DE19717331C2 - Treiberschaltung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine Treiberschaltung nach dem Oberbe
griff des Anspruchs 1.
Datensender/-empfänger werden verwendet, um hochintegrierte
Schaltkreise mit Übertragungsmedien zusammenzuführen. Die Übertragungs
medien sind typischerweise Leiter auf gedruckten Schaltkreisplatinen,
Substraten von Tochter- und Mutterplatinen. Mikrospuren und normale Spu
ren können verwendet werden, um Übertragungsleitungen mit charakteristi
schen Impedanzen in der Größenordnung von etwa 50 bis 70 Ohm zu bilden.
Solche Übertragungsleitungen sind mit ihren entgegengesetzten Enden üb
licherweise mit ihrer charakteristischen Impedanz abgeschlossen. Wegen
dieser parallelen Realwiderstandsabschlüsse kann der wirksame Widerstand
der Übertragungsleitung bis herunter zu 25 bis 35 Ohm gehen.
Ein Datensender/-empfänger ist ein Lese-/Schreib-Terminal, das
in der Lage ist, Information zum Übertragungsmedium zu übertragen und
von diesem zu empfangen. Ein Sender/Empfänger umfaßt typischerweise eine
Leitungstreiberstufe (oder einfach "Treiber") und eine Empfängerstufe
(oder einfach "Empfänger"). Der gemeinsame Zweck der Leitungstreiber und
-empfänger besteht darin, Daten schnell und zuverlässig unter einer
Vielzahl von Bedingungen über elektrisch lange Distanzen zu übertragen.
Diese Aufgabe wird durch die Tatsache schwieriger, daß extern eingeführ
tes Rauschen und Masseverschiebungen die Daten erheblich beeinträchtigen
können.
Treiber verstärken den digitalen Signalausgang von dem hochin
tegrierten Schaltkreis, so daß die Signale richtig über das Übertra
gungsmedium übertragen werden können. Empfänger sind typischerweise Dif
ferentialverstärker, die Signale von dem Übertragungsmedium empfangen
und dem hochintegrierten Schaltkreis Ausgänge zur Verfügung stellen, die
repräsentativ für die von dem Medium empfangene digitale Information
sind.
Konventionelle Treiber haben gewöhnlich eine Pegelverschie
bungsmöglichkeit, um Kompatibilität mit unterschiedlichen Techniken in
tegrierter Schaltkreise zu erzielen. Bevor ein Treiber ein Signal über
ein Übertragungsmedium gibt, ändert der Treiber den nominellen Span
nungshub (oder den dynamischen Signalbereich), der von der hochinte
grierten Schaltung verwendet wird, beispielsweise CMOS, TTL, ECL usw.,
auf einen anderen Spannungshub, der von dem Übertragungsmedium verwendet
wird. Demgemäß verstärkt ein Treiber nicht nur ein digitales Signal,
sondern ändert auch seinen nominellen Spannungshub.
Ein unterschiedlicher nomineller Spannungshub wird normaler
weise verwendet, wenn Daten über ein Übertragungsmedium laufen, um Lei
stung einzusparen. Im einzelnen ist die intern von dem Treiber ver
brauchte Leistung proportional dem nominellen Spannungshub des binären
Signals, das er an die Übertragungsleitung anlegt. Deshalb wird der Lei
stungsumsatz herabgesetzt, wenn der Treiber ein Signal mit einem relativ
kleinen Spannungshub über das Übertragungsmedium überträgt.
Es ist üblich geworden, Signale mit dem BTL-Signalpegel über
ein Übertragungsmedium zu übertragen. BTL ("Backplane Transceiver Logic")
wird so bezeichnet, weil BTL primär in den rückseitigen Platinenbussen von
Mutterplatinen verwendet wurde. Da der nominelle Spannungshub von BTL 1,0 V
(logisch niedrig) bis 2,1 V (logisch hoch) beträgt, ist der Leistungsumsatz geringer,
als er es wäre, wenn die Signale über die Übertragungsleitungen bei CMOS-
Pegeln (0 V bis 3,3 V oder 0 V bis 5 V 9 oder TTL-Signal-Pegeln (0 V bis 3,5 V)
übertragen würden.
Bipolartechnik ist zum Realisieren von Eingangs-/Ausgangskomponenten,
wie Leitungs- oder Bustreibern, wegen der extrem hohen
Stromverstärkungscharakteristika attraktiv. Hohe Stromverstärkung ist in einem
Bussystem wichtig, weil die Treiber in der Lage sein müssen,
Übertragungsleitungen sowohl im unbelasteten als auch im belasteten Zustand
anzusteuern.
Obwohl die Bipolartechnik in der Lage ist, den für das Ansteuern eines
Rückwandbusses erforderlichen Strom zu erzeugen, leidet sie gleichwohl an einer
Anzahl von Nachteilen. Erstens haben Bipolartransistoren eine hohe
Kollektorkapazität, die zu einer hohen Treiberausgangskapazität führt. Zweitens
haben Bipolartreiber extrem schnell ansteigende und abfallende Flanken. Ohne
Steuerung können die schnell ansteigenden und abfallenden Flanken
Masserücksprung hervorrufen sowie Ausgangsüber-/unterschuß und
Übersprechen zwischen Busleitern. Diese nachteiligen Effekte können erheblich
den Rauschabstand eines Empfängers herabsetzen. Ein anderer Nachteil von
Bipolartreibern ist die Verschiebung zwischen ihren Einschalt- und
Ausschaltverzögerungen. Andere Nachteile von bipolaren Treibern sind hoher
Leistungsumsatz und die Ineffizienz hochgradiger Integration infolge niedriger
Gatterdichte und hohen Kosten.
Aus US 5 463 331 ist eine Treiberschaltung zum Bereitstellen von
Binärsignalen von einem Datensystem zu einer Übertragungsleitung mit einem
Dateneingangsknoten, einem Datenausgangsknoten, einem mit einer Gate-
Source-Spannung beaufschlagten Ausgangstransistor, der zwischen den
Datenausgangsknoten und Masse gekoppelt ist, einem mit dem Gate des
Ausgangstransistors gekoppelten und auf an dem Dateneingangsknoten
anstehende Signale reagierenden Schalttransistor zum Entladen des Gates des
Ausgangstransistors mittels eines Entladestromes zur Herabsetzung der Gate-
Source-Spannung und einer Klemmschaltung zum Klemmen der Gate-Source-
Spannung auf einen Spannungspegel oberhalb von Massepotential bekannt.
Dabei erfolgt zwar eine Kompensation des Entladestroms des mit der Gate-
Source-Spannung beaufschlagten Gates des Ausgangstransistors bezüglich
Temperatur- und Versorgungsspannungsänderungen, im übrigen erfolgt die
Entladung allerdings nicht geregelt.
JP 06-252724 A beschreibt einen Ausgabeschaltkreis mit einem NMOS-
Transistor als Ausgangstransistor, dessen Source mit Masse und dessen Drain
mit einem Datenausgangsknoten verbunden ist. Die Ansteuerung des Gates des
Ausgangstransistors erfolgt wahlweise durch zwei wechselweise schaltende
Transistoren, wobei durch den einen Transistor das Gate des Ausgangstransistors
mit einem vorgegebenen Strom einer Konstantstromquelle und durch den anderen
Transistor das Gate des Ausgangstransistors mit einer konstanten
Offsetspannung, die niedriger als die Schwellspannung des Ausgangstransistors
ist, versorgt wird. Dabei wird ein durch Versorgungsspannungsänderungen
hervorgerufenes Rauschen reduziert und das Gate des Ausgangstransistors mit
einem konstanten Strom bzw. einer Spannung mit festgelegtem Wert
beaufschlagt.
Signale sind über Übertragungsleitungen auch bei sogenannten GTL-
Signalpegeln übertragen worden, vgl. US-PS 5 023 488, in der solche GTL-Treiber
und Empfänger zur Schnittstellenbildung von hochintegrierten CMOS-Schaltungen
mit Übertragungsleitungen beschrieben sind. Der nominelle Spannungshub von
GTL beträgt etwa 0,3 V (logisch niedrig) bis 1,2 V (logisch hoch).
Dieser GTL-Treiber hat eine Anzahl von Nachteilen, die zu
Ausgangspulsverzerrung führen. Erstens verhindert die Rückkopplungsschaltung,
die eingesetzt wird, um die Anstiegsflanke des Ausgangs zu steuern, die
Drainspannung des Ausgangstransistors am Anstieg auf einen Pegel, der
hinreichend über seiner Gatespannung liegt. Da die Drainspannung niedrig
gehalten wird, kann der Ausgang nur hoch gehen, wenn die
Rückkopplungsschaltung gesperrt wird, was die Ausbreitungsverzögerung durch
den Treiber erhöht. Ein zweiter Nachteil des GTL-Treibers besteht darin, daß
seine Rate der Anstiegszeit tr und Abfallszeit tf, die Durchschaltverzögerung, die
Ausschaltverzögerung und die Ausbreitungsverzögerung empfindlich gegenüber
Temperaturänderungen und Änderungen der Versorgungsspannung wie auch
gegenüber Prozeßvariationen sind. Ein dritter Nachteil des GTL-Treibers besteht
darin, daß seine minimale Anstiegszeit tr und Abfallzeit tf zu schnell sind, was zu
Masserücksprung, Ausgangsüberschießen und erheblichem Übersprechen führt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Treiberschaltung nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 zu schaffen, die eine geregelte Entladung der Gatespannung des
Ausgangstransistors in einfacher Weise ermöglicht.
Diese Aufgabe wird entsprechend dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs
1 gelöst.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden
Beschreibung und den Unteransprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den beigefügten
Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Fig. 1A und 1B sind schematische Diagramme, die einen
Übertragungsleitungstreiber gemäß der Erfindung zeigen.
Fig. 2A, 2B und 2C sind schematische Diagramme, die eine Stromquelle
zeigen, welche in dem Treiber nach Fig. 1A und 1B verwendet werden kann.
Fig. 3, 4 und 5 sind Zeitdiagramme zur Erläuterung des Betriebes des
Übertragungsleitungstreibers nach Fig. 1A und 1B.
