på linjäritet.

Det är ett annat syfte med uppfinningen att åstadkomma en väl balanserad differen- tialförstärkare.

Dessa syften uppnås enligt uppfinningen genom en elektronisk krets innefattande en första elektronisk komponent med en nominell konduktans med en given onog- grannhet, vidare innefattande åtminstone en ytterligare fälteffekttransistor ansluten i parallell med komponenten, kännetecknad av att den innefattar medel för att justera toleransen hos den elektroniska kretsens konduktans genom att styra spänningen på styret hos varje ytterligare fálteffekttransistor.

Enligt en föredragen utföringsforrn är den första elektroniska komponenten en tält- effekttransistor eller en resistor, eller en transistorbaserad komponent. Enligt en tö- redragen utföringsforrn är de ytterligare fälteffekttransistorerna av samma typ som den första fälteffekttransistom.

För att åstadkomma en dubbelriktad krets kan de ytterligare íälteffekttransistorerna vara omväxlande av n-typ och p-typ.

Företrädesvis är emittrar för alla fálteffekttransistorema anslutna till en gemensam emitter, kollektorer för alla fälteffekttransistorerna är anslutna till en gemensam 10 15 20 25 518 573 5 kollektor och en styrenhet styr styrespänningen för varje fälteffekttransistor indivi- duellt.

Den nominella konduktansen för den första ytterligare falteffekttransistom bör väl- jas så att den är huvudsakligen lika med onoggrannheten i konduktans hos den elek- troniska komponenten.

För varje efterföljande ytterligare fälteffekttransistor reduceras den nominella kon- duktansen med i huvudsak hälften.

Styrenheten som styr styret hos varje fälteffekttransistor kan vara spänningsstyrd eller styrd genom att ansluta den antingen till ett gemensamt styre eller till den ge- mensamma emittem.

Transistorgruppen kan vara seriellt kopplad med åtminstone en extem komponent för att justera denna komponents konduktans.

En elektronisk omkopplare beskrivs också, innefattande en första och en andra elektronisk komponent, vardera med en nominell konduktans med en specifik onog- grannhet, kännetecknad av att - emittrarna hos de tvâ elektroniska komponenterna är sammankopplade, - nämnda första elektroniska komponent har åtminstone en falteffekttransistor an- sluten i parallell med nämnda första elektroniska komponent, - nämnda andra elektroniska komponent har åtminstone en fálteffekttransistor an- sluten i parallell med nämnda andra elektroniska komponent, - styrorgan finns för att justera toleransen i omkopplarens konduktans genom att re- glera varje ytterligare fälteffekttransistors styrespärming.

En annan elektronisk omkopplare beskrivs, innefattande en första och en andra elektronisk komponent, vardera med en nominell konduktans med en specifik onog- grannhet, kärmetecknad av att 10 15 20 25 30 518 573 6 - emittrarna hos de två elektroniska komponenterna är sammankopplade till en gemensam emitter, - kollektorema hos de två elektroniska komponenterna är sammankopplade till en gemensam kollektor, - den första elektroniska komponenten är en n-kanal-fälteffekttransistor och den andra elektroniska komponenten är en p-kanal-fálteffekttransistor, - nämnda forsta elektroniska komponent har åtminstone en ytterligare fálteffekttran- sistor av samma typ kopplad parallellt med nämnda forsta elektroniska komponent, - nämnda andra elektroniska komponent har åtminstone en ytterligare fálteffekttran- sistor av samma typ kopplad parallellt med nämnda andra elektroniska komponent, - varje ytterligare fälteffekttransistors konduktans är justerbar for att minimera onoggrannheten i konduktans for den elektroniska omkopplaren.

Ett forfarande för tillverkning och justering av nämnda elektroniska kretsar och elektroniska omkopplare beskrivs, innefattande stegen att - en forsta elektronisk komponent tillhandahålls; - åtminstone en ytterligare transistor tillhandahålls, varvid varje ytterligare transistor har en specificerad nominell konduktans; och - toleransen i den elektroniska kretsens konduktans styrs med hjälp av ett elektro- niskt styrmedel vilket styr styrespänningen hos nämnda ytterligare transistor eller transistorer.

Uppfinningen medfor följande fördelar: Den minimerar osymmetriskt brus när transistorbaserade omkopplare används par- vis.

Den möjliggör inställning av konduktansen för vilken som helst typ av elektronisk komponent.

Den möjliggör att storleken på transistorbaserade omkopplare reduceras. Storleken är omvänt proportionell med transistorns på-resistans. Förfarandet enligt uppfin- ningen möjliggör användandet av transistorer med en på-resistans på 20W eller till och med 30W som huvudtransistor i omkopplaren, vilket innebär halva storleken, 10 15 20 25 30 518 573 7 , e 1 n 'oss respektive en tredjedel av storleken hos en transistor med en på-resistans på l0W.

Eftersom de andra transistorema som används kommer att ha mycket högre resi- stans, kan de göras mycket mindre. Storleken på hela omkopplaren kan därför redu- ceras kraftigt.

Den möjliggör anpassning av två omkopplare till varandra efter tillverkningsproces- Sen.

Den möjliggör anpassning av hela transmissionslinjer, dvs. omkopplama och even- tuell annan elektronik som används i anslutning till omkopplama, efter tillverk- ningsprocessen.

Kortfattad beskrivning av ritningarna Figur lA är en graf som visar typiska utsignalegenskaper för en FET.

Figur lB är en graf som Visar avvikelsen i utsignalegenskaper på grund av ono- grannheter i FETens konduktans.

Figur 2A visar en dubbelriktad omkopplare enligt känd teknik.

Figur 2B visar ett annat exempel på en dubbelriktad omkopplare enligt känd teknik.

