DE102004020188B4 - Process to produce a digital output signal gives signal level above permitted voltage of output transistors and uses logic voltage level control between two values - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine zugehörige Anordnung zur Erzeugung eines digitalen Ausgangssignals mittels Ausgangstransistoren, wobei der Pegel des Ausgangssignals über der zulässigen Klemmenspannung der Ausgangstransistoren liegt und die Transistoren durch eine Steuerspannung mit einem oberen und einem unteren Logik-Spannungspegel angesteuert werden.The The invention relates to a method and an associated arrangement for generating a digital output signal by means of output transistors, wherein the level of the output signal via the permissible Terminal voltage of the output transistors is located and the transistors controlled by a control voltage with an upper and a lower logic voltage level become.
Aus
der
Das bedeutet, dass die Transistoren nicht maximal durchgesteuert werden. Dies hat den Nachteil, dass zum Erzielen des gleichen Drainstromes ein Transistor mit größerer Kanalweite eingesetzt werden muss und dass dadurch eine größere Chipfläche für den Transistor und seine Ansteuerung benötigt wird.The means that the transistors are not driven through to the maximum. This has the disadvantage that to achieve the same drain current a transistor with a larger channel width must be used and that thereby a larger chip area for the transistor and its Control is required.
Aus
der
Aus der WO 03/030 360 A2 ist eine Anordnung zur Erzeugung eines digitalen Ausgangssignals bekannt, welche mittels einer „low-voltage" Fertigungstechnologie erzeugt wird. Die Anordnung besteht aus einer Pegel-Anpassschaltung, welche mit einem Signalpegel zwischen Masse und einem niedrigen Spannungspegel arbeitet. Ausgegeben wird ein korrespondierendes Signal mit einem Spannungspegel zwischen einer Referenzspannung und einem hohen Spannungspegel. Der Referenzspannungspegel ist eine Spannung, welche zwischen der Hälfte des niederen Spannungspegels und dem hohen Spannungspegel liegt. Die Anordnung besteht weiterhin aus einer Ausgabeeinheit, welche mit ihrem Eingang an den Ausgang der Pegel-Anpassschaltung angeschlossen ist. Die Ausgabeeinheit erzeugt eine Ausgangsspannung mit einem hohen Spannungspegel wenn eine hohe Spannung am Eingang der Ausgabeeinheit anliegt oder einen Nullspannungspegel am Ausgang wenn am Eingang die Referenzspannung anliegt.Out WO 03/030 360 A2 is an arrangement for generating a digital Output signal known which by means of a "low-voltage" manufacturing technology is produced. The arrangement consists of a level matching circuit, which with a signal level between ground and a low Voltage level works. A corresponding one is issued Signal with a voltage level between a reference voltage and a high voltage level. The reference voltage level is one Tension, which is between half the low voltage level and the high voltage level. The arrangement further consists of an output unit, which with its input connected to the output of the level matching circuit is. The output unit generates an output voltage with a high voltage level when high voltage at the input of the output unit is present or a zero voltage level at the output if at the input the reference voltage is applied.
