DE2546872C3 - Integrated circuit arrangement with MOS transistors of only one conductivity type as switch elements - Google Patents
Integrated circuit arrangement with MOS transistors of only one conductivity type as switch elementsInfo
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Description
auf einem Halbleiterchip um etwa die Hälfte verringert werden. Die für die Herstellung einer Verbindung bzw. für deren Auftrennung erforderliche Schaltzeit kann mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung um bis zu drei Größenordnungen gegenüber bisher eingesetzten "> Einrichtungen mit mechanischen Kontakten verringert werden. Weiterhin kann im Vergleich zu bisher bekannten Lösungen mit Halbleiterelementen eine wesentlich verbesserte Übersprechsicherheit insbesondere bei großen Ansteuerspannungen und Störspannungen erreicht werden.on a semiconductor chip can be reduced by about half. The time required for the preparation of a compound or for their separation switching time, with the inventive circuit arrangement can be reduced up to three orders of magnitude over previously used "> devices with mechanical contacts to. May further compared significantly improved crosstalk security to previously known solutions with semiconductor elements in particular can be achieved with high control voltages and interference voltages.
Die Erfindung wird nachfolgend unter bezug auf die Zeichnung näher erläutert F i g. 1 zeigt einen Ausschnitt eines Schaltbildes der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, in dem lediglich ein einziges Schalterelement in Form eines MOS-Transistors Tl dargestellt ist, über dessen Source-Drain-Strecke ein Leitungsweg 11, 11' geführt ist, der je nach dem Schaltzustand des Schalterelements geschlossen oder unterbrochen ist. Der Schaltzustand des Schalterelements 7*1, also sein »Ein-Zustand« oder sein »Aus-Zustand«, w«rd von einer am Gate-Anschluß des Schalterelements angelegten Steuerspannung bestimmt Diese Steuerspannung wird von einer aus den Transistoren 7*2, 7*3 bestehenden Inverterschaltung /geliefert, deren Ausgang /4'mit dem Gate-Anschluß des Schaltertransistors Tl verbunden ist. Der Schaltzustand der Inverterschaltung andererseits wird von Ausgangssignalen einer Logikschaltung L beeinflußt, die an ihren Eingangsanschluß E' (Gate-Anschluß des Treibertransistors T3) angelegt sind, jo Erfindungsgemäß sind die Inverterschaltung I und die Logikschaltung L an eine erste höhere Betriebsspannung und eine weitere niedrigere Betriebsspannung m<t zur ersten Betriebsspannung entgegengesetzter Polarität angeschlossen, während die Leitungswege 11, 11' t5 angenähert auf Nullpotential liegen (U= =0V). Zumindest sollte jedoch ein Abstand von etwa 2 Volt gegen die in bezug auf Masse kleinere Betriebsspannung nicht unterschritten werden.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing FIG. 1 shows a section of a circuit diagram of the circuit arrangement according to the invention in which only a single switch element is shown in the form of a MOS transistor Tl, over whose source-drain path a conduction path 11, 11 'is routed, which is closed depending on the switching state of the switch element or is interrupted. The switching state of the switch element 7 * 1, that is, its "on-state" or its "off-state", is determined by a control voltage applied to the gate terminal of the switch element * 3 existing inverter circuit / supplied, the output / 4 'of which is connected to the gate terminal of the switch transistor Tl. The switching state of the inverter circuit, on the other hand, is influenced by output signals from a logic circuit L , which are applied to its input terminal E ' (gate terminal of the driver transistor T3), according to the invention, the inverter circuit I and the logic circuit L are connected to a first higher operating voltage and a further lower operating voltage m <t connected to the first operating voltage of opposite polarity, while the conduction paths 11, 11 't5 are approximately at zero potential (U = = 0V). However, at least a distance of about 2 volts to the operating voltage, which is smaller in relation to ground, should not be undershot.