Figur 2C visar en differentialförstärkare enligt känd teknik.

Figur 3 visar ett transistorpaket vilket i sig självt utgör en transistor, enligt en utfö- ringsform av uppfinningen.

Figur 4 visar ett paket av en resistans och ett antal transistorer enligt en annan utfö- ringsform av uppfinningen.

Figur 5A visar principen att justera konduktansen för transistorpaketet enligt en för- sta utföringsform av uppfinningen.

Figur SB visar principen att justera konduktansen för transistorpaketet enligt en andra utföringsforrn av uppfinningen.

Figur 6 är ett flödesschema för proceduren att justera konduktansen för transistorpa- ketet enligt en annan utföringsforrn av uppfinningen.

Figur 7 visar en förstärkare enligt uppfinningen. 10 15 20 25 30 518 573 x . i e , - f;l 3.; g»_;' \|i_2 , . .. v ° .. U ' . . A - 8 Figur 8 visar en dubbelriktad omkopplare enligt en utföringsform av uppfinningen.

Figur 9 visar en dubbelriktad omkopplare enligt en annan utforingsform av uppfin- ningen.

Figur 10 visar användandet av två dubbelriktade omkopplare i signalslingan mellan en abonnent och en linj ekrets i ett telefonnät.

Detaljerad beskrivning av utfóringsformer Figur 1A är en graf som visar typiske utsignalsegenskaper för en FET. Tre kurvor visar utsignalen med tre olika styrespänningar, Vgsl, VGS; resp. VGS3. Strömmen IDS och spänningen VCS mellan kollektor och emitter hos en FET visas längs den verti- kala, resp. den horisontella axeln. Området till vänster om en vertikal prickad linje är transistorns linjära omrâde, vari strömmen IDS ökar på ett huvudsakligen linjärt sätt med ökande VDS. Området till höger om den vertikala prickade linjen är mätt- ningsorrirådet, i vilket strömmen IDS är huvudsakligen konstant for en konstant sty- respänning VGS.

När en transistor används som en omkopplare, är på-läget i det linjära området, dvs. till vänster om den vertikala prickade linjen, med andra ord, for låga värden av VDS.

Området som används för på-läget visas som RON på den vertikala axeln. Detta fun- gerar både för att hålla framåtspärmingsfallet VDS så lågt som möjligt och att åstad- komma linjära transistoregenskaper med avseende på strömmen IDS och spärmingen VDS.

I det linjära området, for konstant VGS är kanalkonduktansen GD definierad såsom GD=dIDS/dVDS.

Om transistom är tillräckligt linjär kan GD väljas som l/RON, där RON är på- resistansen.

En streckad linje visar en typisk resistiv belastningslinje för när transistom används såsom en förstärkare. När den används såsom förstärkare fungerar transistom i mättningsområdet i den i figur lA visade grafen. I detta ornråde styrs strömmen IDS 10 15 20 25 30 .ln _,. . :zt av' ' u s 1 s 5 7 s", _. . _ ._ 9 . mellan kollektor och emitter av styrespänningen VGS. Transistoms egenskaper be- stäms då i första hand av dess transkonduktans GM, dvs. för konstant VDS, GM=dIDS/dVGS.

Figur IB är en graf som visar typiska utsignalegenskaper för en FET med samma styrespärmingar VGSI, V65; resp. VGS3 som i Figur 1A. Strömmen IDS och spänning- en VDS från kollektor till emitter i en F ET visas längs den vertikala resp. den hori- sontella axeln. Tre olika kurvor för varje VGS visas: den mittre, heldragna linjen vi- sar situationen då konduktansen motsvarar den nominella konduktansen, dvs G=Gnom. Den nedre, streckade linjen och den övre prickade linjen visar avvikelsen som kan orsakas av onoggrannheten i konduktans, dvs. G=Gnom-AG resp.

Gnom+AG.

Den föreliggande uppfinningen möjliggör en finare inställning av både kanalkon- duktansen GD och transkonduktansen GM hos komponenten än tidigare känd teknik.

Hänvisningar till konduktansen G för en transistor eller omkopplare skall i detta do- kument därför tolkas såsom omfattande både kanalkonduktansen GD och transkon- duktansen GM, och även på-resistansen RON.

Figur 2A visar en dubbelriktad omkopplare enligt känd teknik, som åstadkommes genom att seriekoppla två FETar TR1, TR2, vardera innefattande en emitter S1, S2, en kollektor Dl, D2 och ett styre Gl, G2. Emittrarna Sl, S2 hos den första Tl, resp. den andra TR2 transistorn har sammankopplats så att transistorema TR1, TR2 speglar varandra för att möjliggöra för omkopplaren att fungera dubbelriktat, dvs. oberoende av riktningen av spänningen över omkopplaren.

Figur 2B visar ett annat exempel på en dubbelriktad växel enligt känd teknik, inne- fattande ett första TR2, TR3 par och ett andra par TR5, TR6 transistorer vardera in- nefattande en transistor av n-typ och en transistor av p-typ. Det första transistorpa- rets TR3, TR4 emittrar resp. kollektorer är sarrnnankopplade för att bilda en gemen- 10 15 20 25 30 51 8 5 73 vara; a."=-“j=_;';;ïï:."ïífa 10 sam emitter och en gemensam kollektor. I det andra transistorparet TR5, TR6 är sty- ren respektive kollektorer sammankopplade. Styret hos en transistor TR3 i det första paret är anslutet till det gemensamma styret hos det andra paret TRS, TR6. Styret hos den andra transistom TR4 i det första paret är anslutet till det andra parets TRS, TR6 gemensamma kollektor.

