DE2165162A1

DE2165162A1 - Komplementäre Metalloxyd-Halbleiteranordnung als exklusive NOR-Schaltung

Info

Publication number: DE2165162A1
Application number: DE19712165162
Authority: DE
Inventors: Bernard Hubert Mesa Ariz. Schmidt j un. (V.StA.). M
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 1970-12-28
Filing date: 1971-12-28
Publication date: 1972-07-20
Also published as: DE2165162B2; NL7117977A; DE2165162C3; US3683202A; JPS5120248B1

Description

DIPL.-ING. LEO FLEUCHAUS DR.-ING. HANS LEYH

München 71, 28. Dez. 1971
Melchforetr. 42

Unser Zeichen: M257P-7O3

Motorola, Inc.
9401 West Grand Avenue Franklin Park, Illinois V.St.A.

Komplementäre Metalloxyd-Halbleiteranordnung
als exklusive NOR-Schaltung

Die Erfindung betrifft eine komplementäre Metalloxyd-Halbleiteranordnung als exklusive NOR-Schaltung.

Komplementäre Metalloxyd-Halbleiteranordnungen (MOS), die als exklusive NOR-Schaltung wirksam sind, umfassen herkömmlicherweise zwei komplementäre MOS-FAND-Gatter und ein UND-Gatter. Jedes NOR-Gatter wirkt in der Weise, dass es eine logische Zeitverzögerung zu der Operationsgeschwindigkeit der Schaltung addiert· Mit anderen Worten: Für jedes logische Potentialniveau ist eine bestimmte Zeitdauer zur Aktivierung notwendig, unabhängig davon, ob es zur Umschaltung, zur Aufladung oder zum Annehmen eines elektrischen Zustandes dient« Bei bekannten komplementären MOS-Halbleiteranordnungen, die als exklusive NOR-Schaltung betrieben werden, sind zwei Potentialniveaus wirksam, so dass auch zwai logische Zeitverzögerungen auftreten.

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λ η

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine komplementäre Metalloxyd-Halbleiteranordnung als exklusives NOR-Gatter zu schaffen, die mit einer kleinstmöglichen Elementenzahl bei einer kleinstmöglichen Anzahl logischer ZeitVerzögerungen arbeitet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass ein erstes MOS-Element vom Anreicherungstyp mit P-leitendem Kanal an seinem Tor von einem ersten logischen Eingangssignal beaufschlagbar und mit seiner Senke mit der Ausgangsklemme verbunden ist, wobei das erste logische Eingangssignal über eine erste Signaleingangsklemme zugeführt wird, dass ein zweites MOS-Element vom Anreicherungstyp mit P-leitendem Kanal mit seiner Senke mit der Quelle des ersten MOS-Elementes und mit seiner Quelle mit einer Spannungsquelle mit einem zweiten Potential negativer als das Potential einer ersten Spannungsquelle verbunden ist, dass das Substrat des ersten MOS-Elementes mit dem Substrat des zweiten MOS-Elementes verbunden und beide zusammen an die erste Spannungsquelle angeschlossen sind, dass das Tor des zweiten MOS-Elementes mit einem zweiten logischen Eingangssignal beaufschlagbar ist, wobei das zweite logische Eingangssignal über eine zweite Signaleingangsklemme zugeführt wird, dass ferner ein Kontrollsignal in Form des Komplements eines der beiden Eingangssignale vorhanden ist, dass sich eine Lade- und Entladestrecke über die Signalausgangsklemme ausbildet, -and dass die ersten und zweiten logischen Eingangssignale gleich dem Potential der zweiten Spannungsquelle sind und das erste und zweite MOS-Element derart aktivieren, dass sie die Signalausgangsklemme an das Potential der ersten Spannungsquelle anschliessen, so dass sich eine Ladestrecke auf dieses Potential ergibt.

Bei einem exklusiven NOR-Gatter gemäss der Erfindung wird die exklusive NOR-Funktion durch die Verwendung von zwei logischen Eingangssignalen und die Erzeugung eines Kontroll-

