DE2712350A1 - Binaerschaltung - Google Patents

Binaerschaltung

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DE2712350A1
DE2712350A1 DE19772712350 DE2712350A DE2712350A1 DE 2712350 A1 DE2712350 A1 DE 2712350A1 DE 19772712350 DE19772712350 DE 19772712350 DE 2712350 A DE2712350 A DE 2712350A DE 2712350 A1 DE2712350 A1 DE 2712350A1
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DE
Germany
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binary
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transistor
stage
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Application number
DE19772712350
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English (en)
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Noriyuki Homma
Gorow Kitsukawa
Kunihiko Yamaguchi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Pending legal-status Critical Current

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    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
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    • H03K17/51Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used
    • H03K17/56Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices
    • H03K17/60Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being bipolar transistors
    • H03K17/603Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking characterised by the components used by the use, as active elements, of semiconductor devices the devices being bipolar transistors with coupled emitters
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
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    • G11C11/34Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices
    • G11C11/39Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using thyristors or the avalanche or negative resistance type, e.g. PNPN, SCR, SCS, UJT
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
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Description

  • Beschreibung
  • Die Erfindung betrifft eine Binärschaltung und insbesondere eine in Kaskade geschaltete Binärschaitun-g mit wenigstens zwei binären Grundstufen, heispielsweise Schaltungsstufen mit emittergekoppelter Logik (die im angelsächsischen Sprachgebrauch als current mode logic bzw abgekürzt CML-Logik bezeichnet wird) Bei dieser Schaltung werden die zwei segel aufweisenden Ausgangssignale der binären Grundschaltung, die die vorgeschaltete oder erste Stufe bildet, der binären Grundschaltung, die die nachgeschaltete oder zweite Stufe bildet, als Eingangssignale bereitgestellt.
  • Es sind berelts Blnärschaltungen bekannt, bei denen die zwei Werte aufweisende Ausgangsspannung einer vorgeschalteten binären Grundschaltung und eine Bezugs spannung einer Bezugsspannungs-Generatorschaltung von einer nachgeschalteten binären Grundschaltung verglichen werden, die eine zwei Pegel aufweisende Ausgangsspannung in Abhängigteit von der Grösse der beiden Spannungen bereitstellt.
  • Bisher war als Bezugsspannungs-Generatorschaltung zur Verwendung in der Binärschaltung dieser Art eine Schaltung bekannt, bei der eine Versorgungsspannung durch mehrere Widerstände spannungsgeteilt wird, um die spannungsgeteilte Spannung als Bezugsspannung über einen als Emitterfolger geschalteten Transistor bereitzustellen. Bei einer solchen Schaltung ändert sich der Bezugsspannungswert jedoch auf Grund von Schwankungen bzw. Änderungen der Versorgungsspannung und der Ausgangspegel der vorgeschalteten binären Grundschaltung ändert sich auf Grund einer Kennlinien-Abweichung der Transistoren in dieser binären Grundschaltung.
  • Daher wird der Arbeitsbereich der vorgeschalteten binären Grundschaltung klein und es ist daher nicht möglich, eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit der Schaltung zu erreichen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Binärschaltung zu schaffen, deren Betriebsspielraum oder Arbeitsbereich dadurch vergrössert wird, dass die relativen, zuvor erwähnten Schwankungen beträchtlich verringert werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemässen Binärschaltung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • Ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht also darin, dass die Bezugsspannungs-Generatorschaltung in derselben Weise aufgebaut ist, wie der Schalt- oder Steuerteil der vorgeschalteten binären Grundstufe, bzw. dass die Bezugsspannungs-Generatorschaltung in derselben Schaltungsanordnung wie die Schalt- oder Steuerstufe der vorgeschalteten binären Grundschaltung ausgebildet ist.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft also eine in Kaskade geschaltete Binärschaltung, die folgende Schaltungsteile aufweist: Eine vorgeschaltete Stufe bzw. eine Vorstufe mit einem Lastelement, einer Schalt- bzw. Steuereinrichtung, die den Stromfluss durch das Lastelement steuert bzw. schaltet, und einer Signal-Eingangsstufe, die die Schalt- bzw. Steuereinrichtung für den Schalt- bzw. Steuervorgang beeinflusst, wobei die vor#eschaltete Stufe zwei Ausgangssignale von unterschiedlichen Spannungspegel an einem Anschluss des Lastwiderstandes durch den Schalt- bzw. Steuervorgang erzeugt, eine Schaltung, die eine Bezugsspannung mit einer vorgegebenen Spannungsdifferenz gegenüber den Spannungen der beiden Ausgangssignale bereitstellt, und eine nachgeschaltete oder zweite Stufe, die von den beiden Ausgangssignalen und der Bezugsspannung beaufschlagt wird. Bei einer solchen in Kaskade geschalteten Binärschaltung besteht die Bezugsspannungs-Generatorschaltung aus einem die Bezugsspannung bereitstellenden Lastelement, dessen Impedanz der Spannungsdifferenz zwischen den Ausgangs-Signal spannungen der vorgeschalteten Stufe und der Bezugsspannung entspricht, und einer Steuer-bzw. Treiberschaltung, die so ausgebildet ist, dass dasselbe Schaltungselement als Schaltungselement, welches einen Schaltungsteil bildet, durch den ein vorgegebener Strom fliesst, wenn dieser Strom durch das Lastelement der vorgeschalteten Stufe fliessen kann, in derselben Weise wie beim besagten Schaltungsteil verbunden ist.
