DE2802595C2 - Schaltungsanordnung mit Feldeffekttransistoren zur Spannungspegelumsetzung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine mit Feldeffekttransistoren aufgebaute Schaltungsanordnung zur Spannungspegelumsetzung entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Im engeren Sinne bezieht sie sich auf eine mit Feldeffekttransistoren sowohl vom Anreicherungstyp als auch vom Verarmungstyp aufgebaute Schal-

tungsanordnung, mit der ein Ausgangsspannungshub bereitgestellt werden kann, der zur zuverlässigen Ausschaltung von Verarmungstyp-Feldeffekttransistoren einsetzbar ist

Der gleichzeitige Einsatz sowohl von Anreicherungstyp- als auch von Verarmungstyp-Feldeffekttransistoren auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat ist an sich bekannt Als ein Beispiel für Schaltungen dieser Art kann die Veröffentlichung im IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 19, Nr. 3, August 1976, Seiten 922-923 angesehen werden.

Bekanntermaßen weisen Verarmungstyp-Feldeffekttransistoren den Vorteil auf, daß bei ihnen der bei Anreicherungstyp-Feldeffekttransistoren zu berücksichtigende Schwellwertspannungsabfall entfällt Betreibt man solche Verarmungstyp-Feldeffekttransistoren statt mit einer Eigenvorspannung als geschaltete Transistoren, lassen sich damit bessere Zeitablaufsteuerungen und reduzierte Anstiegsverzögerungen der entsprechenden Schaltungen erreichen. Auf der anderen Seite ist ein bekannter Nachteil solcher Verarmungstyp-Feideffefcttransistoren darin zu sehen, daß sie sich nicht mittels derselben Gate-Source-Vorspannung ausschalten lassen, die normalerweise zum Ausschalten von Anreicherungstyp-Feldeffekttransistoren bereitgestellt wird. Dem Vorteil der Vermeidung des Schwellwertspannungsabfalls steht somit der Nachteil gegenüber, daß eine Null-Vorspannung zwischen Gate und Source nicht zur völligen Unterbindung eines Stromflusses durch einen solchen Verarmungstyp-Feldeffekttransistor ausreicht.

In diesem Zusammenhang ist es bereits bekannt, durch Anlegen einer negativen Vorspannung an das Substrat die Schwellwertspannung eines N-Kanal-Feldeffekttransistors entsprechend anzupassen, vgl. US-PS 36 09 414. Dort wird die Substratvorspannung jedoch nicht dazu verwendet, im Rahmen einer logischen Schaltung einen Signalspannungshub am Ausgang bereitzustellen, 4er gegenüber dem Spannungshub am Eingang unterschiedlich ist Die Verwendung der Substratvorspannung zur zuverlässigen Ausschaltung von Verarmungstyp-Feldeffekttransistoren wurde bisher nicht in Betracht gezogen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine demgegenüber verbesserte Schaltungsanordnung zur Spinnungspegelumsetzung zwischen Eingang und Ausgang anzugeben, bei der insbesondere der Ausgangsspannungshub zur zuverlässigen Ausschaltung von Verarmungstyp-Feideffekttransistoren ausreicht

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Maßnahmen vor. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen. Zusammengefaßt ist eine Eingangsstufe in Form eines Gegentakt-Verstärkers mit einem ersten Paar von Feldeffekttransistoren vorgesehen, die in Reihe zwischen einer ersten und einer zweiten Spannungsquelle liegt und mit der von dem logischen Eingangssignal die invertierten und nicht-invertierten Signalzustände erhalten werden können. Die Ausführung dieser Stufe als Gegentaktstufe wird wegen der damit möglichen größeren Schaltgeschwindigkeit bevorzugt. Je nach dem Anwendungsfall kann jedoch auch ein Lastelement mit Eigenvorspannung eingesetzt werden. Weiterhin ist eine Ausgangsstufe vorgesehen, die zwischen der ersten Spannungsquelle und einer dritten S'wnnungsquelle (Substratspannung) liegt, die negativer a rs die zv/eite Spannungsquelle (Masse) ist. Diese Ausgangsstufe enthält ein zweites Paar von in Reihe geschalteten Feldeffekttransistoren und liefert ein Ausgangssignal mit einem dem Substrat spannungswert angenäherten unteren SpannungspegeL Dieser untere Spannungspegel ist ausreichend niedrig, um Verarmungstyp-Feldeffekttransistoren in etwaigen Folgestufen sicher auszuschalten. Die Ausführung der die Eingangs- und Ausgangsstufe verbindenden Schaltung ist dabei unter Gesichtspunkten maximaler Schaltgeschwindigkeit bei möglichst geringem Verlustleistungsverbrauch durchgeführt Dazu sind nach einer Ausführungsform eine kapazitive Kopplung und in einer weiteren Ausführungsform ein sog. Booistrap-Schaltkreis mit einem Kondensator und einem Verarmungstyp-Feldeffekttransistor vorgesehen, die in Reihe zwischen den Ausgang und das Gate eines der Feldeffekttransistoren des zweiten Paares geschaltet sind.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt

F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung; F i g. 2 ein zugehöriges Spannungsdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schaltung nach F i g. 1; F i g. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die in F i g. 1 gezeigte Schaltung ist mit Feldeffekttransistoren vom Anreicherungstyp und vom Verarmungstyp aufgebaut Durch den Verarmungstyp-Transistor Tl in Reihe mit denn Anreicherroigstyp-Transistor Tl wird eine Eingangsstufe gebildet Zwar sind in dieseai Ausführungsbeispiel alle Transistoren N-Kanal-Transistoren, in gleicher Weise können jedoch auch bei entsprechender Anpassung der Spannungspolaritäten P-Kanal-Feldeffekttransistoren verwendet werden. Die Drain von Tl ist mit einer ersten Spannungsquelle + V verbunden, während die Source von TI mit einer zweiten Spannungsquelle, in diesem Fall Massepotential, gekoppelt ist. Die Source von Tl ist elektrisch m'H. der Drain von 7"2 zum Schaltungsknoten Λ/l verbunden.

An der Gate-Elektrode von Tl liegt ein Eingangssignal in einer Phasenlage (d. h. das nicht-invertierte bzw. direkte Eingangssignal) an, während an der Gate-Elektrode von T2 die komplementäre Phasenlage des Eingangssignales anliegt. In typischen Fällen wird der im logischen Zuordnungssinn untere Spannungspegel einen Potentialwert in der Nähe des Massepotentials darstellen, während der im logischen Sinne obere Spannungspegel potentialmäßig bei + Vliegt Weiterhin ist eine Ausgangsstufe mit mindestens einem zweiten Paar von Feldeffekttransistoren T3 und T4 vorgesehen. T3 ist wiederum ein Verarmungstyp-Feldeffekttransistor, desssn Drain mit + V und dessen Scurcc mit der Drain von T4 verbunden ist und den Ausgangsschaltungsknoten darstellt T4 ist ein Anreicherungstyp-Feldefiekttransistor, dessen Source mit dem Substrat verbunden ist, von dem eine dritte Spannung abgeleitet wird, die negativer als Massepotential ist. Der mit CL bezeichnete Kondensator am Ausgangsschaltungsknoten symbolisiert die durch die Folgestufen repräsentierte Lastkapazität.

Zur Verbindung der Eingangsstufe mit der Ausgangsstufe sind weitere Schaltungsmittel in Form der Transistoren T5, T6, T7 sowie des Kondensators CB vorgesehen. Die Transistoren T5 und T6 sind Verarmungstyp-

b5 Transistoren, während T7 ein Verarmungstyp-Feideffekaransistor ist. Die Drain des Transistors T6 ist wiederum mit + V verbunden, während die zugehörige Source mit der Drain von T7 zum Schaltungsknoten