- 2 - signals

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signals bewirkt, wobei das Kontrollsignal aus dem Komplement eines der logischen Eingangssignale besteht. Entsprechend verschiedener Ausgestaltungen der Erfindung wird zur Erzeugung des Kontrollsignals entweder vonödem ersten logischen Eingangssignal oder von dem zweiten logischen Eingangssignal ausgegangen. Die ausgangsseitig entweder an der Signalausgangsklemme oder an einem ausgangsseitigen Verbindungspunkt liegende kapazitive Last wird über einen Stromweg aus einer Vielzahl von Stromwegen umgeladen, welcher der jeweiligen logischen Schaltungskonfiguration zugeordnet ist.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird von einer exklusiven NOR-Schaltung ausgegangen, die aus ( komplementären Metalloxyd-Halbleiteranordnungen (MOS-Elementen) aufgebaut ist. Diese Schaltung erzeugt ein positives Potential als logisches Signal, wenn die zwei logischen Eingangssignale auf dem logischen Potentialwert liegen. Dabei gilt für das positive Potential, dass es sich dabei um einen Potentialwert handelt, der positiver als ein zweiter, dem zweiten logischen Signalwert zugeordneter Potentialwert ist. Dieser zweite negativere Potentialwert kann dabei ebenfalls einem positiven Potential entsprechen. Dementsprechend ist die Schaltung an zwei Spannungsquellen angeschlossen, von denen die erste ein positiveres Potential als die zweite liefert. Vorzugsweise werden für den Aufbau der Schaltung MOS-Elemente vom Anreicherungstyp, verwendet, der normalerweise abgeschaltet ist, bis ein Aktivie- f rungspotential an das Tor des MOS-Elementes angelegt wird und sich eine Kanalstrecke zwischen der Quelle und der Senke ausbildet. Dabei können die MOS-Elemente sowohl einen H-leitenden wie einen P-leitenden Kanal haben. Eine negative Steuerspannung, und zwar negativ gegenüber der Spannung an der Quelle, die grosser ist als die Schwellwertspannung, macht das MOS-Element mit P-leitendem Kanal leitend. Dabei ist es erforderlich, dass die Quelle und die Senke auf dem richtigen Potentialwert gehalten werden, so dass sich ein Strom zur

- 3 - Umladung

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Umladung der kapazitiven Last ausbilden kann. Entsprechendes gilt für ein MOS-Element mit N-leitendem Kanal, das leitend wird, wenn ein positives Signal bezüglich des an der Senke wirksamen Potentials an dem Tor wirksam und gleichzeitig grosser als die Schwellwertspannung ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Ansprüchen und der Zeichnung. Es zeigen:

Fig. IA das schematische Schaltbild einer exklusiven NOR-Schaltung mit einer Umkehrstufe, die auf ein logisches Eingangssignal A anspricht und ein Komplementärsignal A erzeugt;

Fig. IB eine Funktionstabeile für die exklusive NOR-Funktion;

Fig. 2 eine schematische Ansicht einer exklusiven NOR-Schaltung mit einer Umkehrstufe, die das komplementäre Signal B~ in Abhängigkeit von dem logischen Eingangssignal B erzeugt;

Fig. 3A eine exklusive NOR-Schaltung, die auf zwei logische Eingangssignale A und B sowie ein Kontrollsignal X anspricht, bei der ferner der Stromfluss für zwei logische Zustände angegeben ist;

Fig. 3B eine schematische Ansicht einer exklusiven NOR-Schaltung, die auf zwei logische Eingangssignale A und B sowie ein Kontrollsignal B" anspricht und in der zwei Ladestrecken für zwei logische Bedingungen eingezeichnet sind;

Fig. 3C eine Funktionstabelle für die mit den Fig. 3A und 3B verwirklichten logischen Funktionen;

- 4 - Fig. 4-A

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Pig. 4A eine der Fig. 3 A entsprechende Schaltung, in der die Entladestrecken zur Signalausgangsklemme für die logischen Eingangssignale 0 und 1 eingetragen sind;

Fig. 4B eine Schaltung gemäss Fig. 3B, in der die Entladestrecke zur Signalausgangsklemme für die logischen Eingangssignale 0 und 1 eingetragen sind;

Fig. M-G die Funktionstabelle für die Schaltungen gemäss

Fig. 4A und 4-B; ^

Fig. 5A eine Schaltung gemäss Fig. 3A, in der die Ladestrecken zur Signalausgangsklemme für die logischen Eingangssignale 1,0 und 1,1 eingetragen sind;

Fig. 5B eine Schaltung gemäss Fig. 3B, in der die Ladestrecken zur Signalausgangsklemme für die logischen Eingangssignale 1,0 und 1,1 aingestellt sind;

Fig. 50 <Üe Funktionstabelle für die Schaltungen gemäss Fig. 5A und 5B;

Fig. 6 die Funktionstabelle für die Schaltung gemäss Fig. IA.

- 5 - In

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In Fig. IA ist schematised, eine exklusive NOR-Schaltung mit einer Umkehrstufe dargestellt, die in Verbindung mit einem logischen Eingangssignal A arbeitet. Die Schaltung hat eine Vielzahl von Klemmen 12, 13, an denen diese logischen Eingangssignale wirksam sind. Ein erstes logisches Eingangssignal wird an die Klemme 12 angelegt und ist als Eingangssignal A identifiziert. Ein zweites logisches Eingangssignal wird an die Klemme 14· angelegt und ist als logisches Eingangssignal B identifiziert. Die Ausgangssignale der Schaltung stehen an einer Klemme 16 zur Verfugung und sind als exklusive NOR (A.B)-Ausgangssignale identifiziert. Die für den Betrieb der Schaltung benötigten Spannungen werden über die Klemmen 18 und 20 angelegt. Dabei ist die Klemme 18 an ein Potential V__ angeschlossen, das negativer ist als das an die Klemme 20 angeschlossene Potential

In Fig. IB sind eine Vielzahl von Kombinationen der logischen Signalkonfigurationen dargestellt, die an die entsprechenden Eingangsklemmen der Schaltung anlegbar sind und die entsprechenden dargestellten Ausgangssignale erzeugen. Diese Ausgangssignale stellen die Werte für eine exklusive ODER-Funktion dar.

