CH620556A5 - - Google Patents

Description

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PATENTANSPRÜCHE

1. Logische Verknüpfungsschaltung, die in TTL-Technik ausgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Eingangstransistor (Tl) mit einem Kollektor einer Basis und wenigstens Die vorliegende Erfindung betrifft eine logische Verknüp-einem Emitter vorhanden ist, welch letzterer mit einem Ein- 3 fungsschaltung, die in TTL-Technik ausgeführt ist. Schaltungen gangsanschluss (A, B oder C) in Verbindung steht, dass ein Aus- in sogenannter Transistor-Transistor-Logik (TTL) und die gangstransistor (T2) mit einem Kollektor, einer Basis und wenig- Unterbringung von 100 oder mehr derartiger Schaltungen auf stens einem Emitter vorhanden ist, dass eine elektrisch leitende einem Halbleiterchip sind in Fachkreisen allgemein bekannt

Verbindung (10) zwischen der Basis des genannten Ausgangs- (siehe u. a. Andreas Lewicki «Einführung in die Mikroelektro-transistors und dem Kollektor des genannten Eingangstransi- to nik» Verlag R. Oldenbourg München 1966, S. 388 und K. Steinstor besteht, weiter dass eine erste Potentialquelle (VI) über buch/W. Weber «Taschenbuch der Informatik» Bd. 1, Sprin-eine erste Impedanz (Rl) mit der Basis des Eingangstransistor ger-Verlag Berlin 1974, S. 291 ff.). Wenn eine grosse Anzahl derund über eine zweite Impedanz (R2) mit dem Kollektor des artiger Schaltungen auf einen Halbleiterchip gesetzt werden, Ausgangstransistor leitend verbunden ist, ferner dass eine erreicht man komplexe logische Funktionen, auch wenn zweite Potentialquelle (V2) an den Emitter des Ausgangstransi- 15 externe Kontakte nur zu einer begrenzten Anzahl dieser Schalstors angeschlossen ist, und schliesslich dass Schaltmittel (D2, tungen geführt werden können. Sobald unzugängliche Schal-R3) vorgesehen und mit der Basis des Ausgangstransistor (T2) tungsknotenpunkte auftreten, wird das Prüfen zum Problem, leitend verbunden sind, durch die letzterer zur Aufrechterhai- Die Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Schaffung tung eines ersten Leitungszustandës dann vorspannbar ist, einer Transistor-Transistor-Logik, die auf einem Halbleiterchip wenn der Eingangstransistor (Tl) bei Vorliegen wenigstens 20 eine minimale Fläche belegt, mit Gleichstrom prüfbar ist und eines Eingangssignales nicht zur Bildung eines leitenden dieselbe Strom/Leistungschrakteristik hat, wie ähnliche logi-Strompfades zwecks Vorspannung des Ausgangstransistors in sche Schaltungen, die bisher nicht mit Gleichstromtechnik einen zweiten Leitungszustand steuerbar ist. geprüft werden konnten.

2. Logische Verknüpfungsschaltung nach Patentanspruch 1, Ausführungsbeispiele der Erfindung, die im Patentanspruch dadurch gekennzeichnet, dass Basis und Kollektor des genann- 25 1 definiert ist, sind in den Zeichnungen dargestellt und werden ten Eingangstransistors (Tl) über ein nur eine Leitungsrichtung anschliessend nähr beschrieben.

aufweisendes erstes Schaltelement (Dl) miteinander verbun- Es zeigen:

den sind und dass der Kollektor des Ausgangstransistors (T2) Fig. 1 ein Schaltbild einer herkömmlichen Schaltung,

mit einem Ausgangsanschluss (D) in Verbindung steht. Fig. 2 ein Schaltbild einer anderen herkömmlichen Schal-

3. Logische Verknüpfungsschaltung nach Patentanspruch 2,30 tung,

dadurch gekennzeichnet, dass das genannte erste Schaltele- Fig. 3 ein Schaltbild eines bevorzugten Ausführungsbeispie-

ment (Dl) eine Schottkydiode ist les der Erfindung,

4. Logische Verknüpfungsschaltung nach Patentanspruch 1, Fig. 4 ein Schaltbild mit zwei verschiedenen Stufen gemäss dadurch gekennzeichnet, dass die genannten, mit der Basis des der vorliegenden Erfindung,