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen: Fig 1 das Ausfü.hrungs#####i#i# einer in Kaskade geschalteten Binärschaltung, bei der die vorliegende Erfindt£n'gverwendet wird, Fig. 2 eine herkömmliche Bezugsspannungs-Generatorschaltung, Fig.3a und 3b Schaltungen, die der Erläuterung des Grundprinzips der Erfindung dienen, Fig.4a einen Teil der in Fig. 1 dargestellten Schaltung, Fig.4b bis 4d Schaltungen, die jeweils ein Ausführungsbeispiel des Bezugsspannungs-Generatorschaltungsteils in der erfindungsgemässen Binärschaltung wiedergeben, und Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemässen Binärschaltung.
  • Fig. 1 zeigt die Anordnung einer herkömmlichen, in Kaskade geschalteten Binärschaltung. Sie besteht aus einer binären, vorgeschalteten Grundstufe 10, einer Bezugsspannungs-Generatorschaltung 20 und einer binären nachgeschalteten Grundstufe 30.
  • Die vorgeschaltete Grundstufe 10 besteht aus zwei emittergekoppelten Transistoren 11A und 11B, einer Stromquelle 12, Lastwiderständen 13A und 13B, Eingängen 14A und 14B, einem als Emitterfolger geschalteten Transistor 15, einer Stromquelle 16, einem Ausgang 17 und Versorgungsspannungs-Anschlüssen 18A und 18B. Diese vorgeschaltete Stufe bildet eine CML-Schaltung.
  • Die Emitter der Transistoren 11A und 11B stehen gemeinsam mit dem Versorgungsspannungs-Anschluss 18A über eine Stromquelle 12, die Basen dieser Transistoren stehen mit dem Eingang 14A bzw.
  • 14B und die Kollektoren mit jeweils einem Anschluss des Lastwiderstandes 13A bzw. 13B in Verbindung. Die anderen Anschlüsse der Lastwiderstände 13A, und 13B liegen an Masse. Die Basis des Transistors 15 ist mit dem Kollektor des Transistors 11B, der Emitter mit dem Versorgungsspannungs-Anschluss 18B über die Stromquelle 16 und darüberhinaus mit dem Ausgang 17, und der Kollektor ist mit Masse verbunden. In Abhängigkeit von der Grösse der Eingangssignale an den Anschlüssen 14A und 14B fliesst in dieser Stufe 10 ein von der Stromquelle 12 bereitgestellter Strom durch einen der Transistoren 11A und 11B über einen der beiden Lastwiderstände 13A und 13B. Das Ausgangssignal am Lastwiderstand 13B steht über dem Transistor 15 am Ausgang 17 bereit.
  • Die nachfolgende Stufe 30 besteht aus Transistoren 31A und 31B, einer Stromquelle 32, Lastwiderständen 33A und 33B, Ausgängen 34A und 34B und einem Versorgungsspannungs-Anschluss 35.