Λ/3 gekoppelt ist. Die Source von 77 ist mit dem Substrat verbunden, so daß 76 und 77 ein drittes Feldeffekttransistorpaar bilden, das zwischen der ersten und dritten Spannungsquelle angeordnet ist. Der Kondensator CB wird durch eine mit dem Schaltungisknoten N1 verbundene Gate-Elektrode sowie durch eine mit dem Schaltungsknoten Λ/2 verbundene Source/Drainzone gebildet. CB wird in der gezeigten Weise als ein Verarmungstyp-Feldeffektkondensator dargestellt, obwohl in gleicher Weise auch ein durch eine Anreicherungstypstruktur zustande kommender Kondensator Verwendung finden kann. Ein solcher Verarmungstyp-Kondensator weist ein ionenimplantiertes Gebiet auf, das in der gleichen Weise hergestellt wird, wie das für die Herstellung von Feldeffekttransistoren vom Verarmungstyp möglich ist. Als Vorteil eines Verarmungstyp-Kondensators ist es anzusehen, daß damit eine über einen grö-Substratspannung liegt. Wie bereits erläutert wurde, bildet das Substrat eine dritte Spannungsquelle, die negativer als Massepotential ist. Die Gate-Elektroden von 7"16, 717 und 7"18 sind gemeinsam an den Schaltungsknoten /V12 angeschlossen. Beim Transistor 718 handelt es sich um einen Transistor mit Eigenvorspannung, dessen Gate-Elektrode mit dem Schaltungsknoten N 13 verbunden ist, was auch für die Gate-Elektroden von 715 und 713 gilt. Zusätzlich ist ein Bootstrap-Kondensator CA (in Form eines Verarmungstyp-Kondensators) zwischen den Ausgangsknoten am gemeinsamen Verbindungspunkt der Source von 713 und der Drain von 714 und den Schaltungsknoten /V 14 am gemeinsamen Verbindungspunkt der Source von 716 und der Drain von 718 vorgesehen. Auch hier gilt, daß die erforderliche Kapazität durch einen Anreicherungstyp-Kondensator dargestellt werden kann. Die Gate-Elektrode der

ucPcn opänriüng5ucrüiCii uiügiiCiic oignaiKOppiürig 5Γ-zielbar ist. Eine derartige Signalkopplung ist sogar mit einer Null-Vorspannung am Gate dieses Bauelementes möglich. 75 ist bezüglich seiner Drain-Source-Schaltstrecke zwischen Λ/2 und Substrat eingefügt und darüber hinaus mit dem Gate von 77 sowie dem Gate von 74 gekoppelt. Die Gate-Elektroden der Transistoren 75, 76 und 73 sind in der gezeigten Weise mit dem Schaltungsknoten Λ/3 verbunden.

In F i g. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die Eingangsstufe ist ähnlich wie in Fig. 1 aufgebaut um ! weist einen Verarmungstyp-Transistor 711 sowie einen Anreicherungstyp-Transistor 712 auf, die in Reihe geschaltet zwischen + Vund Massepotential liegen. Der gemeinsame Verbindungspunkt an der Source von 711 und an der Drain von 712 bildet den Schaltungsknoten JVlI. An den Gate-Elektroden von 711 und 712 liegen wiederum die gegenphasigen

W/artt» At*c Finecmerccicrnalc

Die Ausgangsstufe dieser Schaltung enthält ebenfalls ein Paar von Feldeffekttransistoren 713 und 714, die in Reihe zwischen der ersten Spannungsquelle + V und der dritten Spannungsquelle VSUB liegen. In diesem Ausführungsbeispiel sind jedoch beide Ausgangstransistoren 713 und 714 Anreicherungstyp-Transistoren, was aus dem in die Koppelschaitung eingebauten Bootstrap-Schaltungsteil sowie der Gleichspannungspegel-Einstellschaltung resultiert, auf die beide noch näher einzugehen sein wird.

Weiterhin ist die Kapazität Cß'in gleicher Weise wie CB in F i g. 1 zur kapazitiven Kopplung der Schaltungsknoten JV11 und JV12 vorgesehen. Cß'ist in diesem Fall wiederum als Verarmungstyp- Kondensator angenommen, obwohl dafür auch ein Anreicherungstyp-Kondensator eingesetzt werden kann. Der Verarmungstyp-Transistor 715 ist bezüglich seiner Drain mit dem Schaltungsknoten JV12 gekoppelt, während seine Source mit dem Substrat verbunden ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist das dritte Paar von Feldeffekttransistoren, entsprechend den Transistoren 76 und 77 in Fig. 1, durch eine Reihenschaltung der Transistoren 716, 717 und 718 ersetzt. 716 ist ein Verarmungstyp-Transistor, dessen Drain an + Vliegt, während die Source mit der Drain von 718 am Schaltungsknoten /V14 verbunden ist 718 ist ein Verarmungstyp-Feldeffekttransisior. dessen Source mit der Drain von 717 am SchaltuRgsknoter. N 13 verbunden ist 717 ist ein Anreicherungstyp-Feldeffekttransistor, dessen Source an der

