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Technisches
Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine integrierte Empfängerschaltung
und insbesondere eine integrierte Empfängerschaltung, die als eine
Eingangsempfängerschaltung
in einem Halbleiterspeicherbaustein verwendet wird.
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Allgemeiner
Stand der Technik
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In
einem Halbleiterspeicherbaustein werden Empfängerschaltungen als Schnittstelle
zwischen einem Prozessor und anderen Komponenten des Halbleiterspeicherbausteins
benutzt. Sie empfangen Eingangssignale wie etwa Eingangsdatensignale und
erzeugen Ausgangssignale, die durch weitere Schaltungskomponenten
in dem Halbleiterspeicherbaustein verarbeitet werden. In den meisten
Fällen sind
die Empfängerschaltungen
als differenzielle Empfängerschaltungen
ausgelegt. Sie setzen Daten mit niedrigen NRZ-Spannungspegeln (non
return to zero) in CMOS-Pegel mit größeren Spannungshüben um.
Mit zunehmender Betriebsfrequenz des Prozessors und somit auch zunehmender
Bandbreite des Prozessors sowie zunehmender Bandbreite der Daten,
die einer Schnittstellenempfängerschaltung
zugeführt
werden, müssen
sich Schnittstellenschaltungen von Generation zu Generation an diese
veränderten
Betriebsbedingungen anpassen.
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Ein
Problem beim Entwurf einer Eingangsempfängerschaltung ist die Bereitstellung
des Ausgangssignals der Empfängerschaltung
als ein Signal mit wenig Jitter, um Anforderungen an die Setup-
und Hold-Zeiten für
einen durch Flipflops durchgeführten schnellen
Abtastprozess zu genügen.
Bei einer Eingangsempfän gerschaltung,
die einen asymmetrischen Empfang von Daten verwendet, wird ein Anschluss
der Eingangsempfängerschaltung
durch ein zu verstärkendes
Eingangssignal angesteuert und der andere Anschluss wird durch ein
Referenzsignal angesteuert. 1 zeigt
eine als Differenzverstärkerstufe 50 ausgelegte
Eingangsempfängerschaltung mit
einer Differenzverstärkerschaltung 50a und
einer Differenzverstärkerschaltung 50b.
Die Differenzverstärkerschaltung 50a ist
als eine PMOS-Eingangsdifferenzverstärkerschaltung
ausgelegt, während
die Schaltung 50b als eine NMOS- Eingangsdifferenzverstärkerschaltung
ausgelegt ist.
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Die
PMOS-Eingangsdifferenzverstärkerschaltung 50a enthält einen
PMOS-Transistor 51a, einen weiteren PMOS-Transistor 52a,
einen NMOS-Transistor 53a, einen weiteren NMOS-Transistor 54a und
eine Stromquelle 55a. Der PMOS-Transistor 51a ist
an seinem Gate mit einem Eingangsanschluss E51a zum Anlegen eines
Eingangssignals, an seinem Source-Anschluss mit der Stromquelle 55a und
an seinem Drain-Anschluss mit dem Drain-Anschluss des NMOS-Transistors 53a verbunden.
Der NMOS-Transistor 53a ist
an seinem Drain-Anschluss mit dem Drain-Anschluss des PMOS-Transistors 51a und
an seinem Source-Anschluss
mit einer Referenzspannung VSS verbunden. Der NMOS-Transistor 54a ist
an seinem Gate mit dem Gate des NMOS-Transistors 53a, an seinem Drain-Anschluss
mit dem Gate des NMOS-Transistors 53a und dem Drain-Anschluss
des PMOS-Transistors 52a und
an seinem Source-Anschluss mit der Referenzspannung VSS verbunden.
Die Stromquelle 55a ist an einem ihrer Anschlüsse mit
einer Stromversorgungsspannung VDD und an ihrem anderen Anschluss
mit dem Source-Anschluss des PMOS-Transistors 51a und dem Source-Anschluss
des PMOS-Transistors 52a verbunden. Sie wird durch ein Steuersignal
BIASP gesteuert. Ein Ausgangsanschluss A50a der PMOS- Eingangsdifferenzverstärkerschaltung 50a ist
mit einem Knotenpunkt zwischen dem Drain-Anschluss des PMOS-Transistors 51a und
dem Drain-Anschluss des NMOS-Transistors 53a verbunden
und gibt ein Ausgangssignal der PMOS-Eingangsdifferenzverstärkerschaltung 50a aus.
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Die
NMOS-Eingangsdifferenzverstärkerschaltung 50b enthält einen
NMOS-Transistor 51b, einen weiteren NMOS-Transistor 52b,
einen PMOS-Transistor 53b, einen weiteren PMOS-Transistor 54b und
eine Stromquelle 55b. Der PMOS-Transistor 53b ist
an seinem Source-Anschluss mit einer Stromversorgungsspannung VDD und
an seinem Drain-Anschluss mit dem Drain-Anschluss des NMOS-Transistors 51b verbunden.
Der PMOS-Transistor 54b ist an seinem Source-Anschluss
mit der Stromversorgungsspannung VDD und an seinem Drain-Anschluss
mit dem Gate des PMOS-Transistors 53b und
dem Drain-Anschluss des NMOS-Transistors 52b verbunden.
Der NMOS-Transistor 51b ist an seinem Gate mit einem Eingangsanschluss
E51b zum Anlegen eines Eingangssignals IN, an seinem Drain-Anschluss
mit dem Drain-Anschluss des PMOS-Transistors 53b und an
seinem Source-Anschluss mit der Stromquelle 55b verbunden.
Der NMOS-Transistor 52b ist an seinem Gate mit einem Referenzanschluss
E52b zum Anlegen eines Referenzsignals REF, an seinem Drain-Anschluss
mit dem Drain-Anschluss des PMOS-Transistors 54b und an
seinem Source-Anschluss mit der Stromquelle 55b verbunden.
Die Stromquelle 55b ist an einem ihrer Anschlüsse mit
einer Referenzspannung VSS und an ihrem anderen Anschluss mit dem
Source-Anschluss
des NMOS-Transistors 51b und dem Source-Anschluss des NMOS-Transistors 52b verbunden.
Sie wird durch ein Steuersignal BIASN gesteuert. Ein Ausgangsanschluss
A50b der NMOS-Eingangsdifferenzverstärkerschaltung 50b ist
mit einem Knotenpunkt zwischen dem Drain-Anschluss des PMOS-Transistors 53b und
dem Drain-Anschluss des NMOS-Transistors 51b verbun den
und gibt ein Ausgangssignal der NMOS-Differenzschaltung 50b aus.
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1 zeigt
zwei Differenzverstärker
in einer Parallelkonfiguration. Der PMOS-Eingangsdifferenzverstärker wirkt
vorzugsweise zum Verstärken
eines Eingangssignals IN, dessen Pegel unter einem Pegel des Referenzsignals
REF liegt. Der NMOS-Eingangsdifferenzverstärker wirkt
vorzugsweise zum Verstärken
eines Eingangssignals, wobei ein Pegel des Eingangssignals über einem
Pegel des Referenzsignals REF liegt.
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2 zeigt
zwei Eingangssignale IN1 und IN2, die symmetrisch um einen Pegel
eines Referenzsignals REF1 oder REF2 oszillieren. Der Pegel des
Referenzsignals variiert zwischen dem Referenzpegel REF1 und REF2,
wobei der Eingangssignalhub an die Pegeländerungen des Referenzsignals angekoppelt
ist. Der Pegel des Referenzsignals REF1 ist niedriger als der Pegel
des Referenzsignals REF2. Der dargestellte Pegelverlauf erscheint
in einem System mit hoher Pegelschwankung der Stromversorgungsspannung
von einer Sendeeinrichtung oder wenn Sende- und Empfangseinrichtungen
verschiedene Potentiale aufweisen.
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3 zeigt
eine asymmetrische Signalform eines Eingangssignals IN, das um verschiedene
Pegel eines Referenzsignals REF oszilliert. Der Eingangssignalhub
oszilliert um einen konstanten Pegel. Das Referenzsignal REF variiert
zwischen einem niedrigen Pegel REFMIN und einem hohen Pegel REFMAX.
Eine solche Pegelschwankung des Referenzsignals erscheint insbesondere,
wenn das Referenzsignal REF aufgrund einer Kopplung zu benachbarten
Signalen sehr verrauscht ist oder wenn das Referenzsignal durch
eine verrauschte Stromversorgung verschlechtert wird.