Ausgangstransistors (T2) leitend verbundenen Schaltmittel 35 Fig. 5 eine der in Fig. 1 gezeigten Schaltung äquivalente

(D2. R3) einen Strompfad hoher Impedanz, im Vergleich zu den Schaltung bei defektem Tl,

genannten ersten und zweiten Impedanzen (Rl bzw. R2), zwi- Fig. 6 eine der in Fig. 3 gezeigten Schaltung äquivalente sehen der ersten Potentialquelle (VI ) und der genannten Basis Schaltung bei defektem Tl,

bilden. Fig. 7 eine schematische Draufsicht der in Fig. 3 dargestell-

5. Logische Verknüpfungsschaltung nach Patentanspruch 4,40 ten Halbleiterstruktur,

dadurch gekennzeichnet, dass der hohe Impedanzwert der Fig. 8 eine schematische Schnittansicht der Halbleiterstruk-

genannten Schaltmittel (D2, R3) mehr als das Zweifache der tur der in Fig. 3 in gestrichelten Linien gezeigten Schaltung und ersten oder zweiten der genannten Impedanzen (Rl, R2) Fig. 9 eine Reihe von Signalen beträgt. Fig. 1 zeigt eine herkömmliche Schaltung, in der eine TTL-

6. Logische Verknüpfungsschaltung nach Patentanspruch 1,45 Logik als NAND-Glied geschaltet ist. Nimmt man an, dass die dadurch gekennzeichnet, dass die mit der Basis des Ausgangs- Eingangsanschlüsse A, B und C und der Ausgangsanschluss D transistor verbundenen Schaltmittel aus der Serieschaltung von aussen nicht zugänglich sind, dann kann diese Schaltung eines nur eine Leitungsrichtung aufweisenden zweiten Schalt- mit Gleichstromtechnik nicht vollständig ausgeprüft werden, elementes (D2) und einer dritten Impedanz (R3) bestehen. Insbesondere ein Fehler im Eingangstransistor Tl, wie etwa ein

7. Logische Verknüpfungsschaltung nach Patentanspruch 6,50 Kurzschluss zwischen Basis und Emitter, ist nicht zu ermitteln, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte zweite Schaltele- Nimmt man zuerst an, dass alle logischen Eingänge an den ment (D2) eine Schottky-Diode ist. Anschlüssen A, B und C auf dem hohen logischen Pegel liegen,

8. Logische Verknüpfungsschaltung nach Patentanspruch 6, dann wird Tl gesperrt und der dazwischenliegende Knoten-dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Impedanz (R3) einen punkt X durch ein positiveres Potential V1 über den Wider-Wert aufweist, der mehr als das Zweifache der ersten oder 55 stand Rl und die Schottky-Sperrdiode Dl auf einen logisch zweiten der genannten Impedanzen (RI, R2) beträgt. hohen Pegel aufgeladen. Dieser hohe logische Pegel schaltet

9. Logische Verknüpfungsschaltung nach Patentanspruch 1, den Ausgangstransistor T2 ein, so dass der Ausgangsanschluss dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Eingangs- und d einen niedrigen logischen Pegel, wie etwa das Potential V2 Ausgangstransistoren (Tl bzw. T2) vom NPN-Typ sind, dass annimmt, das Erdpotential sein kann. Der Widerstand R2 stellt der Eingangstransistor (Tl) eine Mehrzahl von Emittern auf- ao einen Lastwiderstand für den Transistor T2 dar und hat im allweist, die je mit einem Eingangsanschluss (A, B, C) verbunden gemeinen einen Wert, der annähernd dem Wert von Rl gleich sind, dass ferner die erste genannte Potentialquelle (VI) positi- jst ver ist als die zweite Potentialquelle (V2), und dass schliesslich Bringt man einen der Eingangsanschlüsse auf einen niedri-

das am Kollektor des Ausgangstransistors erscheinende Signal gen Pegel, wird auch der Knotenpunkt X auf einen niedrigen das Ergebnis einer logischen NAND-Verknüpfung von Ein- 05 Pegel gebracht Nimmt man jedoch an, dass im Eingangstransi-

gangssignalen an den Eingangsanschlüssen ist. stor Tl ein Defekt vorliegt wie etwa ein Kurzschluss zwischen

