DE2600198C3 - - 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 mit7uintegrieren,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 funktionell 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. 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 Treiberausgangsspannungssignale auf den Eingang eines MISFETs würde bei gebräuchlicher Auslegung der Taschenrechnertreiber zum dielektrischen Durchschlag und zur Zerstörung der MISFET-Steuemng führen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Eingabestufe zu schaffen, die einen verhältüsmäßig hohen Eingangssignalpegel unmittelbar aufnehmen kann, ohne daß die mit diesem Pegel beaufschlagte MISFET-Schaltung zerstört wird.

Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem

'⁵ 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 oder Pegelvewchiebung 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 Fig.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 Anzeigeelement 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 DRi 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 Sieuerbereichs des MIS-FET vermieden werden, ohne den Signalpegel zu beeinflussen. Diesem Zweck dient die Eingabestufe der Erfindung.

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

Ober die MIS-FETe M5 und M 6 wird ein Treibersignal VDlSP für das Anzeigeelement 2 mit hoher Signalamplitude, gebräuchlicherweise im Bereich von etwa 30 bis 35 V, erzeugt. Dieses Signal gelangt über de«?. Tastenschalter 3 auf den Eingangsanschluß IN. Dieses Signal mit der hohen Signalamplitude wird auf einen Treiber-MIS-FET M4 geprägt, der Teil des Eingabekreises ist. Der dielektrisch*; Durchschlag im Steuerbereich des Treiber-MIS-FET M4 aufgrund des hohen Signalamplitudenpegels 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 w 14 V, liegt, sind in Reihe ein selbstsperrender MIS-FET M1 und ein Widerstand R 1 geschaltet. Die Steuerelektrode des MIS-FET M1 liegt ebenfalls am Versorgungsspannungsanschluß VGC. Zwischen dem Eingangsanschluß /N und der Steuerelektrode des Treiber-MIS-FET M4 des Eingabegliedes liegen in Reihe ein Widerstand R2 und ein MIS-FET M2. Der Steueranschluß des MIS-FET M2 ist auf den Versorgungsspannungsanschluß VGG geschaltet.

Die in Reihe zu den MIS-FETs M1 und M2 liegenden Widerstände R 1 bzw. R 2 verhindern einen dielektrischen Durchschlag im Steuerbereich der MIS-FETs M1 und MZ Die Widerstandswerte dieser beiden Widerstände liegen gebräuchlicherweise im Bereich von 1 bis 2 kOhm. Im Rahmen integrierter Halbleiterschaltungen können sie auf dem Halbleitersubstrat durch Dotierungsdiffuf.ion gleichzeitig mit der Dffusionsherstellung der Quellen und Senken der MIS-FETs hergestellt werden. Der MIS-FET M2 kann dabei sowohl selbstsperrend als auch selbstleitend sein (Anreicherungstyp oder Verarmungstyp).

Beim Auftreten eines Signals mit hohem Signalpegel am Eingang des MIS-FET Mi tritt eine Elekirodenfunktionsvertauschung ein. Gebräuchlicherweise ist die Elektrode auf der Eingangsseile des MIS-FET Mi ?Js Quellenelektrode ausgebildet Die Elektrode, an der die Versorgungsspannung liegt, ist üblicherweise die Senkenelektrode. Beim Auftreten eines Eingangssignals an der Eingangselektrode des MIS-FET MI, 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 M1 gesperrt Zwischen der »Hochspannungsquelle« und der »Niederspannungsquelle« fließt in diesem Augenblick kein Strom über den MIS-FET AiI. Die auf das Anzeigeelement zu prägende Spannung am Treiberausgang bleibt also auch hei geschlossenem Tastenschalters erhalten.

Durch die Wirkung des MIS-FET W2 gelangt jedoch gleichzeitig auf den SteueranschWß des Treiber-MIS-FET M 41 des Eingangsgliedes tine Spannung, die nicht größer als VGG- Vth2 ist An uer Steuerelektrode des MIS-FET M2 tritt lediglich die relativ niedrige Versorgungsspannung VGG auf. Die Spcnnung Vth2 ist dabei die Schwellenspannung des MIS-FET M2. Wenn der MIS-FET M2 also selbstsperrend ist, wird die Steuerspannung für den MIS-FET M4 lediglich gleich dem Absolutwert der Differenz KGG- Vth 2. Wenn der MIS-FET M2 dagegen selbstleitend ist wird die Steuerspannung gleich dem Absolutwert der Summe von VGG+ Vth 2. Der dem Steueranschluß des MIS-FET M4 aufgeprägte Signalpegel bestimmt sich also lediglich durch die Größen der Versorgungsspannung und der Schwellenspannung des MIS-FET M2. Der hohe Spannungspegel, der am Eingang der Eingabestufe auftritt und gehalten wird, gelangt also nicht auf die Steuerelektrode des Treiber-MIS-FET M4. Damit ist auch kein dielektrischer Durchschlag im Steuerbereich des MIS-FET A/4 zu befürchten.

Außerdem bestimmt der MIS-FET M 1 auch den bei geöffnetem Tastenschalter 3 auf den Treiber-MIS-FET A/4 geprägten Spannungspegel.

Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel der Erfindung kann in verschiedenster Weise abgewandelt werden. So brauchen beispielsweise die Widerstände Ri und R 2 zum Schutz der MIS-FETsMl und M 2 keine durch Diffusion hergestellten integrierten Widerstände zu sein, sondern können externe beliebige Widerstände sein. Bei ausreichend durchschlagfesten MIS-FETs Ml und M2 können die Widerstände Ri und R 2 auch ganz fehlen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Eingabestufe für eine integrierte MISFET-Schaltung mit einem zwischen einen Eingangsanschluß und den Steueranschluß 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 Transistors (MA), und daß zwischen den Eingangsanschluß (IN)und eine Versorgungsspannungsquelle (VGG), deren Absolutwert kleiner ist als die Durchschlagspannung des ersten Transistors (M 4), ein dritter Transistor (Mi) eingeschaltet ist, dessen Steueranschluß derartig vorgespannt ist, daß der dritte Transistor (MX) sperrt, wenn die Spannung des Signals am Eingangsanschluß (IN) den Wert der Versorgungsspannungsquelle (VGG) überschreitet

2. Eingabestufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Steueranschluß des dritten Transistors (M i) 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 Versot gungsspannungsquel-Ie (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 i) eingeschaltet ist

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