In Fig. 1A und 1B ist ein Übertragungsleitungstreiber 100 gemäß der
Erfindung dargestellt. Der Treiber 100 wird für die Übertragung von Datensignalen
zu einer Übertragungsleitung 102 verwendet, welche Datensignale
von einem Datensystem, etwa einem hochintegrierten Schalt
kreis, erzeugt werden. Der Treiber 100 hat einen programmierbaren Aus
gangsspannungshub am Ausgang VOUT und eine programmierbare Flankenrate
steuerung. Es handelt sich um einen hochgeschwinden Bustreiber mit
schneller Einschalt- und Ausschaltverzögerung, der bei einer Datenrate
von 250 MHz oder mehr betrieben werden kann, und er hat eine geringe
Ausgangsimpulsverzerrung. Der Treiber 100 enthält Schaltkreise, die ihn
relativ unempfindlich gegenüber Temperatur-, Versorgungs- und Herstell
prozeßänderungen machen.
Die programmierbare Flankenratesteuerung des Treibers 100 ten
diert dahin, das Bus- oder Übertragungsleitungsklingeln zu reduzieren,
das durch Reflektionen infolge Impedanzfehlanpassung hervorgerufen wird.
Darüberhinaus ermöglicht die Fähigkeit zur Steuerung der Flankenrate ei
ne längere Blindleitungslänge mit weniger Klingeln und verringert das
Übersprechen am nahen Ende und am fernen Ende. Das Übersprechen am fer
nen Ende ist direkt proportional der Flankenrate. Masserücksprung, Ver
sorgungsklingeln und elektromagnetische Interferenz werden ebenfalls
verringert.
Wie unten diskutiert, umfaßt der Treiber 100 einen Ausgangs
transistor M10, der eingeschaltet wird, um den Ausgang VOUT nach unten
zu ziehen, und ausgeschaltet wird, um den Ausgang VOUT auf hoch gehen zu
lassen. Die Gatespannung des Ausgangstransistors M10 hat eine Abfallzeit
Tf und eine Anstiegszeit Tr. Im allgemeinen gilt, daß mit längerer Ab
fallzeit Tf die Durchschaltzeit Ton des Transistors M10 zunimmt und daß
mit längerer Anstiegszeit Tr die Aus-Zeit Toff des Transistors M10 zu
nimmt. Wenn die Anstiegszeit Tr gleich der Abfallzeit Tf ist, dann ist
die Aus-Zeit Toff größer als die Ein-Zeit Ton. Die Datenrate wird redu
ziert, wenn das Verhältnis der Abfallzeit zur Anstiegszeit Tf/Tr erhöht
wird.
Der Treiber 100 arbeitet als Inverter. Er ist ausgelegt, um
Binärsignale auf CMOS-Pegel zu empfangen, d. h. Digitalsignale mit einem
Spannungshub von etwa 0 V (logisch niedrig) bis 3,3 V (logisch hoch),
und zwar von einem Datensystem am Eingang VIN. Der Treiber 100 hat Pe
gelverschiebungsfähigkeit, so daß die Datensignale, bereitgestellt für
die Übertragungsleitung 102 über Ausgang VOUT, innerhalb eines unter
schiedlichen nominalen Spannungshubes arbeiten. Der Spannungshub der
Ausgangsspannung VOUT des Treibers 100 ist programmierbar. Im einzelnen
kann die Ausgangsspannung VOUT entsprechend der Backplane-Transceiver-
Logic-Norm (BTL) programmiert werden, d. h. Digitalsignale mit einem
Spannungshub von etwa 1,0 V (logisch niedrig) bis 2,1 V (logisch hoch).
Der Spannungshub der Ausgangsspannung VOUT des Treibers 100 kann auch so
programmiert werden, daß er dem sogenannten "GTL"- oder "GIL+"-Signalpe
gel entspricht, der oben diskutiert wurde, und der 0,3 V +/- 0,1 V (lo
gisch niedrig) bis 1,2 V +/- 5% (logisch hoch) entspricht, abhängig von
den Versorgungsspannungsänderungen. Zusätzlich kann der Spannungshub der
Ausgangsspannung VOUT auf die hier so bezeichneten "KTL"-Signalpegel von
0,5 V (logisch niedrig) bis 1,5 V (logisch hoch) programmiert werden. Es
wird angenommen, daß ein Wert von 0,5 V anstatt 0,3 V für logisch nied
rig besser in der Lage ist, Interferenz zu vermeiden, die durch Masse
rauschen hervorgerufen wird, während auch die Nachteile eines Wertes von
1,0 V für logisch niedrig vermieden werden. Demgemäß kann der Ausgang
des Treibers 100 programmiert werden, um kompatibel mit der BTL-Norm,
den sogenannten GTL- und GTL+-Signalpegeln oder den hier so bezeichneten
KTL-Signalpegeln zu sein.
Die Übertragungsleitung 102 hat generell eine relativ niedrige
Impedanz und wird mit Spannungspegeln VT abgeschlossen. Die Übertra
gungsleitung 102 ist typischerweise eine Mikrospur oder eine Streifen
leitung mit einer charakteristischen Impedanz in der Größenordnung von
etwa 50 bis 70 Ohm. Normalerweise ist die Übertragungsleitung an ihrem
entgegengesetzten Ende mit ihrer charakteristischen Impedanz abgeschlos
sen, so daß die effektive Resistanz der parallelen Abschlußwiderstände
RT (nur ein Widerstand ist gezeigt) annähernd 25 bis 35 Ohm beträgt.
Wenn der Treiber 100 programmiert ist, um mit BTL-Signalpegeln zu arbei
ten, dann ist die Spannung VT gleich 2,1 V. Wenn andererseits der Trei
ber 100 programmiert, um bei GTL-Signalpegeln zu arbeiten, ist die Span
nung VT gleich 1,2 V.
Der Treiber 100 umfaßt einen Ausgangstransistor M10, eine
Hauptladestufe 106, einen Hauptladestufen-Impulserzeugungsschaltkreis
114, eine Anfangsladestufe 110, eine Ladungshaltestufe 112, eine Haupt
entladestufe 108 und eine Spitzenentladstufe 104. Die Hauptladestufe
106, die Anfangsladestufe 110 und die Ladungshaltestufe 112 reagieren
auf Datensignale, die am Eingang VIN empfangen werden, und bewirken, daß
der Ausgangstransistor M10 durchschaltet, um einen logisch niedrig lie
genden Pegel an dem Ausgangsknoten VOUT zu erzeugen. Die Hauptentlade
stufe 108 und die Spitzenentladestufe 104 reagieren auf Datensignale,
die am Eingang VIN empfangen werden, und bewirken das Ausschalten des
Transistors M10, um einen logisch hoch liegenden Pegel am Ausgangsknoten
VOUT zu erzeugen.
Der Ausgangstransistor M10 ist vorzugsweise ein n-Kanal-MOSFET
mit sehr breitem Kanal und offenem Drain. Der Drain des Transistors M10
ist mit der Übertragungsleitung 102 gekoppelt, und die Source ist mit
Masse gekoppelt. Die Kanalbreite des Transistors M10 sollte um Größen
ordnungen größer sein als seine Kanallänge, um den wirksamen Widerstand
seiner Drain-Source-Strecke während der Leitung zu reduzieren. Vorzugs
weise hat der Transistor M10 eine Kanalbreite von 1600 µm und eine Ka
nallänge von 1 µm. Obwohl nur ein einzelner Transistor M10 dargestellt
ist, versteht es sich darüberhinaus, daß er durch Verbindung irgendeiner
Anzahl von n-Kanal-Transistoren parallel zueinander hergestellt werden
kann; solche Parallelschaltungen können verwendet werden, um einen Tran
sistor M10 der gewünschten effektiven Kanalbreite zu erzeugen. Bei
spielsweise ist dem Transistor M10 ein zweiter Transistor M12 mit einer
Kanalbreite von 400 µm und einer Kanallänge von 1 µm parallelgeschaltet
dargestellt.
Um die Wirkungsweise des Treibers 100 zu verstehen, wird auf
die Zeitdiagramme nach Fig. 3, 4 und 5 verwiesen zusammen mit den sche
matischen Diagrammen nach Fig. 1A und 1B.
Der Zweck der Hauptladestufe 106 besteht darin, einen Hauptla
destrom Imain dem Gate des Transistors M10 zuzuführen. Das Laden des Ga
tes von Transistor M10 zieht ihn hoch, was den Transistor M10 in leiten
den Zustand schaltet. Der Transistor M10 führt Strom vom Ausgangsknoten
VOUT nach Masse. Der Strom fließt durch die Widerstände RT und erzeugt
einen Spannungsabfall über diesem, was die Spannung am Ausgang VOUT dazu
bringt, auf niedrigen Pegel zu gehen. Ein Spannungserfassungsverstärker
116 wird verwendet, um zu erfassen, wann VOUT etwa gleich dem vorpro
grammierten logisch niedrigen Pegel ist. Der Wert von VOUT in dem nied
rigen Zustand hängt davon ab, ob der Treiber 100 als BTL- oder GTL-kom
patibel programmiert ist.
Die Hauptladestufe 106, die durch den schaltenden p-Kanal-
Transistor M26 eingeschaltet wird, liefert den Hauptladestrom Imain an
das Gate von Transistor M10 für eine Zeitdauer, die eine Hauptladezeit
periode tmain nicht übersteigt. Der Hauptladestrom Imain wird dem Gate
des Transistors M10 hinreichend lange zugeführt, um ihn durchzuschalten.
Sobald der Transistor M10 in den leitenden Zustand geschaltet ist, wird
der Hauptladestrom Imain abgestoppt, um Leistung einzusparen.
Die Hauptladestufe 106 umfaßt einen Spannungserfassungsver
stärker 116 mit Transistoren M14, M16, M18, M20, die im wesentlichen wie
dargestellt miteinander verbunden sind. Der Spannungserfassungsverstär
ker 116 ist ein einstufiger CMOS-Differentialverstärker. Der Verstärker
166 vergleicht eine Referenzeingangsspannung VREF mit der Ausgangsspan
nung VOUT des Treibers 100. Der Treiber 100 ist auf Ausgangs-BTL-Pegel
signale programmiert, indem man VREF gleich 1,0 V setzt, KTL-Pegelsigna
le durch Setzen von VREF auf 0,5 V und GTL-Pegelsignale durch Setzen von
VREF auf 0,3 V. Der Verstärker 116 erkennt, wenn die Spannung am Aus
gangsknoten VOUT im wesentlichen gleich dem programmierten logisch nied
rigen Pegel ist.