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Basis und Emitter, dann wird der Pegel im Knotenpunkt X Ein üblicherweise in TTL-Schaltungen verwendeter Eingangs-

nicht wie vorgesehen sinken, sondern die in Sperrichtung vor- transistor Tl hat einen Kollektorbereich, einen Basisbereich gespannte Schottky-Diode Dl (und der in derselben Richtung und mehrere Emitterbereiche. Es sind drei Eingangsanschlüsse vorgespannte Kollektor-Basisübergang von Tl) führen über A, B und C dargestellt. Die Herstellung von Transistoren mit eine längere Zeit von etwa 80 bis 100 Nanosekunden einen 5 einem oder mehreren Emittern ist allgemein bekannt und deren Leckstrom, der den Knotenpunkt X nur langsam auf einen nied- Anzahl wird bestimmt durch die gewünschte Anzahl von Ein-rigen Pegel bringt. Dadurch wiederum schaltet T2 ab, so dass gängen, die für eine bestimmte logische Funktion erforderlich der Ausgang D auf einen hohen Pegel über den Widerstand R2 sind. Wenn der Transistor TI z. B. nur einen Eingang hätte, geladen wird. Nach 80 bis 100 Nanosekunden wird daher eine würde der Ausgangsanschluss D den Eingang lediglich invertie-richtige Ausgangsbedingung angezeigt, auch wenn im Transi- ,0 ren. In dem gezeigten Beispiel mit drei Eingängen würde der stor Tl ein Fehler liegt. So ein Fehler kann nur mit einer Wech- Ausgangsanschluss D die NAND-Funktion erfüllen, die in der selstromprüfung erkannt werden, die feststellt, dass das Glied Zeichnung angeschrieben ist.

nicht in der üblichen Zeit umgeschaltet hat (ungefähr 7 Nanose- Weiterhin wird ein in ähnlicher Weise bekannter Ausgangskunden). Die Wechselstromprüfung ist jedoch kostspielig, zeit- transistor T2 mit einem Kollektorbereich, einem Emitterbe-aufwendig und im allgemeinen für die Massenfabrikation 15 reich und wenigstens einem Basisbereich verwendet. Ein Elek-unpraktisch. trisch leitender Pf ad 10 koppelt den Basisbereich des Ausgangs-

Ein zweiter herkömmlicher Schaltungstyp ist in Fig. 2 transistors T2 an den Kollektor des Eingangstransistors Tl.

gezeigt. Die Schaltung enthält alle Elemente der in Fig. 1 Der Pfad 10 besteht darstellungsgemäss aus einem Leiter. Es ist gezeigten Schaltung und wurde entsprechend mit denselben jedoch ebenfalls bekannt, einen oder mehrere Transistoren Bezugsziffern gekennzeichnet. Ausserdem ist in der in Fig. 2 2o und/oder Bauteile in ein Netzwerk einzubauen, das in beliebi-gezeigten Schaltung noch ein Widerstand R3 vorgesehen, der ger Form einen Pfad 10 aufweist. Eine erste Potentialquelle V1 mit der die Transistoren Tl und T2 koppelnden Bahn verbun- ist über eine erste Impedanz Rl mit dem Basisbereich des Emden ist. Um die Strom/Leistungscharakteristik des in Fig. 2 gangstransistors Tl und über eine zweite Impedanz R2 mit dem gezeigten herkömmlichen Ausführungsbeispieles zu optimie- Kollektorbereich des Ausgangstransistors T2 elektrisch ver-ren, ist es üblich, die Werte der Widerstände Rl und R3 gleich 2s. bunden. R2 stellt einen Lastwiderstand für den Ausgangstransi-und doppelt so gross festzulegen wie den Widerstandswert von st0r T2 dar und der Ausgang D ist am Kollektor des Ausgangs-R2. Während in dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel Rl transistors T2 vorgesehen. Eine zweite Potentialquelle Y2 ist und R2 typischerweise mit etwa 3 Kiloohm festgelegt werden, mit dem Emitterbereich des Ausgangstransistors T2 elektrisch hat in dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel nur der verbunden. In der dargestellten NPN-Transistoranordnung ist Widerstand R2 einen Wert von 3 Kiloohm, während Rl und R3 30 VI im allgemeinen positiver als V2. In einer Anordnung für mit etwa 6 Kiloohm festgelegt sind. kleine Leistung kann VI in der Grössenordnung von + 2 Volt