In der ersten möglichen Betriebskonfiguration wird davon ausgegangen, dass die logischen Eingangssignale A und B gleich dem logischen Wert 1 sind. Entsprechend wird der Wert 1 oder das entsprechende positivere Potential über die Eingangsklemme 12 an die Tore einer Vielzahl von MOS-Halbleiteranordnungen angelegt, die aus einem MOS-Element 22 mit N-leitendem Kanal, einem MOS-Element 24 mit P-leitendem Kanal, einem zweiten MOS-Element 26 mit ebenfalls N-leitendem Kanal und einem zweiten MOS-Element 28 mit ebenfalls P-leitendem Kanal bestehen. Gleichzeitig ist das logische Eingangssignal A als Quellenpotential für ein MOS-Element 30 mit N-leitendem Kanal wirksam. Das an der Klemme 14· wirksame logische Eingangsignal B

- 6 - wird

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wird an das Tor eines MOS-Elementes 32 mit P-leitendem Kanal sowie am Tor des MOS-Elementes 30 wirksam. Jedes der Elemente vom Anreicherungstyp gemäss Fig. IA umfasst eine Tor-, Quellen- und Senken- sowie eine Substratelektrode.. Die Substratelektrode ist an eine der beiden Spannungsversorgungen angeschlossen und dient zur Identifizierung der Art des MOS-Elementes. In der Zeichnung sind entsprechend die Substratanschlüsse mit Pfeilen gekennzeichnet, wobei ein von dem Element wegweisender Pfeil einen P-leitenden Kanal und ein auf das Element hinweisender Pfeil einen N-leitenden Kanal kennzeichnen. Die Substratelektrode ist überdies für den P-leitenden Kanal an das positivere Potential und für den N-leitenden Kanal an das <fl negativere Potential der Versorgungsspannung angeschlossen. Der logische Wert 1 des Eingangssignals A wird an das Tor des Elementes 22 mit N-leitendem Kanal angelegt und schaltet dieses an, da die Tor-Quellenspannung genügend gross ist. Dieser positive Wert des Eingangssignals A wirkt auch auf das Tor des Elementes 24 und schaltat dieses wegen des P-leitenden Kanales ab, da an der Tor-Quellenstrecke nunmehr keine Spannungsdifferenz wirksam ist. Die Einschaltung des Elementes 22 mit N-leitendem Kanal legt negatives Potential an die Senke des Elementes 22 an, wobei dieses Potential über die Leitung 34-auch an dem Tor des MOS-Elementes 36 mit P-leitendem Kanal wirksam ist. Mit dem negativeren Potential am Tor des Elementes 36 wirksam wird dieses wegen des P-leitenden Kanals ein- ™ geschaltet.

Das logische Eingangssignal B befindet sich auf dem positiveren Potentialwert und hat somit den logischen Wert 1, der an das Tor des MOS-Elementes 32 angelegt wird. Da dieses Element 32 einen P-leitenden Kanal hat, wird es von dem po-'sitiveren, am Tor wirksamen Spannungswert abgeschaltet. Dieses an dem Tor des MOS-Elementes 30 wirksame positivere Potential ist für das Verhalten des Elementes mit N-leitendem Kanal ausschlaggebend. Da die Quelle sich auf dem positiveren,