  • Die Basis des Transistors 31A ist mit dem Ausgang 17 der vorgeschalteten Stufe 10 und die Basis des Transistors 31B ist mit einem Ausgang der Generatorstu fe 20 verbunden. Der Kollektor des Transistors 31A ist mit dem Ausgang 34A und einem Anschluss eines Lastwiderstandes 33A und der Kollektor des Transistors 31B ist mit dem Ausgang 34B und einem Anschluss eines Lastwiderstandes 33B verbunden. Die Emitter dieser Transistoren 31A und 31B liegen gemeinsam über der Stromquelle 32 am Versorgungsspannungs-Anschluss 35. Die anderen Anschlüsse der Lastwiderstände liegen an Masse. Diese Stufe 30 liefert an den Ausgängen 34A und 34B in Abhängigkeit von der Grösse der Ausgangsspannung der vorgeschalteten Stufe 10 und der Bezugsspannung der Generatorstufe 20 Ausgangssignale Eine solche Binärschaltung wird beispielsweise für die Pufferschaltung und die Decoderschaltung eines Speichers verwendet.
  • Oder genauer ausgedrückt, umfasst die Pufferschaltung mehrere vorgeschaltete Stufen 10. Ein dem Signal am Ausgang 17 in Fig. 1 entsprechendes Signal wird am verdrahteten ODER-Ausgang der entsprechenden Ausgänge erzeugt und dieses Signal wird mit dem Ausgangssignal der 3ezugsspannung-Generatorstufe 20 in seinem Signalwert von der vorgeschalteten Stufe 30 verglichen.
  • Die Ausgangssignale an den Ausgang 34A und 34B werden zu Ausgangsslgnalen der Decoderschaltun# gemacht.
  • Bei der in Fig 1 dargestellten, zweistufigen Stromsteuerschaltung wurde bis Jetzt als Stufe 20 die in Fig 2 dargestellte Stufe verwendet, die die Bezugsspannung der nachgeschalteten Stufe 30 erzeugt1 welche das Ausgangssignal der vorgeschalteten Stufe 10 als Eingangssignal zugeführt erhält. Wie aus Fig. 2 zu entnehmen ist, wird die Versorgungsspannung, die an einem Versorgungsspannungs-Anschluss 25 anliegt, mit den Widerständen 22 und 23 geteilt, und die geteIlte Spannung wird einer E#Itterfolger-Schaltung bereItgestellt, die aus einem Transistor 21 und eIner Stromquelle 24 besteht. Am Ausgang 27 wird eine Bezugs- Ausgangsspannung bereitgestellt, die Cen Widerstandsverhältnis zwischen den beiden Widerständen 22 und 23 entspricht. Wird mit der Strom durch die in Fig. 1 dargestellte Stromquelle 12 und den Transistor 71B, mit Der Basisstrom des Transistors 15 und mit R1 der Widerstandswert des Lastwiderstands 13B ausgangsseitig bezeichnet, so gilt für die höhere Span nlng V0H und die kleinere Spannung V0L am Ausgang 17: VOH = - 1B1 R1 - VBE (1) VOL = - (I1 + IB1) R1 - VBE (2) Dabei ist VBE die Basis-Emitter-Übergangsspannung des Transistors 15. Wird mit Vref die Bezugsspannung der vorgeschalteten Stufe 30 bezeichnet, so ist es zur Aufrechterhaltung eines grossen Betriebsbereichs erforderlich, die Spannung Vref so einzustellen, dass sie zwischen den zuvor erwähnten Spannungen V0H und V0L liegt. Aus den Gleichungen (1) und (2) ergibt sich Der zweite Summand ist im Vergleich zum ersten und dritten Summanden klein und vernachlässigbar. Daher ergibt sich aus Gleichung (3) näherungsweise: Die am Ausgang 27 der in Fig. 2dargestellten Schaltung erzeugte Spannung Vref kann mit den Schaltungskonstanten in der Figur folgendermassen ausgedrückt werden: ist istdie Versorgungsspannung, R2 und R3 die Widerstandswerte der Widerstände 22 bzw. 23 und 1B ist der Basisstrom des Transistors 21. Der zweite Summand in Gleichung (5) ist aus demselben Grunde wie in Gleichung (3) vernachlässigbar, so dass gilt: Wenn die Gleichungen (4) und (6) verglichen werden, so sind die Abhängigkeiten des ersten Summandens auf der rechten Seite der Gleichung von der Versorgungsspannung VEE offensichtlich unterschiedlich. Die in Fig. 2 dargestellte Schaltung ist daher als Bezugsspannungs-Generatorschaltung nicht zufriedenstellend.