Zweckmäßig wird die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung einmal in der gut beherrschbaren p-Kanal-Technik ausgeführt. Als erste höhere Betriebsspannung wird dann der Schaltungsanordnung eine Spannung von beispielsweise — 24 V zugeführt, während als weitere niedrigere Betriebsspannung mit zur ersten Betriebsspannung entgegengesetzten Polarität eine Spannung von +5V verwendet wird. Bekanntlich ist die letztgenannte Spannung die zur Versorgung von TTL-Schaltkreisen übliche Betriebsspannung, so daß sich bei entsprechender Auslegung der Logikschaltung L eine Kompatibilität zu diesen Schaltkreisen erreicht werden kann. Dies ist vorteilhaft, weil dann die den Schaltzustand der Inverterschaltung / bestimmende Logikschaltung L unmittelbar von Signalen mit TTL-Pegel ansteuerbar ist.The circuit arrangement according to the invention is expediently implemented once in the easily controllable p-channel technology. A voltage of -24 V, for example, is then fed to the circuit arrangement as the first higher operating voltage, while a voltage of + 5V is used as a further lower operating voltage with polarity opposite to the first operating voltage. As is well known, the last-mentioned voltage is the usual operating voltage for supplying TTL circuits, so that with a suitable design of the logic circuit L, compatibility with these circuits can be achieved. This is advantageous because the logic circuit L which determines the switching state of the inverter circuit / determining the logic circuit L can then be controlled directly by signals with a TTL level.
In vorteilhafter Weiterbildung ist eine Realisierung der Schaltungsanordnung in n-Kanal-Technologie verbunden mit dem weiteren Vorteil eines um den Faktor 2 bis 3 geringeren Flächenbedarfs für die Schalterelemente möglich. Als Betriebsspannungen sind dann eine «> kleine negative Spannung und eine größere positive Spannung vorzusehen.In an advantageous development, the circuit arrangement is implemented using n-channel technology with the further advantage of a factor of 2 to 3 less space required for the switch elements possible. The operating voltages are then a «> small negative voltage and a larger positive voltage Voltage to be provided.
Zweckmäßig wird die Inverterschaltung / aus einem Treibertransistor T3 vom Enhancement-Typ und einem Lasttransistor T2 vom Depletion-Typ gebildet. Dadurch kann die Gateelektrode des Schalterelements Tl mit dem vollen Spannungshub der höheren Betriebsspannung angesteuert werden. Bei Realisierung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in p-Kanal-Technologie wird der Ί reibet transistor mit der positiven Betriebsspannung und der Lasttransistor mit der negativen Betriebsspannung verbunden. Es ist ferner vorteilhaft, daß alle Treibertransistoren der Schaltungsanordnung mit der vorgenannten positiven Betriebsspannung verbunden sind, die gleichzeitig als Substratvorspannung für den Halbleiterkörper Verwendung finden kann. Im allgemeinen Fall muß die Substratvorspannung Usub betragsmäßig immer größer sein als die kleinere der beiden Betriebsspannungen und außerdem deren Polarität besitzen.The inverter circuit is expediently formed from a driver transistor T3 of the enhancement type and a load transistor T2 of the depletion type. As a result, the gate electrode of the switch element T1 can be controlled with the full voltage swing of the higher operating voltage. When the circuit arrangement according to the invention is implemented in p-channel technology, the Ί friction transistor is connected to the positive operating voltage and the load transistor is connected to the negative operating voltage. It is also advantageous that all driver transistors of the circuit arrangement are connected to the aforementioned positive operating voltage, which can be used at the same time as a substrate bias for the semiconductor body. In the general case, the amount of the substrate bias Usub must always be greater than the lower of the two operating voltages and must also have their polarity.