- 7 - dem

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dem logischen Eingangssignal A entsprechenden Potential befindet, das gleich dem Potential des logischen, am Tor wirksamen Potentials des logischen Eingangssignals B ist, ergibt sich an der Tor-Quellenstrecke Spannungsdifferenz, so dass sich auch ein Strom im Kanal aufgrund des an das Tor angelegten Signals ausbilden kann. Der Stromfluss über das MOS-Element 30 stellt den zweiten Strompfad dar. Das logische Eingangssignal A ist auch am Tor des Elementes 26 mit N-leitendem Kanal wirksam, so dass sich eine Kanalwirkung zwischen den Quellen- und Senkenbereichen dieses Elementes ausbildet. Die Senke wird auf dem Spannungsniveau des Eingangssignals B gehalten, wogegen am Tor das positivere Potential der Versorgungsspannung wirksam ist und sich somit ein Kanalbereich ausbildet, da die Quelle mit der Ausgangsklemme verbunden ist, was dazu führt, dass alle Bedingungen erfüllt sind, um das Element in den leitenden Zustand zu bringen bzw. die Ausgangsklemme auf das dem logischen Eingangssignal B entsprechende Potentialniveau aufzuladen. Beim normalen Betrieb eines MOS-Elementes ist an der Ausgangsklemme oder am ausgangsseitigen Verbindungspunkt eine Kapazität wirksam, die von dem Strom durch das Element umgeladen wird. Obwohl in der Zeichnung eine solche Kapazität nicht dargestellt ist, wird angenommen, dass der durch die Klemme 16 repräsentierte Verbindungspunkt mit einer solchen Kapazität belastet ist, die durch den fliessenden Strom umzuladen ist. Der Wert der Kapazität wird von der nachfolgenden Schaltung bestimmt bzw. von dem Kondensator, der an die Ausgangsklemme zu diesem Zweck angeschlossen ist. In Fig. 5A ist mit einer gestrichelten Linie 50 der primäre Stromfluss angedeutet, der sich zwischen der Ausgangsklemme 16 und der Eingangskiemme 14 für das logische Eingangssignal B ausbildet. Dieser primäre Stromfluss teilt sich über die Elemente 36 und 26 in zwei Zweige 50a und 50b, da beide Elemente gleichzeitig ein- bzw. ausgeschaltet sind. Die Pfeilspitze an der gestrichelten Linie gibt die Richtung des Stromes an, um die Kapazität an der ausgangsseitigen Klemme 16 entweder aufzuladen oder zu

- 8 - entladen

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entladen. Die gestrichelte Linie 52 beschreibt einen zweiten Stromfluss, der zwischen der ausgangsseitigen Klemme 16 und der Eingangsklemme 12 für das logische Eingangssignal A sich beim 1,1-Zustand ausbildet, wenn der ausgangsseitige Anschlusspunkt über die Stromzweige 50 und 52 umgeladen wird. In Fig. 5G sind für die logischen Eingangssignale A und B die logischen Werte 1 angegeben, die von dem positiveren Potentialniveau repräsentiert werden. Das logische Signal X hat einen logischen Potentialwert, der dem Zustand 0 entspricht. Dieses Signal A wird als Eingangssignal an das Tor des Elementes 36 über die Leitung 34 angelegt und wird in einer Schaltung gemäss Fig. IA von einer Umkehrstufe erzeugt, * die als Teil des exklusiven NOR-Gatters dieser Schaltung ausgebildet ist. Dieses logische Signal X kann auch von einer anderen Schaltung geliefert werden, die normalerweise bei einem logischen Schaltungsaufbau vorhanden ist, so dass die Umkehrstufe nicht notwendigerweise Teil der erfindungsgemässen Schaltung sein muss. So kann z.B. eine normale Flip-Flop-Stufe als Ausgangssignale ein Signal A und X haben. Eine zweite Flip-Flop-Stufe kann dagegen Ausgangssignale B und B haben. Um mit diesen beiden Flip-Flop-Stufen eine exklusive NOR-Funktion auszuführen, würde keine Umkehrstufe erforderlich sein, da alle Signale von den beiden Flip-Flop-Stufen geliefert werden. g

Unter Bezugnahme auf Fig. IA wird nachfolgend als nächster logischer Schaltzustand davon ausgegangen, dass das logische Eingangssignal A auf dem Wert 1 bleibt und sich das logische Eingangssignal B zum Wert 0, d.h. in Richtung auf ein negativeres Potential ändert. Wenn das Eingangssignal B mit einem negativeren Potential an das Tor des MOS-Elementes 32 angelegt wird, wird dieses Element aufgrund des P-leitenden Kanals eingeschaltet. Das MOS-Element 30 mit einem N-leitenden Kanal schaltet dabei ab, da das positivere an das Tor angelegte Signal keine Ausbildung eines Kanalbereiches bewirkt.

- 9 - Die

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Die verbleibenden MOS-Elemente in Fig. IA sind mit der Eingangsklemme 12 für das logische Eingangssignal A verbunden und werden von hier aus derart gesteuert, dass sie ihren Leitfähigkeitszustand nicht ändern. Wenn das logische Eingangssignal B seinen logischen Wert ändert, erfahren nur die MOS-Elemente 30 und 32 eine entsprechende direkte Änderung. Ferner wird das an das Tor des Elementes 30 angelegte Eingangssignal B auch als Senkenpotential für das Element 26 wirksam, so dass dieses Element 26 leitend wird und die Ausgangsklemme 16 auf das Spannungsniveau der Eingangsklemme 14 für das Eingangssignal B in derselben Weise anhebt, wie sie für den logischen Zustand 1,1 beschrieben wurde. In Fig. 5A ist der primäre Stromfluss 50 repräsentativ für den Stromfluss beim logischen Zustand 1,0. Die Kapazität am Ausgang bzw. am ausgangssatigen Verbindungspunkt 16 wird von dem Signal, das an der Eingangskiemme 14 für das Eingangssignal B zur Verfügung steht, über die Elemente 36 und 26 entladen.