  • Um die Gleichungen (4) und (6) in Übereinstimmung zu bringen, ist es erforderlich, dass gilt: Diese Beziehung kann jedoch nicht erfüllt werden, wenn die Versorgungsspannung VEE einer Schwankung oder einer Änderung unterliegt. Wenn die Kennwerte oder Kennlinien, beispielsweise des Gleichstrom-Verstärkungsfaktors hFE eines Transistors, der die Konstantstromquelle 12 der vorgeschalteten Stufe 10 in Fig. 1 bildet, eine Abweichung aufweist, ändert sich darüberhinaus auch der Strom I1 und damit kann die oben angegebene Forderung nicht befriedigt werden. Beispielsweise ändert sich der Strom I1 auf Grund einer Änderung des Wertes hFE mit 1/hFE. Wenn sich hFE also so von 20 auf 200 verändert, so ändert sich I1 um Wenn sich T Auf diese Weise wird der Betriebsbereich auf Grund von Schwankung gen und Änderungen der Strom- und Spannungswerte deutlich verrlngert und die Signalamplitude muss im selben Masse Masse grösser werden. Dies ist jedoch ein Hindernis, eine hohe Arbeitsgeschwindigkeit zu erreichen Nachfolgend sollen bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung erläutert werden. Zuvor soll jedoch das Grundprinzip der vorliegenden Erfindung anhand der Fig. 3a und 3b zunächst erläutert werden.
  • Ublicherweise werden die Spannungspegel an verschiedenen Stellen der in Fig. 1 dargestellten Schaltung ausgedrückt durch f(hFE' R) VEE + g(hFE, R) VBE (7) Hierbei sind f(hFE, R) und g(hFE, R) Funktionen der Gleichstrom-Verstärkungsfaktoren (hFE) der Transistoren, die die Schaltung bilden, und der Widerstandswert (R). Im Falle des Bezugsspannungspegels werden die entsprechenden Funktionen f und g durch die Schaltungsanordnung der in Fig. 1 dargestellten Generatorschaltung 20 festgelegt. Damit sich die Bezugsspannung immer in einer festen Beziehung zur Ausgangsspannung der vorgeschalteten Stufe auch dann halten kann, wenn Schwankungen oder Änderungen der Versorgungsspannungen und Schwankungen bzw. Änderungen der Widerstandswerte oder der Transistoreigenschaften und Kennwerte, vorliegen, die auf Abweichungen bei den Herstellungsbedingungen zurückzuführen sind, muss die Bezugsspannungs-Generatorschaltung in derselben Schaltungsanordnung ausgebildet sein, in der auch die vorgeschaltete Stufe ausgebildet ist, so dass die Funktionen f und g der Bezugsspannung gleich den Funktionen der mittleren Spannung zwischen den Ausgangsspannungen der vorgeschalteten Stufe gemacht werden können. Im einzelnen ausgedrückt, ist die in Fig. 3a angedeutete Steuerschaltung 19 gleich der in Fig. 1 dargestellten Schaltung 19. Der Ausgangsstrom I1 der Schaltung 19 kann entsprechend der Schaltungsanordnung folgendermasse ausgedrückt werden: I1 = f VEE + g VBE (8) die Spannungen der Ausgangssignale am Ausgang 17 werden: VOH = - 1B1 R1 - #VBE (9) VGL = - R1 (11 + IB1 - - VBE (10) Die mittlere Spannung Vx zwischen den Spannungen VOH und VGL ist: Da der Gleichstrom-Verstärkungsfaktor hFE eines Transistors üblicherweise einen relativen grossen Wert, nämlich etwa 50 bis 200 aufweist, ist der Basisstrom IB1 im Vergleich zu Wenn die Bezugsspannung-Generatorschaltung in der in Fig. 3V dargestellten Weise ausgebildet isf, indem eine Schaltung 49 rse derselben Anordnung wie die Steuerscnaltung 19 der In Fig.
  • 3a dargestellten, vorgeschalteten Stufe verwendet wird, und der Widerstandswert des Lastwiderstandes 43B der Schaltung 49 1/2 des Widerstandswertes des Lastwiderstandes 13B der vorgeschalteten Stufe ist, so wird die Spannung am Anschluss 47: in Fig. 3b wird mit dem Bezugszeichen 45 ein Ausgangstransistor, mit dem Bezugszelchen 46 eine Konstantstromquelle für diesen Ausgangstransistor und mitdemBezugszeichen 48B ein Versorgungsspannungsanschluss bezeichnet.
