DE2600198B2 - Eingabestufe für eine integrierte MISFET-Schaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Eingabestufe für eine integrierte MISFET-Schaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Das Leitwerk der neueren elektronischen Taschenrechner wird gebräuchlicherweise in MISFET-LSI-Technik hergestellt. Der in solchen Taschenrechnern verwendete Anzeigetreiber muß jedoch eine relativ hohe Ausgangsspannung liefern. Es war daher lange Zeit nicht möglich, den Treiber mit dem Leitwerk und dem Rechenwerk auf einem einzigen Halbleiterplättchen zu integrieren. Mit fortschreitender LSI-Technik gelang es jedoch in jüngerer Zeit, auch Treiber mitzuintegrieren,die hohe Ausgangsspannungen liefern.

Um die erforderliche Zahl von Anschlüssen in Taschenrechnern möglichst gering zu halten, war es bislang gebräuchliche Praxis, Ausgangssignale für die Anzeigesteuerung auch für andere funktioneile Erfordernisse, insbesondere zur Ablaufsteuerung, abzugreifen und zu verwerten. Dieser Abgriff erfolgte bislang problemlos auf dem relativ niedrigen Signalpegel an den Ausgangsanschlüssen des MISFET-LSI-Bauelements. ^h5 Das auf Signalpegel abgegriffene Signal konnte direkt als Eingangssignal für Folgesteuerungen verwendet werden. Mit der Integration des Treibers standen jedoch statt der Signalpegelausgangsanschlüsse nur noch die relativ hohe Spannungen führenden Treiberausgangsanschlüsse zur Verfugung. Eine Eingabe der Treiberausgangsspannungsäignaie auf den Eingang eines MISFETs würde bei gebräuchlicher Auslegung der Taschenrechnertreiber zum dielektrischen Durchschlag und zur Zerstörung der MISFET-Steuerung führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Eingabestufe zu schaffen, die einen verhältnismäßig hohen Eingangssignalpegel unmittelbar aufnehmen kann, ohne daß die mit diesem Pegel beaufschlagte MISFET-Schaltung zerstört wird.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Kennzeichen des Petentanspruchs 1. Danach erfolgt die Begrenzung des Eingangssignalpegels auf einen für die Transistoren verträglichen Wert erst innerhalb der Eingabestufe, so daß das Eingangssignal nicht vorher erniedrigt zu werden braucht. Die Schaltung nach dem Patentanspruch 1 läßt sich dabei ohne weiteres mit den übrigen Schaltungselementen der MISFET-Schaltung gemeinsam integrieren.

Eine Eingabestufe mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 ist an sich aus den deutschen Offenlegungsschriften 20 64 977 und 22 45 855 bekannt. Allerdings haben die bekannten Schaltungen die ganz andere Funktion einer Pegelanhebung ode/ Pegelverschiebung und sind daher auch entsprechend anders aufgebaut.

Die Schaltung nach der Lehre des Patentanspuchs 1 ist grundsätzlich überall dort einsetzbar, wo das Problem auftritt, ein MISFET-LSI-Bauelement mit einem Eingangssignal verhältnismäßig hohen Amplitudenpegels unmittelbar auszusteuern. Eine besonders vorteilhafte Verwendung der erfindungsgemäßen Schaltung entsprechend der eingangs erläuterten Problematik ist in Anspruch 5 angegeben. Die übrigen Unteransprüche betreffen besonders einfache bzw. vorteilhafte Ausgestaltungen der Eingabestufe nach Anspruch 1.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in der nachstehenden Beschreibung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der

F i g. 1 eine Eingabestufe zeigt, während in

F i g. 2 eine an sich bekannte Tastatureingabestufe für einen Taschenrechner dargestellt ist, bei der die Erfindung verwenbar ist.

Zunächst sei in Verbindung mit F i g. 2 ein konkretes Beispiel für die Verwendung von Anzeigetreiber-Ausgangssignalen als Eingangssignal zu Steuerzwecken erläutert. In der F i g. 2 ist eine Tastatureingabestufe dargestellt, die ohne einen speziellen Binärcodierer arbeitet. Die Verknüpfungsglieder Gl bis G 4 werden von einem Eingabetastenschalter 3 angesteuert. Die Tasteneingabe wird mit einem Ziffernsignal synchronisiert, das als Ausgangssignal einer integrierten Halbleiterschaltung 1 auftritt. Dieses Ziffernsignal dient als Treibersignal für das numerische Anzeigeelei.ient 2. Gleichzeitig werden die Verknüpfungsglieder G 1 bis G4 auf dem anderen Eingang durch den Inhalt eines Ziffernzählers 4 gesteuert. Das über die Taste 3 eingetastete Zeichen gelangt auf diese Weise als der Eingabetaste zugeordneter Wert in das Eingabepufferregister 6.

