DE2310243C3 - Logische Schaltung - Google Patents
Logische SchaltungInfo
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- DE2310243C3 DE2310243C3 DE19732310243 DE2310243A DE2310243C3 DE 2310243 C3 DE2310243 C3 DE 2310243C3 DE 19732310243 DE19732310243 DE 19732310243 DE 2310243 A DE2310243 A DE 2310243A DE 2310243 C3 DE2310243 C3 DE 2310243C3
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine logische Schaltung, deren Ausgangsklemme in Abhängigkeit von
einem einen von zwei Pegelwerten aufweisenden, an die Lingangsklemme der Schaltung angelegten Eingangssignal"
zwischen zwei Pegehverten umschaltbar ist, mit einer Totem-Pole-Endstufe aus zwei in Reihenschaltung
geschalteten Transistoren in Schottky-Klemmschaltung, von denen der eine als Spannun<?s-
anhebetransistor und der andere als Spannungssenkungstransisüor
geschaltet ist und der Emitter des einen und der Kollektor des anderen Transistors, miteinander
verbunden, die Ausgangsklemme bilden, und mit einem phasenteilenden ODER-Glied, welches
dazu dient, die Basiseingänge beider Transistoren komplementär zu beaufschlagen, und zwei Ansteuereingänge
aufweist, von denen der erste dazu dient, in Abhängigkeit von einem hohen Zweipcgel-Eingangssignal
den Spannungssenkungstransistor in
den I eitfähigkeitszustand zu versetzen und den Spannungsanhebetransistor
im nichtlf;tcnden Zustand zu halten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Spannung an der Ausgangsklemme während des An-
liegens eines niedrigen Zweipegel-Eingangssignals am
ersten Ansteuereingang des ODER-Gliedes auf einen vorbestimmten höheren Spannungswert zu stabilisieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ausgangsklemme über eine Rückkopplungsleitung mit dem zweiten Ansteuereinganp des ODER-Gliedes zur Steuerung des Spannungsanh^betransistors verbunden ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Ausgangsklemme über eine Rückkopplungsleitung mit dem zweiten Ansteuereinganp des ODER-Gliedes zur Steuerung des Spannungsanh^betransistors verbunden ist.
Dadurch wird erreicht, daß die hohe Ausgangsspannung durch den Einsatz mehrerer Schottkv-Bauteile
in der Rückkopplungsanordnung stabilisiert wird, während die niedrige Ausgangsspannung durch
den Unterschied der Spannungsabfälle in den beiden Diodenübergängen des Transistors stabilisiert wird.
6c Durch eine logische Schaltung gemäß der Erfindung
wird außerdem der Fortschritt erreicht, daß sich diese Schaltung und handelsübliche TTL-Schaltungen
vorteilhaft einander anpassen Ir-sen.
Im. folgenden wird die Erfindung an Hand der Zeichnung eines Ausführungsbeispiels naher erläutert.
Fig. 1 ist ein schematischer Schaltplan einer eriindungsgemäßen
logischen Schaltung in integrierter Schaltungsbauweise;
3 7 "
F i g. 1 A zeigt eine Einzelheit der Schaltung von die Verwenduag einer wesentlich kleineren Fläche
F i g. 1; auf dem Siliziumplättchen, da die gemeinsame n-Zone
F i g. 2 ist ein Querschnitt durch einen Ausschnitt mit sehr hohem Wirkungsgrad gemeinsam genutzt
der integrierten Schaltung von F i g. 1; ^vird. Die daher erforderliche kleinere Fläche führt
F i g. 3 ist ein Schaltplan der Spannungseinspeisung 5 zu einer kleineren Kapazität, wodurch wiederum
für die Schaltung von F i g. 1. Logikverzögerungen und/oder die Leistungsaufnahme
In F i g. 1 ist eine integrierte logische Schaltung verringert sind. Diese Ausbildung der ausgangsseitinach
der Erfindung dargestellt, wobei der mit der gen Torschaltung ist besonders gut für integrierte
umrandeten Ziffer 1 bezeichnete Knotenpunkt die Schaltungen mittlerer oder großer Größen geeignet,
Eingangsklemme bildet Unter normalen Betriebs- io in welchen die Leiterverbindungen zwischen der
nennwerten wird der Knotenpunkt 1 mit einer Span- Schaltung und den an diese anschließenden Schalnang