Zwei p-Kanal-Stromquellentransistoren M24, M22 sind mit dem
Verstärker 116 verbunden. Der Zweck der Transistoren M24, M22 besteht
darin, Veränderungen in der Versorgungsspannung und der Temperatur zu
kompensieren. Sie werden von den Stromquellenausgängen IP1/IP2 gesteu
ert, die weiter unten erörtert werden. Die Stromquellenausgänge IP1/IP2
zusammen mit den Stromquellentransistoren M22, M24 bilden ein Mittel für
das Einstellen des Source-Drain-Stroms ISD, der von den Transistoren
M22, M24 geführt wird, um Temperatur- und Spannungsversorgungsänderungen
(VDD) zu kompensieren. Die Effekte von Temperatur- und Versorgungsspan
nungsänderungen auf MOSFET-Transistoren wie auch der Schaltkreis, der
die Stromquellenausgänge IP1/IP2 liefert, werden im einzelnen weiter unten
beschrieben. Für die jetzige Diskussion betreffend die grundsätzli
che Wirkungsweise des Treibers 100 kann jedoch angenommen werden, daß
die Ausgänge IP1/IP2 ein Source-Gate-Potential VSG bei den Transistoren
M22, M24 derart halten, daß sie immer dann Strom führen, wenn der Tran
sistor M26 durchgeschaltet ist.
Der Transistor M26 kann eine Kanalbreite von 200 µm und eine
Kanallänge von 1 µm haben, die Transistoren M22, M24 können Kanalbreiten
von 300 µm und Kanallängen von 1 µm haben. Die Transistoren M14, M16
können Kanalbreiten von 60 µm und Kanallängen von 1 µm haben, und die
Transistoren M18, M20 können Kanalbreiten von 50 µm und Kanallängen von
1 µm haben.
Der schaltende p-Kanal-Transistor M26 wird von dem Hauptlade
stufen-Impulserzeugungsschaltkreis 114 gesteuert. Der Zweck des Schalt
kreises 114 besteht darin, einen Hauptimpuls an das Gate von Transistor
M26 zu legen. Der Hauptimpuls ist ein negativer Impuls und hat eine Län
ge etwa gleich der Hauptladezeitperiode tmain. Da der Transistor M26 ein
p-Kanal-Transistor ist, schaltet der negative Hauptimpuls den Transi
stor M26 ein, so daß er während einer Zeitperiode Strom führt, die etwa
gleich der Hauptladezeitperiode tmain ist. Deshalb führt der Spannungs
erfassungsverstärker 116 Strom zum Gate des Transistors M10, und zwar
für eine Zeitperiode, die die Hauptladezeitperiode tmain nicht über
steigt.
Das Gate des Transistors M26 ist mit den Drains der Transisto
ren M28, M30 über Knoten N4 gekoppelt. Wenn die in Serie geschalteten
Transistoren M30, M36, M38 gleichzeitig durchgeschaltet werden, wird das
Gate des schaltenden p-Kanal-Transistors M26 heruntergezogen, so daß er
durchschaltet und bewirkt, daß der Strom I1 fließt. Wenn jedoch irgend
einer der parallegeschalteten Transistoren M28, M32, M34 einschaltet,
wird mindestens einer der seriengeschalteten Transistoren M30, M36, M38
ausgeschaltet, und das Gate des schaltenden p-Kanal-Transistors M26 wird
hochgezogen, so daß er ausschaltet und verhindert, daß der Strom I1
fließt. Wenn beispielsweise das EN_IN-Signal niedrig liegt, wird Transi
stor M28 eingeschaltet und Transistor M30 ausgeschaltet. Dies zieht das
Gate des Transistors M26 hoch und sperrt die Hauptladestufe 106. Wenn
jedoch das EN_IN-Signal hoch liegt, wird Transistor M28 ausgeschaltet
und Transistor M30 eingeschaltet. Dies ermöglicht, daß das Gate des
Transistors M26 niedrig gezogen wird, wenn beide Transistoren M36, M38
eingeschaltet sind.
Der Hauptladestufen-Impulserzeugungsschaltkreis 114 enthält
einen p-Kanal-Transistor M40 und einen n-Kanal-Transistor M48, die zur
Bildung eines CMOS-Inverters 117 verbunden sind. Der Eingang des CMOS-
Inverters 117 ist mit dem Eingangsknoten VIN des Treibers 100 verbunden.
Der CMOS-Inverter 117 umfaßt auch zwei seriengeschaltete Stromquellen
transistoren M44, M46, die durch die Stromquellenausgänge IN1/IN2 ge
steuert werden, was weiter unten erörtert wird. Der CMOS-Inverters 117
hat eine Ausbreitungsverzögerung, die durch Einstellen der Stromquellen
ausgänge IN1/IN2 einstellbar ist. Im einzelnen verändern die Stromquel
lenausgänge IN1/IN2 die Gatespannungen von Transistoren M44, M46 zwecks
Kompensation bezüglich Temperaturänderung und Änderungen der Versor
gungsspannung VDD. Zusätzlich jedoch können die Stromquellenausgänge
IN1/IN2 selektiv programmiert werden, wie weiter unten erörtert, so daß
sie unterschiedliche Werte annehmen, was dazu führt, daß die Gatespan
nungen der Transistoren M44, M46 auf verschiedene unterschiedliche Werte
programmierbar sind. Durch Programmieren der Gatespannungen der Transi
storen M44, M46 wird dadurch auch der Strom programmiert, der von den
Transistoren M44, M46 geführt wird.
Die Ausbreitungsverzögerung des CMOS-Inverters 117, d. h. die
Zeit, die zwischen 50% seines Eingangsschaltübergangs und 50% seines
Ausgangsschaltübergangs verstreicht, hängt von der Geschwindigkeit ab,
mit der sein Ausgang nach oben oder nach unten geht. Die Geschwindig
keit, mit der der Ausgang nach oben und nach unten geht, hängt von der
Stärke des Ladestromes für den CMOS-Inverters 117 ab, der von dem Tran
sistor M40 geführt wird, und der Stärke des Entladestromes für CMOS-In
verter 117, der von Transistor M48 geführt wird. Die Ausbreitungsverzö
gerung des CMOS-Inverters 117 ändert sich, wenn die Lade- und Entlade
ströme geändert werden.
Da der von den Transistoren M44, M46 geführte Strom einstell
bar ist, ist auch der Entladestrom des CMOS-Inverters 117, der von Transistor
M48 geführt wird, einstellbar. Durch Einstellen des Entladestro
mes des CMOS-Inverters 117 wird die Geschwindigkeit, mit der sein Aus
gang nach unten gezogen wird, eingestellt. Demgemäß ist die Ausgangs-
Hoch/Niedrig-Ausbreitungsverzögerungszeit des CMOS-Inverters 117 durch
die Stromquellenausgänge IN1/IN2 einstellbar.
Die Hoch/Niedrig-Ausbreitungsverzögerung des CMOS-Inverters
117 ist etwa gleich der Hauptladezeitperiode tmain. Demgemäß wird die
Hauptladezeitperiode tmain, bei der es sich um die Zeit handelt, während
der Transistor M26 im leitenden Zustand ist, programmiert durch Program
mieren der Hoch/Niedrig-Ausbreitungsverzögerung des CMOS-Inverters 117.
Während der Eingang VIN niedrig liegt, ist der Transistor M36
ausgeschaltet und Transistor M38 eingeschaltet. Transistor M38 ist ein
geschaltet, weil der CMOS-Inverter 117 (d. h. Transistoren M40, M48) das
Gate des Transistors M48 hochzieht. Unter der Annahme, daß das EN_IN-Si
gnal hoch liegt, so daß der Schaltkreis entsperrt ist, wenn der Eingang
IIN sich von niedrig auf hoch ändert, schaltet der Transistor M36 sofort
ein. Wegen der Verzögerung, die durch CMOS-Inverter 117 hervorgerufen
wird, bleibt der Transistor M38 während dieser Verzögerung eingeschal
tet. Diese Verzögerungszeit ist die Hauptladezeitperiode tmain. Während
der Hauptladezeitperiode tmain sind die Transistoren M36, M38 gleichzei
tig eingeschaltet, und das Gate des Transistors M26 wird nach unten ge
zogen, so daß er durchschaltet. Der CMOS-Inverter 117 zieht jedoch
schließlich, nämlich am Ende der Hauptladezeitperiode tmain, das Gate
des Transistors M38 nach unten, so daß er ausschaltet. Wenn dies ein
tritt, schaltet der Transistor M34 ein und zieht des Gate des Transi
stors M26 hoch, so daß er ausschaltet und bewirkt, daß der Strom I1 auf
hört zu fließen.
Während der Hauptladezeitperode tmain, wenn der Transistor M26
durchgeschaltet ist, wird der Übergangsstrom I1 am Ausgang von hoch auf
niedrig durch die Ausgangsspannung VOUT über das Differentialtransisto
renpaar M14, M16 reguliert. Der Hauptladestrom Imain erreicht seinen ma
ximalen Pegel, d. h. gleich Strom I1, wenn die Ausgangsspannung VOUT auf
ihrem höchsten Pegel ist. Der Strom I1 wird in solcher Weise reguliert,
daß die Treiberausgangsspannung VOUT einen weichen Hoch/Niedrig-Übergang
hat. Wenn die Ausgangsspannung VOUT auf die Referenzspannung VREF
abgenommen hat, d. h. 1,0 V für BTL, 0,5 V für KTL und 0,3 V für GTL,
fällt der Strom I1 auf 0, und die Gatespannung des Transistors M10 hört
auf anzusteigen. Demgemäß wird die Ausgangsspannung VOUT auf den Refe
renzspannungspegel VREF geklemmt.
Die Transistoren M28, M34 können Kanalbreiten von 10 µm und
Kanallängen von 1 µm haben, der Transistor M32 kann eine Kanalbreite von
15 µm und eine Kanallänge von 1 µm haben, die Transistoren M36, M38 kön
nen Kanalbreiten von 100 µm und Kanallängen von 1 µm haben, die Transi
storen M40, M42 können Kanalbreiten von 5 µm und Kanallängen von 1 µm
haben, die Transistoren M44 können Kanalbreiten von 70 µm und Kanallän
gen von 1 µm haben, und Transistor M48 kann eine Kanalbreite von 20 µm
und eine Kanallänge von 1 µm haben.