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Die
Architektur der in 1 gezeigten Empfängerschaltung
arbeitet nur für
eine Versorgungsspannung korrekt, die beträchtlich höher als die Referenzspannung
REF ist. Die Verwendung von reduzierten Versorgungsspannungen in
den neuesten Technologien machen diese Spannung jedoch vergleichbar
mit der Referenzspannung und führen
daher zu Schwankungen des Pegels des Referenzsignals. Schwankungen
des Spannungspegels des Referenzsignals vergrößern den Signalversatz in dem System
und verringern daher die Zeitreserven für die Setup- und Hold-Zeiten
für die
Daten, wenn eine Taktschaltung von einem differentiellem Eingangssignal
angesteuert wird.
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Schwankungen
des Pegels des Referenzsignals, wie in 2 und 3 gezeigt,
stören
den PMOS-Eingangsdifferenzverstärker 50a,
was zu einem Signalversatz (Jitter) und zu Verzerrungen des Duty-Cycle
führt.
Wenn die PMOS-Eingangsdifferenzverstärkerschaltung 50a und
die NMOS-Eingangsdifferenzverstärkerschaltung 50b für einen
niedrigen Pegel eines Referenzsignals REF ausgelegt sind, wird ein
Fehler im Duty Cycle erzeugt, so dass ein niedriger Pegel eines
verstärkten Ausgangssignals
OS mit längerer
Dauer als ein hoher Pegel des verstärkten Ausgangssignals erzeugt wird,
auch wenn der hohe und der niedrige Pegel des Eingangssignals IN
dieselbe Dauer aufweisen. Wenn die PMOS-Eingangsdifferenzverstärkerschaltung 50a und
die NMOS-Eingangsdifferenzverstärkerschaltung 50b dagegen
für einen
hohen Pegel eines Referenzsignals REF ausgelegt sind, wird ein Duty-Cycle-Fehler
derart erzeugt, dass ein hoher Pegel eines verstärkten Ausgangssignals OS mit
einer längeren
Dauer als ein niedriger Pegel des verstärkten Ausgangssignals erzeugt
wird, auch wenn der hohe und der niedrige Pegel des Eingangssignals
IN dieselbe Dauer aufweisen.
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4 zeigt
einen weiteren bekannten Schaltungsentwurf. Die Differenzverstärkerstufe 50 ist
mit der in 1 dargestellten Schaltungsstufe
identisch. 4 enthält zusätzlich eine Steuerstufe 60.
Die Verstärkerstufe 50 erzeugt
die eigentliche Verstärkung wohingegen
die Steuerstufe 60 einen durch die Verstärkerstufe 50 erzeugten
Offsetstrom verringert. Der Offsetstrom kann durch eine Transistorfehlanpassung
in der Verstärkerstufe 50 verursacht
werden. Die Steuerstufe 60 umfasst einen mit einem Widerstand
verbundenen Inverter, dem ein weiterer Inverter 64 nachgeschaltet
ist. Der Inverter 64 umfasst einen PMOS-Transistor 61,
der zwischen einer Stromversorgungsspannung VDD und einen Eingang
E64 des Inverters 64 geschaltet ist. Ein NMOS-Transistor 62 ist
zwischen einer Referenzspannung VSS und den Eingang E64 des Inverters 64 geschaltet.
Die Steueranschlüsse
E61 des Transistors 61 und E62 des Transistors 62 sind
mit dem Ausgang A50 der Differenzverstärkerstufe 50 verbunden.
Der Widerstand 63 ist zwischen den Ausgangsanschluss A50 der
Verstärkerstufe 50 und
den Eingang E64 des Inverters 64 geschaltet. Die Steuerstufe 60 erzeugt
an einem Ausgangsanschluss A60 ein Ausgangssignal OUT mit einem
Offsetstrom, der im Vergleich zu dem durch die Verstärkerstufe 50 erzeugten
Offsetstrom verringert ist.
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Ähnlich wie
die Steuerstufe
60 von
4 offenbart
die Druckschrift
EP
1 445 902 A1 eine Schaltungseinheit zur Verringerung des
Offsetstroms, die mit einem Differenzvorverstärker kaskadiert und dafür ausgelegt
ist, den durch den Differenzvorverstärker erzeugten Offsetstrom
zu reduzieren, und eine Pufferschaltung, die in Reihe mit der Schaltungseinheit
zur Verringerung des Offsetstroms, geschaltet ist und dafür ausgelegt
ist, die Ausgangsspannung der Schaltungseinheit zur Offsetstromreduzierung
zu verstärken
und zu puffern.
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Der
in 4 gezeigte Schaltungsentwurf
liefert jedoch auch Verzerrungen des Duty-Cycles für das Ausgangssignal
OUT, wenn die Versorgungsspannung VDD mit der Referenzspannung REF
vergleichbar ist, wenn die PMOS-Eingangsdifferenzverstärkerschaltung 50a in
einen deaktivierten Zustand geschaltet wird.
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Kurzfassung
der Erfindung
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine integrierte Empfängerschaltung
zum Verstärken
eines Eingangssignals mit großer
Zuverlässigkeit
unzugeben, wobei die integrierte Schaltung mit einer niedrigen Versorgungsspannung
betreibbar ist. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist
es, eine integrierte Schaltung zum Verstärken eines Eingangssignals
mit großer
Zuverlässigkeit
anzugeben, wobei das Eingangssignal symmetrisch um ein Referenzsignal
oszilliert und beide Signale einen großen Schwankungsbereich aufweisen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine integrierte
Schaltung zum Verstärken
eines Eingangssignals mit großer
Zuverlässigkeit
anzugeben, wobei das Eingangssignal asymmetrisch um das Referenzsignal
oszilliert und das Referenzsignal einen großen Schwankungsbereich aufweist.
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Im
folgenden wird eine integrierte Empfängerschaltung spezifiziert,
die vorzugsweise verwendet wird, wenn das Eingangssignal symmetrisch
um einen Pegel eines Referenzsignals oszilliert, wobei das Eingangssignal
und das Referenzsignal in einem großen Bereich schwankt. Die integrierte
Empfängerschaltung
umfasst einen ersten Anschluss zum Anlegen eines Eingangssignals
und einen zweiten Anschluss zum Anlegen eines Referenzsignals, wobei das
Eingangssignal um das Referenzsignal oszilliert. Die integrierte
Empfängerschaltung
umfasst einen ersten Spannungsumsetzer mit einem ersten Eingangsanschluss
zum Anlegen des Eingangssignals und einem Ausgangsanschluss zum
Erzeugen eines ersten umgesetzten Eingangssignals, wobei der erste
Spannungsumsetzer eine Sourcefolgerschaltung umfasst, die dafür ausgelegt
ist, das erste umgesetzte Eingangssignal mit einem Pegel bereitzustellen, der
niedriger als ein Pegel des Eingangssignals ist. Die integrierte
Empfängerschaltung
enthält
einen zweiten Spannungsumsetzer mit einem ersten Eingangsanschluss
zum Anlegen des Referenzsignals und einem Ausgangsanschluss zum
Erzeugen eines ersten umgesetzten Referenzsignals, wobei der zweite
Spannungsumsetzer eine Sourcefolgerschaltung umfasst, die dafür ausgelegt
ist, das erste umgesetzte Referenzsignal mit einem Pegel bereitzustellen,
der niedriger als ein Pegel des Referenzsignals ist. Die integrierte
Empfängerschaltung
umfasst eine Verstärkerstufe
mit einem Ausgangsanschluss zum Ausgeben eines verstärkten Signals,
wobei das verstärkte
Signal einen von einem Pegel des Eingangssignals mit Bezug auf das
Referenzsignal abhängigen
Pegel aufweist. Die Verstärkerstufe
umfasst eine erste Differenzverstärkerschaltung mit einem ersten
Eingangsanschluss zum Anlegen des ersten umgesetzten Eingangssignals
und einem zweiten Eingangsanschluss zum Anlegen des ersten umgesetzten
Referenzsignals, wobei die Verstärkerstufe
eine zweite Differenzverstärkerschaltung
mit einem ersten Eingangsanschluss zum Anlegen des Eingangssignals
und einem zweiten Eingangsanschluss zum Anlegen des Referenzsignals
umfasst.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der integrierten Empfängerschaltung
umfasst der erste Spannungsumsetzer einen zweiten Eingangsanschluss
zum Anlegen des Referenzsignals. Der erste Spannungsumsetzer umfasst
einen ersten Transistor mit einem Steueranschluss und einen zweiten
Transistor mit einem Steueranschluss, wobei der erste Transistor
zwischen eine Versorgungsspannung und den Ausgangsanschluss des
ersten Spannungsumsetzers geschaltet ist und der zweite Transistor
zwischen den Ausgangsanschluss des ersten Spannungsumsetzers und
eine Referenzspannung geschaltet ist. Der erste Eingangsanschluss
des ersten Spannungsumsetzers ist mit dem Steueranschluss des ersten
Transistors des ersten Spannungsumsetzers verbunden. Der zweite
Eingangsanschluss des ersten Spannungsumsetzers ist mit dem Steueranschluss
des zweiten Transistors des ersten Spannungsumsetzers verbunden.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
der integrierten Empfängerschaltung
umfasst der zweite Spannungsumsetzer einen zweiten Eingangsanschluss
zum Anlegen des Referenzsignals. Der zweite Spannungsumsetzer umfasst
einen ersten Transistor mit einem Steueranschluss und einen zweiten Transistor
mit einem Steueranschluss, wobei der erste Transistor zwischen eine
Versorgungsspannung und den Ausgangsanschluss des zweiten Spannungsumsetzers
geschaltet ist und der zweite Transistor zwischen den Ausgangsanschluss
des zweiten Spannungsumsetzers und eine Referenzspannung geschaltet
ist. Der erste Eingangsanschluss des zweiten Spannungsumsetzers
ist mit dem Steueranschluss des ersten Transistors des zweiten Spannungsumsetzers
verbunden. Der zweite Eingangsanschluss des zweiten Spannungsumsetzers
ist mit dem Steueranschluss des zweiten Transistors des zweiten
Spannungsumsetzers verbunden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der integrierten Empfängerschaltung
ist jeder des ersten und des zweiten Transistors des ersten und
des zweiten Spannungsumsetzers als ein n- Kanal-Transistor ausgelegt. Es kann
beispielsweise ein Feldeffekttransistor mit einem n-Kanal sein.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der integrierten Empfängerschaltung
umfasst die erste Differenzverstärkerschaltung
einen ersten p-Kanal-Transistor mit einem Steueranschluss und einem zweiten
p-Kanal-Transistor mit einem Steueranschluss. Der Ausgangsanschluss
des ersten Spannungsumsetzers ist mit dem Steueranschluss des ersten
p-Kanal-Transistors der ersten Differenzverstärkerschaltung verbunden. Der
Ausgangsanschluss des zweiten Spannungsumsetzers ist mit dem Steueranschluss
des zweiten p-Kanal-Transistors der ersten Differenzverstärkerschaltung
verbunden.