IJI IfIIL UVIII UV

knoten N14 verbunden, während die Source-ZDrainzonen dieses Elementes mit dem Ausgangsknoten gekoppelt sind. Hinzuweisen ist besonders auf den Rückkoppelpfad vom Ausgangsknoten über die Kapazität CA sowie 718 auf den Schaltungsknoten N13 sowie die Gate-Elektrode von 713. Mit der Kapazität CL'soll die durch die Folgestufen repräsentierte Lastkapazität dieses Schaltkreises angedeutet werden. Als weiteres Schaltelement ist in diesem Ausführungsbeispiel noch ein relativ klein ausgelegter Verarmungstyp-Transistor 719 vorgesehen, dessen Drain an + Vund dessen Source am Ausgang liegt. Das Gate von 719 ist ebenfalls mit dem Ausgang verbunden, so daß 719 mit Eigenvorspannung betrieben wird. Im Falle sehr langer Impulszeiten wird über 719 die Aufrechterhaltung des oberen Spannungspegels am Ausgang gewährleistet.

Bekanntermaßen ist für die Betriebseigenschaften von Feldeffekttransistoren deren Auslegung in der Form bestimmter Weiten-/Längenverhältnisse (W/L) aufschlußreich. Im allgemeinen weist ein Transistor mit einem kleinen W/L-Verhältnis, d. h. mit einem geringen Aufwand an Halbleiterfläche, eine geringe Eingangskapazität bei allerdings auch geringen Stromübertragungseigenschaften auf. Umgekehrt benötigt ein Transistor mit einem großen W/L-Verhältnis relativ mehr Halbleiterfläche und weist eine höhere Eingangskapazität auf. kann aber erheblich größere Ströme bereitstellen. In der folgenden Tabelle sollen, ohne die Erfindung darauf zu beschränken, typische W/L-Verhältnisangaben für die in F i g. 1 benutzten Schaltelemente beispielhaft angegeben werden.

Transistor	W/L-Verhältnis
71	10:1
72	20:1
73	20:1
74	85:1
75	1 :50
76	2.5:1
77	10:1

Fur die Kapazität CB kann ein Wert von ungefähr 74 pF und für CL ein typischer Wert in der Größenordnung von 10 pF angenommen werden.

Für die in Fig. 3 eingesetzten Schaltelemente gelten die in der folgenden Tabelle zusammengestellten typischen Werte:

Transistor	W/L-Verhältnis
711	10:1
712	20:1
713	60:1
714	85:1
715	1 :50
716	12:1
717	9:1
718	3:1
719	1 :1

Für die in diesem Ausführüri^sbeis^ie! vorkomme"" den Kapazitäten CB' und CL' können die oben angegebenen typischen Werte angenommen werden, während für den Rückkoppelkondensator CA ein typischer Wert von etwa 3 bis4 pFgelten kann.

Dem Mehraufwand an Halbleiterfläche für die Schaltung von Fig.3 infolge der zusätzlichen Bauelemente 718, 719 und CA sowie der größeren Fläche für 713 steht die demgegenüber geringere Verlustleistungsaufnahme sowie die Erzielung des vollen unteren Spannungspegels V SUB gegenüber.

Angesichts der obigen Ausführungen zu den W/L-Verhf .tnissen, mit denen die Bauelemente an die jeweiligen speziellen Anforderungen angepaßt werden können, ist noch einmal festzustellen, daß weniger die Anzahl der Bauelemente als deren individuelle Größenauslegung bei einer Integration ins Gewicht fällt. Weiterhin ist festzustellen, daß wegen der geringen Eingangskapazität der Eingangsstufen besondere Anforderungen an den Ausgang der etwaigen Vorstufen entfallen können. Das wäre nicht der Fall, wenn die Eingänge direkt mit den relativ großen Bauelementen, z.B. 74 oder 714, verbunden wären.

