DE2641915A1 - Monolithisch integrierte schaltung zur erzeugung von impulsen langer dauer - Google Patents

Monolithisch integrierte schaltung zur erzeugung von impulsen langer dauer

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DE2641915A1 DE19762641915 DE2641915A DE2641915A1 DE 2641915 A1 DE2641915 A1 DE 2641915A1 DE 19762641915 DE19762641915 DE 19762641915 DE 2641915 A DE2641915 A DE 2641915A DE 2641915 A1 DE2641915 A1 DE 2641915A1
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Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen
Berlin und München VPA 76 P 7 12 1 DRD
Monolithisch integrierte Schaltung zur Erzeugung von Impulsen langer Dauer
Die Erfindung bezieht sich auf eine monolithisch integrierte Schaltung zur Erzeugung von Impulsen langer Dauer nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Schaltungen dieser Art wurden bisher unter Verwendung von externen Widerständen und/oder Kondensatoren als zeitbestimmende Glieder realisiert.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine monolithisch integrierte Schaltung zur Erzeugung von Impulsen langer Dauer anzugeben, mit deren Hilfe Einzelimpulse oder Impulsfolgen mit einer Impulsdauer unter einigen ,usec bis über einige see erzeugt werden können, ohne daß externe Bauelemente erforderlich sind.
15
Diese Aufgabe wird durch eine wie eingangs bereits erwähnte Schaltung zur Erzeugung von Impulsen langer Dauer gelöst, die durch die in dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 aufgeführten Merkmale gekennzeichnet ist.
Bei dem Aufbau einer erfi'ndungsgemäßen Schaltung in einer I L-Technik ist der erforderliche Platzbedarf für die Schaltung vorteilhafterweise gering. Vorteilhafterweise ist die Frequenz fnr. des Ringoszillators über die Stromeinspeisung um mehr als 5 Zehnerpotenzen veränderbar. Ein weiterer Vorteil einer er-
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9.9.1976 / vP 17 Htr
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findungsgemäßen Schaltung in I L-Technik besteht darin, daß für kleine Ströme (kleiner 1 nA pro Gatter) die Frequenz f des
RO Ringoszillators sehr klein wird (kleiner 100 Hz bei einem 11-stufigen Ringoszillator). Vorteilhafterweise ist ein Betrieb bei niedrigster Verlustleistung möglich.
Weitere Erläuterungen zur Erfindung gehen aus der Beschreibung und den Figuren hervor.
Die Fig. 1 zeigt das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltung zur Erzeugung von Einzelimpulsen oder Impulsfolgen.
Die Fig. 2 zeigt das Impulsdiagramm zu der Schaltung nach der Fig. 1.
15
Die Fig. 3 zeigt den Aufbau einer erfindungsgemäßen Schaltung
2
mit I L-Inverterschaltungen.
Die Fig. 4a und 4b zeigen Symbole für I L-Gatter.
2 Die Fig. 5 zeigt das Schaltbild eines I L-Gatters.
Die Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch ein I L-Gatter nach der Fig. 5-
Wie aus dem Blockschaltbild nach der Fig. 1 hervorgeht, besteht die erfindungsgemäße Schaltung zur Erzeugung von langen Impulsen aus einer Zeitbasisschaltung 1, bei der es sich vorzugsweise um einen Ringoszillator handelt, einem Stromverstärker 2, einem Frequenzteiler 3, bei dem es sich vorzugsweise um einen binären n-stufigen Frequenzteiler handelt, und aus einer Stromversorgungsschaltung 4, bei der es sich vorzugsweise um eine selektive Stromversorgungsspannung handelt.
