DE2444486A1

DE2444486A1 - Monolithisch integrierbare verzoegerungsschaltung

Info

Publication number: DE2444486A1
Application number: DE19742444486
Authority: DE
Inventors: Lothar Dipl Phys Blossfeld
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1974-09-18
Filing date: 1974-09-18
Publication date: 1976-04-01
Also published as: GB1518166A; IT1042571B; FR2285750A1

Description

Deutsche ITT Industries GmbH L.Bloßfeld - 8

78 Freiburg, Hans-Bunte-Str. 19 · Go/re

16. September 19

DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFi¹ MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG

FREIBURG I. BR.

Monolithisch integrierbare Verzögerungsschaltung

Die Erfindung beschäftigt sich mit einer Verzögerungsschaltung, die insbesondere als Ersatz der Glasverzögerungsleitung in . Pal- und Secam-Empfängern geeignet ist. Eine solche als integrierte MOS-Verzögerungsleitung bekannte Eimerkettenschaltung mit MOS-Schalttransistoren ist beispielsweise aus der Zeitschrift "Radio Mentor" 2, (1972) S. 054 bekannt. Eine ähnliche Eimerkettenschaltung, welche bipolare Transistoren als Schalter aufweist und im Prinzip ebenfalls als Ersatz einer Glasverzögerungsleitung dienen kann, war aus "Electronic Letters" (Dez. 1967) Bd. 3_f Nr.12, SS 544 - 546, bekannt.

Der Nachteil solcher Eimerkettenschaltungen, welche monolithisch integrierbar sind, besteht darin, dass analoge Signale gespeichert und verzögert werden. Dies hat zur Folge, dass das Signal/Rausch-Verhältnis bei längeren Ketten sehr ungünstig wird und Regsnerierschaitglieder in der Kette

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erforderlich sind.

Die Erfindung geht zur Lösung dieses Problems von dem Grundgedanken aus, das zu vergrössernde Signal nicht als Analog-Signal, sondern in Form einer phasenmodulierten Impulsfolge zu speichern und zu vergrössern und zu diesem Zwecke keine Eiiaerkettenschaltung, sondern eine Laufzeit-Schaltung zu verwenden, wie sie im Prinzip aus der DT-OS 1 512 544 bekannt war,, im Hinblick auf die Schaltung nach der Erfindung zumindest aber teilweise ohne Rückkopplung verwendet wird, so dass in der nicht rückgekoppelten Teilkette keine Impulse erzeugt werden.

Die Erfindung betrifft eine Verzögerungsschaltung mit kettenförmig geschalteten Invertern, welche aktive Halbleiterelemente aufweisen. Das oben erwähnte Problem bei bekannten monolithisch integrierbaren Verzögerungsleitungen hinsichtlich des Signal/Rausch-Verhältnisses wird erfindungsgemäss weitgehend dadurch gelöst, dass zur Verzögerung eines elektrischen Signals eine an sich bekannte Laufzeitkette mit Balbleiterelementen aufweisenden Laufzeitgliedern verwendet wird, deren Verzögerungszeiten die Kettenlaufzeit bestimmt, dass das Signal in Form einer phasenmodulierten Impulsfolge eines Impulsgenerators, dessen mittlere Impulsfolgefrequenz kleiner ist als die reziproke Verzögerungszeit eines Laufzeitgliedes, am Eingang der Laufzeitkette liegt, und dass das verzögerte Signal am Ausgang eines am Ausgang der Laufzeitkette liegenden Phasenmodulators abgegriffen wird.

Eine besonders einfache Realisierung der Laufzeitkette nach der Erfindung ist dadurch gegeben, dass die phasenmodulierte Impulsfolge in einem Laufzeit-Impulsgenerator gebildet wird, der aus einem rückgekoppelten Teil der Laufzeitkette besteht.

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Vorzugsweise wird die Verzögerungsschaltung nach der

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Erfindung in der sog. I L-Technik ausgelegt. Dieses Auslegungsprinzip entsprechend "Philip's Technical Review" 33,3 (1973; SS. 76-85, wird auch als "Merged Transistor Logic" bezeichnet - vgl. "1973 IEEE International Solid-state Circuits Conference, Digest of Technical Papers", S. 90-93. Das Hauptmerkmal dieses Auslegungsprinzips ist ein Injektor, der als Teil einer lateralen Transistorstruktur den Stromfluss in einem vertikalen, invers betriebenen Transistor mit mindestens einem an der Halbleiteroberfläche liegenden Kollektor steuert. Eer Injektor kann im Ersatzschaltbild als Ersatzschaltbild-Transistor dargestellt werden, dessen Basis auf dem Emitterpotential des betreffenden vertikalen Transistors und dessen Kollektor an der Ba^si» des vertikalen Transistors liegt. Die Kollektorzone des Ersatzschaltbild-Transistors ist identisch mit der Basiszone

ο des vertikalen Transistors. Für die I L-A.uslegung sind besonders Schaltungen mit Transistoren geeignet, deren Emitter auf gleichem Potential, beispielsweise auf Massepotential,liegen, wie es bei dem Laufzeit-Impulsgenerator nach der erwähnten DT-OS 1 512 544 der Fall ist. Die Basisströme für die Transistoren werden über die Injektoren eingespeist.