Mit der erfindungsgemäßen Anordnung ist es möglich, die Wechselspannungs-Aussteuerung des Schaltertransistors Tl im gesperrten Zustand so groß zu machen, daß für die kritische positive Halbwelle der angelegten Wechselspannung für den Schaltertransistor Aussteuerungswerte von bis zur Höhe der positiven Betriebsspannung vermehrt um die Schwellenspannung des Schaltertransistors Tl und vermindert um die Restspannung des Inverters / sicher gesperrt werden können. Bei einer solchen Dimensionierung kann sehr vorteilhaft ausgenutzt werden, daß der Widerstand eines Durchschaltetransistors im »Ein-Zustand« zwar sehr stark von der Wahl der Schwellenspannung dieses Transistors abhängt, während er nur sehr viel schwächer von der Substratvorspannung beeinflußt wird. Da sowohl Schwellenspannung als auch Substratvorspannung aber in gleicher Weise in die Übersteuerungseigenschaften eingehen, kann durch die Wahl einer niedrigen Schwellenspannung und einer hohen Substratvorspannung gleichzeitig ein niedriger Einschaltwiderstand und ein hoher Aussteuerungsbereich realisiert werden. Bei Anliegen der negativen Halbwelle der Ansteuerungsspannung ist die maximale Aussteuerung des Schaltertransistors Tl lediglich durch die Diodendurchbruchsspannung der Source- und Drain-Gebiete begrenzt.With the arrangement according to the invention, it is possible to control the alternating voltage To make switch transistor Tl in the blocked state so large that the critical positive half-wave applied AC voltage for the switch transistor level values of up to the level of the positive Operating voltage increased by the threshold voltage of the switch transistor Tl and reduced by the Residual voltage of the inverter / can be safely blocked. With such a dimensioning can be very the fact that the resistance of a switching transistor in the "on state" can be used to advantage depends very much on the choice of the threshold voltage of this transistor, while it is only much weaker is influenced by the substrate bias. Since both threshold voltage and substrate bias but in the same way can be included in the override properties by choosing a low threshold voltage and a high substrate bias at the same time a low on-resistance and a high dynamic range can be achieved. When the negative half-wave of the The control voltage is the maximum modulation of the switch transistor Tl only through the diode breakdown voltage the source and drain regions limited.
Bei einem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung mit einer positiven Betriebsspannung von +5 V und einem Schwellspannungswert des Lasttransistors T2 von + 3,5 V konnte der Schaltertransistor Tl mit einer Wechselspannung von 15 V Spitzen-Spitzen-Wert ausgesteuert werden, ehe ein merkbares Übersprechen auftrat.In one embodiment of the circuit arrangement according to the invention with a positive operating voltage of +5 V and a threshold voltage value of the load transistor T2 of + 3.5 V could Switch transistor Tl be controlled with an alternating voltage of 15 V peak-to-peak value before a noticeable crosstalk occurred.
Vorteilhaft wird bei der Herstellung der Lasttransistoren T2 der Inverterschaltung / ein Ionenimplantationsverfahren angewendet, wodurch auf einfache Weise die Einstellung eines bestimmten Werts der Schwellenspannung dieses Transistors ermöglicht wird.An ion implantation method is advantageous in the manufacture of the load transistors T2 of the inverter circuit / applied, which makes it easy to set a specific value of the Threshold voltage of this transistor is made possible.
Auch bei der Herstellung der Schalterelemente Tl selbst wird vorteilhaft ein Implantationsschritt angewandt; durch die damit relativ genau kontrollierbare Konzentration der Dotierungssubstanzen können auf einfache Weise für den Betrieb als Schalter günstige niedrige Werte der Schwellspannung und des Einschaltwiderstands erreicht werden.An implantation step is also advantageously used in the production of the switch elements T1 themselves; by the concentration of the doping substances, which can thus be controlled relatively precisely, can on simple way for operation as a switch low values of the threshold voltage and the switch-on resistance can be achieved.