Die angegebenen Schaltungen liefern bei ihrem Betrieb Impulse, mit denen sowohl Verarmungstyp- als auch Anreicherungstyp-Feldeffekttransistoren in nachfolgenden Stufen zuverlässig ausgeschaltet werden können. Der Einsatz von Verarmungstyp-Feldeffekttransistoren gestattet überdies das Aufladen von Schaltungsknoten auf die volle Versorgungsspannung + V, wenn ihre Gate-Elektroden an + V liegen. Mit Anreicherungstyp-Feldeffekttransistoren können demgegenüber nur Aufladungen auf einen um den Wert der Schwellwertspannung reduzierten Potentialwert der Versorgungsspannung erreicht werden. Diese Vorteile von Verarmungstyp-Feldeffekttransistoren fallen besonders bei Anwendungen im Zusammenhang mit Speicherzellen und peripheren Speicherschaltungen, z. B. Aufladeschaltungen für Bitleitungen, Decodierer, Verriegelungsstufen oder dergleichen ins Gewicht, bei denen ein Schaltungsknoten schnell auf die volle Versorgungsspannung aufgeladen werden soll, wonach sie praktisch so schnell wieder ausgeschaltet werden können, als wären sie dann nicht mehr länger im Rahmen der jeweiligen Schaltung vorhanden. Beim Aufbau solcher Wiederaufladeschaltungen mit Anreicherungstyp-Feldeffekttransistoren würde eine erhebliche Anzahl von Problemen zu bewältigen sein. Wie bereits gesagt wurde, könnte eine Aufladung nur bis zum um die Schwellenspannung reduzierten Wert der Versorgungsspannung erfolgen und zum anderen würde wegen des Betriebs der Wicdcr;iufladeelemente als Sourccfolgcr der endgültige Potentialübergang relativ langsam ausfallen.

Ein weiteres wünschenswertes Merkmal bei derartigen Schaltungen ist, daß sie einen sehr schnellen Übergang auf den unteren Spannungspcgel aufweisen. Das ist insbesondere dann von Vorteil, wenn diese Schaltungen zum Abschalten von Vorlade-Elementen in monolithischen Halbleiterspeichern eingesetzt werden sollen. Solche Vorlade-Elemente werden normalerweise eingesetzt, um vor einer Speicherselektion die Potentiale der Bitleitungen auszugleichen. Unmittelbar mit dem Auftreten eines Selektionsimpulses ist es jedoch erwünscht, diese Vorlade-Elemente möglichst schnell abschalten zu können, was durch die angegebenen Schaltkreise möglieh ist.

Anhand von F i g. 2 soll im folgenden die Arbeitsweise einer Schaltung der in Fig. 1 angegebenen Art näher beschriebe*« v/erder·. Dsbei is· 2π™εΓΐθϊΜΪΐΐ£" d«ß die Eingangssignale einen unteren Spannungspegel ent· sprechend Massepotential und einen oberen Spannungspegel entsprechend + V aufweisen. Am Ausgang sollen die oberen Spannungspegel durch das Potential + V, die unteren logischen Spannungspegel jedoch durch ein dem Substratpotential V SUB möglichst nahekommendes Potential dargestellt werden. Um ein Beispiel zu geben, sei beispielsweise für + Vein Wert von ungefähr 5 V und ein Substratpotential von ungefähr —5 V angenommen. Die an den Eingängen A und B anliegenden Eingangssignale werden als gegenphasige Signale zum Gegentaktbetrieb der Eingangsstufe vorausgesetzt. Das Eingangssignal am Anschluß A kann beispielsweise ein Chip-Auswahlimpuls (CS) sein, während bei einem Betrieb mit einem monolithischen Speicher das Eingangssignal am Anschluß B das dazu gegenphasige Eingangssignal wäre, wenn nämlich ein solcher Auswahlvorgang nicht vorliegt. Liegt am Eingang A der obere Spannungspegel, wird 71 voll eingeschaltet, während infolge des unteren Spannungspegels an B 72 voll ausgeschaltet ist. Dadurch nimmt der Schaltungsknoten N1 das Potential + Van. Festzuhalten ist, daß das Potential am Schaltungsknoten /Vl niemals ganz auf Massepotential heruntergeht, da durch ein Signal mit dem unteren Spannungspegel an A 71 nie völlig ausgeschaltet wird.