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Bei
einer Ausführungsvariante
der integrierten Empfängerschaltung
umfasst die zweite Differenzverstärkerschaltung einen ersten
n-Kanal-Transistor mit einem Steueranschluss und einen zweiten n-Transistor
mit einem Steueranschluss. Der Steueranschluss des ersten n-Kanal-Transistors
der zweiten Differenzverstärkerschaltung
wird mit dem Eingangssignal angesteuert. Der Steueranschluss des zweiten
n-Kanal-Transistors
der zweiten Differenzverstärkerschaltung
wird mit dem Referenzsignal angesteuert.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der integrierten Empfängerschaltung
besitzt die erste Differenzverstärkerschaltung
einen Ausgangsanschluss, der mit dem Ausgangsanschluss der Verstärkerstufe
verbunden ist. Die zweite Differenzverstärkerschaltung besitzt einen
Ausgangsanschluss, der mit dem Ausgangsanschluss der Verstärkerstufe verbunden
ist.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
umfasst die integrierte Empfängerschaltung
eine erste Steuerstufe mit einem Ausgangs anschluss, einen ersten Transistor
mit einem Steueranschluss, einen zweiten Transistor mit einem Steueranschluss
und einen Widerstand. Der erste Transistor ist zwischen eine Versorgungsspannung
und den Ausgangsanschluss der ersten Steuerstufe geschaltet, wobei
sein Steueranschluss mit dem Ausgangsanschluss der Verstärkerstufe
verbunden ist. Der zweite Transistor ist zwischen den Ausgangsanschluss
der ersten Steuerstufe geschaltet, wobei sein Steueranschluss mit
dem Ausgangsanschluss der Verstärkerstufe
verbunden ist. Der Widerstand ist zwischen den Ausgangsanschluss
der Verstärkerstufe
und den Ausgangsanschluss der ersten Steuerstufe geschaltet.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
umfasst die integrierte Empfängerschaltung
eine zweite Steuerstufe mit einem Ausgangsanschluss, einen ersten Transistor
mit einem Steueranschluss, einen zweiten Transistor mit einem Steueranschluss
und einen dritten Transistor mit einem Steueranschluss, wobei der erste
Transistor der zweiten Steuerstufe zwischen den dritten Transistor
der zweiten Steuerstufe und den Ausgangsanschluss der zweiten Steuerstufe
geschaltet ist, wobei der Steueranschluss des ersten Transistors
mit dem Ausgangsanschluss der ersten Steuerstufe verbunden ist.
Der zweite Transistor der zweiten Steuerstufe ist zwischen den Ausgangsanschluss
der zweiten Steuerstufe und eine Referenzspannung geschaltet, wobei
sein Steueranschluss mit dem Ausgangsanschluss der ersten Steuerstufe verbunden
ist. Der dritte Transistor der zweiten Steuerstufe ist zwischen
eine Versorgungsspannung und den ersten Transistor der zweiten Steuerstufe
geschaltet, wobei sein Steueranschluss durch das erste umgesetzte
Referenzsignal angesteuert wird.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der
integrierten Empfängerschaltung
ist jeder des ersten Transistors und des dritten Transistors der zweiten
Steuerstufe als p-Transistor ausgelegt. Es kann ein Feldeffekttransistor
mit einem p-Kanal sein. Der zweite Transistor der zweiten Steuerstufe
ist als ein n-Transistor ausgelegt. Es kann ein Feldeffekttransistor
mit einem n-Kanal sein.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
der integrierten Empfängerschaltung
umfasst eine zweite Steuerstufe, einen Ausgangsanschluss, einen
ersten Transistor mit einem Steueranschluss, einen zweiten Transistor
mit einem Steueranschluss und einen dritten Transistor mit einem
Steueranschluss. Der erste Transistor der zweiten Steuerstufe ist
zwischen eine Versorgungsspannung und den Ausgangsanschluss der
zweiten Steuerstufe geschaltet, wobei sein Steueranschluss mit dem
Ausgangsanschluss der ersten Steuerstufe verbunden ist. Der zweite
Transistor der zweiten Steuerstufe ist zwischen den Ausgangsanschluss
der zweiten Steuerstufe und den dritten Transistor geschaltet, wobei
sein Steueranschluss mit dem Ausgangsanschluss der ersten Steuerstufe
verbunden ist. Der dritte Transistor der zweiten Steuerstufe ist
zwischen eine Referenzspannung und den zweiten Transistor der zweiten
Steuerstufe geschaltet, wobei sein Steueranschluss durch das Referenzsignal
angesteuert wird.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der integrierten Schaltung ist der erste Transistor der zweiten
Steuerstufe als p-Kanal-Transistor
ausgelegt. Jeder des zweiten Transistors und des dritten Transistors
der zweiten Steuerstufe ist als ein n-Kanal-Transistor ausgelegt.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
einer integrierten Empfängerschaltung
umfasst die integrierte Empfängerschaltung
einen ersten Anschluss zum Anlegen eines Eingangssignals und einen zweiten Anschluss
zum Anlegen eines Referenzsignals, wobei das Eingangssignal um das
Referenzsignal oszilliert. Die integrierte Empfängerschaltung umfasst einen
ersten Spannungsumsetzer mit einem ersten Eingangsanschluss zum
Anlegen des Eingangssignals und einem Ausgangsanschluss zum Erzeugen eines
ersten umgesetzten Eingangssignals. Der erste Spannungsumsetzer
umfasst eine Sourcefolgerschaltung, die dafür ausgelegt ist, das erste
umgesetzte Eingangssignal mit einem Pegel bereitzustellen, der niedriger
als ein Pegel des Eingangssignals ist. Weiterhin umfasst die integrierte
Empfängerschaltung
einen zweiten Spannungsumsetzer mit einem ersten Eingangsanschluss
zum Anlegen des Referenzsignals und einem Ausgangsanschluss zum Erzeugen
eines ersten umgesetzten Referenzsignals, wobei der zweite Spannungsumsetzer
eine Sourcefolgerschaltung umfasst, die dafür ausgelegt ist, an ihrem Ausgangsanschluss
das erste umgesetzte Referenzsignal mit einem Pegel bereitzustellen,
der niederiger als ein Pegel des Referenzsignals ist. Die integrierte
Empfängerschaltung
umfasst einen dritten Spannungsumsetzer mit einem ersten Eingangsanschluss
zum Anlegen des ersten umgesetzten Eingangssignals und einem Ausgangsanschluss
zum Erzeugen eines zweiten umgesetzten Eingangssignals, wobei der
dritte Spannungsumsetzer eine Sourcefolgerschaltung umfasst, die
dafür ausgelegt
ist, das zweite umgesetzte Eingangssignal mit einem Pegel bereitzustellen,
der höher
als ein Pegel des Eingangssignals ist. Die integrierte Empfängerschaltung
umfasst einen vierten Spannungsumsetzer mit einem ersten Eingangsanschluss
zum Anlegen des ersten umgesetzten Referenzsignals und einem Ausgangsanschluss
zum Erzeugen eines zweiten umgesetzten Referenzsignals, wobei der vierte
Spannungsumsetzer eine Sourcefolgerschaltung umfasst, die dafür ausgelegt
ist, an ihrem Ausgangsanschluss das zweite umgesetzte Referenzsignal
mit einem Pegel bereitzustellen, der höher als ein Pegel des Ein gangssignals
ist. Die integrierte Empfängerschaltung
umfasst eine Verstärkerstufe mit
einem Ausgangsanschluss zum Ausgeben eines verstärkten Signals, wobei das verstärkte Signal
einen Pegel aufweist, der mit Bezug auf das Referenzsignal von einem
Pegel des Eingangssignals abhängt,
wobei die Verstärkerstufe
eine erste Differenzverstärkerschaltung