Obwohl also die in Fig. 2 gezeigte herkömmliche Schaltung liegen, während V2 auf Erdpotential liegt. Die Schottky-Diode mit Gleichstrom prüfbar ist, belegt sie eine wesentlich grössere D1 verbindet Basis und Kollektor des Eingangstransistors Tl Fläche auf einem Halbleiterchip. Man braucht nicht nur zusätz- und soll bei dieser Schaltung im allgemeinen den Eingangstran-lichen Widerstand R3, sondern die höheren Widerstandswerte 35 sistor Tl daran hindern, in die Sättigung zu gehen. Bis hierher verlangen auch grössere Flächen. Da höhere Widerstände ist die Schaltung der Fig. 3 ganz ähnlich aufgebaut wie die in auch mehr Wärme abgeben, ist bei Hochleistungsschaltungen Fig. 1 gezeigte Schaltung herkömmlicher Art mit der mögli-für vergleichbare Strompegel auch ein höherer Stromver- chen Ausnahme, dass die Komponentenwerte gemäss späterer brauch und eine stärkere Kühlung zu berücksichtigen. In der in Beschreibung variieren.

Fig. 2 gezeigten NPN-Technik werden die Widerstände 40 Fig. 3 zeigt weiter Schaltmittel, die in Reihenschaltung

üblicherweise im P-Basisdiffusionsbereich mit einem spezifi- einen Widerstand R3 und eine Schottky-Diode D2 enthalten, sehen Flächenwiderstand von ungefähr 180 Ohm gebildet. die mit der Basis des Ausgangstransistors T2 verbunden sind.

Wenn der spezifische Widerstand des Materials einmal festge- , Die Anode der Diode D2 ist mit VI verbunden. Wie später legt wurde, dann wird der Wert eines bestimmten Widerstan- noch genauer erklärt wird, ist der Widerstand R3 in integrierter des durch seine Abmessungen in Länge und Breite bestimmt. 45 Form eigentlich eine Erweiterung des epitaxialen Kollektorbe-Widerstände werden so schmal gestaltet, wie es die Fertigungs- reiches des Transistors Tl und die Diode D2 wird durch einen toleranzen gestatten, so dass der Widerstandswert mit der Metallkontakt zu diesem Kollektorbereich gebildet.

Länge eingestellt wird. Daher verlangt nicht nur der zusätz- In Fig. 4 sind zwei der in Fig. 3 gezeigten Schaltungen mit-