Aus
der
Aus
der
Aus der WO 98/28 848 A1 ist eine Anordnung zur Erzeugung eines Ausgangssignals für die Erzeugung eines digitalen Ausgangssignal mit einer höheren Spannung in einem CMOS-Schaltkreis bekannt. Die Anordnung umfasst einen Signalpuffer, einen Signalpegelverschieber, eine Ausgangs-Pull-Up und eine Ausgangs-Pull-Down-Anordnung. Der Signalpuffer ist mit einem digitalen CMOS-Eingang zur Erzeugung eines mit dem Eingangssignal korrespondierenden Ausgangssignal gekoppelt, welches an die Ausgangs-Pull-Down-Anordnung und den Signalpegelverschieber ausgegeben wird. Die Ausgangs-Pull-Down-Anordnung gibt einen niedrigen Spannungspegel aus, wenn am Eingang des Signalpuffers ein logischer „low"-Spannungspegel anliegt. Weiterhin wird bei einem logischen „high"-Spannungspegel am Eingang des Signalpuffers über den Signalpegelverschieber und die Ausgangs-Pull-Up-Schaltung ein Spannungspegel von 2,5 Volt oder mehr erzeugt.Out WO 98/28 848 A1 is an arrangement for generating an output signal for the generation a digital output signal with a higher voltage in a CMOS circuit known. The arrangement comprises a signal buffer, a signal level shifter, an output pull-up and an output pull-down arrangement. Of the Signal buffer is with a digital CMOS input for generation coupled to an output signal corresponding to the input signal, which to the output pull-down device and the signal level shifter is issued. The output pull-down arrangement gives a low voltage level if a logic "low" voltage level is present at the input of the signal buffer at a logic "high" voltage level at Input of the signal buffer via the signal level shifter and the output pull-up circuit Voltage level of 2.5 volts or more generated.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine zugehörige Schaltungsanordnung anzugeben, womit ein besseres Durchsteuern der Ausgangstransistoren bei Verwendung einer über der maximal zulässigen Klemmenspannung der Ausgangstransistoren liegenden Betriebsspannung des Schaltkreises möglich ist und somit ein größerer Ausgangsstrom erreicht und die benötigte Chipfläche minimiert werden kann.Of the Invention is therefore the object of a method and a associated Specify circuit arrangement, whereby a better control of the Output transistors when using one above the maximum allowable terminal voltage the output transistors lying operating voltage of the circuit possible is and thus a larger output current achieved and needed chip area can be minimized.
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe bei einem Verfahren zur Erzeugung eines digitalen Ausgangssignals der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass ein jeweiliger Lade- oder Entladevorgang eines Steuerspannungsknotens, der zur Ansteuerung der Ausgangstransistoren dient, dadurch begrenzt wird, dass die Steuerspannung gemessen wird und bei Erreichen eines Referenzspannungswerts der Lade- oder Entladevorgang unterbrochen wird und die Steuerspannung mit einer ein überschreiten einer maximal zulässigen Spannung am jeweiligen Transistor verhindernden Ladehaltungsspannung beaufschlagt wird.According to the invention, the object in a method for generating a digital output signal of the type mentioned is characterized solved that a respective charging or discharging a control voltage node, which is used to drive the output transistors is limited by the control voltage is measured and is interrupted upon reaching a reference voltage value of the charging or discharging and the control voltage with an exceed a maximum allowable Voltage is applied to the respective transistor preventing charge retention voltage.
Die die Ausgangstransistoren ansteuernden Steuerspannungen weisen, bedingt durch den digitalen Charakter der Anordnung, jeweils zwei Spannungspegel auf, mit Hilfe derer der zugeordnete Ausgangstransistor entweder gesperrt oder durchgesteuert wird. Bei einer Erhöhung der Betriebsspannung, der die Ausgangstransistoren beinhaltenden Ausgangsstufe, kommt es auch zu einer Erhöhung der Spannungen zwischen den Anschlüssen der Ausgangstransistoren, welche nur bis zur maximal zulässigen Klemmenspannungsgrenze ohne Zerstörung der Bauelemente zulässig ist. Erfindungsgemäß wird einer der beiden Spannungspegel jeder die Ausgangstransistoren ansteuernden Steuerspannungen so begrenzt, dass die maximal zulässigen Spannung zwischen den jeweils kritischen Bauelementeanschlüssen in keinem Fall überschritten wird, wobei aber der jeweilige Ausgangstransistor zur Erreichung eines maximalen Ausgangsstroms voll durchgesteuert wird.The the output transistors have driving control voltages, conditional due to the digital nature of the arrangement, two voltage levels each by means of which the associated output transistor either locked or controlled. With an increase of the operating voltage, the output stage containing the output stage comes it also increases the Voltages between the terminals the output transistors, which only up to the maximum permissible terminal voltage limit without destruction of the components allowed is. According to the invention is a the two voltage levels of each driving the output transistors Control voltages limited so that the maximum allowable voltage between exceeded in each case the critical component connections in any case is, but where the respective output transistor to achieve a maximum output current is fully controlled.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Steuerspannung bei Erreichen einer Referenzspannung mit einer Zusatzspannung beaufschlagt wird, die zwischen den beiden Spannungspegeln der Steuerspannung liegt.According to the invention, it is provided that the control voltage when reaching a reference voltage with an additional voltage is applied between the two Voltage levels of the control voltage is.