Das Signal an N\ wird kapazitiv auf den Schaltungsknoten N 2 gekoppelt Da der Schaltungsknoten Λ/2 vorher auf dem Substratpotential von ungefähr —5 V gehalten wurde, wird durch die kapazitive Einkopplung des Signals mit einer Amplitude von nahezu 5 V (4,6 V) das Potential an N2 auf etwa —1 V erhöht. (Dabei ist ein kleiner Spannungsabfall über dem Kondensator CB bereits berücksichtigt.) Dadurch wird eine Gate-Source-Vorspannung von etwa 4 V für den Transistor C 7 bereitgestellt, der daraufhin einschaltet und den Schaltungsknoten N 3 auf einen Potentialwert nahe dem Substratpotential bringt Ganz wird das Substratpotential am Schaltungsknoten JV3 wegen des verbleibenden Stromes durch den Verarmungstyp-Transistor T6 nicht erreicht Der Potentialwert von N 3 kann mit etwa —4,5 V angenommen werden. Mit dem Einschalten von 77 wird auch 74 eingeschaltet und entlädt die Lastkapazität CL, wodurch der Ausgang ungefähr auf das Substratpotential heruntergezogen wird. Bei einer Spannung von —4,5 V an JV 3 befindet sich 73 im Zustand geringer Leitfähigkeit (hochohmig), wobei jedoch weiterhin ein Reststrom fließen kann, da 7"3 ein Verarmungstyp-Feldeffekttransistor ist Aus diesem Grund geht das Potential am Ausgang nicht vollständig auf den

Wert der Substratspannung, sondern nur auf ungefähr —4,5 V herunter. Dadurch wird ein Gleichstrompfad von + V über 73 und 74 nach VSUB gebildet, der in manchen Anwendungsfällen unerwünscht sein kann und

■ ; durch die Ausführungsform entsprechend F i g. 3 besei-

;' tigt wird.

v' Beim Umschi'.ten des Eingangssignals wird 72 wie-

j'; der eingeschalte! und Tl ausgeschaltet. Dadurch geht

■Δ das Potential des Schaltungsknotens N1 auf ungefähr

b 0,4 V, d. h. etwa Massepotential. Dieser negative Impuls-

iji übergang wird über den Kondensator Cßauf den Schal-

_;; tungsknoten 2 gekoppelt, der dadurch das Substratpo-

iwjj tential von —5 V annimmt und 77 und 74 ausschaltet.

ψ: Beim Ausschalten von 77 wird der Schaltungsknoten

ü /V3 über 76 auf + V aufgeladen, wodurch 75 voll ein-

Sj geschaltet wird und dadurch den Schaltungsknoten N 2

|j auf Substratpotential hält. Eine wichtige Funktion von

75 besteht darin, den Schaltungsknoten /V 2 auf dem Substratpotential zu halten, um über CB eine Vorspannung von ungefähr 5 V aufrechtzuerhalten. Durch die Aufladung des Schaltungsknotens Λ/3 auf + V wird ferner 73 voll eingeschaltet und bringt das Potential am Ausgang auf + V, wodurch die Lastkapazität auf + V aufgeladen wird.

Unter Bezugnahme auf Fig.3 sollen im folgenden einige mit wenigen zusätzlichen Bauelementen erzielbare Verbesserungen hinsichtlich einer gegenüber Fig.) erzielbaren geringeren Verlustleistung erläutert werden. Für die Eingangssignale werden dazu mit der obigen Beschreibung vergleichbare Spannungspegel angenommen. Liegt an Λ'ein Eingangssignal mit dem oberen Spannungspegel und gleichzeitig an B' ein Signal mit dem unteren Spannungspegel, wird T11 voll eingeschaltet und Γ12 voll ausgeschaltet, so daß der Schaltungsknoten NU das Potential + V annimmt. Dieses Signal wird kapazitiv auf den Schaltungsknoten N12 gekoppelt. Nimmt man an, daß + V etwa 5 V beträgt, beträgt der Potentialübergang etwa 5 V, wodurch der Schaltungsknoten N12 vom Substratpotential auf etwa Massepotential angehoben wird. Dadurch werden T14 und -to TM ein- und Γ16 ausgeschaltet. T14 entlädt dabei die Lastkapazität CL' auf das Substratpotential. Beim Einschalten von Γ17 wird der Schaltungsknoten Λ/13 auf nahezu Substratpotential gebracht, wodurch 713 voll ausschaltet. Zu diesem Zeitpunkt existiert kein deichstrompfad von + K zum Substrat außer über den Verarmungstyp-Feldeffekttransistor 719, der jedoch so klein ausgelegt ist, daß darüber nur ein hinsichtlich der Verlustleistung vernachlässigbarer Strom fließen kann, was gleichermaßen für die Reihenschaltung von 716, 718 und 717 gilt

