182966. lajstromszámú szabadalom • Szilárdtest felépítésű nagyfeszültségű kapcsoló és ezt tartalmazó jelgenerátor
1 182 966 2 A találmány tárgya szilárd test felépítésű nagyfeszültségű kapcsoló, amely egyetlen szilícium chip-en elkészíthető. A találmány ezenkívül a szilárdtest-távbeszélő vonaláramkörók területére is vonatkozik, ahol integrált áramkörös egyenáramú jelfogókra és kapacitívan csatolt meghajtó áramkörökre van szükség ahhoz, hogy egyenáramú bemeneti feszültségeket nagyfeszültségű kapcsolókhoz csatlakoztassanak, miközben szigetelést kell fenntartani a nagyfeszültségű kapcsoló és annak vezérlő egyenáramú bemenete között. Azok az ismert nagyfeszültségű kapcsolók, amelyek nagyfeszültségű kimeneti jelet állítanak elő egy egyenáramú bemenetből, ahol az áramkörnek a kapcsoló részét például egy MOS integrált áramkörös szilícium chip-en kell tudni elkészíteni, villamos szigetelést kell, hogy tartalmazzanak a nagyfeszültségű kapcsoló szilárdtestjelfogó érintkezői és a vezérlő bemenet között, amely utóbbi révén egyenáramú vagy szaggatott egyenáramú feszültséget csatolnak az áramkörhöz. A korábbi ismert megoldásoknál ezt a villamos szigetelést optikai csatolókkal vagy transzformátorokkal valósították meg. Sem az optikai csatolókat, sem pedig a transzformátor-áramköröket nem lehet a nagyfeszültségű kapcsolóval kombinálva egyetlen integrált áramköri chip-en elkészíteni a jelenleg ismert integrált áramköri gyártási eljárásokkal MOS rendszerű integrált áramkörös technika alkalmazásával. A nagyfeszültségű kapcsoló szilárdtestjelfogó kimenete és vezérlő bemenete között a szigetelés lényeges az integrált áramkörös kivitelnél, mert a relé kimeneten megjelenő nagyfeszültség tönkretenné az áramkör bemeneti logikai részét, és ezáltal a jelfogó nemkívánt kapcsolását idézné elő. A nagyfeszültségű kapcsoló kimeneti kapcsainak és vezérlő bemenetének elszigetelése különösen alkalmas olyan felhasználási területen, mint amilyen a távbeszélő vonaláramkor kialakítása, ahol a kapcsolónál lebegő földpontra van szükség. Amint már említettük, az optikai csatolókat különállóan kell legyártani és szereléssel kell összerakni, ahelyett, hogy azt egyetlen szilícium chip-en el lehetne készíteni azon két áramkör közötti jelek átvitelére, amelyeket egymástól villamosán el kell választani. Az ilyen optikai csatolók jellegzetesen fénykibocsátó diódát és fényérzékeny tranzisztorokat tartalmaznak, amelyek úgy vannak elrendezve, hogy bemeneti feszültséget kapcsolnak a LED dióda kapcsai közé. A fényemittáló dióda ennek következtében keletkező fényjel kimenete ezután bekapcsolja a fényérzékeny tranzisztorokat, és ezáltal a fotótranzisztor kimenetén a bemeneti feszültségtől villamosán elszigetelt kimeneti feszültség keletkezik. Az ilyen optikai csatolók már jól ismertek, és ezeket részletesebben leírja a „Modern Microelectronics” című könyv, amely a Research and Education Association kiadásában jelent meg (2. kiadás 1974, 312. és 313. old.). A jelen találmányt előnyösen hasznosíthatjuk a MOS áramköröknél, amelyek gyártása a jól ismert dielektromos szigetelési eljárásokkal történik, mint amilyeneket részletesebben ismertet például az előbb említett Modern Microelektronics című könyv a 425—434. oldalakon. Az egyik ismert gyártási eljárás szerint V alakú görbéket marnak be egy fémoxid félvezető kocka felületére (VMOS), és ez a módszer egy jól ismert gyártási eljárást képvisel, amelynél két diffúziós réteg (a csatornahossz) között fennálló függőleges különbséget