Figur 2C visar en differentialförstärkare enligt känd teknik innefattande två transis- torer TR7, TR8. De två transistoremas emittrar är sammankopplade och kopplade till jord via en resistor. Styrespänningama för transistorema utgör förstärkarens in- gång och spänningen mellan kollektorema utgör förstärkarens utgång. Ett antal oli- ka utföringsfonner av denna grundstruktur är kända. I alla dessa är det viktigt att de tvâ transistoremas konduktanser är huvudsakligen lika.

Figur 3 visar ett paket T av transistorer Tl, T2,...,TN förbundna med varandra på ett sådant sätt att de kan justeras till en specifik konduktans med mycket hög noggrann- het. Paketet T innefattar en första transistor Tl som alltid är ansluten och ett antal mindre transistorer T2, T3,..., TN, som alla är individuellt anslutningsbara i parallell med den första transistorn Tl.

Alla transistoremas Tl, T2,..., TN emittrar S1, S2, S3,..., SN är anslutna till en gemensam emitter S. Alla kollektorer Dl, D2, D3,..., DN är anslutna till en gemen- sam kollektor D.

Styrena G2, G3,...,GN för de transistorer som skall kopplas in kommer att anslutas till den första transistoms Tl styre G, och detta styre utgör därför också transistor- paketets T styre. De som inte skall kopplas in kommer att anslutas till den gemen- samma emittem S.

Detta visas i figur 3 såsom en styrenhet CU i vilket styrena G2, G3,..., GN för var och en av transistorema T2, T3,..., TN är anslutningsbar antingen till det gemen- 10 15 20 25 s 1 s s 7 _ šnšzïïxiï: u. _. samma styret G eller till den gemensamma emitterkontakten S, vilket visas schema- tiskt i figuren såsom väljare 2, 3,..., N. I stället för att tillhandahålla styrenheten kan väljama givetvis realiseras individuellt för varje transistor.

Välj ama 2, 3, .., N kan realiseras på ett antal olika sätt. En relativt enkel lösning är att använda två lågspänningsFETs for varje väljare, en som ansluter styret G2, G3,...,GN till det gemensamma styret G och en som ansluter styret G2, G3,..., GN till den gemensamma emittem. Lågspännings-FETarena måste då styras så att endast en av dem är stängd vid varje tidpunkt. Eftersom spänningen över dessa lågspän- nings-FETar aldrig kommer att överstiga maximispänningen mellan styre och emit- ter i de uppfinningsenliga omkopplarna och de alltid kommer att användas för att trycka på en spänning på styret hos de uppfinningsenliga omkopplarna, kan de göras mycket små jämfört med de högspända FETama som används i omkopplama enligt uppfinningen. Väljamas 2, 3, ..., N på- eller avtillstånd kan då styras av mjukvara direkt från en CPU, EEPROM eller liknande typ av enhet.

Alternativt kan väljarna 2, 3, .., N bestå av säkringar eller antisäkringar som i en ju- steringsprocedur för konduktansen väljs att vara korslutna eller brutna.

Transistorpaketet kommer därmed att fungera såsom en enkel transistor och kan an- vändas i vilken som helst transistortillämpning. Det är emellertid speciellt använd- bart for tillämpningar som kräver en mycket noggrann konduktans, såsom diffemti- alfórstärkare eller linjedrivorgan. I figur 3 används fälteffekttransistorer av n-typ.

Det inses lätt att fälteffekttransistorer av p-typ också kan användas. Transistorema kan dessutom vara av typen Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET), Junction Field Effect Transistor (JFET), Metal Semiconductor Field Ef- fect Transistors (MESFET), lateralt eller vertikalt Double Diffused MOSFET eller liknande komponenter. 10 15 20 25 30 51 8 5 73 "I=.s"2:ïï;.ifï§ 12 . .. .

Figur 4 visar ett liknande paket som det i figur 3 visade, men där en resistor Rl an- vänds i stället för huvudtransistom T1 i figur 3.

Ett antal transistorer T2°, T3”, ..., TN” med styren G2”, G3”,...,GN”, emittrar S2”, S3”, ..,SN” och kollektorer D2”, D3”, ..., DN” är anslutna på samma sätt som i figur 3, med emittrar S2”, S3”,...,SN” anslutna till en gemensam emitter S” och till ett for- sta ben hos resistom Rl, kollektorer D2”, D3 ”,...,DN” anslutna till ett andra ben hos resistom R. Styrena G2”, G3”,...,GN” är anslutningsbara, i en styrenhet CU” medelst väljare 2”, 3”, resp. N” till antingen det gemensamma styret G” eller den gemensam- ma emittem S”.

I det följande skall det visas att det relativa felet for transistorns konduktans kan re- duceras enligt en utfóringsforrn av uppfinningen, visad i figur 3, om hela paketet T ses som en transistor med en konduktans G. Anta först att kravet är att felet i kon- duktansen G hålls lägre än zhAGmax.

Den första transistorns T1 konduktans är bestämd av Gl=G1nomiAGl (1) där AGl < AGmax. Glnom är transistorns T1 nominella konduktans.

Konduktansen G1 varierar därmed från Glnom - AGlmax till Glnom + AGlmax.

Den önskade konduktansen för transistorpaketet är GF=Glnom+AGlmax.

Transistoms T2 konduktans har den relativa onoggrannheten s; = AG2max / G2nom (2) Transistom T2 väljs så att 10 15 20 25 30 518 13: G2nom = AGlmax (1-22) (3) Om det finns i kalibreringsmätningar att den faktiska konduktansen for transistom T1 uppfyller kravet G1 kopplas transistorn T2 in.

Detta ger nedre och övre gränser för transistorpaketets konduktans från GF - AGlmax (14-222) till GF.