Der Zweck der Anfangsladestufe 110 besteht darin, einen an
fänglichen Ladestrom Iinit für das Gate des Transistors M10 während ei
ner Zeitperiode bereitzustellen, die nicht eine Anfangsladezeitperiode
Tinit übersteigt. Die Anfangsladezeitperiode Iinit ist kürzer als die
Hauptladezeitperiode tmain. Der Anfangsladestrom Iinit lädt schnell das
Gate des Transistors M10 bis zu dem Punkt auf, wo die Gate-Source-Span
nung etwa gleich der Schwellenspannung VTH ist. Mit anderen Worten er
höht der Anfangsladestrom Iinit die Gatespannung des Transistors M10
schnell bis zu dem Punkt, wo der Transistor M10 Strom zu führen beginnt
und den Ausgang VOUT nach unten zieht. Die Anfangsladezeitperiode Tinit
hat eine Länge etwa gleich der Zeitperiode, die erforderlich ist, die
Gatespannung des Transistors M10 von Masse auf den Schwellenpegel VTH zu
erhöhen.
Die Anfangsladestufe 110 enthält zwei schaltende p-Kanal-Tran
sistoren M50, M52 und zwei p-Kanal-Stromquellentransistoren M58, M60,
sämtlich wie dargestellt in Serie geschaltet. Die Gates der Transistoren
M58 und M60 sind mit Stromquellenausgängen IPUL1/IPUL2 verbunden, um die
Anfangsladestufe 110 bezüglich Änderungen von Temperatur und Versor
gungsspannung VDD zu kompensieren. Das Gate des Transistors M52 ist mit
den Drains der Transistoren M62, M64 verbunden, die einen Inverter bil
den, dessen Eingang mit dem Eingang VIN verbunden ist. Das Gate des
Transistors M50 ist mit den Drains von Transistoren M54, M56 verbunden,
die einen Inverter bilden, dessen Eingang mit den Drains der Transisto
ren M62, M64 verbunden ist. Wenn der Eingang VIN sich von niedrig auf
hoch ändert, schaltet der Transistor M52 ein. Der Transistor M50 bleibt
eingeschaltet, bis Transistor M54 das Gate von Transistor M50 nach einer
Verzögerung hoch zieht. Die Verzögerungperiode ist die Anfangsladezeit
periode Tinit. Mit anderen Worten sind die schaltenden Transistoren M50,
M52 gleichzeitig während der Anfangsladezeitperiode Tinit im leitenden
Zustand. Die Transistoren M50, M52, M58, M60 sind demgemäß alle im lei
tenden Zustand, und der Anfangsladestufenstrom Iinit wird an das Gate
von Transistor M10 während einer Zeitperiode angelegt, die gleich der
Verzögerung des Inverters ist, der aus Transistoren M54, M56 gebildet
wird, oder gleich der Anfangsladezeitperiode Iinit.
Die Transistoren M58, M60 können Kanalbreiten von 160 µm und
Kanallängen von 1 µm haben, der Transistor M50 kann eine Kanalbreite von
50 µm und eine Kanallänge von 1 µm haben, die Transistoren M52 können
eine Kanalbreite von 40 µm und eine Kanallänge von 1 µm haben, der Tran
sistor M54 kann eine Kanalbreite von 10 µm und eine Kanallänge von 4 µm
haben, und der Transistor M56 kann eine Kanalbreite von 5 µm und eine
Kanallänge von 1 µm haben.
Die Ladehaltestufe 112 liefert den Strom Ihold an das Gate von
Transistor M10 und wird verwendet, um das Gate von Transistor M10 hoch
zu halten, nachdem die Ströme Iinit und Imain ausschalten. Ein schalten
der p-Kanal-Transistor M72 ist mit seinem Gate an die Drains von Transi
storen M62, M64 angekoppelt. Solange der Eingang VIN hoch liegt, wird
das Gate von Transistor M72 niedrig gezogen, so daß der Transistor M72
eingeschaltet wird. Die Stromquellentransistoren M76, M74 werden von den
Stromquellenausgängen IP1 bzw. IP2 gesteuert. Wenn die Transistoren M72,
M74, M76 sämtlich eingeschaltet sind, wird der Strom Ihold zu dem Gate
von Transistor M10 geführt. Der Strom Ihold fließt solange, wie der Ein
gang VIN hoch liegt (und das EN_IN-Signal ebenfalls hoch ist). Darüber
hinaus fließt, nachdem Strom I1 aufgehört hat zu fließen, der Strom
Ihold durch Transistor M20, um einen Weg zur Masse zu finden. Transisto
ren M74, M76 können Kanalbreiten von 24 µm und Kanallängen von 1 µm haben,
und der Transistor M72 kann eine Kanalbreite von 6 µm und eine Ka
nallänge von 1 µm haben.
Wenn der Eingang VIN auf niedrig geht, bewirkt die Spitzenent
ladestufe 104 eine Spitzenentladung oder ein Ausfalten des Stromes Ispi
ke, um die Abschaltverzögerung des Ausgangstransistors M10 zu verrin
gern. Die Spitzenentladestufe 101 enthält die schaltenden n-Kanal-Tran
sistoren M78, M80, den Inverter 120 und die n-Kanal-Stromquellentransi
storen M82, M84, die wie dargestellt verbunden sind. Der Spitzenentlade
strom Ispike fließt nur während die Transistoren M78, M80 gleichzeitig
im leitenden Zustand sind. Wenn der Eingang VIN auf niedrig geht, schal
tet der Transistor M78 sofort ein, und Transistor M80 schaltet nach ei
ner durch den Inverter 120 hervorgerufenen Verzögerung ab. Die Zeitperi
ode, während welcher der Spitzenentladestrom Ispike fließt, ist die
Zeitperiode tspike, d. h. die Gateverzögerung des Inverters 120. Der
Spitzenentladestrom Ispike reduziert die Abschaltverzögerung des Transi
stors M10 derart, daß der Treiberausgang VOUT einen monoton ansteigenden
Übergang hat. Demgemäß wird der Spitzenentladestrom Ispike durch die Ga
teverzögerung des Inverters 120 gesteuert.
Der Transistor M78 kann eine Kanalbreite von 10 µm und eine
Kanallänge von 1 µm haben, der Transistor M80 kann eine Kanallbreite von
30 µm und eine Kanallänge von 1 µm haben, und die Transistoren M82, M84
können Kanalbreiten von 60 µm und Kanallängen von 1 µm haben. Der im In
verter 120 enthaltende n-Kanal-Transistor kann eine Kanalbreite von 5 µm
und eine Kanallänge von 1 µm haben, und der in Inverter 120 enthaltene
p-Kanal-Transistor kann eine Kanalbreite von 10 µm und eine Kanallänge
von 1 µm haben.
Der Zweck der Hauptentladestufe 108 besteht darin, einen Ent
ladestrom Idis von dem Gate des Transistors M10 nach Masse zu bilden, um
den Niedrig/Hoch-Übergang des Ausgangs VOUT fortzusetzen. Das Entladen
des Gates von Transistor M10 schaltet ihn in einen nicht leitenden Zu
stand. Wenn der Transistor M10 im nichtleitenden Zustand ist, fließt
kein Strom mehr vom Ausgang VOUT nach Masse. Dies bewirkt, daß die Aus
gangsspannung VOUT hoch geht, weil kein Strom mehr durch den Widerstand
RT fließt. Der Wert von VOUT in seinem hochliegenden Zustand hängt davon
ab, ob der Treiber 100 auf BTL-, KTL- oder GTL-Kompatibilität program
miert ist.
Die Hauptentladestufe 108 enthält einen schaltenden n-Kanal-
Transistor M86, dessen Gate an die Drains von Transistoren M62, M64 über
Knoten N2 angekoppelt ist. Wenn der Eingang VIN nach unten geht, schal
tet der Transistor M86 ein, und der Entladestrom Idis beginnt zu
fließen. Der Entladestrom Idis enthält das Gate von Transistor M10, um
seine Gate-Source-Spannung VGS zu verringern. Zwei n-Kanal-Transistoren
M88, M90 bilden einen Stromspiegel, bei dem Transistor M88 an Transistor
M86 angekoppelt ist, um den Entladestrom Idis zu führen. Der Transistor
M90 ist mit zwei p-Kanal-Stromquellentransistor M94, M92 gekoppelt, die
von den Stromquellenausgängen IP1 bzw. IP2 gesteuert werden. Wegen des
von Transistoren M88, M90 gebildeten Stromspiegels wird der Entladestrom
Idis von dem Strom gesteuert, den die Stromquellentransistoren M92, M94
führen.
Die Sources der Transistoren M88, M90 sind an die Emitter von
zwei parasitären pnp-Transistoren Q10, Q12 wie auch an einen Widerstand
R2 angekoppelt. Die Transistoren Q10, Q12 werden vorzugsweise jeweils
aus einem PMOS-Transistor gebildet, anstatt Bipolartransistoren zu ver
wenden. Im einzelnen wird der Drain eines PMOS-Transistors als Kollek
tor, die Source des PMOS-Transistors als Emitter und das n-Substrat des
PMOS-Transistors als die Basis verwendet. Durch Verwenden eines PMOS-
Transistors anstelle eines Bipolartransistors wird Chipfläche und Lei
stungsumsatz eingespart.
Die Transistoren Q10, Q12 und Widerstand R2 bilden eine Klemm
schaltung, die die Gate-Source-Spannung VGS des Transistors M10 auf ei
nen ersten Spannungspegel klemmt, um den Entladestrom Idis zu hindern,
die Gate-Source-Spannung VGS des Transistors M10 vollständig bis auf
Masse abzubauen. Die Transistoren Q10, Q12 sind diodengeschaltet, d. h.
jeder ist mit seiner Basis an seinen Kollektor gekoppelt, und die Kol
lektoren sind beide an Masse gekoppelt. Wegen der Diodenverbindungen der
Transistoren Q10, Q12 werden die Transistoren effizient als p-n-Sperr
schicht ähnlich einer regulären Diode benutzt. Der Zweck der Transisto
ren Q10, Q12 besteht darin, die Gate-Source-Spannung VGS des Transistors
M10 auf einen Spannungspegel gleich der Basis der Basis-Emitter-Spannung
VBE der Transistoren Q10 zu klemmen. Auf diese Weise nimmt die Gate-
Source-Spannung VGS des Transistors M10 nicht vollständig bis auf null
ab, und die Einschaltverzögerung des Transistors M10 wird deutlich ver
ringert.