beaufschlagt, die entweder einen niedrigen Span- tungselementen sehr kurz sind,
nungswert von 0,7 Volt oder einen hohen Spannungs- Im Schaltplan der F i g. 1 sind die Spannungen an wert von 1,4 Volt aufweist. In Abhängigkeit von die- den verschiedenen Knotenpunkten 1 bis 5 angegeben, sem Eingangssignal, das einem der beiden Span- 15 wobei sich die unterhalb der Leitungen angegebenen iiungswerte entspricht und im nachfolgenden als Spannungen sämtlich auf eine niedrige Eingangs- »Zweipegel-Eingangssignal« bezeichnet wird, ver- spannung und dementsprechend eine hohe Ausgangsändert sich die Spannung an dem als Ausgangs- spannung beziehen, während die oberhalb der Leiklemme dienenden Knotenpunkt 5 in umgekehrter tungen angegebenen Spannungen sich jeweils auf eine Weise von einem hohen Spannungswert von 1,5 Volt ao hohe Eingangsspannung und eine dementsprechend auf einen niedrigen Spannungs- oder Logikwert von niedrige Ausgangsspannungen beziehen. Typische 0,3 Volt. Wie weiter unten im einzelnen ausgeführt, Verhältniswerte für die Widerstände sind ebenfalls sind diese beiden ausgangsseitigen Spannungswerte zur Veranschaulichung angegeben. Die Transistoren an der Ausgangsklemme, d. h. dem Knotenpunkt 5, 71, T 2, Γ 3 und T 4 bestehen jeweils aus Transistostabilisiert und haben darüber hinaus einen symme- 25 ren in Schottky-Klemmschaltung (Schottky clamped trischen Rauschabstand, der im wesentlichen bei transistors). Diese Schaltung ist in F i g. 1 A in Ein-0,9 Volt zentriert ist. Der zur Erzielung der Span- zelheiten dargestellt, aus welcher ersichtlich ist, daß nungswerte von 1,5 bzw. 0,3 Volt dienende Aufschlag es sich bei diesen Transistoren um einen normalen oder Hub beträgt ± 0,6 Volt. Transistor mit einer zwischen Kollektor und Basis
nungswert von 0,7 Volt oder einen hohen Spannungs- Im Schaltplan der F i g. 1 sind die Spannungen an wert von 1,4 Volt aufweist. In Abhängigkeit von die- den verschiedenen Knotenpunkten 1 bis 5 angegeben, sem Eingangssignal, das einem der beiden Span- 15 wobei sich die unterhalb der Leitungen angegebenen iiungswerte entspricht und im nachfolgenden als Spannungen sämtlich auf eine niedrige Eingangs- »Zweipegel-Eingangssignal« bezeichnet wird, ver- spannung und dementsprechend eine hohe Ausgangsändert sich die Spannung an dem als Ausgangs- spannung beziehen, während die oberhalb der Leiklemme dienenden Knotenpunkt 5 in umgekehrter tungen angegebenen Spannungen sich jeweils auf eine Weise von einem hohen Spannungswert von 1,5 Volt ao hohe Eingangsspannung und eine dementsprechend auf einen niedrigen Spannungs- oder Logikwert von niedrige Ausgangsspannungen beziehen. Typische 0,3 Volt. Wie weiter unten im einzelnen ausgeführt, Verhältniswerte für die Widerstände sind ebenfalls sind diese beiden ausgangsseitigen Spannungswerte zur Veranschaulichung angegeben. Die Transistoren an der Ausgangsklemme, d. h. dem Knotenpunkt 5, 71, T 2, Γ 3 und T 4 bestehen jeweils aus Transistostabilisiert und haben darüber hinaus einen symme- 25 ren in Schottky-Klemmschaltung (Schottky clamped trischen Rauschabstand, der im wesentlichen bei transistors). Diese Schaltung ist in F i g. 1 A in Ein-0,9 Volt zentriert ist. Der zur Erzielung der Span- zelheiten dargestellt, aus welcher ersichtlich ist, daß nungswerte von 1,5 bzw. 0,3 Volt dienende Aufschlag es sich bei diesen Transistoren um einen normalen oder Hub beträgt ± 0,6 Volt. Transistor mit einer zwischen Kollektor und Basis
Eine eingangsseitige Torschaltung ist durch den 30 des Transistors geschalteten Schottky-Sperrschicht-
gestrichelten und mit 10 bezeichneten Block dar- diode handelt. Die Sättigungsspannung des Transi-
gestellt, während eine ausgangsseitige Torschaltung stors beträgt daher 0,3 Volt, da sich der 0,4 Volt be-