Im Decoder 5 wird das Ziffernsignal gebildet, das an den Ausgangsstufen DR 1 bis DR η auf dem relativ hohen Treiberspannungspegel auftritt.

Das auf die Eingabestufe geprägte Signal ist also das

über den Tastenschalter 3 aufgeprägte Ziffernsignal, das am Ausgang des Anzeigetreibers auftritt. Es handelt sich also um ein Signal relativ hoher Spannung. Die auf das Anzeigeelement 2 geprägte Treiberspannung liegt gebräuchlicherweise bei 30 bis 35 V, bezogen auf den Signalamplitudenpegel. Dieses Signal wird auf die Eingangsschaltung 7 der Eingabestufe geprägt. Bei dieser Spannung muß eine Zerstörung des Steuerbereichs des MIS-FET vermieden werden, ohne den Signalpegel zu beeinflussen. Diesem Zweck dient die Eingabestuie der Erfindung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in F i g. 1 für die Anwendung in der Eingabestufe eines elektronischen Taschenrechners oder Tischrechners dargestellt.

Über die MIS-FETs A/5 und Af6 wird ein Treibersignal VDISP für das Anzeigeelement 2 mit hoher Signalamplitude, gebräuchlicherweise im Bereich von etwa 30 bis 35 V, erzeugt Dieses Signal gelangt über den Tastenschalter 3 auf den Eingangsanschluß IN. Dieses Signal mit der hohen Signalamplitude wird auf einen Treiber-MIS-FET M 4 goprägt, der Teil des Eingabekreises ist Der dielektrische Durchschlag im Steuerbereich des Treiber-MIS-FET Af 4 aufgrund des hohen Signalamplitudenpegeis wird dabei wie folgt verhindert:

Zwischen dem Eingangsanschluß IN. auf den das Signal mit der hohen Signalamplitude geprägt wird, und dem Versorgungsspannungsanschluß VGG der Eingangsstufe, an dem eine relativ niedrige Versorgungsspannung, gebräuchlicherweise im Bereich von etwa 14 V, liegt, sind in Reihe ein selbstsperrender MIS-FET M I und ein Widerstand R 1 geschaltet. Die Steuerelektrode des MIS-FET M1 liegt ebenfalls am Versorgungsspannungsanschluß VGG. Zwischen dem Eingangsanschluß /N und der Steuerelektrode des Treiber-MIS-FET Af 4 des Eingabegliedes liegen in Reihe ein Widerstand R2 und ein MIS-FET Af 2. Der Steueranschluß des MIS-FET Af 2 ist auf den Versorgungsspannungsanschluß VGG geschaltet.

Die in Reihe zu den MIS-FETs Af 1 und Af 2 liegenden Widerstände R 1 bzw. R 2 verhindern einen dielektrischen Durchschlag im Steuerbereich der MIS-FETs Af 1 und Af 2. Die Widerstandswerte dieser beiden Widerstände liegen gebräuchlicherweise im Bereich von 1 bis 2 kOhm. Im Rahmen integrierter Halbleiterschaltungen können sie auf dem Halbleitersubstrat durch Dotierungsdiffusion gleichzeitig mit der Diffusic^erstellung der Quellen und Senken der MIS-FETs hergestellt werden. Der MIS-FET Af2 kann dabei sowohl selbstsperrend als auch selbstleitend sein (Anreicherungstyp oder Verarmungstyp).