Zusätzlich sind die Sources der Transistoren M88, M90 an einen
n-Kanal-Transistor M96 gekoppelt, der Teil eines Nebenschlußschaltkrei
ses ist, der durch den Entsperreingang EN_IN gesteuert wird. Der Neben
schlußtransistor M96 ist mit den Emittern der Klemmtransistoren Q10, Q12
gekoppelt und umgeht die Klemmschaltung, so daß der Entladestrom Idis
die Gate-Source-Spannung VGS des Ausgangstransistors M10 bis auf einen
zweiten Spannungspegel herabsetzen kann, der niedriger ist als die Ba
sis-Emitter-Spannungen der Transistoren Q10, Q12. Der Nebenschlußtransi
stor M96 reagiert auf an den Entsperreingang EN_IN angelegte Signale und
ist so angekoppelt, daß sein stromführender Kanal einen weniger wider
standsbehafteten Pfad nach Masse für den Entladestrom Idis als die
Klemmtransistoren Q10, Q12 bildet.
Das Gate des Transistors M96 ist mit einem Inverter 122 gekop
pelt, dessen Eingang mit dem Entsperreingang EN_IN gekoppelt ist. Zwei
Stromquellentransistoren M98, M100 sind in Serie mit der Source des
Transistors M96 gekoppelt. Wenn der EN_IN-Eingang niedrig liegt, ist der
Schaltkreis gesperrt, weil Transistor M96 einschaltet und den von den
Transistoren M88, M90 erzeugten Strom im Nebenschluß nach Masse führt.
Dies zwingt die Gate-Source-Spannung VGS des Transistors M10 auf einen
hinreichend niedrigen Wert, um sicherzustellen, daß der Drainstrom des
Transistors M10 weniger als 100 µA beträgt, was kompatibel mit der BTL-
Ausgangsleckstromspezifikation ist. Demgemäß wird der Leckstrom des
Transistors M10 gesteuert. Wenn andererseits der EN_IN-Eingang hoch
liegt, ist der Schaltkreis entsperrt, weil Transistor M96 ausschaltet
und der von den Transistoren M88, M90 geführte Strom durch Transistoren
Q10, Q12 und Widerstand R2 geführt wird, was das Gate des Transistors
M10 auf den Basis-Emitter-Spannungspegel VBE klemmt.
Der Transistor M86 kann eine Kanalbreite von 20 µm und eine
Kanallänge von 1 µm haben, der Transistor M88 kann eine Kanalbreite von
60 µm und eine Kanallänge von 1 µm haben, der Transistor M90 kann eine
Kanalbreite von 12 µm und eine Kanallänge von 1 µm haben, die Transisto
ren M92, M94 können Kanalbreiten von 50 µm und Kanallängen von 1 µm ha
ben, der Transistor M96 kann eine Kanalbreite von 20 µm und eine Kanal
länge von 1 µm haben, und die Transistoren M98, M100 können Kanalbreiten
von 25 µm und Kanallängen von 1 µm haben. Der im Inverter 122 enthalte
ne n-Kanal-Transistor kann eine Kanalbreite von 5 µm und eine Kanallänge
von 1 µm haben, und der im Inverter 120 enthaltene p-Kanal-Transistor
kann eine Kanalbreite von 10 µm und eine Kanallänge von 1 µm haben. Der
Widerstand R2 kann einen Wert von 40 KOhm haben. Die Transistoren Q10,
Q12 können jeweils eine Emitterbreite von 30 µm und eine Emitterlänge
von 30 µm haben.
Die Transistoren M66, M68 bilden einen Entsperrschaltkreis,
und die Transistoren M62, M64 bilden einen Eingangskreisinverter 124.
Wenn der Dateneingang VIN hoch geht, werden die Gates der Transistoren
M78, M86 durch Inverter 24 heruntergezogen. Da Transistoren M78, M86
ausgeschaltet sind, fließen die Ströme Idis und Ispike nicht. Inzwischen
schaltet der Transistor M36 ein. Da die Transistoren M30, M38 bereits
eingeschaltet sind, wird das Gate des Transistors M26 niedrig gezogen,
was ihn durchschaltet. Dies ermöglicht, daß der Strom I1 durch den
Treiberausgang VOUT geregelt wird. Der resultierende geregelte Hauptla
destrom Imain steuert den Treiberausgang VOUT im Hoch/Niedrig-Übergang.
Der Hauptladestrom Imain fließt weiter, bis Transistor M38 von Inverter
117 ausgeschaltet wird. Dies erfolgt nach einer Zeitperiode gleich der
Hauptladezeitperiode tmain.
Wenn der Dateneingang VIN auf niedrig geht, schaltet Transi
stor M32 ein, und Transistor M36 schaltet aus, was die Transistoren M26
daran hindert, wieder eingeschaltet zu werden. Inzwischen schalten bei
den Transistoren M78, M86 ein, da der Ausgang des Inverters 124 hoch
geht. Der Spitzenentladestrom Ispike fließt während der Zeitperiode
tspike, wie oben diskutiert. Der Hauptentladestrom Idis schaltet ein und
wird von dem durch die Stromquellentransistoren M92, M94 erzeugten Refe
renzstrom gesteuert durch die Stromspiegelung, die von Transistoren M88,
M90 ausgeführt wird. Demgemäß bestimmt der durch die Stromquellentransistoren
M92, M94 erzeugte Referenzstrom den Anstiegsübergang des Treiber
ausgangs VOUT. Die Gate-Source-Spannung VGS des Transistors M10 nimmt
ab, bis sie auf die Basis-Emitter-Spannung VBE der Transistoren Q10, Q12
geklemmt ist. Da die Gate-Source-Spannung VGS von Transistor M10 nicht
vollständig bis auf null abnimmt, wird die Einschaltverzögerung des
Transistors M10 deutlich reduziert.
Der Transistor M62 kann eine Kanalbreite von 20 µm und eine
Kanallänge von 1 µm haben, der Transistor M62 kann eine Kanalbreite von
40 µm und eine Kanallänge von 1 µm haben, der Transistor M66 kann eine
Kanalbreite von 80 µm und eine Kanallänge von 1 µm haben, und Transistor
M68 kann eine Kanalbreite von 10 µm und eine Kanallänge von 1 µm haben.
Gemäß Fig. 2A, 2B und 2C bilden die Stromquellen 126, 128, 130
ein Mittel für die Einstellung der Ströme, welche von den verschiedenen
Transistoren im Treiber 100 aus Fig. 1A und 1B geführt werden. Die
Stromquelle 126 erzeugt Ausgänge mit einem positiven Temperaturkoeffi
zienten und kompensiert Temperaturveränderungen und Änderungen der Ver
sorgungsspannung VDD. Die Verwendung der Stromquelle 126 mit dem Treiber
100 vermeidet die problematischen Veränderungen in der Anstiegszeit tr
und Abfallzeit tf infolge Änderungen von Temperatur- und Versorgungs
spannung VDD, an welchen Bipolartreiber nach dem Stand der Technik lei
den.
Temperaturänderungen beeinflussen das Verhalten von FETs. Tem
peraturänderungen können in der Form von Umgebungstemperaturänderungen
vorliegen, d. h. Veränderungen der Temperatur der integrierte Schaltkrei
se umgebenden Luft und/oder in Form von
Sperrschichttemperaturänderungen, d. h. Änderungen in der Temperatur des
Siliciums in einem integrierten Schaltkreis. Umgebungstemperaturänderun
gen können Sperrschichttemperaturänderungen hervorufen und umgekehrt.
Das FET-Verhalten wird beeinflußt, weil Temperaturänderungen
die Tendenz haben, die Transkonduktanz gm der Transistoren zur Änderung
zu veranlassen. Die Stromhöhe, die von einem stromführenden Transistor
kanal geleitet wird, d. h. der Strom, der zwischen Drain und Source
fließt (IDS für n-Kanal und ISD für p-Kanal) wird teilweise durch gm be
stimmt. Im Falle eines MOSFET nimmt, wenn die Temperatur zunimmt, die
Transkonduktanz gm ab, was die Ströme IDS und ISD dazu veranlaßt, klei
ner zu werden. Wenn andererseits die Temperatur abnimmt, nimmt die
Transkonduktanz gm, was IDS und ISD zunehmen läßt. Demgemäß kann gesagt
werden, daß der vom Kanal eines MOSFET geführte Strom einen negativen
Temperaturkoeffizienten hat. Darüberhinaus ändern sich IDS, ISD und gm
mit Temperaturänderungen.
Logikgatter, wie der Treiber 100, werden typischerweise aus
mehreren Transistoren aufgebaut. Die Geschwindigkeit eines Logikgatters
wird teilweise durch das IDS der einzelnen Transistoren bestimmt, was
dazu führt, daß die Gattergeschwindigkeit proportional zu gm ist. Wenn
das gm jedes Transistors in einem Logikgatter sich mit der Temperatur
ändert, dann ändert sich auch das IDS jedes Transistors, was bewirkt,
daß die Geschwindigkeit des Logikgatters sich mit der Temperatur ändert.
Wenn beispielsweise die Temperatur zunimmt, nimmt die Gattergeschwindig
keit ab, und wenn die Temperatur abnimmt, nimmt die Gattergeschwindig
keit zu.
Veränderungen in der Gattergeschwindigkeit infolge Temperatur
änderungen sind unerwünschte Eigenschaften, weil solche Veränderungen
nachteilig die synchronisierten Zeitlageoperationen eines Digitalsystems
beeinflussen können. Digitale Systeme können ausgelegt werden, um effi
zienter zu arbeiten, wenn der Konstrukteur sicher sein kann, daß die
Gattergeschwindigkeit konstant bleibt. Die Gattergeschwindigkeit kann
relativ konstant gehalten werden, wenn die Temperatur konstant gehalten
wird. Da jedoch Digitalsysteme in einer Vielzahl von Umgebungen arbeiten
können müssen, können die Umgebungs- und Sperrschichttemperatur nicht
immer gesteuert werden. Eine relativ konstante Logikgattergeschwindig
keit kann bei Temperaturänderungen aufrechterhalten werden, wenn der von
den leitenden Kanälen eines Logikgatter-MOSFET-Transistors geführte
Strom auf relativ konstanten Pegeln trotz der Temperaturänderungen ge
halten wird.