pvi drr rechten Seite durch den mit 11 bezeichneten tragende Schottky-Dioden-Spannungsabfall von dem
gestrichelten Block dargestellt ist. Diese Torschal- normalen Basis-Emitter-Spannungsabfall von 0,7 Volt
1 iT-cn können wahlweise alternativ vorgesehen sein, 35 subtrahiert. Der Kollektor des Spannungsanhebetran-
was jeweils von dem Logikformat der im Mittel- oder sistors T 4 ist über den Widerstand 0,5 R mit der
Großformat ausgebildeten integrierten Schaltung ab- Spannungsquelle V(i, die eine Nennspannung von
hängt, von welcher die erfindungsgemäße logische 3,5 Volt führt, verbunden, während der Emitter des
Schaltung einen Teil bildet. Die eingangsseitige Tor- Spannungssenkungstransistors T 3 mit Masse verbun-
schaltung 10 besteht aus drei Schottky-Sperrschicht- 40 den ist. Der Ausgang am Knotenpunkt S wird durch
dioden D4, während die wahlweise vorgesehene aus- den Kollektor von T 3 und den Emitter von TX ge-
gangsseitige Torschaltung 11 aus drei mit DB be- bildet, welche miteinander verbunden sind. Die Diode
zeichneten Schottky-Sperrschichtdioden besteht, de- D 1 vom Schottkytyp ist in Reihe zwischen dem Kno-
ren Kathoden zusammengeschaltet und mit dem Kno- tenpunkt 5 und dem Emitter des Transistors T 4 ge-
tenpunkt 5 verbunden, und deren Anoden getrennt 45 schaltet und wirkt als Pegelversetzer (level shifter),
an einzelne Klemmen geschaltet sind. Die Transistoren T 3 und Γ 4 bilden eine typische
Die wahlweise vorgesehene eingangsseitige Tor- Totem-Pole-Schaltung, bei der in beiden ausgangsschaltung
10 ergibt eine höhere Rauschunempfind- seitigen Logikzuständen der aufgenommene Speise-Pchkeit,
was besonders dann ausschlaggebend ist, strom niedrig ist. Wenn am Ausgang 0,3 Volt erwenn
der Eingang über lange Leiter pngeschlossen 50 scheinen, ist der Transistor Γ 3 angeschaltet, wobei
is* Die wahlweise vorgesehene ausgangsseitige Tor- der Spannungsabfall von 0,3 Volt an dem gesättigten
schaltung 11 verringert die Gesamtkapazität, da sich Transistor Ausgangssignals erzeugt. Bei dem hohen
das Diodenfeld, deren Kathoden zusammengeschaltet Ausgangssignal von 1,5 Volt führt der Transistor Γ 4
sind, entsprechend der Querschnittspnsicht in F i g. 2 gerade nur so viel Strom, um die Basis des Transiunmittelbar
auf der n-Eoitaxialkollektorzone des 55 stors Γ 2 zu beaufschlagen. Die größte Leistungs-Transistors
Γ 3 herstellen läßt. Entsprechend dieser aufnahme ergibt sich nur bei Umschaltung von
Querschnittsdarstellung werden die drei Dioden DB einem Logikpegelwert zu dem jeweils anderen,
vermittels eines Schottkyverfahrens hergestellt, in- Die Transistoren T 3 und Γ 4 arbeiten in zueindem ihre Anoden A aus einer aufgebrachten Metalli- ander komplementärer Weise. Ihre Basiseingänge sierung bestehen und ihre Kathoden D jeweils aus 60 werden an den Knotenpunkten 2 und 3 durch die der gemeinsamen η-Unterlage bestehen, welrhe miteinander verbundenen Kollektoren und Emitter gleichfalls den Kollektor des Transistors Γ 3 bildet. der Transistoren Tl und Γ 2 beaufschlagt. Der Kno-Die η+-Zone dient zur Verringerung des Reihenschal- tenpunkt 2 ist außerdem über den mit 2 7? bezeichtungswiderstandes, während die sich kaminartig zur neten Widerstand mit der Spannungsquelle Vcc verOberfläche des Plättchens hin verjüngenden p-Zonen 65 bunden, während der Knotenpunkt 3 über den mit R zur Isolierung dienen. Basis, Kollektor und Emitter bezeichneten Widerstand mit Masse oder einer Samdes Transistors T 3 sind ebenfalls im Schnitt darge- melleitung verbunden ist. Der die Eingangsklemme stellt. Diese Ausbildung der Torschaltung gestattet bildende Knotenpunkt 1 liegt an der Basis des Tran-