Im folgenden wird anhand von Fig. IA die Änderung des Leitfähigkeitszustandes der MOS-Elemente beschrieben, wie er sich aus der Änderung der Eingangssignale in einen 0,1-Zustand ergibt. Wenn das Eingangssignal an der Klemme 12 den dem negativeren Spannungspotential entsprechenden 0-Zustand annimmt, wird das MOS-Element 24 mit P-leitendem Kanal eingeschaltet, und das MOS-Element 22 mit N-leitendem Kanal abgeschaltet, womit die an der Klemme 20 zur Verfügung stehende Spannung ^Vdd ^üt)er ^den Strompfad 34 für das Signal Ä an das Tor des MOS-Elementes 36 angelegt wird. Mit dem Einschalten des MOS-Elementes 22 mit N-leitendem Kanal, wie vorausgehend beschrieben, wird die Spannung V_Q_ an das Tor des MOS-EIementes 36 angelegt und ferner wird durch das Einschalten des MOS-Elementes 22 mit P-leitendem Kanal die Spannung V_dd über die Leitung 34 am Tor des MOS-Elementes 36 wirksam. Da das MOS-Element 36 mit P-leitendem Kanal mit dem positiveren Spannungspotential am Tor angesteuert wird, bleibt dieses Element

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im abgeschalteten Zustand. Mit einer negativeren Spannung an dem Tor des MOS-Elementes 26 mit N-leitendem Kanal wird auch dieses Element abgeschaltet. Dagegen wird mit der negativeren an das Tor des MOS-Elementes 28 mit P-leitendem Kanal angelegten Spannung dieses Element 28 in den leitenden Zustand gesteuert. Das dem logischen Wert 1 entsprechende posi- - tivere Potential wird an das Tor des MOS-Elementes 32 mit P-leitendem Kanal angelegt und hält dieses Element im abgeschalteten Zustand. Das positivere Potential des Eingangssignals B, das an das MOS-Element 30 mit N-leitendem Kanal angelegt wird, schaltet auch dieses Element in den leitenden Zustand. Da der Kanalbereich dieses Elementes 30 aufgrund des I positiveren Potentials des Eingangssignals B ausgebildet wird, und da die Senke des MOS-Elementes 30 von dem durch das Eingangssignal A festgelegten Potential beaufschlagt wird, entlädt sich das Potential an der Klemme 16 auf den Wert des Eingangssignals A über das MOS-Element 30. Der sich dabei ergebende Stromfluss ist in Fig. 4-A mit dem Bsaugszeichen 54-dargestellt. Die verschiedenen logischen Werte aufgrund der an die Schaltung gemäss Fig. A-A angelegten Potentialien ergeben sich aus Fig. 40.

Nachfolgend wird nunmehr die Funktion der Schaltung gemäss Fig. IA für den Fall beschrieben, dass die logischen Eingangssignale A und B jeweils einen logischen Wert 0 haben. ™ Das Spannungspotential am Eingang für das Signal A ändert sich nicht, womit sich auch der Schaltungszustand der MOS-•Elemente nicht ändert, die mit dem logischen Wert 0 des Eingangssignals A beaufschlagt werden. Die MOS-Elemente 32 und 30 werden mit dem dem Eingangssignal B entsprechenden Spannungspotential beaufschlagt und sind die einzigen in der 'Schaltung, die ihren Schaltungszustand ändern. Das Eingangssignal B, das einem negativeren Potentialwert entspricht, wird an das Tor des MOS-Elementes 32 mit P-leitendem Kanal angelegt und macht dieses Element leitend. Das negativere