Variationsomfånget är AGlmax (1+2e2).

Transistoms T3 konduktans har den relativa onoggrannheten 23 = AG3max/ G3nom (5) Transistom T3 väljs så att G3nom = AGlmax (1+2s2)(1-s3)/2 (6) Om det finns, i kalibreringsmätningar, att transistorpaketet bestående av transisto- rema Tl och T2 har en faktisk konduktans: G1 < GF - AG1max(l+2s2)/2 (7) kopplas transistom T3 in.

Variationsomfånget är AGlmax (1+2s2)(1+2s3)/2 10 15 20 25 30 518 svsšnzšflü 14 Transistorn T4 har den relativa onoggrannheten 24 = AG4max / G4nom (8) Transistom T4 väljs så att G4nom = AGlmax (1+2s2)(1+2s3)(1-e4)/4 (9) Om det finns, i kalibreringsmätningar, att transistorpaketet bestående av transisto- rema T1, T2 och T3 har en faktisk konduktans: G1 < GF - AG1max(1+2s2)(1+2s3)/4 (10) kopplas transistom T4 in.

Variationsomfånget är AGlmax (1+2e2)(1+2a3)(1+2s4)/4 För ett antal ytterligare transistorer n blir variationsomfånget: Aolmax (1+2fi2)(1+2s3). . . . . ...(1+2sn)/2<“-2> (1 1) när si < 0.5 minskar omfånget med varje ytterligare transistor i paketet.

Detta innebär att om det relativa felet är mindre än 0,5 kan onoggranheten hos G te- oretiskt göras godtyckligt liten (reducerad med (1+2z-:¿)/2 för varje ytterligare tran- sistorsteg). Det finns givetvis praktiska begränsningar, såsom den minsta acceptabla storleken för de minsta transistorema och att det relativa felet är högre for mycket små komponenter.

Figur 5A är en schematisk representation av resonemanget som framfördes i förbin- delse med ekvationema (1)-(11). 10 15 20 25 30 u gu :O 518 57§.:¿.. ,_--,.--, ,--,-;:- ";§="= u , I s: 0 ": g. 0 0" ' .nu v U' u. H " . . . .nu 15 På den första vertikala axeln A visas den nominella konduktansen Glnom för hu- vudtransistom T1, med maximiavvikelsema G1nom+AG1max över Glnom och Glnom-AGlmax på samma avstånd under Glnom.

På den andra vertikala axeln B, har den faktiska konduktansen för huvudtransistom T1 i kalibreringsmätningar befunnits vara Glnom. Det är därför känt att denna kon- duktans ligger inom gränsema Glnom och Glnom+AG1max såsom visat på den andra vertikala axeln B. Den första ytterligare transistom ansluts därför inte.

På den tredje vertikala axeln 3, visas de två extrema situationerna då den första yt- terligare transistom T2 kommer att anslutas. I den första situationen är den första transistoms faktiska konduktans den lägsta möjliga konduktansen, G lmin=G1- AGlmax. Den första ytterligare transistom kopplas därför in för att ge den totala konduktansen G1min+G2nom, med onoggrannheten iAGZmaX.

I den andra situationen är den faktiska konduktansen för den första transistom lika med Glnom. Inkoppling av den första ytterligare transistom ger därför den totala konduktansen Glnom+G2nom med onoggrannheten iAGZmaX. Den maximala möjliga konduktansen för paketet i detta fall är därför: G 1 nom+G2nom+AG2max = G 1 nom+AG 1 max, (12) vilket är den önskade konduktansen för paketet.

Figur 5B visar en schematisk representation av inställningen av transistorpaketet enligt en annan utföringsform av uppfinningen. Här är den önskade konduktansen Gbör, som visas med en streckad linje, vald högre än G1+AGlmax. Till exempel kan AGlmax välj as för att ta hänsyn till onoggrannheten i en eller flera komponen- ter som är kopplade seriellt med transistorpaketet. 10 15 20 25 16 . . . . . .... .. .. .."..' Urvalskriteriema för vilka ytterligare transistorer som skall anslutas skiljer sig då litet från de som diskuterades i ekvationema (1)-(11) och i anslutning till figur 5A.

På den första vertikala axeln A visas den nominella konduktansen Glnom för hu- vudtransistom Tl, med sina maximiavvikelser G1nom+AGlmax över Glnom och Glnom-AGlmax på samma avstånd under Glnom.

På den andra vertikala axeln B har den faktiska konduktansen för huvudtransistom Tl i kalibreringsmätningar befunnits vara högre än Glnom. Det är därför känt att denna konduktans ligger inom gränsema Glnom och G1nom+AG1max såsom visat på den andra vertikala axeln B. Den första ytterligare transistom T2 kopplas därför inte in.

Pâ den tredje vertikala axeln 3 visas de två ytterlighetema i vilka den första ytterli- gare transistom kommer att kopplas in: I den första situationen är den faktiska kon- duktansen för den första transistom den lägsta möjliga konduktansen Glmin=G1- AGlmax. Den första ytterligare transistom kopplas därför in, vilket ger den totala konduktansen Glmin+G2nom, med onoggrannheten iAGZmaX. I den andra situa- tionen är den faktiska konduktansen hos den första transistom lika med Glnom. In- koppling av den första ytterligare transistom ger därför den totala konduktansen Glnom +G2nom med onoggrannheten iAGZmaX.

På den fjärde vertikala axeln D har den faktiska konduktansen Gl2act för huvud- transistom Tl och den första ytterligare transistom T2 tillsammans mätts. Eftersom denna konduktans är lägre än konduktansen Glnom+G2nom/2 kopplas den andra ytterligare transistom T3, vilket get konduktansen Gl2act+G3nomiAG3 max.