vermittels eines Schottkyverfahrens hergestellt, in- Die Transistoren T 3 und Γ 4 arbeiten in zueindem ihre Anoden A aus einer aufgebrachten Metalli- ander komplementärer Weise. Ihre Basiseingänge sierung bestehen und ihre Kathoden D jeweils aus 60 werden an den Knotenpunkten 2 und 3 durch die der gemeinsamen η-Unterlage bestehen, welrhe miteinander verbundenen Kollektoren und Emitter gleichfalls den Kollektor des Transistors Γ 3 bildet. der Transistoren Tl und Γ 2 beaufschlagt. Der Kno-Die η+-Zone dient zur Verringerung des Reihenschal- tenpunkt 2 ist außerdem über den mit 2 7? bezeichtungswiderstandes, während die sich kaminartig zur neten Widerstand mit der Spannungsquelle Vcc verOberfläche des Plättchens hin verjüngenden p-Zonen 65 bunden, während der Knotenpunkt 3 über den mit R zur Isolierung dienen. Basis, Kollektor und Emitter bezeichneten Widerstand mit Masse oder einer Samdes Transistors T 3 sind ebenfalls im Schnitt darge- melleitung verbunden ist. Der die Eingangsklemme stellt. Diese Ausbildung der Torschaltung gestattet bildende Knotenpunkt 1 liegt an der Basis des Tran-
sistors 71 und hat daher den Wert des an Knoten- einen stärkeren Strom vom Knotenpunkt 1 durch den
punkt 1 angelegten Zweipegel-Eingangssignals. Die Knotenpunkt 3 und den Transistor 7 3 zur Masse
Basis des Transistors 72 wird durch ein Rückkopp- vorhanden. Es kann jedoch ein niedriger Stromfluß
lungssignal beaufschlagt, welches vom Knoten- durch den Transistor 71 und durch den Widerpunkt
5, d. h. der Ausgangsklemme zugeführt wird. 5 stand R zur Masse vorhanden sein. Dieser kleine
Die zur Pegelversetzung dienende und zwischen den Stromfluß darf jedoch nicht so hoch sein, daß der
Emittern der Transistoren 72 und 7 3 am Knoten- Knotenpunkt 3 auf 0,7 Volt angehoben wird. Die
punkt 3 liegende Schottkydiode Dl ermöglicht, daß Spannung am Knotenpunkt 3 wird auf angenähert
der Knotenpunkts nach Wunsch auf 1,5 Volt ange- 0,6 Volt stabilisiert durch den negativen Rückkopphoben
werden kann. Die Diode D 2 kann anderer- io lungspfad, welcher aus Transistor 73, Knotenpunkt 5,
seits auch an der Basis des Transistors 7 2 angeord- Transistor 7 2, Diode D 2 und Knotenpunkt 3 benet
sein. steht. Dabei handelt es sich um eine negative Rück-Die Transistoren 71 und 7 2 wirken als phasen- kopplungsschleife, da lediglich eine einzige Phasenteilende
ODER-Glieder. inversion durch den Transistor 73 erfolgt. Der Tran-Der
Transistor 7 4 kann somit als »Spannungs- 15 sistor 7 2 wirkt nämlich als E'.mitterverstärker. Wenn
anhebetransistor« bezeichnet werden, da er im an- es auf Grund Veränderung der Betriebsdaten der eingeschalteten
Zustand den Knotenpunkt 5 auf 1,5 Volt zelnen Schaltungsbauteile zu einer Verlagerung des
anhebt, wohingegen der Transistor 73 als »Span- Arbeitspunkts in der Weise kommt, daß die Spannungssenkungstransistor«
bezeichnet werden kann, nung an Knotenpunkt 3 während Anliegen des niedda er den Knotenpunkt 5 gegen Masse absenkt und 20 rigen Eingangssignals, für das der Transistor 7 3 im
diesen auf dem Sättigungsspannungsabfall des Tran- wesentlichen gesperrt sein soll, angehoben wird, läßt
sistors 73, d. h. über dem Spannungswert der Masse sich diese Schwierigkeit dadurch korrigieren, daß die
hält. Stromstärke durch den Transistor 72 verringert wird. Der Knotenpunkt 1 ist mit der Spannungsquelle V„ Die Absenkung des Stroms durch den Transistor 7 2
durch den mit 10 R bezeichneten Widerstand verbun- 25 erfolgt durch die negative Rückkopplungsschleife,
den, wobei es sich um eine typische Stromsenken- Wenn die Spannung des Knotenpunkts 3 ansteigt.
Logik-Torschaltung (current sinking logic gate) han- leitet der Transistor T 3 geringfügig und setzt dadurch
delt, in der die Eingangsklemme über einen Wider- die Spannung an Knotenpunkt 5 und dementsprestand
mit der Spannungsquelle verbunden ist. chend die Spannung an Knotenpunkt 4 herab, was
Eine zur Stabilisierung der Ausgangsspannung von 30 wiederum eine Verringerung des Stromdurchgang?