Fig. 2A, 2B und 2C zeigen die detaillierte Struktur program
mierbarer Stromquellen 126, 128, 130, welche mehrere Ausgänge aufweisen,
die für die Kompensation von Temperatur- und/oder Versorgungsspannungs
änderungen verwendet werden. Die Stromquellenausgänge IP1/IP2, IN1/IN2
und IPUL1/IPUL2 werden verwendet, um die Stromquellentransistoren, die
in Fig. 1A und 1B gezeigt sind, vorzuspannen. Im einzelnen werden die
verschiedenen Paare von Ausgängen IP1/IP2, IN1/IN2 und IPUL1/IPUL2 ver
wendet, um die Ströme IDS (oder ISD) einzustellen, die von den Transi
storen erzeugt werden, an die die Ausgänge angekoppelt sind. Alle Strom
quellenausgänge haben einen positiven Temperaturkoeffizienten zwecks
Kompensation der Geschwindigkeitsverschlechterung infolge Temperaturän
derung. Die Stromquellen 126, 128, 130 sind Teil dessen, was die Flan
kenratesteuerung des Treibers 100 entsperrt.
Die Stromquellenausgänge IP1/IP2, IN1/IN2 bzw. IPUL1/IPUL2
werden paarweise erzeugt, d. h. es werden zwei seriengeschaltete Transi
storen verwendet, um IP1/IP2 zu erzeugen, zwei seriengeschaltete Transi
storen werden verwendet, um IN1/IN2 zu erzeugen, usw. Ein Zweck der Er
zeugung der Ausgänge in Paaren besteht darin, die Ausgänge unabhängig
von Veränderungen in der Versorgungsspannung VDD zu machen. Durch Ver
wendung von zwei Transistoren in Kaskodeschaltung beeinflussen Änderun
gen der Versorgungsspanung VDD nicht den Strom, der von den beiden Tran
sistoren geführt wird, während solche Änderungen den von einem Transi
stor geführten Strom durchaus beeinflussen würden. Demgemäß wird ange
nommen, daß eine verbesserte Kompensation der Versorgungsspannung VDD
erreicht wird, wenn zwei Transistoren in Kaskode geschaltet und die Aus
gänge paarweise erzeugt werden.
Allgemein stellen die Ausgänge IP1/IP2 den von den Transisto
ren M24, M22, M76, M74, M94, M92 erzeugten Strom ISD ein, um Änderungen
von Temperatur und Versorgungsspannung VDD zu kompensieren, indem die
Gatespannung jedes der Transistoren in Reaktion auf eine solche Änderung
eingestellt wird. Da die Transistoren M24, M22, M76, M74, M94, M92 p-Ka
nal-MOSFETs sind, stellen, wenn die Temperatur zunimmt, die Ausgänge
IP1/IP2 die Gatespannung der Transistoren so ein, daß die Source-Gate-
Spannung VSG jedes Transistors zunimmt. Durch Erhöhen der Source-Gate-
Spannungen fließt mehr Strom ISD durch den leitenden Kanal der Transi
storen, was zu einer Kompensation bezüglich der Stromabnahme ISD infolge
Temperaturanstiegs führt. Wenn andererseits die Temperatur abnimmt,
stellen die Ausgänge IP1/IP2 die Gatespannungen von Transistoren M24,
M22, M76, M74, M94, M92 so ein, daß die Source-Gate-Spannungen VSG ab
nehmen. Durch Absenken der Source-Gate-Spannungen wird weniger Strom ISD
von dem leitenden Kanal der Transistoren geführt, was zu einer Kompensa
tion der Zunahme des Stromes ISD infolge Temperaturabnahme führt.
Die Ausgänge IN1/IN2 dienen der Einstellung der Gatespannungen
der n-Kanal-MOSFETs M44, M46, M98, M100, M82, M84 zwecks Kompensation
von Veränderungen der Temperatur und der Versorgungsspannung VDD. Wenn
die Temperatur zunimmt, erhöhen die Ausgänge IN1/IN2 die Gate-Source-
Spannung VGS jedes der Transistoren, was bewirkt, daß mehr Strom IDS von
den leitenden Kanälen der Transistoren geführt wird. Die Zunahme des
Stromes IDS kompensiert die Abnahme des Stromes IDS infolge Temperatur
erhöhung. Wenn andererseits die Temperatur abnimmt, verringern die Aus
gänge IN1/IN2 die Gate-Source-Spannung VGS jedes Transistors, was be
wirkt, daß weniger Strom IDS von den leitenden Kanälen der Transistoren
geführt wird. Die Abnahme des Stromes IDS kompensiert die Zunahme des
Stromes IDS infolge Temperaturabnahme.
Die Gate-Source- (oder Source-Gate)-Spannungen der Transisto
ren M24, M22, M76, M74, M94, M92, M44, M46, M98, M100, M82, M84 können
über IP1/IP2 bzw. IN1/IN2 so eingestellt werden, daß der von den Transi
storen geführte Strom auf relativ konstanten Pegeln während Temperatur
änderungen gehalten wird. Vorzugsweise jedoch werden die Gate-Source-
Spannungen oder Source-Gate-Spannungen so eingestellt, daß die von jenen
Transistoren geführten Ströme tatsächlich während der Temperaturzunahme
zunehmen und während Temperaturabnahme abnehmen. In diesem letzteren
Szenario wären die Gate-Source- oder Source-Gate-Spannungen einfach et
was mehr erhöht bzw. verringert, als sie dies in dem ersten Szenario wä
ren. Das Erhöhen oder Verringern der von den Transistoren nach dem letz
teren Szenario geführten Ströme tendiert dahin, andere Transistoren in
dem Treiber zu kompensieren, die kein direktes Temperaturkompensations
system haben. Beispielsweise wird die Erhöhung der von den kompensierten
Transistoren geführten Ströme in Reaktion auf eine Temperaturzunahme da
hin tendieren, die von den anderen nicht kompensierten MOSFETs in dem
Schaltkreis geführten Ströme zu erhöhen.
Die programmierbare Stromquelle 126 enthält eine Stromerzeugungsstufe
130 mit positiven Temperaturkoeffizienten oder eine Bandlüc
kenstromquelle 130. Die Stromerzeugungsstufe 130 ist eine wichtige Kom
ponente der Stromquelle 126, weil sie einen Source-Drain-Source IM106 im
Transistor 106 erzeugt, der einen positiven Temperaturkoeffizienten auf
weist. Mit anderen Worten nimmt mit zunehmender Temperatur der Strom
IM106 zu, und mit abnehmender Temperatur nimmt der Strom IM106 zu. Wie
oben erörtert, hat normalerweise der von dem Kanal eines MOSFETs geführ
te Strom einen negativen Temepraturkoeffizienten. Da der Strom IM106 ei
nen positiven Temperaturkoeffizienten hat, haben auch die Ausgänge
IP1/IP2, IN1/IN2 einen positiven Temperaturkoeffizienten und sind in der
Lage, eine Kompensation für Temperaturänderungen zu ermöglichen.
Die Stromerzeugungsstufe 130 erzeugt den Strom IM106 mit posi
tivem Temperaturkoeffizienten wie folgt. Die Bandlückenstromquelle um
faßt zwei Sätze von kaskodegeschalteten Stromspiegeltransistorpaaren:
die PMOS-Transistoren M102/M104 und M106/M108 und die NMOS-Transistoren
M110/M112 und M114/M116. Ferner sind zwei pnp-Transistoren Q14, Q16 mit
einem 10 : 1-Verhältnis und ein Stromeinstellwiderstand R8 vorgesehen. Die
Kaskodestromspiegelpaartransistoren verbessern die dynamische Ausgangs
impedanz der Stromquelle, so daß der Ausgangswert unempfindlich gegen
über Spannungsversorgungsänderungen ist. Dies stellt sicher, daß die
Ausgangsverzögerung des Treibers 100 und die Übergangszeit unabhängig
von Versorgungsspannungsänderungen sind.
Die Transistoren M102, M106 erzeugen und erhalten zwei im we
sentlichen gleiche Ströme IR4, IR6, die von den Widerständen R4 bzw. R6
geführt werden. Wenn sich die Höhe eines dieser Ströme ändert, ändert
sich die Höhe des anderen Stromes so, daß sie im wesentlichen gleich
bleiben. Die Ströme IR4, IR6 nehmen in Reaktion auf eine Temperaturzu
nahme zu, fallen in Reaktion auf eine Temperaturabnahme ab und haben da
mit jeweils einen positiven Temperaturkoeffizienten.
Der Drain-Source-Strom IDS eines MOSFETs hat normalerweise ei
nen negativen Temperaturkoeffizienten, d. h. wenn die Temperatur zunimmt,
nimmt der Strom IDS ab. Der Source-Drain-Strom IM106 des Transistors
M106 hat jedoch einen positiven Temperaturkoeffizienten, d. h. mit zuneh
mender Temperatur nimmt der Strom IM106 zu. Dieses Phänomen, das in der
Stromerzeugungsstufe 130 auftritt, ermöglicht den anderen Komponenten
der Stromquelle 126, Ausgänge zu liefern, welche die Gatespannung von
MOSFETs einstellt, um Temperaturänderungen zu kompensieren.
Die Stromerzeugungsstufe 130 mit positivem Temperaturkoeffi
zienten wird normalerweise nicht von Änderungen der Versorgungsspannung
VDD beeinflußt, d. h. die Stufe 130 arbeitet unabhängig von Versorgungs
spannung VDD. Im einzelnen arbeiten die Transistoren M102, M106 im Sät
tigungsbereich, während sie Strom führen. Wenn die Versorgungsspannung
VDD sich ändert, ändern sich auch die Source-Drain-Spannungen VSD jedes
Transistors M102, M106, weil die Drains der Transistoren M102, M106
hochimpedant sind. Die durchfließenden Ströme ändern sich jedoch nicht,
weil die Transistoren M102, M106 in Sättigung arbeiten. Demgemäß haben
die von den Transistoren M102, M106 geführten Ströme nicht nur einen po
sitiven Temperaturkoeffizienten, sondern sie bleiben auch unbeeinflußt
von Änderungen der Versorgungsspannung VDD. Aus diesem Grunde kompen
siert die Stromquelle 126 auch Änderungen der Versorgungsspannung VDD.