Dessa steg upprepas för var och en av de ytterligare transistorema. 10 15 20 25 30 518 573 17 a u s neon Det framgår av ovanstående diskussion att den relativa konduktansen för transisto- rema kan välj as på ett antal olika sätt. Kriterierna för att bestämma vilka transistorer som skall kopplas in kommer att variera beroende på denna relativa konduktans och på den önskade totala konduktansen för transistorpaketet jämfört med huvudtran- sistom.

Till exempel, även om den önskade konduktansen är G1+AGlmax kan den nomi- nella konduktansen för den första ytterligare transistom vara lika med AGlmax. Den första ytterligare transistom skulle då endast kopplas in om den faktiska konduktan- sen för huvudtransistorn var lägre än Glnom-AG2max.

I praktiken är det lika lämpligt att börja med alla transistorema inkopplade och att bestämma för var och en av de ytterligare transistorema T2, T3,...,TN vilken som skall kopplas bort. Denna procedur visas i figur 6.

Såsom i den föregående utfóringsfomien är huvudtransistorn Tl alltid inkopplad.

De ytterligare transistorema kopplas så till eller från en efter en med början med den största T2. I flödesschemat har numret för varje transistor ersatts med ett X. Start- värdet for X är 2 så att den nominella konduktansen G2nom för den första ytterliga- re transistom T2 beaktas först, sedan ökas X med en och den nominella konduktan- sen G3nom för den andra ytterligare transistom T3 beaktas, osv., tills alla N ytterli- gare transistorer har beaktats, dvs. X=N.

Steg Stl: Den faktiska konduktansen for hela paketet mäts och jämförs med den önskade konduktansen Gnom.

Steg St2: Är Gact-Gnom>GXnom ( 1 3) Om ja, gå till steg St3, om inte, gå till steg St5.

Steg St3: Koppla bort transistom TX som för tillfället behandlas.

Steg St4: Mät den nya faktiska konduktansen Gact med Tx frånkopplad. 10 15 20 25 E":É":É :":'Äf' "É::": Steg St5: Sätt X=X+l dvs. beakta den nästa ytterligare transistom.

Steg St6: Finns flera ytterligare transistorer, dvs. XSN? Om ja, gå till steg St2, om nej, slut på proceduren.

Den andra ytterligare transistorn T3 kopplas så bort. Detta steg upprepas för var och en av de kvarvarande ytterligare transistorema. Den slutgiltiga faktiska konduktan- sen G blir: G=GnomiAGNmax, (14) där AGNmax är huvudsakligen lika med onoggrannheten hos den minsta ytterligare transistom TN.

Figur 7 visar en förstårkarkrets enligt en annan utföringsform av uppfinningen för att justera konduktansen i en förbindelse enligt en utföringsform av uppfinningen.

En transistor TRl01 används, och ett transistorpaket såsom det i figur 4 visade är seriekopplat med transistom TRl01 för att möjliggöra justeringen av konduktansen.

Transistorpaketet innefattar en första resistor R2 och ett antal transistorer Tl02, T103,...,T10N, som alla är individuellt inkopplingsbara i parallell med resistom R2 för att justera konduktansen för paketet. Inkopplingen av transistorema utförs i en styrenhet CUl OO.

I denna konfiguration kan den relativa konduktansen för de ytteli gare transistorema välj as i beroende av den totala onoggrannheten hos transistorn TR101 och huvud- komponenten i transistorpaketet, vilken i detta fall är en resistor R2.

I stället för det visade transistorpaketet kan ett transistorpaket såsom det i figur 3 vi- sade användas. 10 15 20 25 30 518 573 19 Figur 8 visar en dubbelriktad omkopplare enligt en första utföringsform av uppfin- ningen. Omkopplaren är i princip lik den i figur 2A visade, men i stället för varje transistor TRl , TR2 i figur 2A har den ett transistorpaket såsom det i figur 3 visade transistorpaketet T.

Den första transistom, huvudtransistom Tl 1, T2l i varje transistorpaket TR1”, resp.

TRZ” används alltid i transistorpaketet. Var och en av huvudtransistorerna Tl 1, T2l har ett antal ytterligare transistorer T12, T13, ..., TIN resp. T22, T23,..,T2N, anslut- ningsbara i parallell med huvudtransistorn T11, T21.

Emittrama S11, S12, S13,...,S1N och S21, S22, S23,...,S2N hos alla transistorer T11, T12, T13,...,T1N och T2l, T22, T23,...,T2N har kopplats samman för att bilda en gemensam emitter S12. Kollektorema för varje huvudtransistor och alla ytterliga- re transistorer som kan kopplas till denna transistor har kopplats samman, dvs. koll- ektorerna för transistorema T11, T12, Tl3,...,TlN är sammankopplade och kollekto- rema för transistorema T21, T22, T23,..., T2N är sammankopplade.

Styret hos varje ytterligare transistor T12, TI3, ...,TlN är anslutningsbar medelst väljare 12, 13, ...,1N i ett kopplingsorgan CU1 till styret Gl, resp. till den gemen- samma emittem S 12. Styret för varje mindre transistor T22, T23,...,T2N är anslut- ningsbar medelst väljare 22, 23, ..., 2N i ett kopplingsorgan CU2 till styret G2 och till den gemensamma emittem S 12. Kopplingsorganen CUI och CU2 kan realiseras som ett organ men visas av tydlighetsskäl som två separata organ i figur 8. Givetvis skulle välj ama kunna realiseras individuellt för varje transistor i stället för att till- handahålla kopplingsorgan.