liche Widerstand R3 mehr Raum, sondern auch der früher mit einander verbunden dargestellt. Soweit praktisch möglich, wur-einem wesentlich kleineren Wert versehene Widerstand Rl 50 den dieselben Bezugszahlen verwendet und die die zweite Zelle wird wesentlich länger als R2. Obwohl es bekannte Techniken bildenden Bauteile haben eine Strichnotierung erhalten. Es ist zur Erhöhung des Widerstandswertes in einem begrenzten Flä- bekannt, dass in der Praxis natürlich 100 oder mehr derartige chenbereich gibt, etwa Führung des Widerstandes in Serpenti- Zellen, wie sie in Fig. 4 gezeigt sind, auf ein Halbleitersubstrat nen oder Ausführung als sogenannter «pinch»-Widerstand, gesetzt werden. Die Anzahl verfügbarer Eingangs- und Auswird für alles gegenüber der in der Fig. 1 gezeigten herkömmli- 55 gangsanschlüsse lässt jedoch eine grosse Anzahl unzugänglichen Technik mehr Raum benötigt. eher Schaltungsknotenpunkte übrig. Defekte innerhalb solcher Die in Fig. 1 gezeigte herkömmliche Schaltung hat also vergrabener Teile der Schaltung sind schwierig zu lokalisieren, gegenüber der in Fig. 2 gezeigten, ebenfalls herkömmlichen Ein solcher Defekt, dessen Auftreten bei der Fabrikation von Schaltung Vorteile, aber auch den wesentlichen Nachteil, dass Schaltungen festgestellt worden ist, ist ein Kurzschluss zwi-sie nicht mit Gleichstromtechnik geprüft werden kann. u> sehen Basis und Emitter, wie er durch die gestrichelte Linie 12 Die vorliegende Erfindung stellt im wesentlichen eine Ver- dargestellt ist Ein solcher Kurzschluss kann z. B. dadurch ent-besserung der in Fig. 1 gezeigten herkömmlichen Schaltung stehen, dass benachbarte, metallische Schichten, in Berührung dar, die weniger Bauteile braucht und weniger Halbleiterplatz kommen. Ein Basis-Emitterkurzschluss nimmt effektiv den belegt, als die in Fig. 2 gezeigte Schaltung. Aber nach dem Kon- Transistor Tl aus der Schaltung heraus und resultiert in einer zept der vorliegenden Erfindung kann sie nun mit Gleichspan- 6s Schaltung, die der in Fig. 5 gezeigten äquivalent ist. Die Schal-nung geprüft werden. tung in Fig. 5 zeigt einen Defekt in Tl in einer herkömmlichen Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel zeigt eine Schaltung, wie sie beispielsweise in Fig. 1 gezeigt ist. Durch die NAND-Schaltung in Transistor-Transistor-Logik (TTL-Logik). Verbesserungen der vorliegenden Erfindung einschliesslich der

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zusätzlich in Reihe geschalteten Diode D2 und des Widerstandes R3 ergibt sich eine Schaltung wie sie in Fig. 6 gezeigt ist. In beiden Fällen ist der Transistor Tl aus der Schaltung herausgenommen. In der Äquivalenzschaltung der Fig. 6 bilden jedoch die Diode D2 und der Widerstand R3 eine zusätzliche Strombahn für die Basis des Transistors T2.

Die Fig. 7 zeigt eine Draufsicht auf eine beispielhafte Halbleiterstruktur mit der Schaltung der Fig. 3 in integrierter Form. Der Eingangstransistor Tl wird darstellungsgemäss mit drei Emitterbereichen und den Anschlüssen A, B und C hergestellt. Der Basisbereich von Tl ist über den Leiter 20 mit dem Widerstand Rl verbunden. Sowohl die Basis von Tl als auch der Widerstand Rl werden durch P-Basisdiffusion gebildet. Das andere Ende des Widerstandes Rl ist ein Kontakt für die schliessliche Verbindung mit dem ersten Potential VI. Der Kollektor von Tl ist mit der Basis von T2 durch die Leiterbahn 10, wie dargestellt, verbunden. Der Emitter von T2 ist mit der Potentialquelle V2 verbunden, während der Kollektor von T2 an den Ausgangsanschluss D durch eine metallische oder andere Leiterbahn 22 angeschlossen ist. Die Schottky-Diode Dl ist wie dargestellt, zwischen Basis und Kollektor von Tl gelegt. Bis zu diesem Punkt ist die Halbleiterstruktur ganz ähnlich wie die in Fig. 1 gezeigte herkömmliche Art. Durch den zusätzlichen Widerstand R3, der eine Erweiterung des N-Kol-lektorbereiches des Transistors Tl ist, wird jedoch wesentlich von der herkömmlichen Struktur abgewichen. Ein zum epita-xialen Widerstandsbereich R3 führender Metallkontakt bildet die Diode D2, die schliesslich mit der Potentialquelle VI verbunden wird. Die in der Draufsicht der Fig. 7 gezeigte Struktur ist die integrierte Ausführung des in Fig. 3 dargestellten Schaltbildes. Die unterbrochene Grenzlinie um die Fig. 7 zeigt an,

dass 100 oder mehr derartige Zellen oder Schaltungen alle auf demselben monolithischen Chip ausgebildet werden.