F i g. 2 zeigt einen sich lediglich auf die Eingangsstufe mit den Transistoren T4, T5, T6 sowie die Ausgangsstufe mit den Transistoren TT, TS erstreckenden Ausschnitt aus einem Schaltbild der Logikschaltung L Zwischen Eingangsstufe und Ausgangsstufe sind an sich bekannte Schaltungen, wie beispielsweise Decodierungsschaltungen, Schaltungen zum Einschreiben bzw. Auslesen des Schaltzustandes der Schalterelemente Tl, RÜL'kmeldeschaltungen zu den Ausgängen Ri (Fig. 1) sowie Speicherschaltungen angeordnet. Diese Schaltungsteile werden zweckmäßig aus den in MOS-Tech-F i g. 2 shows an excerpt from a circuit diagram of the logic circuit L, which only extends to the input stage with the transistors T4, T5, T6 and the output stage with the transistors TT, TS.Between the input stage and the output stage, there are known circuits, such as decoding circuits, circuits for writing or reading out the switching state of the switch elements Tl, RÜL'kmeldeschaltungen to the outputs Ri (Fig. 1) and memory circuits are arranged. These circuit parts are expediently made from the
nologie leicht herstellbaren »NOR«-Gattern gebildet. Bei Nichtbeschaltung eines Eingangs Si der Logikschaltung L liegt bei vorbeschriebener Wahl der Betriebsspannungen der Eingang auf einem Potential von +5 V. Durch die dadurch erreichte Sperrung des Eingangsinverters 74, 75 durch die Wirkung des Depletionstransistors am Eingang 76 ist auf einfache Weise ein stabiler definierter Betriebszustand erreicht. Der Ausgangsinverter 77, 7"8 der Logikschaltung L wird so ausgelegt, daß die Ausgangsschaltschwelle am Ausgang A1 übereinstimmt mit der Eingangsschaltschwelle des Eingangs E'des Inverters /.»NOR« gates that are easy to manufacture in terms of technology. If an input Si of the logic circuit L is not connected, the input is at a potential of +5 V if the operating voltages are selected as described above achieved. The output inverter 77, 7 "8 of the logic circuit L is designed so that the output switching threshold at the output A 1 corresponds to the input switching threshold of the input E 'of the inverter /.
Zweckmäßig erhält die integrierte Schaltungsanordnung eine Matrixstruktur, bei der zumindest die Schalterelemente 71 in Kreuzungspunkten von Zeiien und Spalten angeordnet sind. Eine jeweils einem Schalterelement 71 zugeordnete Inverterschaltung I wird, um unnötige Schaltverzögerungen durch zu lange Leitungsführungen zu vermeiden, ebenfalls möglichst nahe an dem zugehörigen Schalterelement 71 angeordnet. Die Logikschaltung L selbst kann eine Vielzahl derartiger Inverterschaltungen /ansteuern. Dies wird in Fig. I durch eine größere Anzahl von Ausgängen A1 angedeutet.The integrated circuit arrangement expediently has a matrix structure in which at least the switch elements 71 are arranged at points of intersection of lines and columns. An inverter circuit I assigned to each switch element 71 is also arranged as close as possible to the associated switch element 71 in order to avoid unnecessary switching delays due to excessively long line routings. The logic circuit L itself can drive a large number of such inverter circuits. This is indicated in FIG. I by a larger number of outputs A 1 .
w Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist selbstverständlich auch zur Durchschaltung von erdsymmetrischen Leitungswegen geeignet Dazu sind in jedem Matrixpunkt zwei Schalterelemente 71 vorzusehen. w The inventive circuit arrangement is of course also suitable for switching through balance line paths by two switch elements are in each matrix point to provide 71st
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
Claims (11)
Priority Applications (1)
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DE19752546872 DE2546872C3 (en) | 1975-10-18 | 1975-10-18 | Integrated circuit arrangement with MOS transistors of only one conductivity type as switch elements |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
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DE2546872A1 DE2546872A1 (en) | 1977-04-21 |
DE2546872B2 DE2546872B2 (en) | 1978-02-23 |
DE2546872C3 true DE2546872C3 (en) | 1978-09-28 |
Family
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Family Applications (1)
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DE19752546872 Expired DE2546872C3 (en) | 1975-10-18 | 1975-10-18 | Integrated circuit arrangement with MOS transistors of only one conductivity type as switch elements |
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DE (1) | DE2546872C3 (en) |
-
1975
- 1975-10-18 DE DE19752546872 patent/DE2546872C3/en not_active Expired
Also Published As
Publication number | Publication date |
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DE2546872A1 (en) | 1977-04-21 |
DE2546872B2 (en) | 1978-02-23 |
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: LICENTIA PATENT-VERWALTUNGS-GMBH, 6000 FRANKFURT, |
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