För att bestämma vilka av de mindre transistorema som skall kopplas in för att delta i omkopplaren används förfarandet som diskuterades i samband med figur 3 och ek- vationerna (1) - (1 1). Anslutningsförfarandena diskuteras också i samband med fi- gurema 5 och 6. 10 15 20 25 20 Den föredragna konduktansen för de mindre transistorema relativt huvudtransistom beror på det relativa felet i varje transistor. Den första T12 av de mindre transisto- rema bör ha samma nominella konduktans som onoggrannheten hos huvudtransis- tom T11. Om till exempel onoggrannheten för konduktansen hos huvudtransistom Tll är 10% bör den nominella konduktansen för den första mindre transistom T12 vara en tiondel av den nominella konduktansen för huvudtransistom. Den nominella konduktansen för den andra mindre transistom T13 bör vara ungefär lika med halva konduktansen för den första mindre transistom. Mera specifikt bör den nominella konduktansen var halva konduktansen för den första mindre transistom plus onog- grannheten hos den första mindre transistom.

Eftersom transistorns fysiska storlek är ungefär proportionell med dess konduktans kommer storleken för varje transistor att minskas med ungefär samma faktor jämfört med den föregående.

Figur 9 visar en omkopplare enligt en andra utföringsform av uppfinningen. Som tidigare innefattar en dubbelriktad omkopplare en första TR201 och en andra TR202 huvudtransistor, vars emittrar är sammankopplade. För var och en av huvudtransis- torema finns en ytteligare transistor TR21 1, TR212. Emittrarna hos alla fyra tran- sistorema TR201, TR202, TR21 1, TR212 är sammankopplade för att utföra en gemensam emitter. Kollektorema hos den första huvudtransistom TR201 och den första ytterligare transistom är sammankopplade, och kollektorema hos den andra huvudtransistom och den andra ytterligare transistom TR2 12 är sammankopplade.

Omkopplaren innefattar även styrorgan CU200 för styming av styrespärmingen hos de ytterligare transistorema TR2l1 och TR212. Genom att styra styrespänningen hos de ytterligare transistorema TR2l1 och TR2 12 kan varje huvudtransistors TR201, TR202 konduktans styras. 10 15 20 25 Den justerbara omkopplaren enligt uppfinningen är speciellt användbar i tillämp- ningar i vilka två omkopplare används som bör justeras mot varandra så exakt som möjligt. En sådan tillämpning är, såsom förklarat ovan, en differentialförstärkare. En annan viktig tillämpning är en abonnentlinje i ett telekommunikationsnät. Här be- aktas företrädesvis konduktansen i hela linjen, inte bara konduktansen hos om- kopplarna sj älva.

Figur 10 är en förenklad vy av en telekommunikationstillämpning i vilken omkopp- laren enligt uppfinningen kan komma till användning. En första swl och en andra sw2 omkopplare enligt uppfinningen anordnade i en reläersättningskrets (Relay Re- placement Circuit - RRC) används för att öppna och sluta en inkommande resp. en utgående abonnentlinje till en abonnent Sub. Abonnentlinjema mottas från nätet ge- nom en gränssnittskrets (Subscriber Line Interface Circuit - SLIC) till reläersätt- ningskretsen. Gränssnittskretsen SLIC innefattar en första Al och en andra A2 för- stärkare, en för vardera abonnentlinj en.

Resistansen hos den inkommande och den utgående abonnentlinjen i denna tillämp- ning, innefattande både omkopplama swl, sw2 och förstärkama Al, A2, motstån- den R4 och RS och andra komponenter som har utelärrmats av tydlighetsskäl, bör hållas så låg som möjlig för att reducera brus. Omkopplarna bör därför justeras in, inte bara med avseende på varandra, utan med avseende på abonnentlinjemas hela konduktans. Om förstärkare enligt uppfinningen, såsom den i figur 7 visade förstär- karen, används, kan förstärkama även användas för att styra abonnentlinjemas kon- duktans. Det är länipligt i sådana tillämpningar att använda transistorer med en ge- nombrottsspänning högre än 130V.

F öreträdesvis bör de två omkopplarna swl och sw2 realiseras på samma chip för att göra det möjligt att justera dem noggrant mot varandra.

Claims (29)

10 15 20 25 30 22 Patentkrav Patentkrav

1. Elektronisk krets innefattande en första elektronisk komponent (T1; Rl; R2) med en nominell konduktans med en given onoggrannhet, vidare innefattande åtminstone en ytterligare falteffekttransistor (T2, T3,...,TN; T2°, T3°, ..., TN”; T102, Tl03,.., TlON) ansluten i parallell med komponenten (T1; Rl; R2), kännetecknad av att den innefattar medel (CU; CU°; CUIOO) för att justera toleransen hos den elektro- niska kretsens konduktans genom att styra spänningen på styret hos varje ytterligare falteffekttransistor (T2, T3,...,TN; T2”, T3', ..., TN°; Tl02, Tl03,.., TlON).

2. Elektronisk krets enligt krav 1, kännetecknad av att den första elektroniska komponenten är en falteffekttransistor (Tl).

3. Elektronisk krets enligt krav 2, kännetecknad av att de ytterligare fálteffekt- transistorema (T2, T3, ..., TN; T2°, T3',..., TN”; Tl02. Tl03,..., TlON) är av samma typ som den första falteffekttransistorn (Tl).

4. Elektronisk krets enligt krav 1, 2 eller 3, kännetecknad av att den första elektro- niska komponenten kan leda ström i båda riktningama.