Vorteile des Auslegungsprinzips der integrierten Injektions-

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Logik (I L) sird ein relativ geringer Oberflächenbedarf an Halbleitermaterial und die Möglichkeit der leichten Realisierbarkeit von Schaltungen ohne Widerstände und Kondensatoren, welche in herkömmlicher Planardiffusionstechnik hergestellt werden können. Da die Stromversorgung über die vorhandenen Injektoren erfolgt, sind ferner keine besonderen Stromquellen, beispielsweise Konstantstromquellen, für die einzelnen Transistoren erforderlich.

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Die Verzögerungsschaltung nach der Erfindung kann daher

in I L-Auslegung monolithisch mit mehreren hundert Invertern in Form von bipolaren Transistoren auf einem relativ kleinflächigen Halbleiterplättchen realisiert werden. Dies bedeutet jedoch keine Einschränkung der Realisierbarkeit der Verzögerungsschaltung nach der Erfindung, da die Vorteile hinsichtlich der Lösung des erwähnten Problemes des Signal-Rausch-Verhältnisses auch bei Verwendung von MIS-Feldeffekttransistoren gegeben sind, wobei ebenfalls ein geringer Oberflächenbedarf an Halbleitermaterial gegeben ist.

Es ist von Vorteil, die Kettenlaufzeit der Verzögerungsschaltung nach der Erfindung mit einer Regelgrösse zu regeln, die durch Phasenvergleich zwischen dem Eingangssignal und dem Ausgangssignal gewonnen wird'.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert/

deren Fig. 1 das Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der Verzögerungsschaltung nach der Erfindung zeigt,

deren Fig. 2 das Blockschaltbild einer hinsichtlich der Kettenlaufzeit geregelten Verzögerungsleitung nach der Erfindung veranschaulicht.

Die Fig. 1 zeigt eine Laufzeitkette mit kettenförmig geschalteten Invertern in Form von in Emitterschaltung betriebenen bipolaren Transistoren T₁... T . Die Kollektoren der Transistoren T₁ bis T_n-1 sind jeweils mit den Basiszonen der in der Kette folgenden Transistoren galvanisch verbunden. Die Emitter liegen auf Massepotential. Die ₍ >*· Stromversorgung der Transistoren erfolgt über die Arbeitswiderstände R₁-R , an deren Stelle auch Impedanzen oder Stromquellen verwendet werden können. Bei einer I L-Auslegung

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entfallen diese Arbeitswiderstände R-, -R ; an deren Stelle übernehmen die Injektoren die Stromversorgung.

Die Laufzeit eines Signales durch die Laufzeitkette ergibt sich als Summe der Sperrverzögerungszeiten der einzelnen Transistoren T₁, T₀... T . Bei einer Rückkopplung, die bei der Verzögerungsschaltung nach der Pig. I durch die Verbindung 1 über die von den Transistoren T^, T₂ und T₃ gebildeten Teilkette erfolgt, ist die Frequenz und die Dauer der Impulse durch Sperrverzögerungszeiten dieser drei Transistoren T,, T₃, T₃ gegeben, falls keine äusseren Kapazitäten und Widerstände vorhanden sind. Die Ersatzschaltbild-Kapazitäten C,, C₂# Co··· ^c _n bestimmen neben den nicht eingezeichneten Ersatzschaltbildwiderständen die Sperrverzögerungszeit der Laufzeitglieder und damit auch die Frequenzen und die Dauer der Impulse des Laufzeit-Impulsgenerators mit den Transistoren T₁/ T₃ und T₃.

Die Frequenz und die Dauer der Impulse des durch die Transistoren T,, T₂ und T₃ gebildeten Laufzeit-Impulsgenerators können aber ausserdem auch noch durch das zu verzögernde Signal moduliert werden, welches an einem geeignet gewählten Eingang 2, 2* gelegt wird.

Das zu verzögernde Signal wird dann beispielsweise, wie aus der DT-OS 1 512 544 bekannt ist, an die Basiszone der Transistoren T,, T₂ und T₃ des Laufzeitimpulsgenerators angelegt werden, wie durch das Potentiometer r mit anschliessend gestrichelt gezeichneten Leitungszügen veranschaulicht wird. Eine andere weniger wirksame Möglichkeit der Modulation des Laufzeit-Impulsgenerators wäre über den gemeinsamen Anschluss 2' der Arbeitswiderstände R,, R₂ und R₃ gegeben.

In gleicher Weise wird die Kettenlaufzeit der an den Laufzeit-Impulsgenerator angeschlossenen Laufzeitkette, vorzugsweise auf der Basis-Eeitter-Spannung aufgeprägten

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Regelspannung beeinflusst _t welche an den Basisanschlüssen der Transistoren über den Anschluss 3 angelegt wird.