In einem weiteren Verfahrensmerkmal ist vorgesehen, dass der jeweilige Lade- oder Entladevorgang dadurch begrenzt wird, dass die Steuerspannung gemessen wird und bei Erreichen eines Referenzspannungswerts der Lade- oder Entladevorgang unterbrochen wird und die Steuerspannung mit einer ein Überschreiten einer maximal zulässigen Spannung am jeweiligen Transistor verhindernden Ladehaltungsspannung beaufschlagt wird.In Another method feature is provided that the respective Charging or discharging process is limited by the fact that the control voltage is measured and upon reaching a reference voltage value of Charging or discharging process is interrupted and the control voltage with one passing a maximum allowable voltage applied to the respective transistor preventing charge retention voltage becomes.
Mittels eines Spannungsvergleichs einer Referenzspannung mit einer Steuerspannung erfolgt eine Überwachung des Verlaufs der Steuerspannung bei einem Übergang von einem logischen Spannungszustand in einen anderen. Bei Erreichen der Aussteuerungsgrenze der Steuerspannung in der Richtung der maximal zulässigen Spannung der Ausgangstransistoren wird der Vorgang der Spannungsänderung abgebrochen. Gleichzeitig erfolgt die Zuschaltung einer Zusatzspannung zur Steuerspannung, welche zwischen den beiden Spannungspegeln der Steuerspannung liegt und die Steuerspannung somit einseitig begrenzt.through a voltage comparison of a reference voltage with a control voltage monitoring takes place the course of the control voltage at a transition from a logical State of tension in another. When reaching the modulation limit the control voltage in the direction of the maximum allowable voltage the output transistors become the process of voltage change canceled. At the same time, the connection of an additional voltage takes place to the control voltage, which between the two voltage levels of Control voltage is located and the control voltage thus limited on one side.
Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe bei einer Anordnung zur Erzeugung eines digitalen Ausgangssignals der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass ein erster Eingang (FGP) mit einem Gate-Anschluss eines ersten Transistors verbunden ist, dessen Source-Anschluss mit einem ersten Potential (VCC) verbunden ist, dass ein Drain-Anschluss des ersten Transistors mit einem ersten Anschluss eines ersten Schalters, einem ersten Anschluss eines Spannungssensors, einem ersten Anschluss eines zweiten Schalters und einem Steuerspannungsausgang (GP), der zur Ansteuerung der Ausgangstransistoren dient, verbunden ist, dass ein zweiter Anschluss des zweiten Schalters mit einem zweiten Potential (VCC_1) verbunden ist, dass ein zweiter Anschluss des ersten Schalters mit einem Drain-Anschluss eines zweiten Transistors verbunden ist, dessen Gate-Anschluss mit einem Daten-Eingang und dessen Source-Anschluss mit einem zweiten Anschluss des Spannungssensors und einem Masse-Potential (GND) verbunden ist, dass ein dritter Anschluss des Spannungssensors mit einem komplementären Daten-Eingang, ein vierter Anschluss des Spannungssensors mit dem Daten-Eingang und ein fünfter Anschluss des Spannungssensors mit einem Referenzpotential (VCC_2) verbunden sind.According to the invention The object is in an arrangement for generating a digital Output signal of the type mentioned solved in that a first input (FGP) having a gate terminal of a first transistor whose source terminal is connected to a first potential (VCC) is connected to a drain terminal of the first transistor with a first terminal of a first switch, a first one Connection of a voltage sensor, a first connection of a second Switch and a control voltage output (GP), which is used to control the output transistors is connected, that is a second Connection of the second switch with a second potential (VCC_1) connected to a second terminal of the first switch with a drain terminal of a second transistor is connected, whose Gate terminal with a data input and its source terminal with a second terminal of the voltage sensor and a ground potential (GND) is connected to a third terminal of the voltage sensor with a complementary one Data input, a fourth connection of the voltage sensor with the Data input and a fifth Connection of the voltage sensor with a reference potential (VCC_2) are connected.