Der Ausgang 12 des'Ringoszillators 1 istmtt dem Stromverstärker 2 verbunden. Der Stromverstärker 2 ist vor allem bei einem Betrieb des Ringoszillators mit kleinen Strömen vorteilhaft. Das am Ausgang 21 des Stromverstärkers 2 anliegende Signal wird dem binären n-stufigen EjTßW/^ifSk%TL ^ zuSefü5ir"t· Die Schaltungs-
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teile 1,2 und 3 werden durch die Stromversorgung 4 mit Strom versorgt. Um eine besonders lange Impulsdauer realisieren zu können, werden die Zeifbasisschaltung 1, der Stromverstärker 2 und der Frequenzteiler 3 vorzugsweise von einer selektiven Stromversorgung gespeist, wobei der Ringoszillator 1 mit einem niedrigen Strom versorgt wird und wobei der Frequenzteiler 3, insbesondere der Ausgangsstufe mit einem höheren Strom versorgt wird. Die Stromversorgung geschieht in aus der Figur ersichtlichen ¥eise über die Verbindungen 41, 42 und 43. Im freilaufenden Fall besteht zwischen der Frequenz £* des Ringoszillators 1 und der am Ausgang 31 des Frequenzteilers 3 an-
N liegenden Ausgangsfrequenz f^ die Beziehung: f., = f^/2 . In dieser Formel bedeutet N die Anzahl der Stufen des Frequenzteilers 3.
Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, kann der Ausgang 31 des Frequenzteilers 3 über eine Rückkopplung 5 mit dem Eingang 11 des Ringoszillators 1 verbunden sein. In diesem Fall läuft der RingoszüLator 1 erst auf ein Trigger-Signal der Dauer tr hin an Dabei wird das Trigger-Signal t an den Eingang 32 des Frequenz teilers 3 angelegt. Am Ausgang 31 wird daraufhin ein Einzel-
N-1
impuls der Dauer t,^ = t™ + 2 erzeugt. In der Fig. 2 sind
D ι ι za
die entsprechenden Impulse dargestellt.
Die Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Schaltung zur Erzeugung
2
von langen Impulsen, die in einer I L-Technik aufgebaut ist.
Dabei besteht diese Schaltung im wesentlichen aus einzelnen I L-Invertern und Gatter, die durch die in den Fig. 4a und 4b gezeigten Symbolen dargestellt sind. Dabei bezieht sich die Fig
2
4a auf einen I L-Inverter mit einem Eingang und einem Ausgang
2
und die Fig. 4b auf ein I L-Gatter mit einem Eingang und zwei Ausgängen.
In der Fig. 5 ist das Schaltbild eines an sich bekannten I L-Gatters dargestellt, der aus einem lateralen pnp-Transistor 10 und einem vertikalen npn-Transistor 20 besteht. Der vertikale npn-Transistor 20 kann dabei ein oder mehrere Kollektoren 201, 202 aufweisen. Der Kollektoranschluß 103 des Transistors 10 ist mit dem Bäsisanschluß des Transistors 20 verbunden. Der Basis-
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anschluß 102 des Transistors 10 und der Emitteranschluß 203 des Transistors 20 sind vorzugsweise mit Masse verbunden. Der Kollektoranschluß 103 des Transistors 10, der gleichzeitig auch den Basisanschluß des Transistors 20 darstellt, stellt den Eingang der Anordnung dar. Der Emitteranschluß 101 des Transistors 10 ist mit der Versorgungsspannung verbunden.
In der Fig. 6 ist in schematischer Darstellung ein Querschnitt
2
durch eine I L-Schaltung nach der Fig. 5 dargestellt. Einzelheiten der Fig. 6, die bereits im Zusammenhang mit der' Fig. 4 beschrieben wurden, tragen die entsprechenden Bezugszeichen. Wie aus der Fig. 6 ersichtlich ist, ist die I L-Schaltung vorzugsweise in einer η-dotierten Halbleiterschicht 105 aufgebaut, die auf einer η -dotierten Schicht 104 angeordnet ist.
Wie aus der Fig. 3 hervorgeht, besteht der Ringoszillator 1 aus
2 einer ungeraden Anzahl von hintereinandergeschalteten I L-Gattern, die jeweils einen Eingang und einen Ausgang aufweisen.
2
Lediglich das letzte I L-Gatter der Inverterkette weist zwei 2 Ausgänge auf. Der Eingang des ersten I L-Gatters ist mit 11
bezeichnet. Die Ausgänge des letzten I L-Gatters des Ringoszillators sind mit 12 bzw. 5 bezeichnet. Eine solche Anordnung
ist in sich instabil und schwingt mit der Frequenz f^ =-^ ^r ,
wobei M die ungerade Anzahl der Inverter des Ringoszillators und tß die Verzögerungszeit eines Einzelimpulses bzw. Gatters bedeutet.