- 11 - SpannunKSpotential 209830/0993

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Spannungspotential, das an das Tor des MOS-Elementes 30 mit N-leitendem Kanal angelegt wird, schaltet dieses ab. Da das negativere Potential des Eingangssignals A an dem Tor des MOS-Elementes 28 mit P-leitendem Kanal wirksam wird, wird dieses Element 28 eingeschaltet, so dass sich nunmehr eine Ladestrecke zur. ausgangsseitigen Klemme 16 aufbaut, die über die MÖS-Elemente 28 und 32 zu der mit dem positiveren Spannungspotential beaufschlagten Klemme 20 verläuft. Diese Ladestrecke ist in Fig. 3A dargestellt. Aus der Fig. 30 gehen die Potentialverhältnisse der drei Eingangssignale hervor, die an die Schaltung im logischen Zustand 0,0 angelegt werden. Unter Hinweis auf die Fig. 3A, 4-A und 5A wird hervorgehoben, dass nur ein aktives Verzögerungselement sich in der Ladestrecke für drei der logischen Zustände befindet, die durch die Fig. 5A und 4A beschrieben sind. In der vorliegenden Schaltung gibt es somit für drei logische Zustände nur eine Ladeverzögerung. In Fig. 3A sind in der Ladestrecke 56 zwei MOS-Elemente dargestellt, so dass diese Schaltung zwei LadeVerzögerungen beim Betrieb der Schaltung hat. Es ist wichtig, dass die Anzahl der LadeVerzögerungen auf einem Minimum gehalten wird, so dass die Ausführungsformen gemäss den Fig. ^A und A-A, welche durch die Fig. IA repräsentiert werden, nur eine Ladeverzögerbung im Vergleich zu der normalen Schaltung haben, welche zwei Ladeverzögerungen aufweist. In Fig. 2 ist ein exklusives NOR-Gatter entsprechend der vorliegenden Erfindung dargestellt, bei welchem die dem Eingangssignal B zugeordnete Stufe mit einer Umkehrstufe aufgebaut ist.. Da die Schaltung gemäss Fig. 2 spiegelbildlich gleich der Schaltung gemäss Fig. IA ist, wobei die einzige Änderung die Anordnung der Umkehrstufe und des MOS-Elementes 36 auf der Seite für das Eingangssignal B ist, entspricht auch die Funktionsweise dieser Schaltung gemäss Fig. 2 der Funktionsweise der Schaltung gemäss Fig. IA. Dies gilt im Vergleich mit der Schaltung gemäss Fig. IA, bei welcher die Umkehrstufe und das MOS-Element 36 auf der Eingangsseite des Eingangssignals A liegt. Daher sind auch gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

- 12 - In

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In Fig. 5B ist eine zweite Ladestrecke durch die Linie 58 dargestellt. Die erste Entladestrecke wird durch die Linie 60 angedeutet und ergibt sich für den Fall, dass die Eingangssignale A und B jeweils einen logischen Wert 1 haben. Wenn die Eingangssignale A und B dem logischen Wert 0,1 entsprechen, ist nur der erste Strompfad wirksam. Dieser erste Strompfad 60 teilt sich auf über die MOS-Elemente 36' und 30', wodurch die Zweige 60a und 60b gemäss Fig. 5B gebildet werden.

In Fig. 4B ist eine Entladestrecke 62 ausgehend vom Eingang

für das Signal A dargestellt, die sich in die über die f

MOS-Elemente 30' und 36' aufteilenden Zweige 62a und 62b aufspaltet, wenn das Signal B den logischen Wert O hat. In Fig. 3B ist eine Ladestrecke 64 von der Ausgangsklemme 16 zur Potentialquelle V,, dargestellt, welche über zwei aktive Verzögerungselemente verläuft, die von den MOS-Elementen 28' und 32' gebildet werden.

In Fig. 6 sind die Einschalt- und Ausschaltzustände der MOS-Elemente für die Fig. IA und 2 entsprechend dem jeweiligen logischen Schaltzustand aufgelistet.

Alle in der vorausstehenden Beschreibung und in der Zeich- λ nung behandelten Merkmale, Gegenstände oder Beispiele, einzeln oder in Kombination, sind als wesentlich für die Erfindung anzusehen.

- 13 - Patentansprüche

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Claims

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Patentansprü.che

I.) Komplementäre Metalloxyd-Halbleiteranordnung als exklusive NOR-Schaltung, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes MOS-Element vom Anreieherungstyp mit P-leitendem Kanal an seinem Tor von einem ersten logischen Eingangssignal beaufschlagbar und mit seiner Senke mit der Ausgangsklemme verbunden ist, wobei das erste logische Eingangssignal über eine erste Signaleingangsklemme zugeführt wird, dass ein zweites MOS-Element vom Anreicherungstyp mit P-leitendem Kanal mit seiner Senke mit der Quelle des ersten MOS-Elementes und mit seiner Quelle mit einer Spannungsquelle mit einem zweiten Potential negativer als das Potential einer ersten Spannungsquelle verbunden ist, dass das Substrat des ersten MOS-Elementes mit dem Substrat des zweiten MOS-Elementes verbunden und beide zusammen an die erste Spannungsquelle angeschlossen sind, dass das Tor des zweiten MOS-Elementes mit einem zweiten logischen Eingangssignal beaufschlagbar ist, wobei das zweite logische Eingangssignal über eine zweite Signaleingangsklemme zugeführt wird, dass ferner ein Kontrollsignal in Form des Komplements eines der beiden Eingangssignale vorhanden ist, dass sich eine Lade- und Entladestrecke über die Signalausgpngsklemme ausbildet, und dass die ersten und zweiten logischen Eingangssignale gleich dem Potential der zweiten Spannungsquelle sind und das erste und zweite MOS-Element derart aktivieren, dass sie die Signalausgangsklemme an das Potential der ersten Spannungsquelle anschliessen, so dass sich eine Ladestrecke