Fig. 8 ist eine Schnittansicht des Schaltungsteiles innerhalb der gepunkteten Linien in Fig. 3. Die P-Widerstände Rl und R2 sowie der Ausgangstransistor T2 wurden aus der Darstellung in Fig. 8 weggelassen, da es sich um herkömmliche Bauelemente handelt.

Ein mit Fremdatomen eines ersten Leitertyps, beispielsweise P-Typ, dotiertes Substrat 30 ist vorgesehen und in den Fig. 7 und 8 dargestellt. Ein erster, mit Fremdatomen eines zweiten Leitertyps, beispielsweise N+, dotierter Halbleiterbereich 32 wird in die Gesamtstruktur eingebettet und bildet einen Subkollektor für den Eingangstransistor Tl. Solche Subkollektoren haben typischerweise eine hohe Dotierungskonzentration und einen entsprechend niedrigen spezifischen Widerstand. Subkollektoren werden entweder durch Diffusion oder Implantation von Fremdatomen in das Substrat und nachfolgendes Niederschlagen einer epitaxialen Schicht 34 darauf gebildet. Eine solche epitaxiale Schicht 34 ist üblicherweise leicht dotiert mit N-leitenden Fremdatomen und der N + Subkollektor diffundiert in die epitaxiale Schicht aus. Der Basisbereich des Eingangstransistors Tl wird durch einen P-Bereich 36 gebildet, der in die epitaxiale Schicht 34 diffundiert oder implantiert wird. Dieser zweite Halbleiterbereich 36 wird über dem ersten Halbleiterbereich niedergeschlagen und bildet einen PN-Kollektor-Basisübergang primär im Übergangsbereich, der am nächsten am N+ Subkollektor liegt. Als nächstes werden mehrere dritte Halbleiterbereiche 38,38' und 38' ' durch Einführung von N-leitenden Fremdatomen in den P-leitenden Bereich 36 an der Oberfläche gebildet. Emitter sind im allgemeinen auch stark dotiert und mit N + bezeichnet. Ein Isolationsbereich 40 umgibt normalerweise einen Eingangstransistor Tl. Eine diffundierte Isolation ist dargestellt, andere Isolationstechniken, wie dielektrische Isolation, Isolation durch vertieftes Oxid und verschiedene Kombinationen dieser Techniken sind jedoch ebenso bekannt und können gleichermassen angewandt werden. Fig. 8 zeigt weiter den Kontakt zum Kollektorbereich von Tl, der schliesslich eine elektrische Bahn 10 zur Verbindung des Kollektorbereiches von Tl mit dem Basisbereich von T2 bildet Die Schottky-Diode Dl wird durch den Metallkontakt zum leicht dotierten N-leitenden epitaxialen Bereich gebildet und der Leiter 20 bildet eine Leiterbahn zum P-leitenden Widerstand Rl. Obwohl in Fig. 8 nicht besonders dargestellt, ist der Widerstand Rl in Fig. 7 ein P-Bereich, ähnlich wie der in Fig. 8 gezeigte Bereich 36. Der Widerstand R2 wird genau so gebildet, um Abweichungen wegen unterschiedlicher Herstellverfahren und verschiedener Betriebstemperatur zu umgehen.

Fig. 8 zeigt weiter im einzelnen den epitaxialen Widerstand R3, der als vierter Halbleiterbereich anstossend an den Subkol-lektorbereich 32 und leicht dotiert mit N-Fremdatomen zu erkennen ist. Der spezifische Widerstand des Bereiches R3 ist somit recht hoch und der Widerstandswert von R3 wird weiter erhöht durch die Serpentinenführung, die genauer in der Draufsicht der Fig. 7 zu erkennen ist. Der Bereich R3 ist über die Schottky-Diode D2 mit dem Potential VI elektrisch verbunden.