1,5VoIt dienende erste Rückkopplungsschleife wird durch den Transistor 7 2 zur Folge hat.
gebildet durch den Knotenpunkt 5, den Transistor Wenn an der Eingangsklemme die niedrige Ein-7 2, den Knotenpunkt 2 und den Transistor 7 4. gangsspannung von 0,7 Volt angelegt ist, führt der Diese negative Rückkopplungsschleife steuert den Transistor 71, wenn überhaupt, nur einen sehr nied-Spannungsanhebetransistor 7 4 in der Weise, daß die 35 rigen Strom, so daß sich an der Basis des Transistors Ausgangsklemme, d. h. der Knotenpunkt 5 auf dem 7 4 eine nennenswerte positive Spannung von anvorbestimmten oberen Spannungswert von 1,5 Volt genähert 3,5 Volt einstellt. Somit kann der Transigehalten wird. Dieser Arbeitspunkt, für den natürlich stör 7 4 im leitenden Zustand gehalten werden. Da die Eingangsspannung den niedrigen Wert von jedoch der Transistor 73 im abgeschalteten Zustand 0,7 Volt aufweist, wird weiterhin durch einen zweiten 40 gehalten wird, fließt kein Strom vom Knotenpunkt 5 negativen Rückkopplungspfad stabilisiert, der aus durch den Transistor 7 3 zur Masse. Andererseits dem als Emitterverstärker dienenden Transistor 7 2, besteht jedoch ein vom Knotenpunkt 5 ausgehender der Diode D 2, dem Knotenpunkt 3, dem als Inver- Stromweg, welcher einen Antriebsstrom an der Basis ter dienenden Transistor 7 3 und der Rückführung des Transistors 7 2 liefert. Dabei handelt es sich um über den Knotenpunkt 5 zur Basis des Transistors 45 den Rückkopplungspfad, welcher die hohe oder 7 2 besteht. 1,5VoIt betragende Ausgangsspannung am Knoten-Wenn das hohe Eingangssignal von 1,4 Volt ange- punkt 5 stabilisiert. Die Spannung am Knotenpunkt 5 legt ist, bei dem der Ausgang die niedrigste Span- steigt so lange an, bis Transistor 72 beginnt leitfähig nung von 0,3 Volt aufweist, wird die Ausgangsspan- zu werden. Im leitenden Zustand des Transistors 7 2 nung selbstverständlich in der oben beschriebenen 5° ergibt sich ein Stromdurchgang durch den mit 2 R Weise durch den Transistor 7 3 in Schottky-Klemm- bezeichneten Widerstand, wodurch die Spannung am schaltung stabilisiert, welcher eine Sättigungsspan- Knotenpunkt 2 verringert und an Transistor 7 4 ein nung von 0,3 Volt aufweist. negativer Rückkopplungseffekt erzeugt wird, wodurch Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Logik- dessen Stromdurchgang verringert und damit die Torschaltung ist kurz wie folgt Wenn an der Ein- 55 Spannung an Knotenpunkts stabilisiert wird. Der gangsklemme, d. h. dem Knotenpunkt 1 eine niedrige Transistor 74, die Diode D1, der Knotenpunkt 5, der Eingangsspannung von 0,7 VoSIt oder niedriger an- Transistor 7 2 und der Knotenpunkt 2 stellen einen gelegt ist, ist der Transistor 71 gesperrt. Das läßt negativen oder Gegenkopplungs-Rückkopplungspfad sich überprüfen durch Verfolgen des Stromweges dar, da in der ganzen Rückkopplungsschleife nur von dem Knotenpunkt ί durch den Transistor 71 60 eine Phaseninversion durch den Transistor 7 2 er- und über den Knotenpunkt 3 durch den Transistor folgt Der Transistor 74 ist in dieser Schaltung ein 73. Damit der Transistor 71 einen höheren Strom Emitterverstärker und bewirkt keine Phasenumführen kann, müßte der Gesamtspannungsabfall in kehr.