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■ M257P-7O3 auf dieses Potential ergibt.
2. Exklusive NOR-Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalausgangsklemme mit einer Kapazität belastet ist, die auf das Potential der ersten Spannungsquelle aufladbar ist.
3. Exklusive HÖR-Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Lade- und Entladestrecke mit einem ersten MOS-Element vom Anreicherungstyp mit N-leitendem Kanal vorhanden ist, dessen

Quelle an die Signalausgangsklemme angeschlossen ist, ( dessen Senke an der Signaleingangsklemme für das erste Eingangssignal liegt, und dessen Tor mit dem zweiten logischen Eingangssignal beaufschlagbar ist, dass das Substrat dieses MOS-Elementes mit R-leitendem Kanal mit dem zweiten, positiveren Potential verbunden ist, und dass das erste logische Eingangssignal auf dem zweiten Potentialwert und das zweite logische Eingangssignal auf dem ersten Potentialwert liegen, so dass das erste MOS-' Element mit N-leitendem Kanal derart aktiviert wird, dass sich eine Entladestrecke von der ersten Signaleingangsklemme zur Signalausgangsklemme ausbildet.
4. Exklusive NOR-Schaltung nach einem oder mehreren der ™ Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennz ei c hne t, dass eine dritte Lade- und Entladestrecke ein drittes MOS-Element vom Anreicherungstyp mit P-leitendem Kanal umfasst, von dem die Quelle mit der Senke des ersten MOS-Elementes mit N-leitendem Kanal und von dem die Quelle mit der Signalausgangsklemme verbunden sind, dass das Substrat des dritten MOS-Elementes mit P-leitendem Kanal auf dem ersten Potentialwert liegt und das Tor dieses Elementes auf das komplementäre Signal des zweiten logischen Eingangssignals anspricht, und dass das erste

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logische Eingangssignal auf dem zweiten Potentialwert und das zweite logische Eingangssignal auf dem ersten Potentialwert liegen, wodurch das erste MOS-Element mit IT-leitendem Kanal derart aktiviert wird, dass sich eine Entladestrecke von der ersten Signaleingangsklemme zur Signalausgangsklemme ausbildet.
5- Exklusives NOR-Gatter nach den Ansprüchen 3 und 4-, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalausgangsklemme mit einer Kapazität belastet ist, die auf das Potential dss ersten logischen Eingangssignals entladbar ist.
6. Exklusive NOR-Schaltung nach Anspruch 4 und 5* dadurch gekennzeichnet, dass das dritte MOS-Element mit P-leitendem Kanal von dem komplementären Signal des zweiten logischen Eingangssignals aktivierbar ist und einen parallel zum ersten MOS-Element mit N-leitendem Kanal fliessenden Strom bewirkt.
7. Exklusive NOR-Schaltung nach Anspruch 4-, dadurch gekennzeichnet, dass das erste logische Eingangssignal auf dem ersten Potentialwert liegt, wodurch das erste MOS-Element mit IT-leitendem Kanal und das dritte MOS-Element mit P-leitendem Kanal gleichzeitig aktivierbar sind und Teilströme auf der dritten Lade- und Entladestrecke von der ersten Signaleingangsklemme zur Signalausgangsklemme führen.
8. Exklusive FOR-Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kapazität mit der Signalausgangsklemme verbunden ist, die auf eine Vielzahl von zweiten Potentialwerten aufladbar ist.

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9. Exklusive NOR-Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine vierte Lade- und Entladestrecke ein zweites MOS-Element vom Anreicherungstyp mit N-leitendem Kanal umfasst, dessen Senke mit der Signaleingangsklemme für das zweite logische Eingangssignal, dessen Tor mit der Signaleingangsklemme für das erste logische Eingangssignal und dessen Quelle mit der Signalausgangsklemme verbunden sind, dass das Substrat dieses MOS-Elementes an das zweite Potential angeschlossen ist, dass ein viertes MOS-Element vom Anreicherungstyp mit P-leitendem Kanal vorhanden ist, dessen Quelle mit der Signaleingangsklemme für das zweite logische Signal, " ( dessen Senke mit der Signalausgangsklemme und dessen Tor an die Signalquelle für das komplementäre Signal des ersten logischen Eingangssignals angeschlossen sind, dass das Substrat dieses Elementes auf dem ersten Potential liegt, und dass das erste logische Eingangssignal auf dem ersten Potentialwert liegt, wodurch das zweite MOS-Element mit N-leitendem Kanal und das vierte MOS-Element mit P-leitendem Kanal derart aktivierbar sind, dass sich eine Ladestrecke von der Signalausgangsklemme zu der Signaleingangsklemme für das zweite logische Signal ausbildet.
10. Exklusive NQR-Schaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,, dass das zweite logische Ein- * gangssignal den zweiten Potentialwert hat.
11. Exklusive NOR-Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine sechste Lade- und Entladestrecke vorhanden ist, die ein drittes MOS-Element vom Anreicherungstyp mit N-leitendem Kanal umfasst, dessen Senke mit der Signaleingangsklemme für das zweite logische Eingangssignal, dessen Quelle mit der Signalausgangsklemme verbunden und dessen Tor an der Signaleingangsklemme für das erste logische Eingangssignal liegt und von diesem