Einer Anordnung zur Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Signale DATA, das negierte Signal DATAC, ein ebenfalls nach dem erfindungsgemäßen Verfahren in einer vorhergehenden, nicht näher dargestellten, Anordnung erzeugtes Signal FGP, zwei Referenzspannungen (VCC_1, VCC_2) und eine Betriebsspannung zugeführt (VCC). Ein Spannungssensor vergleicht die zu erzeugende Steuerspannung am Ausgang der erfindungsgemäßen Anordnung, welcher nachfolgend Ausgang GP genannt wird, mit der Referenzspannung VCC_2.one Arrangement for implementing the method according to the invention become the signals DATA, the negated signal DATAC, also according to the inventive method in a previous, not closer illustrated, generated signal FGP, two reference voltages (VCC_1, VCC_2) and an operating voltage supplied (VCC). A voltage sensor compares the control voltage to be generated at the output of the arrangement according to the invention, which is called hereinafter output GP, with the reference voltage VCC_2.
Für den Fall,
dass die Steuerspannung am Ausgang GP High-Potential aufweist und nach Low-Potential,
gesteuert durch das Signal DATA/DATAC, wechseln soll, muss ein Entladevorgang
des Ausgangs GP erfolgen. Diese Entladung erfolgt über den
geschlossenen Schalter SW1 und die Drain-Source-Strecke des Transistors
Für den umgekehrten
Fall, dass nämlich
die Steuerspannung am Ausgang GP Low-Potential aufweist und nach
High-Potential, gesteuert durch die Signale DATA/DATAC, wechseln
soll, wird der Schalter SW2 geöffnet,
wobei der Schalter SW1 geöffnet bleibt.
Die Aufladung des Ausgangs GP erfolgt über den Transistor
Somit wird sich der Verlauf der Steuerspannung für diesen Ansteuerungsfall des ersten Ausgangstransistors zwischen den Potentialen VCC und VCC_1 bewegen. Für einen zweiten, komplementären Ausgangstransistor erfolgt die Ansteuerung ebenfalls durch eine derartige erfindungsgemäße Anordnung, wobei sich der Verlauf der Steuerspannung für diesen zweiten Ausgangstransistor zwischen dem Potential GND und einer anderen Referenzspannung, welche unterhalb der Betriebsspannung liegt, bewegen muss.Consequently the course of the control voltage for this driving case of the first output transistor between the potentials VCC and VCC_1 move. For a second, complementary Output transistor, the control is also by a such arrangement according to the invention, wherein the course of the control voltage for this second output transistor between the potential GND and another reference voltage, which below the operating voltage, must move.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von fünf Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigtThe Invention will be explained in more detail below with reference to five exemplary embodiments. In the associated Drawings shows
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die Transistoren mit der maximal möglichen Klemmenspannung betrieben werden, dass dadurch nur die minimal notwendige Chipfläche für sie und ihre Ansteuerung benötigt wird und dass die bereits vorhandenen internen Spannungsquellen ohne zusätzliche Anpassungen genutzt werden können.The particular advantages of the invention are that the transistors are operated with the maximum possible terminal voltage be that that only the minimum necessary chip area for them and their control is needed and that the already existing internal power sources without additional Adjustments can be used.
Die
Funktionsweise der erfinderischen Lösung soll anhand einer in der
Im
ersten Zustand soll das Signal FGP
Das
Signal DATA
Die
kleiner werdende Spannung am Knoten GP
In
Die
Verbindungen für
den Steuerspannungsausgang GP
Der
Sensor
Der
Schalter SW1
Im
Ausgangszustand sei das Eingangssignal DATA
Auf
der linken Seite der Schaltung des Ausführungsbeispiels in
Die im Ausführungsbeispiel verwendete Spannungsquelle zur Erzeugung der internen Spannung von 1,8 V ist nur nach einer Spannungsseite stabilisiert. Sie kann einen Knoten auf 1,8 V aufladen, aber nicht einen höher geladenen Knoten auf 1,8 V entladen.The in the embodiment used voltage source for generating the internal voltage of 1.8 V is only stabilized on one side of the voltage. She can do one Charge node to 1.8V but not a higher loaded node to 1.8 V discharged.