Der Ausgang 12 des Ringoszillators 1 ist mit dem Eingang des Stromverstärkers 2 verbunden. Dieser Stromverstärker 2 besteht 2
aus einer Anzahl von I L-Invertern bzw. Gattern, die zu einer
2
Kette verbunden sind. Das letzte I L-Gatter des Stromverstärkers weist zwei Ausgänge 21 und 22 auf. Dabei sind die einzelnen Gatter in an sich bekannter V/eise so dimensioniert, daß sich mit zunehmender Stufenzahl eine Stromverstärkungdes Signals am Eingang 12 ergibt.
Als Stromverstärkerstufe 3 wird vorzugsweise eine Verstärker-
2
stufe zur Stromversorgung von I L-Schaltungen verwendet, wie in
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der älteren Patentanmeldung P 26 24 547.6(unser Zeichen VPA 76 P 7056) beschrieben ist. Eine solche Verstärkerstufe besteht aus einem ersten GHIL-Gatter, wenigstens einem weiteren Gatter und einem zweiten CHIL-Gatter. Dabei ist der Eingang der Ver-
2 stärkerstufe 2 mit dem Ausgang 12 eines I L-Gatters verbunden, das mit seinen injizierenden Emittern mit einer Injektorbahn eines geringeren Stromes in Verbindung steht. Die Ausgänge der
2 Verstärkerstufe 2 stehen mit den Eingängen 21 und 22 von IL-Gattern des η-stufigen Frequenzteilers in Verbindung, deren injizferende Emitter mit einer Injektorbahn eines größeren Stromes verbunden sind.
Die Ausgänge 21 und 22 des Stromverstärkers 2 sind mit dem
2 η-stufigen Frequenzteiler 3 verbunden. Ein solcher I L-Frequenzteiler ist beispielsweise in der Literaturstelle M. Bast
2
"IL: Neue bipolare Logik mit hoher Packungsdichte", Elektronik Praxis, Nr. 10, Okt. 75, S. 7 bis 10 beschrieben. Anstelle dieses Frequenzteilers kann auch ein anderer beliebiger Frequenzteiler verwendet werden. Beispielsweise sind weitere n-stufige Frequenzteiler in den Literatursteilen J.P.L. Lagerberg "A high Density Static Master-Slave Shift Register in I L" IEE Conference Publication No. 130, First European Solid-State Circuits Conference, 2. - 5. Sept. 75, S. 16 - 17 und P.A.
Tucci, L.K. Rüssel "An I L Watch Chip with Direct LED drive" Digest of Technical Papers, IEEE International Solid-State Circuits Conference 1976, S. 66 - 67 und 233 beschrieben. In der Darstellung nach der Fig. 3 sind einzelne Stufen des Frequenzteilers mit 33 und 34 bezeichnet.
Als Stromversorgungsschaltung wird vorzugsweise eine wie in der älteren Patentanmeldung P 26 24 584.1 (unser Zeichen 76 P 7055)
2 bereits beschriebene Anordnung zur Versorgung von I L-Schaltungen mit verschiedenen Strömen verwendet. Dabei sind In-
2
jektoren von I L-Gattern der Schaltungsteile 1, 2 und 3 mit einzelnen Injektorbahnen verbunden, die ihrerseits über CHIL-Gatter wie in der oben erwähnten älteren Patentschrift beschrieben, miteinander verbunden sind. Durch eine solche Stromversorgungsanordnung 4 (Fig. 1) ist es möglich, die einzelnen
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Ausgänge 41, 42 und 43 mit unterschiedlichen Strömen zu versorgen. In der Fig. 3 ist diese Stromversorgung der Einfachheit halber nicht dargestellt.
Die im Zusammenhang mit der Fig. 1 bereits erwähnte Rückkopplung 5 kann wahlweise eingefügt werden. Bei Vorhandensein der Rückkopplung 5 lassen sich nach Triggerung am Eingang 32 einzelne lange Impulse am Ausgang 31 erzeugen.
