DE2101211A1 - Bipolarer elektronischer Schalter - Google Patents

Bipolarer elektronischer Schalter

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Description

IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen Gesellschaft mbH
Böblingen, 29. Dezember 1970 gg-rz
Anmelderin: International Business Machines
Corporation, Armonk, N.Y. 10504
Amtliches Aktenzeichen: Neuanmeldung Aktenzeichen der Anmelderin: Docket Bü 969 013
Bipolarer elektronischer Schalter
Die Erfindung betrifft einen bipolaren elektronischen Schalter,, bestehend aus einem Feldeffekt-Transistor. Dieser Schalter lie- % fert einen Ausgangsimpuls am Drain-Anschluß des Transistors, wenn am Source-Anschluß des Transistors ein Eingangsimpuls zugeführt wird. Dieser Impuls wird unabhängig davon übertragen, ob ein separates Eingangssignal an den Gate-Anschluß des Transistors angelegt wird oder nicht.
Es sind verschiedene Anwendungsfälle für derartige Schalter vorhanden. Beispielsweise gibt es Anwendungsfälle, bei denen eine Kapazität durch einen Impuls über einen Feldeffekt-Transistor aufgeladen werden soll. Anschließend soll diese Kapazität entladen oder nicht entladen werden, je nachdem ob ein zusätzliches Eingangssignal an den Gate-Anschluß des Transistors angelegt ist μ oder nicht. Konventionelle Schalter mit Feldeffekt-Transistoren sind nicht in der Lage, diese Funktionen durchzuführen, wenn nur ein einzelner Feldeffekt-Transistor verwendet wird. Es ist das Ziel der Erfindung, einen Schalter mit den genannten Funktionen anzugeben, bei dem lediglich ein Feldeffekt-Transistor erforderlich ist.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Impulsquelle an die über eine Kapazität mit dem Gate verbundene
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Source angeschlossen ist, so daß durch Impulse der Impulsquelle der Transistor unabhängig von einem zusätzlichen, dem Gate zugeführten Eingangssignal leitend wird und die Impulse zur Drain überträgt.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigen:
Fig. 1 das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltung,
Fig. 2 das Schaltbild einer einzelnen Schieberegister-Speicherzelle, in der die erfindungsgemäße Schaltung verwendet ist, und
Fig. 3 das Schnittbild einer in integrierter Form ausgeführten Schaltung gemäß Fig. 2.
Nachstehend wird angenommen, daß sämtliche Feldeffekt-Transistoren dem n-Kanal-Typ angehören. Es können auch Feldeffekt-Transistoren mit p-Kanal eingesetzt werden; es ist dann lediglich erforderlich, daß anstelle der positiven Signale negative Signale an die Gate-Anschlüsse der Feldeffekt-Transistoren angelegt werden. Außerdem ist angenommen, daß die Anordnung mit negativer Substratspannung betrieben wird, so daß die Transistoren im Anreicherungs-Betrieb arbeiten. Transistor Tl weist einen Source-Anschluß Sl, einen Drain-Anschluß Dl und einen Gate-Anschluß Gl auf. Eine Kapazität Cl ist mit ihrem einen Anschluß 10 an den Source-Anschluß Sl und mit ihrem anderen Anschluß 12 an die Gate-Elektrode Gl des Transistors Tl gelegt. Eine Impulsquelle P ist über eine Leitung 14 und die Kapazität Cl mit dem Source-Anschluß Sl verbunden. Eine Signalquelle 16 steht über eine Leitung 18 mit dem Gate-Anschluß Gl in Verbindung, über eine Leitung 22 ist an den Drain-Anschluß Dl ein geeigneter Ausgangs- bzw. Lastkreis 20 angeschlossen.
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Im Betrieb wird ein von der Impulsquelle P gelieferter und dem Ausgang 20 zuzuführender Impuls an den Source-Anschluß Sl des Transistors Tl angelegt, über die Kapazität Cl gelangt dieser Impuls auch an den Gate-Anschluß Gl des Transistors. Damit am Drain-Anschluß Dl ein Ausgangsimpuls auftritt, muß der von der Impulsquelle P gelieferte Impuls eine Amplitude aufweisen, die über dem Schwellenwert des Transistors Tl liegt und damit diesen in den leitenden Zustand bringen kann.