mit einem ersten Eingangsanschluss zum Anlegen des ersten umgesetzten
Eingangssignals und einem zweiten Eingangsanschluss zum Anlegen
des ersten umgesetzten Referenzsignals umfasst, wobei die Verstärkerstufe
eine zweite Differenzverstärkerschaltung
mit einem ersten Eingangsanschluss zum Anlegen des zweiten umgesetzten
Eingangssignals und einem zweiten Eingangsanschluss zum Anlegen
des zweiten umgesetzten Referenzsignals umfasst.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der integrierten Empfängerschaltung
umfasst der dritte Spannungsumsetzer einen zweiten Eingangsanschluss
zum Anlegen des ersten umgesetzten Referenzsignals. Der dritte Spannungsumsetzer
umfasst einen ersten Transistor mit einem Steueranschluss und einen
zweiten Transistor mit einem Steueranschluss, wobei der erste Transistor
zwischen eine Referenzspannung und den Ausgangsanschluss des dritten
Spannungsumsetzers geschaltet ist und der zweite Transistor zwischen
den Ausgangsanschluss des dritten Spannungsumsetzters und eine Versorgungsspannung
geschaltet ist. Der erste Eingangsanschluss des dritten Spannungsumsetzers
ist mit dem Steueranschluss des ersten Transistors des dritten Spannungsumsetzers
verbunden. Der zweite Eingangsanschluss des dritten Spannungsumsetzers
ist mit dem Steueranschluss des zweiten Transistors des dritten
Spannungsumsetzers verbunden.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der integrierten Schaltung umfasst der vierte Spannungsumsetzer
einen zweiten Ein gangsanschluss zum Anlegen des ersten umgesetzten
Referenzsignals. Der vierte Spannungsumsetzer umfasst einen ersten
Transistor mit einem Steueranschluss und einen zweiten Transistor
mit einem Steueranschluss, wobei der erste Transistor des vierten
Spannungsumsetzers zwischen eine Versorgungsspannung und den Ausgangsanschluss
des vierten Spannungsumsetzers geschaltet ist und der zweite Transistor
zwischen den Ausgangsanschluss des vierten Spannungsumsetzers und
eine Referenzspannung geschaltet ist. Der erste Eingangsanschluss
des vierten Spannungsumsetzers ist mit dem Steueranschluss des ersten
Transistors des vierten Spannungsumsetzers verbunden. Der zweite
Eingangsanschluss des vierten Spannungsumsetzers ist mit dem Steueranschluss
des zweiten Transistors des vierten Spannungsumsetzers verbunden.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der integrierten Empfängerschaltung
ist jeder des ersten und des zweiten Transistors des dritten und
des vierten Spannungsumsetzters als ein p-Kanal-Transistor ausgelegt.
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Im
folgenden wird eine integrierte Empfängerschaltung spezifiziert,
die vorzugsweise verwendet wird, wenn das Eingangssignal asymmetrisch
um einen Pegel eines Referenzsignals oszilliert, wobei das Referenzsignal
einen großen
Schwankungsbereich aufweist. Die integrierte Empfängerschaltung umfasst
einen Eingangsanschluss zum Anlegen eines Eingangssignals und einen
Referenzanschluss zum Anlegen eines Referenzsignals, wobei das Eingangssignal
um das Referenzsignal oszilliert, wobei ein hoher Pegel des Eingangssignals über einem
Pegel des Referenzsignals liegt und ein niedriger Pegel des Eingangssignals
unter dem Pegel des Referenzsignals liegt. Die integrierte Empfängerschaltung
umfasst eine Spannungsumsetzerstufe mit einem Ausgangsanschluss
mit einem ersten Span nungsumsetzer und einem zweiten Spannungsumsetzer.
Der erste Spannungsumsetzer besitzt einen ersten Eingangsanschluss
zum Anlegen des Referenzsignals und einen Ausgangsanschluss. Der
erste Spannungsumsetzer ist so ausgelegt, dass er an seinem Ausgangsanschluss
ein erstes umgesetztes Referenzsignal mit einem Pegel bereitstellt,
der niedriger als ein Pegel des Referenzsignals ist. Der zweite Spannungsumsetzer
besitzt einen, ersten Eingangsanschluss zum Anlegen des ersten umgesetzten
Referenzsignals. Der zweite Spannungsumsetzer ist so ausgelegt,
dass er ein zweites umgesetztes Referenzsignal an dem Ausgangsanschluss
der Spannungsumsetzerstufe bereitstellt, wobei der Pegel des zweiten
umgesetzten Referenzsignals zwischen dem hohen und dem niedrigen
Pegel des Eingangssignals liegt. Die integrierte Empfängerschaltung
umfasst eine Differenzverstärkerschaltung
mit einem ersten Eingangsanschluss zum Anlegen des Eingangssignals
und einem zweiten Eingangsanschluss zum Anlegen des zweiten umgesetzten
Referenzsignals und mit einem Ausgangsanschluss zum Ausgeben eines verstärkten Signals,
wobei das verstärkte
Signal einen Pegel aufweist, der von einem Pegel des Eingangssignals
mit Bezug auf das zweite umgesetzte Referenzsignal abhängt.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der integrierten Empfängerschaltung
besitzt der erste Spannungsumsetzer einen zweiten Eingangsanschluss
zum Anlegen des Referenzsignals. Der erste Spannungsumsetzer umfasst
einen ersten Transistor und einen zweiten Transistor, wobei der
erste Transistor des ersten Spannungsumsetzers zwischen eine Versorgungsspannung
und den Ausgangsanschluss des ersten Spannungsumsetzers geschaltet ist
und der zweite Transistor des ersten Spannungsumsetzers zwischen
den Ausgangsanschluss des ersten Spannungsumsetzers und eine Referenzspannung
geschaltet ist. Der zweite Spannungsumsetzer umfasst einen ersten
Transistor und einen zweiten Transistor, wobei der erste Transistor
des zweiten Spannungsumsetzers zwischen eine Versorgungsspannung
und den Ausgangsanschluss der Spannungsumsetzerstufe geschaltet
ist und der zweite Transistor des zweiten Spannungsumsetzers zwischen
den Ausgangsanschluss der Spannungsumsetzerstufe und eine Referenzspannung
geschaltet ist. Jeder des ersten und des zweiten Transistors des
zweiten Spannungsumsetzers wird durch das erste umgesetzte Referenzsignal
angesteuert.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der integrierten Empfängerschaltung
ist jeder des ersten und des zweiten Transistors des ersten Spannungsumsetzers
als ein n-Kanal-Transistor ausgelegt. Jeder des ersten und des zweiten
Transistors des zweiten Spannungsumsetzers ist als ein p-Kanal-Transistor
ausgelegt.
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Im
folgenden wird eine integrierte Empfängerschaltung spezifiziert,
die eine erste Eingangsempfängerschaltung
und eine zweite Eingangsempfängerschaltung
umfasst. Die erste Eingangsempfängerschaltung
umfasst eine integrierte Empfängerschaltung
wie oben beschrieben, die vorzugsweise dafür ausgelegt ist, ein Eingangssignal
zu verstärken,
das symmetrisch um einen Pegel eines Referenzsignals oszilliert,
wobei das Eingangssignal und das Referenzsignal einen großen Schwankungsbereich
aufweisen. Die zweite Eingangsempfängerschaltung ist eine integrierte
Empfängerschaltung wie
oben beschrieben, die vorzugsweise dafür ausgelegt ist, ein Eingangssignal
zu verstärken,
das asymmetrisch um einen Pegel eines Referenzsignals oszilliert,
wobei das Referenzsignal einen großen Schwankungsbereich aufweist.