Die Transistoren M102, M104, M106, M108 können Kanalbreiten
von 1200 µm und Kanallängen von 3 µm haben, und die Transistoren M110,
M112, M114, M116 können Kanalbreiten von 400 µm und Kanallängen von 2 µm
haben. Die Widerstände R4, R6 können Werte von 4 KOhm haben, und der Wi
derstand R8 kann einen Wert von 1 KOhm haben. Die Transistoren Q14, Q16
sind vorzugsweise pnp-Transistoren, jeweils mit einer Emitterbreite von
3 µm und einer Emitterlänge von 3 µm.
Der Strom IM106 wird über die Stromspiegeltransistoren M122,
M124 und M106, M108 in den Strom I2 reflektiert. Darüberhinaus wird der
Strom I2, der gleich (kT/q)(ln10/R8) ist, in die Ströme I3-4,5I2 über
die kaskodegeschalteten Stromspiegeltransistoren M150/M152 und M146/M148
reflektiert. Die Transistoren M122/M122 können Kanalbreiten von 1200 µm
und Kanallängen von 3 µm haben, die Transistoren M118/M120 können Kanal
breiten von 400 µm und Kanallängen von 3 µm haben, die Transistoren
M146/M148 können Kanalbreiten von 100 µm und Kanallängen von 2 µm haben,
und die Transistoren M150/M152 können Kanalbreiten von 450 µm und Kanal
längen von 2 µm haben.
Der Strom I4, der verwendet wird, um die Ausgänge IP1/IP2,
IN1/IN2 zu erzeugen, ist das Ergebnis der Kombination der Ströme I3 und
I8, die über die Stromspiegeltransistoren M162, M164 und M142, M144 re
flektiert werden. Die Transistoren M142, M144 können Kanalbreiten von
400 µm und Kanallängen von 1 µm haben, und die Transistoren M162, M164
können Kanalbreiten von 400 µm und Kanallängen von 1 µm haben. Der Wi
derstand R16 kann einen Wert von 1 kOhm haben.
Der Strom I4 ist einstellbar, um die Flankenrate des Treibers
100 zu steuern. Der Strom I4 wird eingestellt durch Einstellen des Stro
mes I8 über die Flankenratesteuerstufe 132. Die Flankenratesteuerstufe
132 ist programmierbar und kann programmiert werden, um alternative Wer
te der Ausgangsströme I4, I12 zu erzeugen, so daß einander entsprechende
alternative Werte von Gatespannung an die Stromquellentransistoren ange
legt werden, an die die Ausgänge IP1/IP2, IN1/IN2, IPUL1/IPUL2 gekoppelt
sind. Dies resultiert in entsprechenden alternativen Werten von Strom,
der von den Stromquellentransistoren geführt wird, an die die Ausgänge
IP1/IP2, IN1/IN2, IPUL1/IPUL2 angekoppelt sind. Die Flankenratesteuer
stufe 132 enthält zwei Transistoren M126, M128, die mit den Transistoren
M106, M108 einen Stromspiegel bilden. Der von den Transistoren M126,
M128 geführte Strom liefert Strom an zwei getrennte Strompfade, welche
die Ströme I6 und I7 führen. Die Höhe der Ströme I6 und I7 relativ zu
einander wird gesteuert, indem man die Gatespannung des Transistors M132
steuert. Die Transistoren M126, M128 können Kanalbreiten von 1200 µm und
Kanallängen von 3 µm haben, die Transistoren M130, M132 können Kanal
breiten von 40 µm und Kanallängen von 1 µm haben, und die Transistoren
M134, M135, M138, M140 können Kanalbreiten von 100 µm und Kanallängen
von 2 µm haben. Die Widerstände R14, R18 können jeweils einen Wert von
50 kOhm haben.
Die Gatespannung des Transistors M132 wird über Knoten M16 von
dem Widerstandsnetzwerk 134 gesteuert, das in Fig. 2C gezeigt ist. In
der hier beschriebenen Ausführungsform der Erfindung gibt es drei unter
schiedliche Einstellungen: (1) Wenn der EDGE_CON-Eingang des Netzwerks
134 an Masse liegt, ist der Strom I7 größer als der Strom I6. (2) Wenn
der EDGE_CON-Eingang des Netzwerks 134 schwimmt, ist der Strom I7 gleich
dem Strom I6, und (3) Wenn der EDGE_CON-Eingang des Netzwerks 134 an VDD
gebunden ist, ist der Strom I6 größer als der Strom I7. Diese drei un
terschiedlichen Einstellungen liefern drei unterschiedliche Werte für
den Strom I8, der von den Transistoren M154, M156 geführt wird. Die Ga
tespannungen der Transistoren M154, M156 werden durch Transistoren M136,
M140 der Flankenratesteuerstufe 132 gesteuert. Veränderungen im Strom I8
bewirken eine Änderung des Stromes I4. Der Strom I4 wird berechnet wie
folgt:
Max I4 = 4,5I2 + 4,5I2 = 9(I2) Angenommen, EDGE_CON ist an Masse
Med I4 = 4,5I2 + 4,5/2I2 = 3/2(4,5I2) Angenommen, EDGE_CON ist schwimmend
Min I4 = 4,5I2 + 0 = 4,5(I2) Angenommen, EDGE_CON liegt an VDD
Max I4 = 4,5I2 + 4,5I2 = 9(I2) Angenommen, EDGE_CON ist an Masse
Med I4 = 4,5I2 + 4,5/2I2 = 3/2(4,5I2) Angenommen, EDGE_CON ist schwimmend
Min I4 = 4,5I2 + 0 = 4,5(I2) Angenommen, EDGE_CON liegt an VDD
Diese drei Einstellungen für den Strom I4 liefern drei unter
schiedliche Einstellungen für die Flankenrate des Treibers 100.
Die Transistoren M154, M156 können Kanalbreiten von 450 µm und
Kanallängen von 2 µm haben, die Transistoren M158, M160 können Kanal
breiten von 230 µm und Kanallängen von 2 µm haben, die Transistoren
M166, M168 können Kanalbreiten von 200 µm und Kanallängen von 1 µm ha
ben, und der Transistor M170 kann eine Kanalbreite von 2000 µm und eine
Kanallänge von 1 µm haben. Die Widerstände R34, R36 können jeweils einen
Wert von 50 kOhm haben, die Widerstände R38, R40 können jeweils einen
Wert von 100 kOhm haben, der Widerstand R42 kann einen Wert von 12,5 kOhm
haben, der Widerstand R20 kann einen Wert von 1 kOhm haben, und der
Widerstand R22 kann einen Wert von 5 kOhm haben. Die Kondensatoren C2,
C4 können jeweils einen Wert von 4 pF haben, und der Kondensator
C6 kann einen Wert von 8 pF aufweisen.
Die Ausgänge IP1/IP2 werden von den Gates der Transistoren
M162, M164 abgenommen. Diese Ausgänge kompensieren Veränderungen in Tem
peratur- und Versorgungsspannung. Die Ausgänge IN1/IN2 sind an den Gates
der Transistoren M166, M168 abgenommen und kompensieren ebenfalls Verän
derungen in Temperatur und Versorgungsspannung. Wie weiter unten disku
tiert, sind die Ausgänge IN1/IN2 niederimpedante Ausgänge infolge der
Widerstände R20, R22 und Transistor M170.
Gemäß Fig. 2B sind die Transistoren M172, M174 mit ihren Gates
an die Gates von Transistoren M122, M124 über Knoten N10 bzw. N12 ange
koppelt. Der von den Transistoren M172, M174 geführte Strom I9 wird auf
Strom I10 über Stromspiegeltransistoren M184, M186 und M176, M178 re
flektiert. Der von den Transistoren M180, M182 geführte Strom I12 ist
gleich der Summe der Ströme I10 und I11. Der Strom I11 wird durch die
Flankenratesteuerstufe 132 ähnlich dem Strom I8 eingestellt. Demgemäß
ist der Strom I12 durch die Flankenratesteuerstufe 132 ähnlich Strom I4
einstellbar.
Die Transistoren M172, M174 können Kanalbreiten von 1200 µm
und Kanallängen von 3 µm haben, die Transistoren M176 und M178 können
Kanalbreiten von 100 µm und Kanallängen von 2 µm haben. Die Transistoren
M184, M186 können Kanalbreiten von 670 µm und Kanallängen von 2 µm ha
ben, und die Transistoren M180, M182 können Kanalbreiten von 400 µm und
Kanallängen von 1 µm haben. Der Widerstand R24 kann einen Wert von 4 kOhm
haben, und der Widerstand R26 kann einen Wert von 1 kOhm haben.
Die Gates der Transistoren M180, 182 sind an eine Spannungs
versorgungskompensationsstufe 136 gekoppelt. Die Spannungsversorgungs
kompensationsstufe 136 bewirkt, daß der Strom I5 und damit die Ausgänge
IPUL1/IPUL2 von der Versorgungsspannung VDD abhängen. Mit anderen Worten
ändert sich der Strom I5 invers mit der Versorgungsspannung VDD. Dies
ist nützlich, weil der anfängliche Ladestrom Iinit (gezeigt in Fig. 1A)
den parasitären Strom der Drainsperrschichtkapazität cdv/dt des Transi
stors M52 enthält. Je höher die Versorgungsspannung VDD, desto höher ist
der parasitäre Strom. Um diese unerwünschte Stromzunahme zu kompensie
ren, wird der Strom I5 durch die Spannungsversorgungskompensationsstufe
136 herabgesetzt, die über die Stromquellenausgänge IPUL1/IPUL2 bewirkt,
daß der anfängliche Ladestrom Iinit tatsächlich unempfindlich gegenüber
Änderung der Versorgungsspannung VDD wird. Demgemäß ist die Ausgangsstu
fe 138 eine versorgungsspannungsabhängige Stromquelle, und die Ausgänge
IPUL1/IPUL2 stellen die Gatespannungen der Transistoren M58, M60 in Re
aktion auf eine Zunahme der Versorgungsspannung VDD so ein, daß der an
fängliche Ladestrom Iinit auf einem relativ konstanten Pegel in Reaktion
auf Zunahme der Versorgungsspannung VD gehalten wird.