Fig. 2 zeigt eine einzelne Speicherzelle eines Schieberegisters, bei dem die erfindungsgemäße Schaltung zur Anwendung gelangt. Wie bei der Schaltung gemäß Fig. 1 ist ein Feldeffekt-Transistor Tl mit den entsprechenden Anschlüssen vorgesehen. Die Kapazität Cl ™ ist wiederum zwischen dem Source-Anschluß Sl und dem Gate-Anschluß Gl angelegt. Ebenfalls ist über die Leitung 14 die Impulsquelle P mit dem Source-Anschluß Sl verbunden. Außerdem ist ein zweiter Feldeffekt transistor T2 vorgesehen, dessen Source-Anschluß S2 mit dem Drain-Anschluß Dl des Transistors Tl verbunden ist. Eine Kapazität CO ist über ihren einen Anschluß 15 mit dem Gate-Anschluß G2 des Transistors T2 und über ihren anderen Anschluß 17 mit dem Source-Anschluß S2 des Transistors T2 verbunden. Der Drain-Anschluß D2 des Transistors T2 liegt an dem Anschluß 19 einer Kapazität C2, deren weiterer Anschluß 21 mit Masse verbunden ist. Eine Dateneingangsklemme 23 ist über eine Leitung 24 an den Gate-Anschluß Gl angeschlossen. Die Datenausgangsklemme 26 M ist über eine Leitung 28 mit dem Anschluß 19 der Kapazität C2 verbunden. Eine Leitung 30 verbindet eine Taktimpulsquelle 0 mit dem Gate-Anschluß G2 des Transistors T2. Der Transistor T2 dient als Schalter zwischen Transistor Tl und Kapazität C2.
Die Kapazität C2 bildet am Ausgang der Schaltung eine Speicherkapazität. Die Kapazität Cl dient sowohl als Speicherkapazität als auch als Kopplungskapazität, über die der Wechselstromanteil eines der Source-Elektrode Sl des Transistors Tl zugeführten Signals an den Gate-Anschluß Gl übertragen wird. Damit wird Transistor Ti in den leitenden Zustand gebracht, wenn die Speicherkapa-
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zltät Cl keine von Eingangsdaten herrührende Ladung aufweist. Die Impulse der Impulsquelle P laden über die Transistoren Tl und T2 die Speicherkapazität C2 auf. Im Betrieb wird ein Impuls an den Source-Anschluß Sl und über die Kapazität Cl an den Gate-Anschluß Gl des Transistors Tl gelegt. Auch wenn die Kapazität Cl nicht bereits durch ein am Gate-Anschluß Gl liegendes Datensignal geladen ist, wird der Impuls der Impulsquelle P trotzdem zum Drain-Anschluß Dl geleitet. Ist die Kapazität Cl aufgrund eines Datensignals bei Auftreten des Impulses der Impulsquelle P bereits geladen, so wird dieser Impuls ebenso über den Transistor Tl weitergeleitet. Die Kapazität CO speichert den Impuls der Impulsquelle P zeitweilig, wenn sich dieser Impuls und ein Impuls der Taktimpulsquelle nicht zeitlich überlappen.
Der Taktimpuls der Taktimpulsquelle 0 bringt über den Gate-Anschluß G2 den Transistor T2 in den leitenden Zustand und lädt die Kapazität CO zusätzlich auf. Wird von der Kapazität Cl keine durch Eingangsdaten bedingte Ladung dem Gate-Anschluß Gl des Transistors Tl zugeführt, so wird die Ladung der Kapazität CO über den leitenden Transistor T2 zur Kapazität C2 übertragen. Liegt am Gate-Anschluß Gl eine Ladung, die das Vorhandensein eines Datensignals anzeigt, so wird Transistor Tl leitend. Die Ladung der Kapazität CO kann über den Transistor Tl nach Masse abfließen. Außerdem kann eine Ladung der Kapazität C2 über die leitenden Transistoren T2 und Tl nach Masse abfließen.
Es zeigt sich, daß die Schaltung gemäß Fig. 2 als Inverter arbeitet. Ein am Gate-Anschluß Gl des Transistors Tl liegendes Datensignal wird in invertierter Form von der Kapazität C2 gespeichert.
überlagern sich die Impulse der Impulsquelle F und der Taktimpulsquelle 0 zeitlich, so erübrigt sich die Kapazität CO in der Schaltung gemäß Fig. 2, da die Impulse der Impulsquelle P dort nicht zeitwellig gespeichert werden müssen.