Die erste Eingangsempfängerschaltung
besitzt einen ersten Eingangsanschluss zum Anlegen eines Eingangssignals,
einen zweiten Eingangsanschluss zum Anlegen eines Referenzsignals
und einen Ausgangsanschluss zum Ausgeben eines verstärkten Signals
abhängig
von einem Pegel des Eingangssignals mit Bezug auf das Referenzsignal.
Die zweite Eingangsempfängerschaltung
besitzt einen ersten Eingangsanschluss zum Anlegen eines Eingangssignals,
einen zweiten Eingangsanschluss zum Anlegen eines Referenzsignals
und einen Ausgangsanschluss zum Ausgeben eines verstärkten Signals
abhängig
von einem Pegel des Eingangssignals mit Bezug auf das Referenzsignal.
Die integrierte Empfängerschaltung
umfasst einen Ausgangsanschluss zum Ausgeben eines verstärkten Signals.
Die integrierte Empfängerschaltung umfasst
eine Auswahlschaltung mit einem Steueranschluss zum Anlegen eines
Auswahlsignals und einem Ausgangsanschluss. Der Ausgangsanschluss der
ersten Eingangsempfängerschaltung
ist mit dem Ausgangsanschluss der Auswahlschaltung verbunden, wenn
das Auswahlsignal einen ersten Pegel aufweist, und der Ausgangsanschluss
der zweiten Eingangsempfängerschaltung
ist mit dem Ausgangsanschluss der Auswahlschaltung verbunden, wenn das
Auswahlsignal einen zweiten Pegel aufweist.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird nachfolgend ausführlicher mit
Bezug auf die Figuren beschrieben, die beispielhafte Ausführungsformen
der Erfindung darstellen. Es zeigen:
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1 eine
Ausführungsform
einer integrierten Empfängerschaltung,
-
2 ein
Eingangssignal, das symmetrisch um ein Referenzsignal oszilliert,
wobei beide Signale einen großen
Schwankungsbereich aufweisen,
-
3 ein
Eingangssignal, das asymmetrisch um ein Referenzsignal oszilliert,
wobei das Referenzsignal einen großen Schwankungsbereich aufweist,
-
4 eine
weitere Ausführungsform
einer integrierten Empfängerschaltung,
-
5 eine
weitere Ausführungsform
einer integrierten Empfängerschaltung,
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6 eine
weitere Ausführungsform
einer integrierten Empfängerschaltung,
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7 eine
weitere Ausführungsform
einer integrierten Empfängerschaltung,
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8 eine
weitere Ausführungsform
einer integrierten Empfängerschaltung,
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9 eine
integrierte Empfängerschaltung mit
verschiedenen Ausführungsformen
von Eingangsempfängerschaltungen,
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10 Simulationsergebnisse
von erzeugten Eingangs- und Ausgangssignalen,
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11 weitere
Simulationsergebnisse erzeugten Eingangs- und Ausgangssignalen,
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12 weitere
Simulationsergebnisse von erzeugten Eingangs- und Ausgangssignalen,
-
13 weitere
Simulationsergebnisse von erzeugten Eingangs- und Ausgangssignalen,
-
14 weitere
Simulationsergebnisse von erzeugten Eingangs- und Ausgangssignalen,
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15 zweite
Simulationsergebnisse von durch eine integrierte Empfängerschaltung
gemäß der vorliegenden
Erfindung erzeugten Eingangs- und Ausgangssignalen.
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Ausführliche
Beschreibung der Erfindung
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5 zeigt
eine erste Ausführungsform
einer integrierten Schaltung zum Verstärken eines Eingangssignals
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die integrierte Schaltung umfasst einen Spannungsumsetzer 10,
einen Spannungsumsetzer 20, eine Verstärkerstufe 50, eine
Steuerschaltung 60 und eine Steuerschaltung 70a.
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Der
Spannungsumsetzer 10 ist als ein Sourcefolger ausgelegt.
Er umfasst einen Transistor 11 und einen Transistor 12,
die zwischen eine Versorgungsspannung VDD und eine Referenzspannung VSS
in Reihe geschaltet sind. Ein Steueranschluss des Transistors 11 ist
mit einem Eingangsanschluss E11 zum Anlegen eines Eingangssignals
IN verbunden. Ein Steueranschluss des Transistors 12 ist
mit einem Eingangsanschluss E12 zum Anlegen eines Referenzsignals
REF verbunden. Der Transistor 12 wirkt als ein Vorspannungstransistor.
Der Spannungsumsetzer 10 verändert einen Pegel des Eingangssignals
IN in einen Pegel eines umgesetzten Eingangssignals INP an einem
Ausgangsanschluss A10. Der Sourcefolger 10 ist so ausgelegt,
dass der Spannungspegel des umgesetzten Eingangssignals INP niedriger
als der Spannungspegel des Eingangssignals IN ist.
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Der
Spannungsumsetzer 20 ist auch als eine Sourcefolgerschaltung
ausgelegt, die einen Transistor 21 und einen Transistor 22 umfasst,
die zwischen die Stromversorgungsspannung VDD und die Referenzspannung
VSS in Reihe geschaltet sind. Ein Steueranschluss des Transistors 21 ist
mit einem Eingangsanschluss E21 zum Anlegen eines Referenzsignals
REF verbunden. Ein Steueranschluss des Transistors 22 ist
mit einem Eingangsanschluss E22 zum Anlegen des Referenzsignals
REF verbunden. Der Transistor 22 wirkt als ein Vorspannungstransistor. Ähnlich der
Funktion des Spannungsumsetzers 10 setzt der Spannungsumsetzer 20 einen Pegel
des Referenzsignals REF an dem Eingangsanschluss E21 an einem Ausgangsanschluss
A20 des Spannungsumsetzers 20 in einen Pegel eines umgesetzten
Referenzsignal REFP um.
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Alle
Transistoren der Spannungsumsetzer 10 und 20 sind
n-Kanal-Transistoren.
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Die
Verstärkerstufe 50 ist
wie im Detail gemäß 1 beschrieben
entworfen. Sie ist als eine komplementäre Verstärkerstufe mit einem PMOS-Eingangsdifferenzverstärker 50a und
einem NMOS-Eingangsdifferenzverstärker 50b ausgebildet.
Ein Steueranschluss E51a eines PMOS-Transistors 51a ist
mit dem Ausgangsanschluss A10 des Spannungsumsetzers 10 verbunden.
Ein Steueranschluss E52a eines PMOS-Transistors 52a ist
mit dem Ausgangsanschluss A20 des Spannungsumsetzers 20 verbunden.
Der Spannungsumsetzer 10 ist so ausgelegt, dass er das
umgesetzte Eingangssignal INP an dem Ausgangsanschluss A10 mit einem Pegel
derart bereitstellt, dass der PMOS-Transistor 51a im Sättigungsbereich
betrieben wird. Der Spannungsumsetzer 20 ist so entworfen,
dass er das umgesetzte Referenzsignal REFP an dem Ausgangsanschluss
A20 mit einem Pegel derart bereitstellt, dass der Transistor 52a in
einem Sättigungsbe reich
betrieben wird. Durch Betreiben des Transistors 51a und des
Transistors 52a in der Sättigungsregion wird sichergestellt,
dass der PMOS-Eingangsdifferenzverstärker 50a an einem
Ausgangsanschluss A50 der Verstärkerstufe 50 ein
verstärktes
Ausgangssignal mit ausreichender Verstärkung bereitstellt.
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Obwohl
der PMOS-Eingangsdifferenzverstärker 50a durch
ein pegelumgesetztes Eingangssignal und ein pegelumgesetztes Referenzsignal
angesteuert wird, wird der NMOS-Eingangsdifferenzverstärker 50b direkt
durch das Eingangssignal IN und das Referenzsignal REF angesteuert.
Das Eingangssignal IN steuert einen Steueranschluss E51b des NMOS-Transistors 51b an
und das Referenzsignal REF steuert einen Steueranschluss E52b des NMOS-Transistors 52b an.
Aufgrund des Schwankungsbereichs des Eingangssignals IN und des
Referenzsignals REF (siehe 2) werden
vorzugsweise, beide NMOS-Transistoren 51b und 52b zur
Erhöhung
der Zuverlässigkeit
mit einem Gate mit dickem Oxid ausgebildet.