gebildet durch den Knotenpunkt 5, den Transistor Wenn an der Eingangsklemme die niedrige Ein-7 2, den Knotenpunkt 2 und den Transistor 7 4. gangsspannung von 0,7 Volt angelegt ist, führt der Diese negative Rückkopplungsschleife steuert den Transistor 71, wenn überhaupt, nur einen sehr nied-Spannungsanhebetransistor 7 4 in der Weise, daß die 35 rigen Strom, so daß sich an der Basis des Transistors Ausgangsklemme, d. h. der Knotenpunkt 5 auf dem 7 4 eine nennenswerte positive Spannung von anvorbestimmten oberen Spannungswert von 1,5 Volt genähert 3,5 Volt einstellt. Somit kann der Transigehalten wird. Dieser Arbeitspunkt, für den natürlich stör 7 4 im leitenden Zustand gehalten werden. Da die Eingangsspannung den niedrigen Wert von jedoch der Transistor 73 im abgeschalteten Zustand 0,7 Volt aufweist, wird weiterhin durch einen zweiten 40 gehalten wird, fließt kein Strom vom Knotenpunkt 5 negativen Rückkopplungspfad stabilisiert, der aus durch den Transistor 7 3 zur Masse. Andererseits dem als Emitterverstärker dienenden Transistor 7 2, besteht jedoch ein vom Knotenpunkt 5 ausgehender der Diode D 2, dem Knotenpunkt 3, dem als Inver- Stromweg, welcher einen Antriebsstrom an der Basis ter dienenden Transistor 7 3 und der Rückführung des Transistors 7 2 liefert. Dabei handelt es sich um über den Knotenpunkt 5 zur Basis des Transistors 45 den Rückkopplungspfad, welcher die hohe oder 7 2 besteht. 1,5VoIt betragende Ausgangsspannung am Knoten-Wenn das hohe Eingangssignal von 1,4 Volt ange- punkt 5 stabilisiert. Die Spannung am Knotenpunkt 5 legt ist, bei dem der Ausgang die niedrigste Span- steigt so lange an, bis Transistor 72 beginnt leitfähig nung von 0,3 Volt aufweist, wird die Ausgangsspan- zu werden. Im leitenden Zustand des Transistors 7 2 nung selbstverständlich in der oben beschriebenen 5° ergibt sich ein Stromdurchgang durch den mit 2 R Weise durch den Transistor 7 3 in Schottky-Klemm- bezeichneten Widerstand, wodurch die Spannung am schaltung stabilisiert, welcher eine Sättigungsspan- Knotenpunkt 2 verringert und an Transistor 7 4 ein nung von 0,3 Volt aufweist. negativer Rückkopplungseffekt erzeugt wird, wodurch Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Logik- dessen Stromdurchgang verringert und damit die Torschaltung ist kurz wie folgt Wenn an der Ein- 55 Spannung an Knotenpunkts stabilisiert wird. Der gangsklemme, d. h. dem Knotenpunkt 1 eine niedrige Transistor 74, die Diode D1, der Knotenpunkt 5, der Eingangsspannung von 0,7 VoSIt oder niedriger an- Transistor 7 2 und der Knotenpunkt 2 stellen einen gelegt ist, ist der Transistor 71 gesperrt. Das läßt negativen oder Gegenkopplungs-Rückkopplungspfad sich überprüfen durch Verfolgen des Stromweges dar, da in der ganzen Rückkopplungsschleife nur von dem Knotenpunkt ί durch den Transistor 71 60 eine Phaseninversion durch den Transistor 7 2 er- und über den Knotenpunkt 3 durch den Transistor folgt Der Transistor 74 ist in dieser Schaltung ein 73. Damit der Transistor 71 einen höheren Strom Emitterverstärker und bewirkt keine Phasenumführen kann, müßte der Gesamtspannungsabfall in kehr.
diesem Stromweg ausreichend hoch sein, um beide Es sei nun angenommen, daß die an Knoten-Transistoren 71 und 73 anzuschalten, d.h. müßte 65 punkt 1 angelegte Spannung von 0,7 auf 1,4VoIt
für jeden Transistor 0,7 Volt oder insgesamt 1.4 Volt verändert wird. Dadurch werden die Transistoren
betragen. Da die Spannung an der Basis des Tran- 73 und 71 in den leitenden Zustand angesteuert,
sistors 71 nur 0,7VoIt beträgt, ist kein Weg für Der Basisantrieb an Transistor 71 entspricht an-
genähert Vs des Kollektorstroms des Transistors TI1
was durch das Verhältnis der beiden Widerstände 10 R zu 2 R vorgegeben ist. Der Transistor T1
kommt in den Sättigungszustand, so daß Knotenpunkt 3 dann 0,7 Volt führt. Der Knotenpunkt 2 liegt
um die Sättigungsspannung einer Schottky-Klemmschaltung über diesem Wert und führt damit in bezug
auf Masse etwa 1,0VoIt. Bei einer Spannung von 0,7 Volt an Knotenpunkt 3 ist der Transistor T 3 angeschaltet,
während der Knotenpunkt 5 auf eine Sättigungsspannung der Schottky-Klemmschaltung oder
0,3 Volt abgesenkt wird.