Fig. 3 zeigt eine Verwirklichung der Schaltung gemäß Fig. 2 in Docket BU 969 013 10 9 8 3 3/1955
integrierter Technik. Die Oberfläche 36 eines Halbleitersubstrats 32 ist mit einer Isolationsschicht 34 beschichtet. Source und Drain des Transistors Tl sind durch Diffusionen 38 und 40 verwirklicht. Das Gate des Transistors Tl besteht aus einer die Kanalzone 43 zwischen den Diffusionszonen 38 und 40 überdeckenden Metallschicht 42. Auch der Anschluß 12 der Kapazität Cl wird von der Metallschicht 42 gebildet. Der andere Anschluß 10 der Kapazität Cl fällt mit der Diffusionszone 38 zusammen. Ein Teil 44 der Isolationsschicht 34 zwischen der Metallschicht 42 und der Diffusionszone 38 bildet das Dielektrikum der Kapazität Cl. Die Metallschicht 42 ist mit der Dateneingangsklemme 23 verbunden. Die Diffusionszone 38 liegt an der Impulsquelle P.
Die Diffusionszone 40 bildet gleichzeitig die Drain des Transistors Tl, die Source des Transistors T2 und den Anschluß 17 der Kapazität CO. Der andere Anschluß 15 der Kapazität CO wird vom über der Diffusionszone 40 liegenden Teil 46 der metallischen Leitung 48 gebildet. Die metallische Leitung 48 stellt gleichzeitig den Gate-Anschluß G2 des Transistors T2 dar. Die Diffusionszone 50 bildet die Drain des Transistors T2.
Der Anschluß 19 der Kapazität C2 besteht aus der Metallisierung 52, die über den metallischen Kontakt 54 mit der Diffusionszone 50 verbunden ist. Der andere Anschluß 21 der Kapazität C2 fällt mit der Diffusionszone 58 zusammen. Die Metallisierung 52 fällt gleichzeitig mit der nicht dargestellten Datenausgangsklemme 26 zusammen.
Die erfindungsgemäße Schaltung enthält lediglich ein aktives Element, nämlich einen Feldeffekt-Transistor, an dessen Drain-Anschluß ein Ausgangsimpuls erscheint, wenn an den Source-Anschluß und über eine Kapazität an den Gate-Anschluß ein gemeinsamer Impuls angelegt wird. Dieser Vorgang ist unabhängig davon, ob dem Gate des Transistors ein zusätzliches Eingangssignal zugeführt wird oder nicht.
Eine derartige Schaltung gestattet es beispielsweise, eine an Docket BU 969 013 10 9 8 3 3/1955
den Drain-Anschluß angeschlossene Kapazität über den Feldeffekt-Transistor aufzuladen und dann über denselben Transistor zu entladen oder nicht zu entladen, je nachdem ob dem Gate ein zusätzliches Eingangssignal zugeführt wird oder nicht. Dabei verhindert die Schaltung, daß infolge des zusätzlichen Eingangssignals ein Strom vom Gate zur Source des Transistors fließen kann.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Schaltung kann über einen einzigen Feldeffekt-Tranistor eine Ausgangskapazität aufgeladen werden, zeitweilig aufgeladen bleiben oder anschließend über denselben Transistor entladen werden.
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Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCHE
    [Ly Bipolarer elektronischer Schalter, bestehend aus einem Feldeffekt-Transistor, dadurch gekennzeichnet, daß eine Impulsquelle (P) an die über eine Kapazität (Cl) mit dem Gate (Gl) verbundene Source (Sl) angeschlossen ist, so daß durch Impulse der Impulsquelle (P) der Transistor unabhängig von einem zusätzlichen, dem Gate (Gl) zugeführten Eingangssignal leitend wird und die Impulse zur Drain (Dl) überträgt.
  2. 2. Bipolarer elektronischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an das Gate (Gl) eine zusätzliche Signalquelle angeschlossen ist.
  3. 3. Bipolarer elektronischer Schalter nach den Ansprüchen 1 und
    2, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor ein Feldeffekt-Transistor mit isoliertem Gate ist.
  4. 4. Bipolarer elektronischer Schalter nach den Ansprüchen 1 bis
    3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Anschlüsse der Kapazität der Gate-Metallisierung bsw. der Source-Diffusionszone entsprechen.
  5. 5. Bipolarer elektronischer Schalter nach den Ansprüchen 1 bis
    4, dadurch gekennzeichnet, daß als Ausgangskreis eine Kapazität (C2) an die Drain (Dl) des Transistors angeschlossen ist.
  6. 6. Bipolarer elektronischer Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Anschlüsse der Kapazität (C2) dem Drain-Anschluß bzw. einer von der Drain-Zone durch eine Isolationsschicht getrennten Metallschicht entsprechen.
    Docket BU 969 013 10 9 8 3 3/1955
    Le
    erseite
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