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Wenn
der PMOS-Eingangsdifferenzverstärker 50a und
der NMOS-Eingangsdifferenzverstärker 50b entsprechend
angepasst sind, kompensieren sie jegliche Offsetschwankung. Aufgrund
von Toleranzen der Bauelemente des PMOS-Eingangsdifferenzverstärkers 50a und
des NMOS-Eingangsdifferenzverstärkers 50b,
insbesondere aufgrund von Transistorfehlanpassung, entstehen jedoch
Ausgangsoffsetströme
an dem Ausgangsanschluss A50. Um den durch die Verstärkerstufe 50 gegebenen
Offsetstrom zu kompensieren, ist eine Steuerstufe 60 mit
dem Ausgangsanschluss A50 der Verstärkerstufe 50 verbunden.
Die Steuerstufe 60 ist als ein mit einem Widerstand verbundener
Inverter ausgebildet, wie gemäß 4 beschrieben
wird.
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Eine
Steuerstufe 70a ist mit dem Ausgangsanschluss A60 der Steuerstufe 60 verbunden.
Die Steuerstufe 70a ist dafür ausgelegt, eine Korrektur des
Duty-Cycle bereitzustellen, wenn das Eingangssignal symmetrisch
um einen hohen Pegel des Referenzsignals oszilliert, wie in 2 für das Eingangssignal
IN2 und das Referenzsignal REF2 gezeigt. Die Steuerstufe 70a umfasst
einen PMOS-Transistor 71a, einen NMOS-Transistor 72a und
einen PMOS-Transistor 73a. Der PMOS-Transistor 71a und
der PMOS-Transistor 73a sind zwischen eine Stromversorgungsspannung
VDD und einen Ausgangsanschluss A70 der Steuerstufe 70a in
Reihe geschaltet. Der NMOS-Transistor 72a ist zwischen den
Ausgangsanschluss A70 der Steuerstufe 70a und eine Referenzspannung
VSS geschaltet. Der Ausgangsanschluss A70 ist durch einen Folgeverstärker 80 mit
dem Ausgangsanschluss A80 verbunden, um ein Ausgangssignal OUT1
zu erzeugen. Die Steueranschlüsse
E71a und E72a der Transistoren 71a und 72a sind
mit dem Ausgangsanschluss A60 der Steuerstufe 60 verbunden.
Der Steueranschluss E73a des PMOS-Transistors 73a wird
durch das umgesetzte Referenzsignal REFP angesteuert, das durch
den Spannungsumsetzer 20 erzeugt wird.
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Wie
oben beschrieben, liefert die Verstärkerstufe 50 an dem
Ausgangsanschluss A50 ein verstärktes
Ausgangssignal OS mit einer Duty-Cycle-Verzerrung. Wenn die Differenzverstärkerschaltungen 50a und 50b für einen
niedrigen Pegel des Referenzsignals REF ausgelegt sind, wie in 2 für das Referenzsignal
REF1 gezeigt, liefert die Verstärkerstufe 50 einen
niedrigen Pegel des verstärkten Ausgangssignals
OS für
eine längere
Dauer als sie einen hohen Pegel bereit stellt. Die Steuerstufe 70a gemäß 5 ermöglicht eine
Korrektur des Duty-Cycle, wenn ein solcher Verstärker mit einem hohen Referenzspannungspegel
angesteuert wird, wie in 2 für die Referenzspannung REF2
gezeigt. Da der Spannungsumsetzer 20 das umgesetzte Referenzsignal
REFP mit einem hohen Pegel erzeugt, wenn er mit einem hohen Pegel
des Referenzsignals REF angesteuert wird, wird auch der PMOS-Transistor 73a mit
diesem hohen Pegel des umgesetzten Referenzsignals REFP angesteuert,
wodurch dieser Transistor seinerseits schwächer wird. Der Widerstand des
PMOS-Transistors 73a nimmt zu und daher wird an dem Ausgangsanschluss
A70 eine lange Dauer eines niedrigen Logikpegels kompensiert. Deshalb
zeigt das Ausgangssignal OUT1 keinerlei Verzerrung in Bezug auf
den Duty-Cycle.
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6 zeigt
eine zweite Ausführungsform
einer integrierten Empfängerschaltung
zum Verstärken eines
Eingangssignals gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die integrierte Empfängerschaltung
umfasst den Spannungsumsetzer 10, den Spannungsumsetzer 20,
die Verstärkerstufe 50 und
die Steuerschaltung 60, die bereits gemäß 5 beschrieben
wurde. Die integrierte Empfängerschaltung
umfasst jedoch eine Steuerstufe 70b, die sich von dem Schaltungsentwurf
der Steuerstufe 70a von 5 unterscheidet.
Die Steuerstufe 70b umfasst einen PMOS-Transistor 71b, der zwischen
eine Versorgungsspannung VDD und einen Ausgangsanschluss A70 der
Steuerstufe 70b geschaltet ist. Ferner umfasst sie einen
NMOS-Transistor 72b und einen NMOS-Transistor 73b,
die zwischen den Ausgangsanschluss A70 der Steuerstufe 70b und
eine Referenzspannung VSS in Reihe geschaltet sind. Der Steueranschluss
E71b des PMOS-Transistors 71b und
der Steueranschluss E72b des NMOS-Transistors 72b sind mit dem
Ausgangsanschluss A60 der Steuerstufe 60 verbunden. Der
Steueranschluss E73b des NMOS-Transistors 73b wird
durch das Referenzsignal REF angesteuert.
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Wenn
der PMOS-Eingangsdifferenzvertärker 50a und
der NMOS-Eingangsdifferenzverstärker 50b für einen
hohen Pegel der Referenzspannung REF ausgelegt werden, wie in 2 für das Referenzsignal
REF2 gezeigt, wird die Steuerstufe 70b vorzugsweise wie
in 6 dargestellt entworfen. In diesem Fall liefert
die Verstärkerstufe 50 ohne
die Steuerstufe 70b einen Duty-Cycle Fehler, wobei sie den
hohen Pegel des verstärkten
Ausgangssignals OS für
eine längere
Zeitdauer als den niedrigen Pegel erzeugt. Die Steuerstufe 70b kompensiert
die lange Zeidauer für
den hohen Pegel des verstärkten Ausgangssignals
und erzeugt an dem Ausgangsanschluss A70 bzw. an dem Ausgangsanschluss
A80 hinter dem Verstärker 80 ein
Ausgangssignal OUT2, mit nahezu derselben Dauer für den hohen
und niedrigen Pegel.
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7 zeigt
eine dritte Ausführungsform
einer integrierten Empfängerschaltung.
Der Spannungsumsetzer 10, der Spannungsumsetzer 20 und die
Verstärkerstufe 50 sind
auf dieselbe Weise wie in 5 und 6 dargestellt
entworfen. Die Steuerstufe 60 ist mit dem Ausgangsanschluss
A50 der Verstärkerstufe 50 verbunden.
Die Steuerstufe 60 umfasst den mit einem Widerstand verbundenen
Inverter mit dem PMOS-Transistor 61, dem NMOS-Transistor 62 und
dem Widerstand 63, wie dies bereits in den 4, 5 und 6 beschrieben
wurde. Zusätzlich
umfasst sie einen Inverter 64, der zwischen eine Versorgungsspannung
VDD und eine Referenzspannung VSS geschaltet ist. Ein Ausgangsanschluss
A60 der Steuerstufe 60 ist mit einem Ausgangsanschluss
A80 mittels des Verstärkers 80 verbunden,
um das verstärkte
Ausgangssignal OUT3 zu erzeugen.
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Im
Gegensatz zu den 5 und 6 enthält die integrierte
Schaltung gemäß 7 keine Steuerstufe 70a oder 70b zur
Korrektur des Duty-Cycle. Statt der Verwendung einer Steuer stufe
zur Korrektur des Duty-Cycle wird in dem Schaltungsentwurf von 7 der
NMOS-Eingangsdifferenzverstärker 50b durch
ein umgesetztes Eingangssignal INN und ein umgesetztes Referenzsignal
REFN angesteuert.
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Das
umgesetzte Eingangssignal INN wird durch einen Spannungsumsetzer 30 erzeugt,
der als ein Sourcefolger ausgelegt ist. Der Spannungsumsetzer 30 umfasst
einen PMOS-Transistor 31 und einen PMOS-Transistor 32.
Der PMOS-Transistor 31 ist zwischen einen Ausgangsanschluss
A30 des Spannungsumsetzers 30 und eine Referenzspannung
VSS geschaltet. Der PMOS-Transistor 32 ist zwischen den
Ausgangsanschluss A30 und eine Versorgungsspannung VDD geschaltet.
Ein Steueranschluss E31 des PMOS-Transistors 31 wird
durch das umgesetzte Eingangssignal INP angesteuert, das durch den
Spannungsumsetzer 10 erzeugt wird, während ein Steueranschluss E32
des PMOS-Transistors 32 durch das umgesetzte Referenzsignal REFP
angesteuert wird, das durch den Spannungsumsetzer 20 erzeugt
wird. Das umgesetzte Eingangssignal INN steuert den Steueranschluss
E51b des NMOS-Transistors 51b an.