Beim Auftreten eines Signals mit hohem Signalpegel am Eingang des MIS-FET AfI tritt eine Elektrodenfunktionsvertauschung ein. Gebräuchlicherweise ist die Elektrode auf der Eingangsseite des MIS-FET AfI als Quellenelektrode ausgebildet. Die Elektrode, an der die Veriorgungsspannung liegt, ist üblicherweise die Senkenelektrode. Beim Auftreten eines Eingangssignals an der Eingangselektrode des MIS-FET AfI, das einen Pegel aufweist, der größer als der Pegel auf der Seite der Versorgungsspannung ist, kehrt sich die Quellen-Senken-Funktion um, so daß die Eingangsseite als Senke und die Versorgungsspannungsseite als Quelle wirkt. Da unter diesen Bedingungen die Quelle und der Steuerbereich auf gleichem Potential liegen, ist der MIS-FET Af 1 gesperrt. Zwischen der »Hochspannungsquelle« und der »Niederspannungsquelle« fließt in diesem Augenblick kein Strom über den MIS-FET Af 1. Die auf das Anzeigeelement zu prägende Spannung am Treiberausgang bleibt also auch bei geschlossenem Tastenschalter 3 erhalten.

Durch die Wirkung des MIS-FET Af 2 gelangt jedoch gleichzeitig auf den Steueranschluß des Treiber-MIS-FET Af 41 des Eingangsgliedes eine Spannung, die nicht größer als VGG- Vth2 ist. An der Steuerelektrode des MIS-FET Af2 tritt lediglich die relativ niedrige Versorgungsspannung VCC auf. Die Spannung Vth2 ist ddbei die Schwellenspannung des MIS-FET Af 2. Wenn der MIS-FET Af 2 also selbstsperrend ist, wird die Steuerspannung für den MIS-FET Af 4 lediglich gleich dem Absolutwert der Differenz VGG- Vth 2.

Wenn der MIS-FET A/2 dagegen selbstleitend ist, wird die Steuerspannung gleich dem Absolutwert der Summe von VGG+Vth2. Der dem Steueranschluß des MIS-FET Af4 aufgeprägte Signalpegel bestimmt sich also lediglich durch die Größen der Versorgungsspannung und der Schwellenspannung des MIS-FET Af2. Der hohe Spannungspegel, der am Eingang der Eingabestufe auftritt und gehalten wird, gelangt also nicht auf die Steuerelektrode des Treiber-MIS-FET Af 4. Damit ist auch kein dielektrischer Durchschlag im Steuerbereich des MIS-FET Af4 zu befürchten.

Außerdem bestimmt der MIS-FET AfI auch den bei geöffnetem Tastenschalter 3 auf den Treiber-MIS-FET Af 4 geprägten Spannungspegel.
Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung kann in verschiedenster Weise abgewandelt werden. So brauchen beispielsweise die Widerstände R 1 und R 2 zum Schutz der MIS-FETs Af I und Af 2 keine durch Diffusion hergestellten integrierten Widerstände zu sein, sondern können externe beliebige Widerstände sein. Bei ausreichend durchschlagfesten MIS-FETs AiI und A/2 können die Widerstände R\ und R 2 auch ganz fehlen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Eingabestufe für eine integrierte MISFET-Schaltung mit einem zwischen einen Eingangsan-Schluß und den SteueranschluB eines das eigentliche Eingabeglied bildenden ersten Transistors eingeschalteten zweiten Transistor in Gatt-Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß der Steueranschluß des zweiten Transistors (M 2) mit einer '" Spannung beaufschlagt ist, deren Absolutwert kleiner ist als die Durchschlagspannung des ersten Transis'ors (MA), und daß zwischen den Eingangsanschluß (WJ und eine Versorgungsspannungsquelle (VGG), deren Absolutwert kleiner ist als die Durchschlagspannung des ersten Transistors (MA), ein dritter Transistor (M 1) eingeschaltet ist, dessen Steueranschluß derartig vorgespannt ist, daß der dritte Transistor (Mi) sperrt, wenn die Spannung des Signals am Eingangsanschluß (IN) den Wert der ^x Versorgungsspannungsquelle (VGG^überschreitet.

2. Eingabestufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der SteueranschluB des dritten Transistors^-/1)an die Versorgungsspannungsquelle (VGG^angeschlossen ist.

3. Eingabestufe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Steueranschluß des zweiten Transistors (M 2) an die Versorgungsspannungsquelle (VGG) angeschlossen ist.

4. Eingabestufe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Eingangsanschluß (IN) und den zweiten und dritten Transistor (M2, Mi) jeweils ein Widerstand (R 2, R 1) eingeschaltet ist.

5. Verwendung der Eingabestufe nach einem der vorhergehenden Ansprüche bei einer Tastatureingabeschaltung für eine Sichtanzeige (2), bei der das über die Tastatur (3) auf den Eingangsanschluß (IN) gegebene Signal aus dem freibersignal für die Sichtanzeige (2) abgeleitet ist.

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