Die Transistoren M188, M190 können Kanalbreitem von 80 µm und
Kanallängen von 1 µm haben, die Transistoren M192, M196 können Kanal
breiten von 40 µm und Kanallängen von 2 µm haben, und der Transistor
M194 kann eine Kanalbreite von 26 µm und eine Kanallänge von 2 µm haben.
Der Widerstand kann einen Wert von 40 kOhm aufweisen.
Eine Ausgangsstufe 138 macht die Sprungquellenausgänge
IPUL1/IPUL2 niederimpedant. Wie oben erwähnt, sind auch die Stromquel
lenausgänge IN1/IN2 niederimpedant. Da die Stromquellenausgänge
IPUL1/IPUL2, IN1/IN2 in mehreren Übertragungsleitungstreibern verwendet
werden, beispielsweise in einem 18-Kanal-Treiber, sollte die Ausgangsim
pedanz so niedrig wie möglich sein, um Rückkopplung von dem Schalten der
Knotenspannung zu reduzieren. Solch eine Knotenspannungsschaltkopplung
kann starke Treiberausgangsverzerrung hervorrufen, wenn die Quellenaus
gänge nicht einen niederimpedanten Entladungspfad haben. Source-Folger-
Tranistoren M204, M170 und ihre zugeordneten Widerstände sind ausgelegt,
um diesem Zweck zu dienen.
Die Transistoren M198, M200 können Kanalbreiten von 160 µm und
Kanallängen von 1 µm haben, der Transistor M202 kann eine Kanalbreite
von 140 µm und eine Kanallänge von 2 µm haben, und der Transistor M204
kann eine Kanalbreite von 2000 µm und eine Kanallänge von 1 µm haben.
Der Widerstand R30 kann einen Wert von 2,5 KOHm haben, und der Wider
stand R32 kann einen Wert von 0,5 kOhm haben.
Claims (21)
1. Treiberschaltung zum Bereitstellen von Binärsignalen von einem
Datensystem zu einer Übertragungsleitung mit einem Dateneingangsknoten (VIN),
einem Datenausgangsknoten (102), einem mit einer Gate-Source-Spannung
beaufschlagten Ausgangstransistor (M10), der zwischen den
Datenausgangsknoten (102) und Masse gekoppelt ist, einem mit dem Gate des
Ausgangstransistors (M10) gekoppelten und auf an dem Dateneingangsknoten
(VIN) anstehende Signale reagierenden Schalttransistor (M86) zum Entladen des
Gates des Ausgangstransistors (M10) mittels eines Entladestromes (Idis) zur
Herabsetzung der Gate-Source-Spannung und einer Klemmschaltung (Q10, Q12,
R2) zum Klemmen der Gate-Source-Spannung auf einen Spannungspegel
oberhalb von Massepotential, dadurch gekennzeichnet, daß zwei weitere
Transistoren (M88, M90), die als Stromspiegel geschaltet sind, vorgesehen sind,
wobei der eine Transistor (M88) in Serie mit dem Schaltransistor (M86) geschaltet
ist und den Entladestrom führt, und ein in Serie mit dem anderen Transistor (M90)
des Stromspiegels liegender Stromquellentransistor (M94) und eine zur
Einstellung der Gatespannung des Stromquellentransistors (M94) an diesen
angekoppelte Stromquelle (126) mit positivem Temperaturkoeffizienten
vorgesehen sind, um den Entladestrom mittels des Stromspiegels bezüglich
Temperaturänderungen zu kompensieren.
2. Treiberschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Klemmschaltung (Q10, Q12, R2) eine pn-Sperrschicht (Q10) zum Führen
mindestens eines ersten Teils des Entladestroms umfaßt, wobei der
Spannungspegel etwa gleich der Spannung über der pn-Sperrschicht (Q10) ist.
3. Treiberschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
pn-Sperrschicht (Q10) aus einem PMOS-Transistor gebildet ist, wobei der
Spannungspegel etwa gleich einer Source-Substrat-Spannung des PMOS-
Transistors ist.
4. Treiberschaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Klemmschaltung (Q10, Q12, R2) ferner eine weitere, zur pn-Sperrschicht
(Q10) parallel liegende pn-Sperrschicht (Q12) zum Führen mindestens eines
weiteren Teils des Entladestroms sowie einen der pn-Sperrschicht (Q10)
parallelgeschalteten Widerstand (R2) umfaßt.
5. Treiberschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Stromquelle (126) einen mit seinem Gate an das Gate
des Stromquellentransistors (M94) gekoppelten Transistor (M164), der einen
Ausgangsstrom mit positivem Temperaturkoeffizienten führt, und programmierbare
Flankenratensteuerschaltkreise (132) zum Erzeugen unterschiedlicher Werte des
Ausgangsstroms umfaßt, wobei unterschiedliche Werte der Gatespannung an
den Stromquellentransistor (M94) anlegbar und unterschiedliche Werte des
Entladestroms erzeugbar sind.
6. Treiberschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, daß mit der Klemmschaltung (Q10, Q12, R2) eine Bypass-
Schaltung (M96, M98, M100) als Nebenschluß zur Klemmschaltung (Q10, Q12,
R2) derart gekoppelt ist, daß die Gate-Source-Spannung des Ausgangstransistors
(M10) durch den Entladestrom auf einen kleineren Spannungspegel verringerbar
ist.
7. Treiberschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Bypass-Schaltung (M96, M98, M100) einen Entsperreingangsknoten (EN_IN) und
einen auf Signale am Entsperreingangsknoten (EN_IN) reagierenden Transistor
(M96) mit einem stromführenden Kanal umfaßt, dessen Widerstand zur Masse
kleiner ist als der der Klemmschaltung (Q10, Q12, R2).
8. Treiberschaltung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Bypass-Schaltung (M96, M98, M100) einen mit dem auf Signale am
Entsperreingangsknoten (EN_IN) reagierenden Transistor (M96) in Serie
liegenden weiteren Transistor (M98) umfaßt, dessen Gatespannung von einer
Stromquelle mit positivem Temperaturkoeffizienten zwecks
Temperaturkompensation des Entladestroms einstellbar ist.
9. Treiberschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß ein mit dem Gate des Ausgangstransistors (M10)
gekoppelter und auf Signale am Dateneingangsknoten (VIN) reagierender
Anfangsladetransistor (M52) zum Beaufschlagen von dessen Gate mit einem
Anfangsladestrom (Iinit) und ein mit dem Anfangsladetransistor (M52) in Serie
liegender Transistor (M50) vorgesehen ist, an dessen Gate eine von einer
Versorgungsspannung (Vdd) abhängende Spannung zum Halten des
Anfangsladestroms (Iiinit) bei relativ konstantem Wert auch bei fluktuierender
Versorgungsspannung (VDD) anliegt.
10. Treiberschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Spannungsregeltransistor (M54) vorgesehen ist, dessen Ausgangsstrom mit
zunehmender Versorgungsspannung (Vdd) abfällt, und dessen Gate mit dem Gate
des Anfangsladetransistors (M52) gekoppelt ist.
11. Treiberschaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
ein mit dem Anfangsladetransistor (M52) in Reihe geschalteter
Kompensationstransistor (M58, M60) vorsehen ist und sein Gate mit einer
Spannung beaufschlagt ist, die mit einem positiven Temperaturkoeffizienten
behaftet ist.
12. Treiberschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, daß ein Haltestromtransistor (M72) vorgesehen ist, der mit dem
Gate des Ausgangstransistors (M10) gekoppelt ist und das Gate in Reaktion auf
Signale am Dateneingangsknoten (VIN) auf einem im wesentlichen konstanten
Pegel hält.
13. Treiberschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
ein weiterer Kompensationstransistor (M74, M76) in Serie mit dem
Haltestromtransistor (M72) vorgesehen ist, wobei das Gate des weiteren
Kompensationstransistors (M74, M76) mit einer Stromquelle mit positivem
Temperaturkoeffizienten zum Halten des Haltestroms auf einem im wesentlichen
konstanten Wert gekoppelt ist.
14. Treiberschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch
gekennzeichnet, daß ein mit dem Gate des Ausgangstransistors (M10) und mit
einem Ladetransistor (M26) gekoppelter Spannungerfassungsverstärker (116) und
in Reihe mit dem Ladetransistor (M26) liegende Kompensationstransistoren (M22,
M24) vorgesehen sind, wobei die Gates der in Reihe mit dem Ladetransistor
(M26) liegenden Kompensationstransistoren (M22, M24) aus einer Stromquelle
mit positivem Temperaturkoeffizienten gespeist sind.
15. Treiberschaltung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß
der Spannungserfassungsverstärker (116) die Drainspannung des
Ausgangstransistors (M10) mit einer Referenzspannung (VREF) vergleicht.
16. Verfahren zum Betreiben einer Treiberschaltung nach einem der
Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Gate des
Ausgangstransistors (M10) mit einem Entladestrom unter Verringerung der Gate-
Source-Spannung entladen wird, die Gate-Source-Spannung auf einen ersten
Spannungspegel oberhalb von Massepotential und unterhalb der
Schwellenspannung des Ausgangstransistors (M10) geklemmt wird, wobei ein
Abfall der Gate-Source-Spannung auf Massepotential verhindert wird, und das
Gate des Ausgangstransistors (M10) aufgeladen wird, wobei die Gate-Source-
Spannung auf einen Pegel oberhalb der Schwellenspannung des
Ausgangstransistors (M10) gebracht wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das
Klemmen der Gate-Source-Spannung auf den ersten Spannungspegel mit der
Klemmschaltung (Q10, Q12, R2) erreicht wird.
18. Verfahren nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß
der Entladestrom bezüglich Änderungen der Temperatur und der
Versorgungsspannung kompensiert wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch
gekennzeichnet, daß der Entladestrom auf unterschiedliche Werte programmiert
wird.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, dadurch
gekennzeichnet, daß die Gate-Source-Spannung auf einen zweiten, niedriger als
der erste liegenden Spannungspegel gebracht wird, bei dem der Leckstrom des
Ausgangstransistors (M10) unter einem vorbestimmten Wert liegt.
21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der
Entladestrom über einen Pfad geführt wird, dessen Widerstand niedriger als der
der Klemmschaltung (Q10, Q12, R2) ist.
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