Es fließt kein nutzloser Gleichstrom durch Transistor Γ 4 zur Masse, da bei 1,0VoIt Spannung an
Knotenpunkt 2 und 0,3 Volt Spannung an Knotenpunkt 5 die Gesamtspannung an der Basis-Emitter-Diode
des Transistors T 4 und der Diode D 1 nur 0,7 Volt beträgt. Dieser Wert reicht nicht aus. um
den Transistor und die Diode anzuschalten, da zu diesem Zweck 1,1 Volt, nämlich 0,4 Volt für die Schottky-Sperrschichtdiode
und 0,7 Volt für den Transistor benötigt werden.
Außerdem ergibt sich keine unnötige Stromaufnahme in dem Strompfad durch den Transistor 72,
da der Knotenpunkt 5 auf einer Spannung von 0,3 Volt liegt. Die Spannung an Knotenpunkt 4 kann
nicht unter 0,7 Volt absinken, da diese Spannung an Knotenpunkt 3 anliegt. Wenn daher Knotenpunkt 5
angenähert auf einer Spannung von 0,3 Volt liegt, kann der Transistor T 2 nicht leitend sein, da seine
Emitter-Basis-Diode mit angenähert 0,4 Volt in Sperrichtung vorgespannt ist.
Bei niedriger Ausgangsspannung von 0,3 Volt wird diese entsprechend der Darstellung in F i g. 1 A durch
den Unterschied der Spannungsabfälle in Vorwärtsoder Durchlaßrichtung der Basis-Emitter-Diode des
Transistors T 3 von 0,7 Volt und dem der zwischen Pic,'<: und Kollektor des Transistors Γ3 geschalteten
Schottky-Sperrschichtdiode stabilisiert. Diese Spannungsabfälle in Vorwärts- oder Durchlaßrichtung sind
sehr stabil und unabhängig von Herstellungstoleranzen.
In Zusammenfassung, die hohe Ausgangsspannung von 1,5 Volt wird durch den Einsatz mehrerer
Schottky-Bauteile in der Rückkopplungsanordnung stabilisiert, während die niedrige Ausgangsspannung
von 0,3 Volt durch den Unterschied der Spannungsabfälle in den beiden Diodenübergängen des Transistors
T 3 stabilisiert wird. Wie oben ausgeführt, tritt kein unnötiger Stromverbrauch in den Schaltzuständen
niedriger oder hoher Ausgangsspannung auf.
Die erfindungsgemäße logische Schaltung liefert genau definierte Logik-Spannungswerte mit einem kleinen, symmetrischen Spannungsunterschied. Damit ist das Produkt aus Leistungsaufnahme und Verzögerung verringert, welches angenähert vorgegeben
Die erfindungsgemäße logische Schaltung liefert genau definierte Logik-Spannungswerte mit einem kleinen, symmetrischen Spannungsunterschied. Damit ist das Produkt aus Leistungsaufnahme und Verzögerung verringert, welches angenähert vorgegeben
ίο ist durch C10, Vcc V1. C10,, die »totale« oder Gesamtkapazilät
der Schaltung ist durch die Schottky-Bauteile verringert, Vce beträgt 3,5 Volt im Vergleich zu
den üblichen 5 Volt und VL, der Logikhub ist niedriger
und dabei symmetrisch.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßcn Torschaltung
ist aus Fig. 3 ersichtlich, welche die Anpassung der in F i g. 1 dargestellten Schaltung für
eine handelsübliche TTL-Schaltung zeigt, die mit einer Betriebsnennspannung von — SVoIt gesreist
wird. Ein Spannungsregler verringert die übliche TTL-Schaltungsspannung auf ziemlich genau ^-3,5 Volt.
Der in Fi g. 3 dargestellte Regler wird zusammen mit der Schaltung von Fig. 1 in der gleichen Unterlage
integriert und liefert einen Temperaturkoeffizienten von 8 mV/c C. Dieser Temperaturkoeffizient ist angepaßt
an den Temperaturkoeffizienten von im wesentlichen ziemlich genau 8 mV/0 C der Schaltung
von Fig. 1, welcher sich durch den maximalen Stromweg mit 3 pn-Übergängen und zwei Schottkydioden
in Transistor T 4, Diode Dl, Transistor T 2, Diode D 2 und Transistor T 3 ergibt.