Geht das Signal am Eingang Λ'wieder auf den unteren Spannungspegel während das Signal am Eingang B' auf den oberen Spannungspegel übergeht, wird 711 wieder in seinen geringen Leitfähigkeitszustand geschaltet und 712 voll eingeschaltet Dadurch wird der Schaltungsknoten /VIl von + V auf nahezu Massepotential entladen, wobei der kleine Reststrom durch 711 berücksichtigt ist Dieser negative Signalübergang wird über den Kondensator CB' auf den Schaltungsknoten w> N12 gekoppelt, der dadurch wieder auf das Substratpotential zurückgeht und dabei die Transistoren 714, 716 und 717 abschaltet 715 wird durch den oberen Spannungspegel am Schaltungsknoten N13 eingeschaltet wodurch sichergestellt ist, daß der Schaltungsknoten N12 auf einem Potentialwert nahe VSUB bleibt, so daß über dem Kondensator CB' eine Vorspannung von 5 V aufrechterhalten bleibt. In diesem Zusammenhang ist festzuhalten, daß, .vie in der Schaltung nach F i g. 1, die Potentialdifferenz über CB' entweder durch Massepotential gegenüber VSUB oder durch + V gegenüber Massepotential gebildet wird. Weiterhin ist festzuhalten, daß der Schaltungsknoten N 14 über den Stromfluß durch 716 auf etwa + V aufgeladen war. Wird 714 ausgeschaltet, beginnt das Potential am Ausgang anzusteigen. Dieser Spannungsübergang am Ausgang wird über den Bootstrap-Kondensator CA auf den Schaltungsknoten N14 gekoppelt, der dadurch auf einen Potentialwert über + V angehoben wird. In an sich bekannter Bootstrap-Wirkungsweise wird beim Anstieg des Ausgangspotentials auf + Vfür die Schaltungsknoten N 14, N 13 sowie das Gate von 713 ein Potentialwert größer als + V erreicht, wodurch der Ausgangsknoten auf den vollen Wert + Vder Versorgungsspannung ansteigen kann. Bei sehr langen Impulszeiten wird über den Transistor 719 genügend Strom auf den Ausgangsknoten geliefert, um ihn auf + K zu halten, selbst wenn das Potential am Schaltungsknoten N 13 auf + V oder darunter abnehmen sollte.

Damit ist eine Schaltung angegeben, mit der Verarmungstyp-Feldeffekttransistorschaltungen zuverlässig und schnell ausgeschaltet werden können. Werden solche Schaltungsanordnungen im Zusammenhang mit Vorladeschaltungen im Rahmen monolithischer Speicheranordnungen eingesetzt, können sie direkt als Aufladespannungsquelle dienen, um ausreichend negative Spannungen zum Ausschalten der Verarmungstyp-Bauelemente zu liefern, wodurch Gleichstromverluste und eine unerwünscht hohe Dauerverlustleistung in den peripheren Speicherschaltungen vermieden werden können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Spannungspegelumsetzung von Binärsignalen mit in einem gemeinsamen Halbleitersubstrat - angeordneten Anreicherungstyp- und Verarmungstyp-Feldeffekttransistoren sowie daraus gebildeten Gegeniaktstuf en, insbesondere zur Bereitstellung potentialmäßig zuverlässiger Ausschaltspannungen für Verarmungstyp-Feldeffekttransistoren in Folgeschaltkreisen, gekennzeichnet durch eine an sich bekannte Eingangsgegentaktstufe mit einem ersten Paar von Feldeffekttransistoren (Tl, 72; TU, Γ12), die zwischen einem ersten und einem zweiten Betriebspotential in Reihe geschaltet sind, sowie durch eine über Koppelschaltmittel damit verbundene Ausgangsstufe mit einem zweiten Paar von Feldeffekttransistoren (7"3, T4; T13, T14), die zwischen dem ersten und einem dritten, vom Sabstratpctentia! abgeleiteten Betriebspotential in Reihe geschaltet sind und deren gemeinsamer Verbindungspunkt den Schaltungsausgang bildet