  • Wenn der zweite Summand auf der rechtenSeite der Gleichung (13), wie zuvor auch schon geschehen, weggelassen wird, wird die Bezugsspannung Vref: (15) Die Bezugsspannung Vref wird daher Vx, d. h. der Mittelwert zwischen der höheren Spannung und der kleineren Spannung der vorgeschalteten Stufe, und zwar unabhängig von der Versorgungs-Spannung VEE und den Abweichungen der Kennwerte bzw. Kennlinien hfe der Schaltungselemente, von den Abweichungen des Wertes VBE und des Widerstandswertes R. Auch wenn der Absolutwert der Bezugsspannung auf Grund von Schwankungen der Absolutwerte der Grössen VBE, hFE und R schwankt, so liegt er infolgedessen dennoch zwischen der höheren und der niederen Spannung der vorgeschalteten Stufe. Wenn diese Elemente in einer einzigen integrierten Schaltung ausgebildet werden, so sind die Abweichungen der Grössen hFE und VBE in der einheitlichen, integrierten Schaltung klein. Auch wenn die Absolutwerte der Grössen hFE und VBE bei jeder integrierten Schaltung voneinander abweichen, so bleibt die Bezugsspannung dennoch auf einem Mittelwert zwischen der höheren und der niederen Spannung der vorgeschalteten Stufe, soweit man jeweils die einzelnen integrerten Schaltungen betrachtet.
  • Auch wenn die Widerstandswerte der Widerstände 133 und 43B in den Fig. 3a und 3b so gewählt sind, dass sie das Verhältnis 2:1 befriedigen, können genaue Widerstandswerte in einer tatsächlichen integrierten Schaltung nicht realisiert werden, weil Rundungsfehler eines Musters vorliegen. Wenn man beispielsweise annimmt, dass die Widerstände in einer Länge von etwa 10 als Widerstände 13B und 433 in den Fig. 3a und 3b verwendet werden, und dass der Dezimalteil kleiner als 1 y den Zählerbrüchen von 0,5 und darüber als ganze Zahl ungeachtet des Restes unterliegt, tritt ein Fehler von + 0,5r auf, d. h. es liegt ein Fehler von 1 p im schlimmsten Falle vor, undd die Bezugsausgangsspannung Vref am Ausgang in Fig. 3b schwankt bezüglich der mittleren Spannung Vx an den Ausgängen der vorgeschalteten Stufe u 10 %. Darüberhinaus ist es oft der Fall, dass Fehlberechnungen der Widerstandswerte usw. beim Entwurf einer Schaltung auftreten.
  • Bei der Fertigung der beiden Widerstände 13B und 43B mit einem festen Widerstandsverhältnis ist es daher höchst wünschenswert, dass die Widerstände mit einem vorgegebenen Wert in einer Zahl parallel oder in Reihe angeordnet werden, die den Widerstandswert-Verhältnis entspricht.
  • Nachfolgend soll die vorliegende Erfindung an konkreten Ausführungsbeispielen im einzelnen beschrieben werden.
  • Die in den Fig. 4b, 4c und 4d dargestellten Schaltungen zeigen jeweils ein Beispiel für den Aufbau der Bezugsspannungs Generatorschaltung der vorliegenden Erfindung, wobei diese Schaltung der in Fig. 1 dargestellten vorgeschalteten Stufe entspricht.
  • Zu Vergleichszwecken ist in Fig. 4a die in Fig.1 dargestellte, vorgeschaltete Stufe 10 selbst wiedergegeben. Es soll nun der Fall beschrieben werden, bei dem als Bezugsspannung der mittlere Wert zwischen den zwei Ausgangswerten am Ausgang 17 in Fig. 4a erzeugt wird. Wie Fig. 4b zeigt, sind die Emitter der Transistoren 41A und 41B gemeinsam über eine Stromquelle 42 mit einem Versorgungsspannungs-Anschluss 48, die Basis des Transistors 41A ait dem Eingang 44A, die Basis des Transistors 41B mit dem Eingang 44B verbunden, und die Kollektoren der Transistoren 41A und 413 liegen jeweils über einen Lastwiderstand 43A bzw.