Der spezifische Widerstand und die Abmessungen des den Widerstand R3 bildenden epitaxialen Materiales sind so, dass ein Widerstandswert von 12 Kiloohm leicht zu erreichen ist. Durch einen Schottky-Kontakt D2 anstelle eines ohm'schen Kontaktes ist ein weiterer Spannungsabfall vorgesehen. Dieser Diodenspannungsabfall, der bekanntlich in der Grössenord-nung von 450 Millivolt liegt, kann einen weiteren effektiven Widerstand von 7500 Ohm bei 50 Mikroampere beisteuern. Dieser Gesamtwert von 19,5 Kiloohm steht den 3 Kiloohm gegenüber, die üblicherweise in P-diffundierten Widerständen Rl und R2 verwendet werden.

Wenn die Schaltung einen noch höheren Wert für R3 verlangt, als er durch den epitaxialen spezifischen Widerstand und die Flächenbeschränkungen zu erreichen ist, kann R3 auch durch Einschluss einer P-Basisdiffusion im "epitaxialen Bereich als sogenannter «pinch»-Widerstand ausgeführt werden.

Wenn der Widerstand R3 und die Diode D2 einen wesentlich höheren Widerstandswert haben als die Widerstände Rl und R2, kann der Widerstandswert von Rl in einer Grösse gehalten werden, die ungefähr gleich ist derjenigen von R2, so dass man die herkömmliche, in Fig. 1 gezeigte Schaltung beibehalten kann. Es wurde bereits hervorgehoben, dass in der in Fig. 2 gezeigten Schaltung mit drei Widerstände Rl und R3 normalerweise einen doppelt so hohen Wert haben müssen wie R2. Im vorliegenden Fall kann man die Leistungsfähigkeit durch Erhöhung des Widerstandswertes um einen nominalen Betrag von typischerweise weniger als 10% optimieren. Eine so kleine Änderung in den relativen Werten von Rl und R2 lässt sich mit nur geringfügigen Fabrikationsänderungen erreichen. Arbeitsweise

Eine Schaltung gemäss der vorliegenden Erfindung, wie sie in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, arbeitet ziemlich ähnlich wie die in Fig. 1 gezeigte herkömmliche Schaltung. Wenn einer oder mehrere der in Fig. 3 gezeigten Eingänge A, B und C auf einem niedrigen Pegel stehen, befindet sichTl im leitenden Zustand, der als erster binärer Zustand definiert wird.Wenn Tl eingeschaltet ist, fliesst ein Strom durch die Reihenschaltung von Rl und Dl, deren Widerstandswerte hoch genug sind, damit die elektrische Leitung 10 auf einem niedrigen Pegel gehalten ist. Der wesentlich höhere Widerstandswert der in Reihe geschalteten Diode D2 und des Widerstandes R3 liefern zu diesem Zeitpunkt auch einen gewissen Strom. Wie schon herausgestellt wurde, lässt sich dieser Strom in Tl durch eine leichte Erhöhung des Widerstandswertes von Rl kompensieren, wenn genau derselbe Strom durch Tl fliessen soll, wie vor dem zusätzlichen Einbau von R3 und D2. Wenn sich die elektrische Leitung 10 auf einem niedrigen Pegel befindet, wird der Transistor T2 im nichtleitenden Zustand gehalten. Dieser zweite binäre Zustand wird dem ersten binären Zustand von Tl gegen5

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übergestellt, der zu dieser Zeit eingeschaltet ist und also leitet. Wenn T2 abgeschaltet ist, wird der Ausgang über den durch R2 verlaufenden elektrischen Pfad auf einen hohen Pegel gebracht.

Wenn alle Eingänge A, B und C auf einen hohen Pegel 5 gebracht werden, leitet der Transistor Tl nicht und befindet sich im zweiten binären Zustand, so dass durch Rl und Dl flies-sender Strom die elektrische Leitung 10 auf einen hohen Pegel bringt. Wieder fliesst auch ein gewisser Strom durch D2 und R3 und trägt zu einer etwas kürzeren Anstiegszeit des Signales auf 10 der Leitung 10 bei. Wenn diese auf einen hohen Pegel gebracht wird, leitet der Transistor T2 (im ersten binären Zustand) und bringt den Ausgang auf einen niedrigen logischen Pegel. Diese Operation kommt der Durchführung einer logischen NAND-Funktion gleich. Äquivalente Schaltungen, beispielsweise mit 15 PNP-Transistoren anstelle von NPN-Transistoren lassen sich mit entsprechenden Änderungen der relativen Potentialquelle und der logischen Pegel durchführen. Andere logische Funktionen, wie beispielsweise eine Inverterfunktion können von der gezeigten Schaltung ebenfalls ausgeführt werden. Ausserdem 20 kann man einen Ausgang direkt von der Leitung 10 abnehmen und erhält so einen phasengleichen UND-Ausgang.