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelschaltmittel mindestens zwei weitere Feldeffekttransistoren (T6, TT; T16— 718) umfassen, die zwischen dem ersten und dem dritten Betriebspotential in Reihe geschaltet sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelschaltmittel weiterhin einen Kondensator (CH, CB') zur Herstellung einer Kopplung einer ßingangsstufe mit der Ausgangsstufe und einem der weueren Feldeffekttransistoren (T7, T17) sowie einen Verarmungstyp-Feldeffekttransistor (T5, T15) umfassen, dessen Drain-Source-Schaltstrecke zwischen dem Kondensator und dem dritten Betriebspoteniial (VSUB) liegt.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Kondensator (CB, CB') als Feldeffekttransistorstruktur ausgebildet ist, dessen Gate mit der Eingangsstufe verbunden ist und über dessen Gate-Vorspannung im Halbleitersubstrat unterhalb der Gate-Elektrode ein Inversionsbereich aufrechterhalten wird.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Verarmungstyp-Feldeffekttransistor (T5, T15) hinsichtlich seines Drain-Gebietes elektrisch mit der Source und/oder Drain der den Kondensator darstellenden Feldeffekttransistorstruktur verbunden ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die im Rahmen der Koppelschältmittel vorgesehenen weiteren Feldeffekttransistoren aus der Reihenschaltung eines ersten Feldeffekttransistors (Tl) vom Anreicherungstyp und eines zweiten Feldeffekttransistors (T6) vom Verarmungstyp bestehen, daß die Drain des Verarmungstyp-Feldeffekttransistors (TB) mit dem ersten Betriebspotential, die Source des Anreicherungstyp-Feldeffekttransistors (T7) mit dem dritten Betriebspotential sowie die Source des Verarmungstyp-Feldeffekttransistors mit der Drain des Anreicherungstyp-Feldeffekttransistors verbunden ist.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, insbesondere nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die im Rahmen der Koppelschaltmittel vorgesehenen weiteren Feldeffekttransistoren aus der Reihenschaltung eines ersten sowie eines zweiten Verarmungstyp-Feldeffekttransistors (T 16, T18) sowie eines dritten Anreicherungstyp-Feldeffekttransistors (T 17) bestehen, daß die Drain des ersten Verarmungstyp-Feldeffekttransistors (T 16) an das erste Betriebspotential, die Draüi des zweiten Verarmungstyp-Feldeffekttransistors (T 18) an die Source des ersten Feldeffekttransistors (TlS), die Drain des dritten Feldeffekttransistors (T 17) vom Anreicherungstyp mit der Source des zweiten Verarmungstyp-Feldefiekttransistors (TlS) und die Source des Anreicherungstyp-Feldeffekttransistors (T17) an das dritte Betriebspotential (VSUB) angeschlossen ist

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bootstrap-Kondensator (CA) zwischen den Schaltungsausgang und den gemeinsamen Verbindungspunkt der beiden Verarmungstyp-Feldeffekttransistoren (T 16, 718) der im Rahmen der Koppelschaltmittel vorgesehenen weiteren Feldeffekttransistoren eingeschaltet ist

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Bootstrap-Kondensator (CA) als Fe?<leffekttransistorstruktur, insbesondere vom Verarmungstyp, ausgebildet ist dessen Gate mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt der beiden Verarmungstyp-Feldeffekttransistoren (T 16, T18) und dessen Source und/oder Drain mit dem Schaltungsausgang verbunden ist

10. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsstufe aus der Reihenschaltung eines Anreicherungstyp-Feldeffekttransistors (T2, T12) und eines Verarmungstyp-Feldeffekttransistors (Ti, Τίί) besteht deren jeweilige Gate-Elektroden mit Eingängen für die in gegenphasige" Form vorliegenden Eingangssignale verbunden sind.

11. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Ausgangsstufe vorgesehene Paar von Feldeffekttransistoren (76, 77) aus einem Verarmungstyp-Feldeffekttransistor und einem Anreicherungstyp-Feldeffekttransistor besteht.

12. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das in der Ausgangsstufe vorgesehene weitere Paar von Feldeffekttransistoren (T 13, 714) aus zwei in Reihe geschalteten Anreicherungstyp- Feldeffekttransistoren besteht.

13. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Schaltungsausgang und das erste Betriebspotential die Drain-Source-Schaltstrecke eines weiteren Feldeffekttransistors vom Verarmungütyp (719) eingeschaltet ist, dessen Gate-Elektrode mit dem Schaltungsausgang verbunden ist.