  • 433 an Masse. Die Basis eines Transistors 45 liegt am Kollektor des Transistors 41B. Der Kollektor der Transistors 45 liegt an Masse und der Emitter dieses Transistors ist mit dem Ausgang 47 sowie mit dem Versorgungsspannungs-Anschluss 48 über eine Stromquelle 46 verbunden. Der Schalt- bzw. Steuertransistor 41B und die Konstant stromquelle 42 sind jeweils (einschliesslich der Abmessungen) in derselben Weise ausgebildet wie der Schalt-bzw. Steuertransistor 113 und die Konstantstromquelle 12 in Fig. 4a und der Wert des Lastwiderstands 43B in Fig. 4b ist halb so gross gewählt wie der Wert des Lastwiderstands 13B in Fig. 4a.
  • Zwar sind die anderen Schaltungselemente in im wesentlich en der gleichen Weise wie die in Fig. 4a aufgebaut, es ist jedoch nicht immer erforderlich, denselben Aufbau zu verwenden.
  • Bei dem in Fig. 4b dargestellten Ausführungsbeispiel wird an den Eingang 44B unbedingt eine höhere Spannung als an den Eingang 44A angelegt. Infolgedessen fliesst durch den Lastwiderstand 43B immer ein konstanter Strom, so dass der Mittelwert zwischen den beiden Spannungswerten am Ausgang 17 in Fig. 4a am Ausgang 47 erzeugt wird.
  • Da der Schalt- oder Steuertransistor 41A immer nicht-leitend ist, kann er auch weggelassen werden. Die auf diese Weise erhaltene Schaltung ist in Fig. 4c dargestellt. Der Eingang 443 kann auch mit dem Emitter des Ausgangstransistors 45,d. h. mit dem Ausgang 47 verbunden werden. Ei ne derartige Schaltung ist in Fig. 4d dargestellt. Dadurch ist es nicht mehr erforderlich, eine Spannung in besonderer Weise zu bilden und sie an den Eingang 44B zu legen.
  • Fig. 5 zeigt den allgemeinen Aufbau eines Ausführungsbeispiels für die erfindungsgemässe, in Kaskade geschaltete, binäre Schaltung. Diese Schaltung gibt einen Fall wieder, bei dem die in Fig. 4d dargestellte Bezugsspannungs-Generatorschaltung bei der Schaltung gemäss Fig. 1 verwendet wird.
  • Wie Fig. 5 zeigt, weisen die Widerstände 433-1 und 433-2 den gleichen Aufbau wie die Lastwiderstände 13B der vorgeschalteten Stufe 10 auf. Diese beiden Widerstände sind einander parallel geschaltet, so dass ein Widerstand 43B erhalten wird, der den Widerstandswert R1/2 besitzt. Ein Widerstand 121 der vorgeschalteten Stufe 10 und ein Widerstand 421 der Generatorschaltung 20 weisen denselben Aufbau auf. Die Transistoren 120 und 420 sind (einschliesslich der Abmessungen) in derselben Weise ausgebildet.
  • Der Widerstand 121 und der Transistor 120 bilden die Konstantstromquelle 12, und der Widerstand 421 bildet mit dem Transistor 420 die Konstantstromquelle 42.
  • In entsprechender Weise bildet ein Widerstand 161 und ein Transistor 160 die Stromquelle 16, ein Widerstand 321 und ein Transistor 320 die Stromquelle 32 und ein Widerstand 461 und ein Transistor 460 die Stromquelle 46.
  • Die Basen der Transistoren 120, 160, 320, 420 und 460 dieser Stromquellen liegen an einem gemeinsamen Versorgungsspannungs-Anschluss 51. Der eine Anschluss jedes Widerstandes 121, 161, 321, 421 und 461 ist jeweils mit dem Emitter des entsprechenden Transistors und die anderen Anschlüsse dieser Widerstände sind mit einem gemeinsamen Spannungsversorgungs-Anschluss 52 verbunden.
  • Die am Ausgang 47 auftretende Spannung wird dem Transistor 41B direkt als Basisspannung bereitgestellt, um die Schaltung in einer kleinen Fläche in der integrierten Schaltung unterzubringen.
  • Die Kollektorströme der Transistoren 120 und 420 sind also einander gleich, und die durch die Widerstände 13B und 43B fliessenden Ströme sind einander auch gleich. Daher tritt am Ausgang der Schaltung 20 gerade die mittlere Spannung zwischen den beiden Ausgangsspannungen der Schaltung 10 auf. Nachfolgend soll die in Fig. 5 dargestellte Bezugsspannungs-Generatorschaltung mit der in Fig. 2 dargestellten Schaltung verglichen werden.