5. Elektronisk krets enligt krav 1, kännetecknad av att den första elektroniska komponenten är ett motstånd (Rl; R2).

6. Elektronisk krets enligt något av kraven 1-6, kännetecknad av att den första elektroniska komponenten (T1; Rl; R2) och varje ytterligare falteffekttransistor (T2, T3,...,TN; T2”, T3”, ..., TN”; T102, T103,..., TlON) är konstruerade för att hantera höga spärmingar. 10 15 20 25 518 573 23 o u n race

7. Krets enligt något av föregående krav, kännetecknad av att de ytterligare faltef- fekttransistorema (T2, T3,...,TN; T2”, T3°, ..., TN”; T102, Tl03,..., TION) är om- växlande av n-typ och p-typ.

8. Elektronisk krets enligt något av föregående krav, kännetecknad av att emittrar- na (S2, S3,...,SN; S2”, S32 ..., SN”; S102, SlO3,..., S10N) hos alla fålteffekttransis- torer (T2, T3,...,TN; T2°, T3”, ..., TN'; T102, TlO3,..., TION) år anslutna till en gemensam emitter, kollektorema (D2, D3,...,DN; D2”, D3”, ..., DN'; DlO2, D103,..., DION) hos alla fålteffekttransistorer (T2, T3,...,TN; T2°, T3°, ..., TN°; T102, Tl03,..., TION) är anslutna till en gemensam kollektor och en styrenhet (CU; CU”; CUIOO) reglerar nämnda tolerans genom att styra varje fálteffekttransistors (T2, T3,...,TN; T2°, T3”, ..., TN°; T102, Tl03,..., TION) styrespänning individuellt.

9. Elektronisk krets enligt något av kraven 1-8, kännetecknad av att den forsta ytterligare fälteffekttransistoms (T2; T2”; T102) nominella konduktans är huvudsakligen lika med onoggrannheten i konduktans hos den forsta elektroniska komponenten (T1; Rl; R2); - den nominella konduktansen for varje ytterligare fálteffekttransistor efter denna (T3,...,TN; T3”, ..., TN”; Tl03,..., TION) är minskad med i huvudsak hälflenjärnfórt med den föregående; - styrenheten (CU; CU”; CUIOO) reglerar toleransen i kretsens konduktans genom att ansluta varje fálteffekttransistors (T2, T3,...,TN; T2°, T3”, ..., TN°; T102, Tl03,..., TION) styre antingen till ett gemensamt styre eller till den gemensamma emittern.

10. Elektronisk krets innefattande en elektronisk krets enligt något av kraven 1-8 se- riellt kopplad med åtminstone en extem komponent (T10l), varvid - varje extem komponent har en nominell konduktans med en given onoggrannhet, 10 15 20 25 30 518 573 24 - den första ytterligare fälteffekttransistorns (Tl 02) nominella konduktans är huvud- sakligen lika med summan av onoggrannhetema i konduktansema hos den första elektroniska komponenten (Tl; Rl; R2) och åtminstone en extem komponent; - den nominella konduktansen hos varje ytterligare falteffekttransistor (T103,...,Tl0N) därefter minskas med huvudsakligen hälften jämfört med den före- gående; - styrenheten (CUl00) reglerar toleransen i kretsens konduktans genom att ansluta varje ytterligare falteffekttransistors (T102, Tl03,..., TION) styre till ett gemensamt styre eller till den gemensamma emittem.

11. Elektronisk omkopplare innefattande en första (Tl 1) och en andra (T2l) elek- tronisk komponent, vardera med en nominell konduktans med en specifik onog- grannhet, kännetecknad av att - emittrarna (S11, S21) hos de tvâ elektroniska komponentema(T1l, T2l) är sam- mankopplade, - nämnda första elektroniska komponent (Tl 1) har åtminstone en fälteffekttransistor (T12, T12,...,T1N) ansluten i parallell med nämnda första elektroniska komponent (Tl 1), - nämnda andra elektroniska komponent (T2 l) har åtminstone en fälteffekttransistor (T22, T22,...,T2N) ansluten i parallell med nämnda andra elektroniska komponent (T21), - styrorgan (CUl, CU2) finns för att justera toleransen i omkopplarens konduktans genom att reglera varje ytterligare fálteffekttransistors (Tl2, Tl3,...,TlN, T22, T23,...,T2N) styrespänning.

12. Elektronisk omkopplare innefattande en första och en andra elektronisk kompo- nent, vardera med en nominell konduktans med en specifik onoggrannhet känne- tecknad av att - emittrarna hos de två elektroniska komponentema är sammankopplade till en gemensam emitter, 10 15 20 25 30 518 573 25 o a n mo: - kollektorema hos de två elektroniska komponenterna är sammankopplade till en gemensam kollektor, - den forsta elektroniska komponenten är en n-kana1-fälteffekttransistor och den andra elektroniska komponenten är en p-kanal-falteffekttransistor, - nämnda forsta elektroniska komponent har åtminstone en ytterligare falteffekttran- sistor av samma typ kopplad parallellt med nämnda forsta elektroniska komponent, - nämnda andra elektroniska komponent har åtminstone en ytterligare falteffekttran- sistor av samma typ kopplad parallellt med nämnda andra elektroniska komponent, - varje ytterligare fälteffekttransistors konduktans är justerbar for att minimera onoggrannheten i konduktans for den elektroniska omkopplaren.

13. Elektronisk omkopplare enligt krav ll eller 12, kännetecknad av att den forsta och andra elektroniska komponenten (Tl 1, T21) är fälteffekttransistorer.

14. Elektronisk omkopplare enligt krav 13, kännetecknad av att de ytterligare fält- effekttransistorema (T12, T13,...,T1N, T22, T23,..,,T2N) är fälteffekttransistorer av samma typ som den forsta och andra falteffekttransistom (Tl 1, T21).

15. Elektronisk omkopplare enligt något av kraven 11-14, kännetecknad av att om- kopplaren kan leda ström i båda riktningama.