Bei einer anderen Ausführung wird der I L-Ringoszillator nicht an eine Stromzuführung angeschlossen, sondern erhält seine
Energie durch Reststrahlen mit elektromagnetischen Wellen,vorzugsweise mit Licht. Die Zeitdauer des Ausgangssignals ist
dann über mehrere Zehnerpotenzen annähernd proportional zur Intensität des Lichtes. Eine solche Schaltung ist beispielsweise zur Steuerung eines Kameraverschlusses verwendbar. Der
2
Betrieb von I L-Schaltungen mit Licht ist beispielsweise aus der Veröffentlichung CM. Hart, A. Slob "Integrierte Injektonslogik (I2L)" Philips Techn. Rundschau, 33, Nr. 3, 1973/74, S. 82 - 91 bekannt.
10 Patentansprüche
6 Figuren
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Claims (8)

  1. München, den 26.11.1976
    VPA 76 p 7121 BRD
    Neue Patentansprüche
    M J Monolithisch integrierte Schaltung zur Erzeugung von Impulsen, dadurch gekennzeichnet , daß eine Zeitbasisschaltung (1), ein Stromverstärker (2), ein Frequenzteiler (3) und eine Stromversorgungsschaltung (4) vorgesehen sind, daß die Zeitbasisschaltung (1) über eine erste Leitung (12) mit dem Stromverstärker (2) verbunden ist, daß der Stromverstärker (2) über eine zweite Leitung (21) mit dem Frequenzteiler (3) verbunden ist, daß der Frequenzteiler einen Ausgang (31) aufweist, und daß der Stromverstärker (2) über eine dritte Leitung (42) und der Frequenzteiler (3) über eine vierte Leitung (43) zur Versorgung mit unterschiedlichen Strömen mit der Stromversorgung (4) verbunden sind.
  2. 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net , daß die Zeitbasisschaltung über eine fünfte Leitung (41) zur Stromversorgung mit der Stromversorgung (4) verbunden ist.
  3. 3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch g e k e η η
    ζ ei c h η e t , daß zur Erzeugung von Einzelimpulsen der Ausgang (31) über eine Rückkopplung (5) mit der Zeitbasisschaltung (1) verbunden ist und daß der Frequenzteiler (3) einen Triggereingang (32) aufweist.
  4. 4. Schaltung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch g e k e η η zeichnet , daß als ^eitbasisschatung (1) ein Ringoszillator vorgesehen ist.
  5. 5- Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet , daß als Frequenzteiler ein an sich bekannter n-stufiger Frequenzteiler vorgesehen ist.
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    iHSPEGTED
  6. 6. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge
    ρ kennzeichnet , daß sie in einer I L-Technik mit
    2 2
    einzelnen I L-Invertern und I L-Gattern ausgeführt ist.
  7. 7· Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich
    2 2
    net , daß ein I L-Inverter bzw. ein I L-Gatter aus einem vertikalen npn- (pnp)-Transistor (20) und aus einem lateralen pnp- (npn)-Transistor (10) besteht, daß der Kollektoranschluß (103) des lateralen Transistors (10) mit dem Basisanschluß des vertikalen Transistors (20) verbunden ist, daß der Basisanschluß (102) des lateralen Transistors (10) und der Emitteranschluß (203) des vertikalen Transistors (20) mit einem Potential der Versorgungsspannung verbunden sind, daß der Kollektoranschluß (103) des lateralen Transistors (10) mit dem Basisanschluß des vertikalen Transistors (20) verbunden ist und den Eingang des Gatters bzw. des Inverters darstellt, daß der Emitteranschluß (101) des lateralen Transistors (10) mit dem anderen Potential der Versorgungsspannung verbunden ist und daß der vertikale Transistor (20) eines Inverters einen Kollektor (201) als Ausgang und der vertikale Transistor (20) eines Gatters mehrere Kollektoren (201, 202) als Ausgänge aufweist.
  8. 8. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge kennzeichnet , daß die Zeitbasisschaltung (1) durch Bestrahlung mit elektromagnetischen Wellen mit Strom versorgbar ist.
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DE19762641915 1976-09-17 1976-09-17 Monolithisch integrierte schaltung zur erzeugung von impulsen langer dauer Withdrawn DE2641915A1 (de)

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