  • Schwankungen oder Abweichungen können um 2 bis 3 % hinsichtlich der Schwankungskomponente des Gleichstrom-Verstärkungsfaktors hFE, um 10 % hinsichtlich des Rundungsfehlers der Widerstandswerte, um 3 % hinsichtlich der Schwankung des Widerstandswertverhältnisses (bei Verwendung von Widerständen mit gleichen Abmessungen nimmt die Schwankung um 3 % ab), und um 4 % dadurch verringert werden, dass die Basisspannungen der Stromquellenstufen gleich den Basisspannungen in den Stromsteuer- bzw. Stromschaltstufen und der Bezugsspannungs-Generatorschaltung gemacht werden; d. h. die gesamte Verringerung der Schwankungen bzw. Abweichungen beträgt 20 %. Um einen vorgegebenen Betriebsbereich zu erhalten, war daher bis jetzt eine Signalamplitude von etwa 500 mV erforderlich. Dagegen genügt bei der vorliegenden Erfindung eine Signalamplitude von 400 mV. Daher kann die Verzögerungszeit der digitalen Schaltung um etwa 10 % verringert werden.
  • Dem Fachmanne ist klar, dass bei weiterer Verwendung bzw. Anwendung des Grundprinzips der vorliegenden Erfindung in grösstmöglichstem Umfange und durch denselben Aufbau der Bezugsspannungs-Generatorschaltung wie die Signalgeneratorschaltung diese Erfindung auch dann anwendbar ist, wenn der Bezugsspannungswert beispielsweise 1/3 oder 3/4 der Ausgangsspannung der vorgeschalteten Stufe und nicht, wie beim vorausgegangenem Beispiel, 1/2 dieses Ausgangswerts betragen soll. Wenn der Bezugsspannungswert beispielsweise auf 1/3 eingestellt wird, kann der Widerstand 43B der Generatorschaltung 20 aus drei Widerständen 13B in der vorgeschalteten Stufe 10 bestehen, wobei diese Widerstände parallel geschaltet sind, oder der Widerstand 43B kann einen Widerstandswert aufweisen, der 1/3 des Widerstandswertes des Widerstands 13B ist.
  • Es ist weiterhin möglich, Impedanzelemente anstelle der Lastwiderstände 13A, 13B, 33A, 33B und 433 zu verwenden.
  • Darüberhinaus können, wenn dies erforderlich ist, die aus den Transistoren 14, 45 bestehenden Emitterfolger-Stufen und die Stromquellen 16, 46 weggelassen werden.
  • Bei der vorausgegangenen Beschreibung der vorliegenden Erfindung wurde auf eine Bezugsspannungs-Generatorschaltung Bezug genommen, die nach der CML-Logik aufgebaut ist. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auch .beibei Bezugsspannungs-Generatorschaltungen anderer binärer Schaltungen, beispielsweise bei Schaltungen, die gemäss der TTL-Logik (Transistor-Transi st ot-Logik) ausgebildet sind, durch Verwendung entsprechender Merkmale und Mittel anwendbar.
  • Wenn die Bezugsspannungs-Generatorschaltung gemäss der vorliegenden, zuvor erläuterten Erfindung ausgebildet ist, kann sie unbeeinflusst von Streuungen, die beim Herstellungsvo gang auftreten, und von Schwankungen der Versorgungsspannung gehalten werden. Da Schaltungen mit gleichem Aufbau verwendet werden, treten keine Schwierigkeiten beim Entwurf der Schaltung auf und die Bezugsspannung mit einem Mittelwert der Eingangssignale kann leicht erzeugt werden. Um eine höhere Arbeitsgeschwindigkeit der Schaltung zu erreichen, wird diee so ausgeführt, dass die Amplitude der Signalspannung kleiner wird. Die Verkleinerung des Arbeitsbereiches, die im vorliegenden Falle ein Problem darstellt, kann recht gut dadurch unter Kontrolle gehalten werden, dass die zuvor erwähnten Schwankungen und Änderungen keinen Einfluss ausüben.