Die in Fig. 3 dargestellte Schaltung weist einen Transistor TS auf, dessen Kollektor mit der +5 Volt
führenden Speisespannungsquelle einer herkömmliehen TTL-Schaltung verbunden ist und dessen Emitter
die temperaturkompensierte Spannung von ! 3,5 Volt für die Schaltung von Fig. 1 abgibt. Die
Basisklemme ist über einen Widerstand mit einer Reihenschaltung aus fünf Dioden Dc verbunden, die
jeweils einen Temperaturkoeffizienten von 2 mV/c C
aufweisen. Der Temperaturkoeffizient aller fünf Dioden beträgt somit LO mV/° C in einer Richtung,
welcher in Verbindung mit dem Temperaturkoeffizienten des Emitter-Basis-Diodenübergangs des Transistors
Γ 5, welcher das entgegengesetzte Vorzeichen aufweist, den erwünschten Gesamtkoeffizienten von
8 mV/° C liefert.
609639/23
Claims (8)
- Patentansprüche:!..Logische Schaltung, deren Ausgangsklemme in Abhängigkeit von einem einen von zwei Pegelwerten aufweisenden, an die Eingangsklemme der Schaltung angelegten Eingangssignal zwischen zwei Pegelwerten umschaltbar ist, mit einer Totem-Pole-Endstufe aus zwei in Reihenschaltung geschalteten Transistoren in Schottky-KIemmschaltung, von denen der eine als Spannungsanhebetransistor und der andere als Spannungssenkungstransistor geschaltet ist und der Emitter des einen und der Kollektor des anderen Transistors, miteinander verbunden, die Ausgangsklemme bilden, und mit einem phasenteilenden ODER-Glied, welches dazu dient, die Basiseingänge beider Transistoren komplementär zu beaufschlagen, und zwei Ansteuereincänpe aufweist, von denen der erste dazu dient, in Abhängigkeit von einem hohen Zweipegel-Eingangssignal den Spannungssenkungstransistor in den Leitfähigkeitszustand zu versetzen und den Spannungsanhebetransistor im nichtleitenden Zustand zu halten, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsklemme über eine Rückkopplungsleitung mit dem zweiten Ansteuereingang des ODER-Gliedes zur Steuerung des Spannungshebetransistors (T4) verbunden ist.
- 2. Logische Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine ausgangsseitige Torschaltung (11) mit mehreren Schottkydioden (Dn), deren Kathoden zusammengeschaltet und mit der Ausgangsklemme (5) verbunden sind, wobei die Kathodenverbindung aus einem gemeinsamen isolierten Kollektorbereich eines der beiden Transistoren (T 3) besteht, der einen Teil einer integrierten Schaltung bildet.
- 3. Logische Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ihre Bestandteile auf einer Halbleiterunterlage gemeinsam mit einem Spannungsregler (F i g. 3) zum Herabsetzen der normierten TTL-Speisespannung von + 5 V auf etwa 3,5 V integriert sind, der mit einer Einrichtung zur Kompensation des Temperaturkoeffizicnten der Torschaltung versehen ist.
- 4. Logische Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Temperaturkoeffizienten voreebende Vorrichtung aus einem mit der Spannungsquelle von + 5 V gekoppelten Transistor (T 5) und einer Reihenschaltung aus mit der Basis des Transistors verbundenen fünf •pn-Uberganes-Dioden (D,) besteht, welche einen Temperaturkoeffuienten von 4 pn-Übergängen vorgeben.
- 5. Logische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das ODER-Glied zwei Transistoren in Schottky-Klemmschaltung (Γ1, T 2) aufweist, deren Kollektoren miteinander und mit der Basis des Spannungsanhebetransistors (T4) verbunden, und deren Emitter miteinander und mit der Basis des Spannungssenkungstransistors (7" 3) verbunden sind, wobei die Basen dieser beiden Transistoren als erste und zweite Eingänge dienen.
- 6. Logische Schaltung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen zum Steuern des Spannungsanhebetransistors (Γ4) dienenden ersten negativen Rückkopplungspfad, der den zweiten Ansteuereingang, die Ausgangsklemme und den Spannungsanhebetransistor umfaßt.
- 7. Logische Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter negativer Rückkopplungspfad durch den zweiten Ansteuereingang, den Spannungssenkungstransistor und die Ausgangsklemme gebildet ist.
- 8. Logische Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite negative Rückkopplungsweg eine Schottky-Diode aufweist, welche in Reihe zwischen dem Emitter des den zweiten Ansteuereingang aufweisenden ODER-Glied-Transistors und dem Spannungssenkungstransistor geschaltet ist und als Pegelversetzer dient.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US23118572A | 1972-03-02 | 1972-03-02 | |
US23118572 | 1972-03-02 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2310243A1 DE2310243A1 (de) | 1973-09-13 |
DE2310243B2 DE2310243B2 (de) | 1976-02-12 |
DE2310243C3 true DE2310243C3 (de) | 1976-09-23 |
Family
ID=
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