Die Fig„ 2 zeigt das Schaltbild einer hinsichtlich der Verzögerungszeit geregelten Laufzeitkette L nach der Erfindung. Am SchaltpiuBkt S wird das zu verzögernde Signal, beispielsweise ein Video-Signal, angelegt. Dieses wird an den Eingang 2 des Impulsgenerators I angelegt und moduliert dessen Impulsfolgefrequenz. Dei· Ausgang 7 des Impulsgenerators I wird mit dem Eingang der Laufzeitkette L nach der Erfindung verbunden, deren Ausgang 5 am Eingang 8 eines herkömmlichen Phasendemodulators D liegt, an dessen Ausgang β da3 ursprüngliche Signal verzögert abgegriffen werden kann.

Das verzögerte Signal wird ausserdem an einen Eingang 9 einer Phasenvergleichsschaltung P angelegt, an deren anderem Eingang 10 das zu verzögernde Signa.1 liegt. Als Phasenvergleichsschaltung werden vorzugsweise handelsübliche integrierte Schaltungen, beispielsweise TBA 940, 950, verwendet.

In der Phasenvergleichsschaltung P wird durch Phasenvergleich zwischen dem am Eingang S liegenden Eingangssignal und dem am Ausgang 6 liegenden Ausgangssignal eine Regelgrösse gewonnen, welche an den Regeleingang 3 der Laufzeitkette L angelegt wird, und welche die Kettenlaufzeit auf einen eingestellten Wert regelt. Bei der Ausführungsform gemäss Fic, 1 erfolgt diese Regelung über die Summe der Emitterströme der Transistoren T. bis T .

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Zum gleichen Zwecke kann auch eine Regelung über die Summe der Emitterströme einer Teilkette der Laufzeit-Kette L erfolgen.

Es ist besonders vorteilhaft, den Impulsgenerator I und die Laufzeitkette L gemäss der Fig. 1 zusammen monolithisch in einem Halbleiterplättcben in Form von Transistoren

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enthaltenden Laufzeitgliedern zu verwenden, deren Verzögerungszeit die Kettenlaufzeit bestimmt. Der :.mpulsgenerator I kann dann leicht dadurch realisiert werden, dass eine Teilkette von der Laufzeitkette durch eine Rückkopplungsleitung 1 derart abgeteilt werden, dass der abgeteilte Teil einen Laufzeit-Impulsgenerator darstellt.

Damit die Laufzeitkette L die Impulsfolgefrequeriz des Impulsgenerators I noch übertragen kann, muss die Impulsfolgefrequenz kleiner sein als die Eigenfrequenz der Laufzoitkette L dividiert durch die Anzahl der Inverter. Dies bedeutet, dass die mittlere Impulsfolgefrequenz des Impulsgenerators I kleiner sein muss als die reziproke Verzögerungszeit eines Laufzeitgliedes. Dabei ist die Eigenschwingungsfrequenz der Laufzeitkette durch die Summe der Ver zöger u*igs zeiten der einzeli-eri Inverter gegeben. Die mittlere Impulsfolgefrequenz sollte wesentlich kleiner sein als die reziproke Verzögerungszeit eines Laufzeitgliedes.

Bei einer geregelten Verzögerungsschaltung gemäss dem Blockschaltbild der Fig. 2 kann auch ein ausgesiebter Teil des Signals zur Gewinnung der Regelgrösse verwendet werden, wie es sich bei Video-Signalen anbietet.

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Claims

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Patentansprüche

f Iy Verzögerungsschaltung mit kettenförmig geschalteten Invertern, welche aktive Halbleiterelemente aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verzögerung eines elektrischen Signals eine an sich bekannte Laufzeitkette (L) mit Halbleiterelementen aufweisenden Laufzeitgliedern verwendet wird, deren Verzögerungszeiten die Kettenlaufzeit bestimmt, dass das Signal in.Form einer phasenmodulierten Impulsfolge eines Impulsgenerators (I), dessen mittlere Impulsfolgefrequenz kleiner ist als die reziproke Verzögerungszeit eines Laufzeitgliedes, am Eingang C4) der Laufzeitkette (2) liegt, und dass das verzögerte Signal am Ausgang (6) eines am Ausgang (5J der Laufzeitkette (L) liegenden Phasendemodulator (Pi abgegriffen wird.
2. Verzögerungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die phasenmodulierte Impulsfolge in einem Laufzeit-Impulsgenerator (I) gebildet wird, der aus einem rückgekoppelten Teil der Laufzeitkette (L) besteht»

3. Verzogerungsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Laufzeitglieder in Emitterschaltung betriebene Transistoren verwendet werden, welche galvanisch gekoppelt sind.

4. Verzögerungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kettenlaufzeit mit einer Regelgrösse geregelt wird, die durch Phasenvergleich zwischen Eingangs- und Ausgangssignal gewonnen wird.

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5. Verzögerungsschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelgrösse die Summe der Emitterströme mindestens eines Teiles der Transistoren der Laufzeitkette (L) regelt.

6. Verzögerungsschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis S₁

2 gekennzeichnet durch eine Auslegung in I L-Technik.

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