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beaufschlagt wird, dass das Substrat dieses MOS-Elementes an das zweite Potential angeschlossen ist, und dass das erste logische Eingangssignal den ersten Potentialwert hat, wodurch das dritte MOS-Element mit Umleitendem Kanal aktivierbar ist und eine sechste Ladestrecke von der Signaleingangsklemme für das zweite logische Eingangssignal zur Signalausgangsklemme aufbaut.
12. Exklusive NOR-Schaltung nach den Ansprüchen 9 und 11, dadurch gekennzeichnet, dass an der Signalausgangsklemme eine Kapazität wirksam ist, die auf den Potentialwert des zweiten logischen Eingangssignals aufladbar ist. "
13· Exklusive NOR-Schaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine fünfte Ladestrecke das erste MOS-Element mit N-leitendem Kanal umfasst, das im aktivierten Zustand eine Ladestrecke von der Signalausgangsklemme zur Signaleingangsklemme für das erste logische Eingangssignal bildet, wodurch die Kapazität auf eine Vielzahl zweiter Potentialwerte entladbar ist.
14-. Exklusive NOR-Schaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite logische Eingangssignal den zweiten Potentialwert hat, dass das Komplement des ersten logischen Eingangssignals den zweiten Potentialwert hat und das dritte MOS^Element mit P-leitendem Kanal abschaltet.
15. Exklusive NOR-Schaltung nach den Ansprüchen 9 und dadurch gekennzeichnet, dass die Signalausgangsklemme mit einer Kapazität belastet ist, die auf das Potential des zweiten logischen Eingangssignals entladbar ist.

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M257P-7O3
16. Exklusive HOS-Schaltung nach Anspruch. 9j dadurch gekennzeichnet, dass das Komplement des ersten logischen Eingangssignals von einer Umkehrstufe gebildet wird, die aus einem fünften MOS-Element vom Anreicherungstyp mit P-leitendem Kanal und einem vierten MOS-Element vom Anreicherungstyp mit N-leitendem Kanal besteht, dass die Quelle des fünften MOS-Elementes an das erste Potential angeschlossen, das Tor mit der Signaleingangsklemme für das erste logische Eingangssignal verbunden und das Substrat an das erste Potential angeschlossen sind, dass das vierte MOS-Element mit N-leitendem Kanal mit der Senke am Verbindungspunkt der Senke des fünften MOS-Elementes mit P-leitendem Kanal und dem Tor des vierten MOS-Elementes mit Π-leitendem Kanal liegt, dass das Substrat des letzteren MOS-Elementes an die Senke angeschlossen ist und beide zusammen am zweiten Potential liegen, und dass das Tor dieses MOS-Elementes an der Signaleingangsklemme für das erste logische Eingangssignal liegt_s wodurch das Komplement des ersten logischen Eingangssignals am Verbindungspunkt zur Verfügung steht.
17. Exklusive UOR-Schaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Komplement des zweiten logischen Eingangssignals von einer Umkehrstufe geliefert wird, die aus einem sechsten MOS-Element vom Anreicherungs typ mit P-leitendem Kanal und einem fünften MOS-Element vom Anreicherungstyp mit N-leitendem Kanal besteht, dass das sechste MOS-Element mit P-leitendem Kanal mit der Quelle an das erste Potential angeschlossen ist und das Tor mit der Eingangssignalklemme für das zweite logische Eingangssignal in Verbindung steht, während das Substrat an das erste Potential angeschlossen ist, dass das fünfte MOS-Element mit N-leitendem Kanal mit der Senke an einen zweiten Verbindungspunkt der Senke des sechsten MOS-Elemen tes mit P-leitendem Kanal und dem Tor des dritten MOS-Elementes mit P-leitendem Kanal angeschlossen ist, während

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Μ257Ρ-7Ο3

das Substrat mit der Quelle desselben MOS-Elementes verbunden ist und beide zusammen am zweiten Potential liegen, und dass das Tor dieses Elementes mit der Eingangssignalklemme für das zweite logische Eingangssignal verbunden ist, wodurch das komplementäre Signal des zweiten logischen Eingangssignals am zweiten Verbindungspunkt zur Verfugung steht.

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