16. Elektronisk omkopplare enligt något av kraven 1 1-15, kännetecknad av att den forsta och den andra elektroniska komponenten (T11, T21) och alla ytterligare fält- effekttransistorer (T12, T13,..., TIN, T22, T23,..., T2N) är konstruerade att hantera spänningar av båda polariteter.

17. Elektronisk omkopplare enligt krav 16, kännetecknad av att den forsta och andra elektroniska komponenten (Tl 1, T21) och alla ytteligare fålteffekttransistorer (T12, T13,..., TIN, T22, T23,..., T2N) är konstruerade att hantera höga spänningar av både negativ och positiv polaritet. 10 15 20 25 š":í":í :":°IÉ- "I*:": 26

18. Elektronisk omkopplare enligt något av kraven 11-17, kännetecknad av att alla falteffekttransistorers (TI I, T12, T13,.., TIN, T21, T22, T23,...,T2N) emittrar är anslutna till en gemensam emitter, den första elektroniska komponentens kollektor (D11) och kollektorema (D12, D13, ..., DIN) hos de ytterligare fálteffekttransisto- rerna (T12, TI3, ..., TIN) tillhörande den första elektroniska komponenten (Tl I) är sammankopplade i en första gemensam kollektor, den andra elektroniska kompo- nentens kollektor (D21) och kollektorema (D22, D23, ..., D2N) hos de ytterligare fälteffekttransistorerna (T22, T23, ..., T2N) tillhörande den andra elektroniska kom- ponenten (T21) är samrnankopplade i en andra gemensam kollektor och åtminstone en styrenhet (CU1, CU2) tillhandahålls för att reglera toleransen i omkopplarens konduktans genom att styra varje fálteffekttransistors styrespärming individuellt.

19. Elektronisk omkopplare enligt krav 18, kännetecknad av att - den nominella konduktansen för den första ytterligare fälteffekttransistorn tillhö- rande den första elektroniska komponenten är huvudsakligen lika med onoggrarm- heten i den första elektroniska komponentens konduktans, - den nominella konduktansen för den första ytterligare fålteffekttransistorn tillhö- rande den andra elektroniska komponenten är huvudsakligen lika med onoggrarm- heten i den andra elektroniska komponentens konduktans, - den nominella konduktansen hos varje ytterligare fälteffekttransistor därefter är i huvudsak hälften så stor som den föregående; - styrenheten styr toleransen i omkopplarens konduktans genom att ansluta varje falteffekttransistors styre till ett gemensamt styre eller till gemensam emitter.

20. Förfarande för att tillverka en elektronisk krets, kännetecknat av stegen att - en första elektronisk komponent tillhandahålls; - åtminstone en ytterligare transistor tillhandahålls, varvid varje ytterligare transistor har en specificerad nominell konduktans; och 10 15 20 25 30 518 573 27 - toleransen i den elektroniska kretsens konduktans styrs med hjälp av ett elektro- niskt stynnedel vilket styr styrespänningen hos nämnda ytterligare transistor eller transistorer.

21. F örfarande enligt krav 20, kännetecknat av att en falteffekttransistor tillhanda- hålls som den första elektroniska komponenten.

22. Förfarande enligt krav 20, kännetecknat av att en resistor tillhandahålls som den forsta elektroniska komponenten.

23. Förfarande enligt något av kraven 20-22, kännetecknat av stegen att fälteffekttransistorer tillhandahålls såsom ytterligare transistor eller transistorer; emittrama hos alla falteffekttransistorer ansluts till en gemensam emitter; kollektorerna hos alla fälteffekttransistorer ansluts till en gemensam kollektor; toleransen regleras genom att varje fálteffekttransistors styrespänning styrs indivi- duellt.

24. Förfarande enligt krav 23, kännetecknat av steget att toleransen styrs genom att varje falteffekttransistors styre ansluts till ett gemensamt styre eller den gemensam- ma emittem.

25. F örfarande för tillverkning av en elektronisk omkopplare innefattande en första och en andra elektronisk komponent, vardera med en specificerad nominell kon- duktans med en given onoggrannhet, kännetecknat av stegen att - åtminstone en ytterligare transistor tillhandahålls för vardera av den första och den andra elektroniska komponenten, varvid varje ytteli gare transistor har en specifice- rad nominell konduktans; - toleransen i omkopplarens konduktans justeras medelst ett elektroniskt styrorgan.

26. Förfarande enligt krav 25, kännetecknat av stegen att 10 15 20 51 8 5 7 3§I= . _ m 28 falteffekttransistorer tillhandahålls såsom ytterligare transistor eller transistorer; emittrama hos alla fålteffekttransistorer ansluts till en gemensam emitter; kollektorerna hos alla falteffekttransistorer tillhörande den första elektroniska kom- ponenten kopplas samman så att de bildar en första gemensam kollektor; kollektorema hos alla fálteffekttransistorer tillhörande den andra elektroniska kom- ponenten kopplas samman så att de bildar en andra gemensam kollektor; toleransen justeras genom att varje fålteffekttransistors styrespänning styrs individu- ellt.

27. F örfarande enligt krav 26, kännetecknat av steget att varje fälteffekttransistors styre ansluts till ett gemensamt styre eller till den gemensamma emittern.

28. Förfarande enligt något av kraven 25-27, kännetecknat av steget att omkoppla- rens konduktans styrs i beroende av en önskad konduktans för omkopplaren.

29. Förfarande enligt något av kraven 25-27, kännetecknat av steget att omkoppla- rens konduktans styrs i beroende av en önskad konduktans for ornkopplaren och åt- minstone en annan komponent seriellt ansluten till omkopplaren.