Die Signale in Fig. 9 zeigen den obigen Betrieb noch im einzelnen. Ein Eingangssignal wird an den Knotenpunkt A angelegt und liefert ein invertiertes und etwas verzögertes Aus- 25 gangssignal am Knotenpunkt D (Fig. 4), das mit «korrekter Ausgang» bezeichnet ist. Das ist jedoch nur der Fall, wenn die Schaltung keine Fehler enthält.

Nimmt man jetzt an, dass im Transistor Tl ein Fehler vorliegt, beispielsweise ein Kurzschluss zwischen Basis und Emit- 30 ter, wie er durch die gestrichelte Linie 12 in Fig. 4 gezeigt ist, so resultiert dieser Kurzschluss in einer Schaltung herkömmlicher Art, wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, in einer äquivalenten Schaltung des in Fig. 5 gezeigten Typs. Bei einem hohen Ein-gangspegel bei A liefert die Diode Dl (sowie der Basis-Kollek- 35 tor-Übergang von Tl, wenn er im Betrieb ist), einen hohen Pegel an die Basis von T2, wodurch D auf einen niedrigen Pegel

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gebracht wird. Das gestörte Ausgangssignal ist ganz ähnlich einem korrekten Ausgangssignal. Wenn jedoch einer der Eingänge auf einen niedrigen Pegel geht, schaltet der Transistor Tl die Leitung 10 nicht auf einen niedrigen Pegel und somit bleibt der Transistor T2 eingeschaltet und der Ausgangsknotenpunkt wird auf einem niedrigen Pegel gehalten. Bei der herkömmlichen Schaltung gestatten Leckströme, beispielsweise über die in Sperrichtung vorgespannte Diode Dl schliesslich ein Abfallen der Leitung 10 auf einen niedrigen Pegel, so dass T2 abgeschaltet und der Ausgang auf einen hohen Pegel gebracht wird. Das geschieht jedoch erst nach 80 bis 100 Nanosekunden gegenüber der üblichen Verzögerung von nur 7 Nanosekunden. In einer Gleichspannungsprüfung jedoch werden Unterschiede in der Anstiegs- und Abfallzeit nicht erkannt und ein korrektes Ausgangssignal ermittelt, ungeachtet eines defekten Eingangstransistors Tl, der innerhalb der Schaltungsanordnung eingebettet ist.

Durch die Schaltung nach dem Konzept der vorliegenden Erfindung, wie sie in den Fig. 3 und 4 und der äquivalenten Schaltung der Fig. 6 gezeigt ist, wird die oben genannte unerwünschte Erscheinung behoben. Wenn einer der Eingangsanschlüsse auf einen niedrigen Pegel gebracht wird, wird der auf Leckströmen beruhende, bisherige Vorgang auf der Leitung 10 durch den Strom verhindert, der von der Potentialquelle VI über die Diode D2 und den Widerstand R3 zum Knotenpunkt fliesst. Dieser Strom liefert eine ausreichende Basisspeisung für den Ausgangstransistor T2, um ihn eingeschaltet zu halten. Da T2 eingeschaltet bleibt, bleibt der Ausgangspegel unten,

obwohl einer der Eingänge auch unten ist. Eine Gleichspannungsprüfung erkennt dies als Fehler, so dass defekte Teile nicht, mehr an den Kunden ausgeliefert werden.

Es wurde eine verbesserte Schaltung in TTL-Logik beschrieben, die mit den Vorteilen der kompakten Bauweise die Ausschaltung der dargelegten Nachteile verbindet und beispielsweise die Möglichkeit der Gleichspannungsprüfung bietet.

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2 Blatt Zeichnungen