kis értéken, azaz néhány mikron értéken tartják, és ez egy példakénti MOS logikai áramkörgyártó technika, amely alkalmas a l találmány szerinti áramkör gyártására, és amely technológia alkalmazásával a korábbi ismert optikai csatolókat nem lehetett integrált módon elkészíteni. Mivel ezek a gyártási eljárások már jól ismertek, azokat itt részletesen nem írjuk le, de hivatkozunk az említett Modern Microelectronics című könyvre, különösen a VMOS eljárás leírására. A leírt áramkört a korábbi ismert optikai csatolók vagy transzformátorok nélkül a nagyméretű integrált áramköröknél is alkalmazni lehet (LSI áramköröknél), persze egyéb eszközökkel együtt, és ez különösen alkalmas és költségkímélő, ha olyan LSI áramkörökben használjuk, amelyeket nagy tömeggyártásra terveztek, ilyen például a távbeszélő vonaláramkörök jelgenerátor-egysége. A találmány egy egyesített nagyfeszültségű kapcsoló és kapacitíven csatolt meghajtó áramkörre vonatkozik integrált áramköri jelfogóhoz, amelynél a vezérlő bemeneti feszültség a jelfogó nagyfeszültségű kimenetétől két illesztett kondenzátor és egy kizáró VAGY kapu segítségével van elszigetelve, és ezen kizáró VAGY kapu csak egy eltérő fázisú meghajtó bemenetre tud reagálni. Az összeválogatott csatoló kondenzátorok, amelyek ellenütemű elrendezési,., vannak meghajtva, egy logikai kapu kimenetén olyan jelet állítanak elő, amely két MOS tranzisztor kapuelektródjára vezetve azokat bekapcsolja, és azok kimeneténél nagyfeszültségű kapcsolót képez. A kizáró VAGY kapu nem reagál egy fázisban helyes meghajtású bemeneti feszültségre, mivel ajelfogó nem reagálhat egy véletlenszerű bekapcsolásra, amelyet a kapcsoló kimenete és vezérlő bemenete között levő szigetelés meghibásodása okoz. A kombinált kapcsolót és kapacitív meghajtó áramkört teljes egészében egyetlen szilícium chip-en elkészíthetjük VMOS konfigurációban, anélkül, hogy szükség lenne optikai csatolókra vagy transzformátorokra. A találmányt a továbbiakban kiviteli példák kapcsán, a rajz alapján ismertetjük részletesebben. A rajzon az 1. ábra a találmány szerinti nagyfeszültségű kapcsoló és kapacitíven csatolt meghajtó áramkör kapcsolási rajza, és a 2. ábra lebegő szigetelésű híd-típusú jelgenerátor egyszerűsített áramköri rajza, amelyet olyan távbeszélő vonaláramkörökben használhatunk, amelyben a jelen találmány is alkalmazható. Az 1. ábrán az egyesített nagyfeszültségű kapcsolót és kapacitívan csatolt meghajtó 10 áramkört szemléltettük, és összességében a 10-es hivatkozási számmal jelöltük. Egy 20 NAND kapun keresztül egy 5 MElz-es órajelet vagy egyéb alkalmas jelet továbbítunk egy 12 bemeneti logikához, és ez a jel meghajt két egymáshoz illesztett értékű 28, 30 kondenzátort a kapacitívan csatolt 14 meghajtó áramkörben, hogy az órajelek ütemében egy rájuk kapcsolt egyenfeszültséget az áramkörnek a nagyfeszültségű 16 kapcsolójához továbbítsanak. Az egymáshoz illesztett értékű 28 és 30 kondenzátorok jellegzetesen tíz pikofarad értékűek. A 12 bemeneti logikát, a kapacitívan csatolt 14 meghajtó áramkört és a nagyfeszültségű 16 kapcsolót egyetlen szilícium chip-en elrendezhetjük, és ehhez csatlakoztatjuk az 5 MHz-es órát a 18 kapcsoló segítségével, amikor az bekapcsolt helyzetben van, vagy ehhez kapcsolhatunk egy a 18 kapcsoló vezérlőjel bemenetéhez vezetett szaggatott egyenáramú jelet, amely például lehet 100Hz-es vagy ennél kisebb frekvenciájú. A 20 NAND kapu logikai bemenetéinek egyikére az 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