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Das
umgesetzte Referenzsignal REFN wird durch einen Spannungsumsetzer 40 erzeugt,
der als Sourcefolger ausgelegt ist und einen PMOS-Transistor 41 und
einen PMOS-Transistor 42 umfasst. Der PMOS-Transistor 41 ist
zwischen eine Versorgungsspannung VDD und einen Ausgangsanschluss
A40 des Spannungsumsetzers 40 geschaltet. Der PMOS-Transistor 42 ist
zwischen den Ausgangsanschluss A40 und eine Referenzspannung VSS
geschaltet. Ein Steueranschluss E41 des PMOS-Transistors 41 wird
durch das umgesetzte Referenzsignal REFP angesteuert, das durch
den Spannungsumsetzer 20 erzeugt wird. Auf dieselbe Weise
wird der Steueranschluss E42 des PMOS-Transistors 42 durch
das umgesetzte Referenzsignal REFP angesteuert, das durch den Spannungsumsetzer 20 bereitgestellt
wird.
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Der
Spannungsumsetzer 30 setzt das Eingangssignal INP, das
durch den Spannungsumsetzer 10 bereitgestellt wird, in
das umgesetzte Eingangssignal INN um. Der Spannungsumsetzer 30 ist
so entworfen, dass das umgesetzte Eingangssignal INN einen höheren Pegel
als das umgesetzte Eingangssignal INP an dem Steueranschluss E31
aufweist. Auf ähnliche
Weise ist der Spannungsumsetzer 40 so entworfen, dass er
an dem Ausgangsanschluss A40 das umgesetzte Referenzsignal REFN
mit einem höheren
Pegel als den Pegel des umgesetzten Referenzsignals REFP an dem
Steueranschluss E41 erzeugt. Der Spannungsumsetzer 30 und
der Spannungsumsetzer 40 erzeugen jedoch das umgesetzte Eingangssignal
INN und das umgesetzte Referenzsignal REFN mit einem Pegel, der
niedriger als der Pegel der Versorgungsspannung VDD ist.
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Durch
das Vorsehen der Spannungsumsetzer 10, 20, 30 und 40 wird
sichergestellt, dass der PMOS-Eingangsdifferenzverstärker 50a und
der NMOS-Eingangsdifferenzverstärker 50b durch
Eingangs- und Referenzsignale angesteuert werden, die niedriger
als der aktuelle Pegel der Versorgungsspannung VDD sind. In dem
Entwurf gemäß 7 werden
somit die Transistoren 51a, 52a, 51b und 52b mit
einem Gate mit dünnem
Oxid ausgestattet. Da die Pegel der der Verstärkerstufe 50 zugeführten Referenzsignale
immer niedriger als der Pegel der Vorsorgungsspannung VDD sind,
werden die Transistoren 51a, 52a, 53b und 54b im
Sättigungsbereich
betrieben und liefern daher ein verstärktes Ausgangssignal OS an
dem Ausgangsanschluss A50 auch dann, wenn das Referenzsignal REF
einen Pegel im Bereich des Pegels der Versorgungsspannung VDD aufweist.
Wahlweise kann jedoch auch eine Steuerstufe zur Korrektur des Duty
Cyc les vorgesehen werden, wie in 5 und 6 gezeigt.
Wenn das Referenzsignal REFP, das den PMOS-Transistor 41, den
PMOS-Transistor 42 und
den PMOS-Transistor 32 ansteuert, einen Pegel im Bereich
der Versorgungsspannung VDD aufweist, muss eine höhere Versorgungsspannung
verwendet werden, wie zum Beispiel eine externe Versorgungsspannung,
die durch eine Pumpenschaltung gepumpt wird, oder eine Versorgungsspannung,
die gewöhnlich
von E/A-Schaltungen benutzt wird.
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8 zeigt
eine vierte Ausführungsform
einer integrierten Empfängerschaltung.
Die integrierte Schaltung umfasst eine Spannungsumsetzerstufe 210,
eine Verstärkerstufe 220,
eine Steuerstufe 230 und eine Steuerstufe 240.
Die Spannungsumsetzerstufe 210 umfasst eine Spannungsumsetzerschaltung 210a und
eine Spannungsumsetzerschaltung 210b. Die Spannungsumsetzerschaltung 210a enthält einen
NMOS-Transistor 211 und einen NMOS-Transistor 212,
die zwischen eine Versorgungsspannung VDD und eine Referenzspannung VSS
geschaltet sind. Ein Steueranschluss E211 des NMOS-Transistors 211 wird
durch das Referenzsignal REF angesteuert. Auf dieselbe Weise wird
ein Steueranschluss E212 des NMOS-Transistors 212 durch
das Referenzsignal REF angesteuert. Die erste Spannungsumsetzerschaltung 210a erzeugt
an einem Ausgangsanschluss A210a ein umgesetztes Referenzsignal
REFP, das den Steueranschlüssen des
PMOS-Transistors 213 und des PMOS-Transistors 214 der
Spannungsumsetzerschaltung 210b gesteuert wird. Der PMOS-Transistor 213 ist
zwischen eine Versorgungsspannung VDD und einen Ausgangsanschluss
A210 der Spannungsumsetzerstufe 210 geschaltet. Der PMOS-Transistor 214 ist
zwischen den Ausgangsanschluss A210 der Spannungsumsetzerstufe 210 und
eine Referenzspannung VSS geschaltet. Wenn das Referenzsignal REFP,
das den PMOS-Transistor 213 ansteuert, einen Pegel im Bereich
der Versorgungsspannung VDD aufweist, muss eine höhe re Versorgungsspannung
verwendet werden, zum Beispiel eine externe Versorgungsspannung,
die durch eine Pumpenschaltung gepumpt wird, oder eine Versorgungsspannung, die
gewöhnlich
von E/A-Schaltungen benutzt wird. Die Spannungsumsetzerstufe 210 stellt
sicher, dass die umgesetzte Referenzspannung REFN an dem Ausgangsanschluss
A210 bei einer großen
Schwankung des Pegels des Referenzsignals REF nicht sehr variiert.
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Die
Verstärkerstufe 220 ist
als ein NMOS-Eingangsdifferenzverstärker ausgelegt. Sie umfasst
einen NMOS-Transistor 221,
der an seinem Steueranschluss E221 durch das Eingangssignal IN angesteuert
wird, und einen NMOS-Transistor 222, der an seinem Steueranschluss
E222 durch das umgesetzte Referenzsignal REFN angesteuert wird.
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Der
Ausgangsanschluss A220 der Verstärkerstufe 220 ist
mit der Steuerstufe 230 verbunden, die denselben Schaltungsaufbau
wie die Steuerstufe 60 von 7 aufweist.
Ein Ausgangsanschluss A230 der Steuerstufe 230 ist mit
der Steuerstufe 240 verbunden, die denselben Aufbau wie
die Steuerstufe 70a von 5 aufweist.
Ein Ausgangsanschluss A240 ist über
einen Inverter 250 mit einem Ausgangsanschluss A250 zur
Erzeugung eines verstärkten
Ausgangssignals OUT4 verbunden.
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Die
Spannungsumsetzerstufe 220 ist so entworfen, dass sie das
umgesetzte Referenzsignal REFN an dem Ausgangsanschluss A210 mit
einem Pegel bereitstellt, der fast genau in der Mitte zwischen dem
hohen und dem niedrigen Pegel des Eingangssignals IN liegt, ungeachtet
einer etwaigen Schwankung des Referenzsignals REF an den Steueranschlüssen E211
und E212. Durch Bereitstellen der Spannungsumsetzerstufe 210 wird
sichergestellt, dass die Verstärkerstufe 220 durch
ein Eingangssignal IN angesteuert wird, das symmetrisch um das umgesetzte
Refe renzsignal REFN oszilliert, während das Eingangssignal IN
asymmetrisch um das Referenzsignal REF oszilliert. Die Steuerstufe 230 gewährt weniger
Suszeptibilität
gegenüber
einem etwaigen durch die Verstärkerstufe 220 erzeugten
Offset. Die Steuerstufe 240 kompensiert einen etwaigen
Duty-Cycle-Fehler für
niedrige Pegel des Referenzsignals REF.
-
Würde der
Eingangsanschluss E222 direkt durch ein Referenzsignal REF mit einem
niedrigen Pegel angesteuert, wäre
die NMOS-Eingangsdifferenzverstärkerschaltung 222 nicht
stark genug, um eine etwaige Asymmetrie des Eingangssignalhubs zu
kompensieren und würde
daher in Bezug auf etwaige Referenzspannungsschwankungen einen Signalversatz
erzeugen. Die in 8 dargestellte integrierte Empfängerschaltung
verhindert, dass für
eine etwaige Asymmetrie des Eingangshubs des Eingangssignals IN
ein Ausgangssignal OUT4 für
einen hohen logischen Eingangspegel eine längere Dauer aufweist als für einen
niedrigen logischen Eingangspegel.