Wechselt
nun das Signal DATA
Transistor
Das
Signal GP
In
Sollte
der Sensor
Ein
drittes Ausführungsbeispiel
zeigt
Die
neu eingeführten
Elemente p-leitender Transistor
Diese
Schaltungsvariante hat auch den Vorteil, dass die Gatter für die Erzeugung
der Signale FNGP und NGP mit schmaleren Transistoren aufgebaut werden
können,
da sie nicht mehr das Gate des Ausgangtreibertransistor
In
einem ersten Zustand soll das Signal DATA
Das
Signal DATAC
Zur
Sicherung des Ausgangszustandes, wie oben beschrieben, wurde der
Schaltungsteil
Dieser
High-Pegel wird auch dem Schalter SW1a
Das
Signal DATA
Transistor
- 11
- erster Transistor, p-leitenderfirst Transistor, p-type
- 22
- Spannungsquelle VCCvoltage source VCC
- 33
- Schalter SW1switch SW1
- 44
- zweiter Transistor, n-leitendensecond Transistor, n-type
- 55
- Masse GNDDimensions GND
- 66
- Steuerspannungsausgang GPControl voltage output GP
- 77
- Schalter SW2switch SW2
- 88th
- Spannungssensorvoltage sensor
- 99
- Signal DATAsignal DATA
- 1010
- Signal DATACsignal DATAC
- 1111
- interne ersten Spannungsquelle VCC_1internal first voltage source VCC_1
- 1212
- interne zweiten Spannungsquelle VCC_2internal second voltage source VCC_2
- 1313
- Signal FGPsignal FGP
- 1414
- n-leitender Transistorn-type transistor
- 1515
- p-leitender TransistorP-type transistor
- 1616
- p-leitender TransistorP-type transistor
- 1717
- erster Gatterausgangfirst Gate output
- 1818
- n-leitender Transistorn-type transistor
- 1919
- p-leitender TransistorP-type transistor
- 2020
- zweiter Gatterausgangsecond Gate output
- 2121
- Transistortransistor
- 2222
- Knotennode
- 2323
- n-leitender Transistorn-type transistor
- 2424
- n-leitender Transistorn-type transistor
- 2525
- Schalter SW1aswitch SW1a
- 2626
- Schalter SW2aswitch SW2a
- 2727
-
Transistor
4a transistor4a - 2828
-
Transistor
1a transistor1a - 2929
- DatenausgangsstufeData output stage
- 3030
- p-leitender TransistorP-type transistor
- 3131
- p-leitender TransistorP-type transistor
- 3232
- n-leitender Transistorn-type transistor
- 3333
- n-leitender Transistorn-type transistor
- 3434
- Zwischenknotenbetween nodes
- 3535
- Datenausgang DATA_OUTdata output DATA_OUT
- 3636
- Diode Ddiode D
- 3737
- Diode Dadiode There
- 3838
- n-leitender Transistorn-type transistor
- 3939
- Ausgangsknotenoutput node
- 4040
- Ausgangsknotenoutput node
- 4141
- Signal PUsignal PU
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- p-leitender TransistorP-type transistor
- 4343
- n-leitender Transistorn-type transistor
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- Schalter SW1bswitch SW1b
- 4545
- Schalter SW2bswitch SW2b
- 4646
- Diodediode
- 4747
- Knotennode
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- Transistortransistor
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- Ausgangsknotenoutput node
- 5050
- Transistortransistor
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- Transistortransistor
- 5252
- Schaltungsteilcircuit part
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- Transistortransistor
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- Transistortransistor
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- Transistortransistor
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- Transistortransistor
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- zwei Invertertwo inverter
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- Signal DATA2signal DATA2
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- 2004-04-22 DE DE200410020188 patent/DE102004020188B4/en not_active Expired - Lifetime
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