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Claims (8)

  1. Binärschaltung Patentansprüche Binärschaltung mit einer ersten Grund-Binärstufe, die ein erstes Lastimpedanzelement, eine mit dem ersten Lastimpedanzelement in Verbindung stehende Schalteinrichtung, welche wahlweise einen Strom durch das erste Lastimpedanzelement fliessen lässt, einen Signaleingang zum Steuern der Schalteinrichtung und einen Signalausgang zum Bereitstellen eines Signals mit zwei Pegeln entsprechend einer Klemmenspannung des ersten Lastimpedanzelementes umfasst, einer Bezugssignal-Generatorstufe, die ein Bezugssignal erzeugt, und einer zweiten Grund-Binärstufe, die mit der ersten Grund-Binärstufe und der Bezugssignal-Generatorstufe verbunden ist und das von der ersten Grund-Binärstufe bereitgestellte Signal mit zwei Pegeln mit dem von der Bezugssignal-Generatorstufe bereitgestellten Bezugssignal vergleicht und in Abhängigkeit dieses Vergleichs ein Ausgangssignal erzeugt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dass die Bezugssignal-Generatorstufe (20) ein zweites Lastimpedanzelement (433), dessen Impedanz in einem vorgegebenen Verhältnis zu einer Impedanz des ersten Lastimpedanzelementes (13B) steht, eine mit dem zweiten Lastimpedanzelement (43B) verbundene Steuereinrichtung (41B), die in derselben Weise wie die Schalteinrichtung (lIB) aufgebaut ist und einen Strom durch das zweite Lastimpedanzelement (43B) fliessen lässt, sowie eine mit dem zweiten Lastimpedanzelement (4je) in Verbindung stehende Bezugssignal-Bereitstellungsstufe (45, 46, 47; 45 460, 461, 47), die ein Bezugssignal entsprechend einer Klemmenspannung des zweiten Lastimpedanzelements (43B) bereitstellt.aufweist.
  2. 2. Binärschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten und zweiten Lastimpedanzelemente (11B, 43B) jeweils aus Lastwiderständen bestehen.
  3. 3. Binärschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Lastimpedanzelement (43B) durch Parallelschalten des Lastwiderstands gebildet wird, der denselben Aufbau wie der das erste Lastimpedanzelement (1ob) bildende Lastwiderstand aufweist.
  4. 4. Binärschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,dadurch gekennzeichnet, dass die erste Grund-Binärstufe (10) aus einer Schaltung mit emittergekoppelter Logik besteht.
  5. 5. Binärschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Grund-Binärstufe (10) ein Transistorpaar mit einem ersten und einem zweiten Transistor (11A, 11B), zwei EingangssignManschlüsse (14A, 14B), die mit den Eingangselektroden der Transistoren (11A, 11B) verbunden sind, einen ersten mit einer ersten Ausgangselektrode des ersten Transistors (11A) verbundenen Lastwiderstand (13A), einen zweiten, mit der ersten Ausgangselektrode des zweiten Transistors (11B) verbundenen Lastwiderstand (13B), sowie eine erste Stromquelle (12; 120, 121) aufweist, die mit den zweiten Ausgangselektroden der Transistoren (11A, 11B) verbunden ist, und dass die Bezugssignal-Generatorstufe (20) einen dritten Transistor (413), der in derselben Weise wie weni gstens einer der ersten und zweiten Transistoren (11A, 11B) aufgebaut ist, einen dritten, mit der ersten Ausgangselektrode des dritten Transistors (41B) verbundenen Lastwiderstand (43B), dessen Widerstandswert in einem vorgegebenen Verhältnis zum Widerstandswert von wenigstens einem der ersten und zweiten Lastwiderstände (13A, 13B) steht, sowie eine zweite Stromquelle (42; 420, 421) aufweist, die mit einer zweiten Ausgangselektrode des dritten Transistors (41B) verbunden ist.
  6. 6. Binärschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugssignal-Generatorstufe (20) einen vierten Transistor, dessen zweite Ausgangselektrode mit der zweiten Stromquelle verbunden ist, sowie einen vierten Lastwiderstand aufweist, der mit einer ersten Ausgangselektrode des vierten Transistors in Verbindung steht.
  7. 7. Binärschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Grund-Binärstufe (10) eine erste Emitterfolger-Schaltung (15) aufweist, die von der Anschlusspannung des ersten Lastwiderstands (13B) ein erstes Signal ableitet, und die Bezugssignalgeneratorstufe (20) eine zweite Emitterfolger-Schaltung (45) besitzt, die ein Bezugssignal von der Anschlusspannung des dritten Lastwiderstands (43B) ableitet.
  8. 8. Binärschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bezugssignal-Generatorstufe (20) Einrichtungen (44B) aufweist, die das Bezugssignal der zweiten Emitterfolger-Schaltung (45) an eine Eingangselektrode des dritten Transistors (41B) legt.
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