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9 zeigt
eine integrierte Schaltung mit einer ersten Eingangsempfängerschaltung 100 mit
einem Eingangsanschluss E100a zum Anlegen eines Eingangssignals
IN und einem Eingangsanschluss E100b zum Anlegen eines Referenzsignals
REF. Die Eingangsempfängerschaltung 100 umfasst
eine der in 5 bis 7 gezeigten
Ausführungsformen
integrierter Empfängerschaltungen.
Weiterhin umfasst die integrierte Empfängerschaltung eine Eingangsempfängerschaltung 200 mit
einem Eingangsanschluss E200a zum Anlegen des Eingangssignals IN und
einem Eingangsanschluss E200b zum Anlegen des Referenzsignals REF.
Die Eingangsempfängerschaltung 200 ist
als integrierte Empfängerschaltung gemäß 8 ausgelegt.
Ein Ausgang A100 zum Erzeugen eines verstärkten Ausgangssignals OUT100 der
Eingangsempfängerschaltung 100 und
ein Ausgangsanschluss A200 zum Erzeu gen eines verstärkten Ausgangssignals
OUT200 der Eingangsempfängerschaltung 200 können mit
einem Ausgangsanschluss A300 mittels einer Auswahlschaltung 300 verbunden
werden. Die Auswahlschaltung 300 wird durch ein Steuersignal
SELECT gesteuert, das an einen Steueranschluss C300 angelegt wird.
Der Ausgangsanschluss A300 ist mittels einer Verstärkerschaltung 400 mit
dem Ausgangsanschluss A400 verbunden.
-
In
Abhängigkeit
von einem Pegel des Auswahlsignals SELECT wird entweder der Ausgangsanschluss
A100 mit dem Ausgangsanschluss A300 oder der Ausgangsanschluss A200
mit dem Ausgangsanschluss A300 verbunden. Die Eingangsempfängerschaltung 100 ist
vorzugsweise mit dem Ausgangsanschluss A300 verbunden, wenn das
Eingangssignal IN und das Referenzsignal REF eine große Pegelschwankung
aufweisen, wie in 2 gezeigt. Die Eingangsempfängerschaltung 200 wird vorzugsweise
zum Erzeugen eines verstärkten
Ausgangssignals an dem Ausgangsanschluss A300 verwendet, wenn das
Eingangssignal IN asymmetrisch um den Pegel des Referenzsignals
REF oszilliert, wie in 3 dargestellt.
-
10 zeigt
in dem ersten Diagramm drei Eingangssignale IN, die um drei verschiedene
Pegel eines Referenzsignals REF oszillieren. Wenn eine vorbekannte
Schaltung, wie zum Beispiel in 1 oder 4 gezeigt,
verwendet wird, die für
einen niedrigen Pegel eines Referenzsignals REF ausgelegt ist, benötigt ihr
verstärktes
Ausgangssignal keine Korrektur des Duty Cycles, weil, wie in dem
fünften Diagramm
von 10 gezeigt, ein hoher Pegel des verstärkten Ausgangssignals
OUT/OS dieselbe Dauer wie ein niedriger Pegel des verstärkten Signals OUT/OS
aufweist. Die weiteren Diagramme von 10 zeigen
die verstärkten
Ausgangssignale OUT1, OUT2 und OUT3, die durch die integrierten Schaltungen
gemäß 6, 7 und 8 erzeugt werden.
Diese Schaltungsentwürfe
erzeugen außerdem
verstärkte
Ausgangssignale OUT1, OUT2 und OUT3, wobei der hohe Pegel dieselbe
Dauer wie der niedrige Pegel aufweist.
-
11 zeigt
drei verschiedene Eingangssignale IN, die um drei verschiedene Pegel
eines Referenzsignals REF oszillieren. Die Pegel jedes der Referenzsignale
sind höher
als die Pegel jedes der Referenzsignale von 10. Das
fünfte
Diagramm zeigt das verstärkte
Ausgangssignal OUT/OS, das durch eine integrierte Empfängerschaltung
gemäß 1 oder 4 erzeugt
wird. Die integrierte Empfängerschaltung
gem. 1 oder 4 ist für einen niedrigen Pegel des
Referenzsignals REF ausgelegt. Wie in 11 dargestellt,
zeigt das verstärkte
Ausgangssignal OUT/OS eine Verzerrung des Duty Cycles, weil der
niedrige Pegel des verstärkten
Ausgangssignals OUT/OS eine kürzere
Dauer als der hohe Pegel aufweist. Im Gegensatz dazu zeigen die durch
die integrierten Empfängerschaltungen
von 6, 7 und 8 erzeugten
verstärkten
Ausgangssignale OUT1, OUT2 und OUT3 keine Verzerrung des Duty Cycles.
Die hohen Pegel ihres verstärkten
Ausgangssignals weisen dieselbe Dauer wie ihre niedrigen Pegel auf.
-
Die 12 und 13 zeigen
ein Diagramm eines verstärkten
Ausgangssignals OUT, das durch eine integrierte Empfängerschaltung
gemäß 1 oder 4 erzeugt
wird. 12 zeigt das verstärkte Ausgangssignal
OUT mit einer Verzerrung des Duty Cycles dergestalt, dass ein hoher
Pegel des verstärkten
Ausgangssignals eine längere
Dauer als ein kurzer Pegel des verstärkten Ausgangssignals aufweist, wenn
das Eingangssignal IN asymmetrisch um einen niedrigen Pegel des
Referenzsignals REF oszilliert. Wie in 13 gezeigt,
erzeugt die vorbekannte integrierte Empfängerschaltung ein verstärk tes Ausgangssignal
OUT mit einer Verzerrung des Duty Cycles mit einer längeren Dauer
für einen
niedrigen Pegel als für
einen hohen Pegel, wenn das Eingangssignal IN asymmetrisch um einen
hohen Pegel des Referenzsignals REF oszilliert.
-
Die 14 und 15 zeigen
verstärkte Ausgangssignale
OUT4, die durch die integrierte Schaltung der 8 erzeugt
werden. In 14 weist das Eingangssignal
IN einen asymmetrischen Hub um einen niedrigen Pegel des Referenzsignals
REF auf. In 15 weist das Eingangssignal
IN einen asymmetrischen Hub um einen hohen Pegel des Referenzsignals
REF auf. In beiden Fällen
entstehen keine Verzerrungen des Duty Cycles. Hohe Pegel des verstärkten Ausgangssignals
OUT4 werden mit derselben Dauer wie niedrige Pegel des verstärkten Ausgangssignals
erzeugt.
-
- 10
- Erster
Spannungsumsetzer
- 11,
12
- Transistor
- 20
- Zweiter
Spannungsumsetzer
- 30
- Dritter
Spannungsumsetzer
- 31,
32
- Transistor
- 40
- Vierter
Spannungsumsetzer
- 41,
42
- Transistor
- 50
- Verstärkerstufe
- 50a
- NMOS-Eingangsdifferenzverstärkerschaltung
- 50b
- PMOS-Eingangsdifferenzverstärkerschaltung
- 51–54
- Transistor
- 60
- Erste
Steuerstufe
- 61–63
- Transistor
- 70
- Zweite
Steuerstufe
- 71–73
- Transistor
- 80
- Verstärker
- 100
- Erste
Eingangsempfängerschaltung
- 200
- Zweite
Eingangsempfängerschaltung
- 210
- Spannungsumsetzerstufe
- 210a
- Erste
Spannungsumsetzerschaltung
- 210b
- Zweite
Spannungsumsetzerschaltung
- 211–214
- Transistor
- 220
- Verstärkerstufe
- 221,
222
- Transistor
- 230
- Erste
Steuerstufe
- 231,
232
- Transistor
- 233
- Widerstand
- 234
- Inverter
- 240
- Zweite
Steuerstufe
- 241–243
- Transistor
- 250
- Inverter
- 300
- Auswahlschaltung
- 400
- Verstärker
- A
- Ausgangsanschluss
- E
- Eingangsanschluss
- IN
- Eingangssignal
- INP
- Erstes
umgesetztes Eingangssignal
- INN
- Zweites
umgesetztes Eingangssignal
- OUT
- Verstärktes Ausgangssignal
- REF
- Referenzsignal
- REFN
- Zweites
umgesetztes Referenzsignal
- REFP
- Erstes
umgesetztes Referenzsignal
- VDD
- Versorgungsspannung
- VSS
- Referenzspannung