DE2805835A1 - MONOLITHICALLY INTEGRATED CIRCUIT FOR CONVERTING A BINARY-CODED SIGNAL INTO A GRADUATED ANALOG SIGNAL - Google Patents
MONOLITHICALLY INTEGRATED CIRCUIT FOR CONVERTING A BINARY-CODED SIGNAL INTO A GRADUATED ANALOG SIGNALInfo
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Description
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Monolithisch integrierte Schaltung zur Umsetzung eines binärcodierten Signals in ein abgestuftes AnalogsignalMonolithic integrated circuit for implementing a binary-coded Signal into a graduated analog signal
Die Erfindung beschäftigt sich mit einer monolithisch integrierbaren Schaltung zur Umsetzung eines binärcodierten Signals in ein abgestuftes Analogsignal, das als Summensignäi_aus den Aus gangsströmen von Schalttransistoren, die von dem binärcodierten Signal geschaltet werden, auf einer Summenleitung gewonnen wird.The invention is concerned with a monolithically integrable Circuit for converting a binary-coded signal into a graduated analog signal, which as Sumensignäi_aus the output currents of switching transistors, which are switched by the binary-coded signal, is obtained on a summation line.
Bei einer solchen Schaltung liegt die Forderung vor, ein monoton abgestuftes Analogsignal stets in einem bestimmten Analogsignalbereicht(Hub) zu erhalten. Diese Forderung ist beispielsweise bei der Einstellung von Reglern über ein binärcodiertes Befehlssignal zu erfüllen. With such a circuit, there is a requirement that a monotonically graduated analog signal is always in a certain analog signal range (hub) to obtain. This requirement must be met, for example, when setting controllers using a binary-coded command signal.
Bei einer Realisierung in Form einer monolithisch integrierten Schaltung bereitet die vorstehend genannte Forderung nach einem monoton abgestuften Signal"insofern Schwierigkeiten, als entsprechend dem codierten Binärsignal reproduzierbar und eindeutig eine bestimmte Analogstufe geschaltet werden muß, welche Stufe durch reproduzierbar auf bestimmte Stufen schaltbare Schalttransistore wählbar sein soll. Vor der Massenproduktion derartiger monolithisch integrierter Schaltungen sind solche Schaltungen zu wählen, die in einer der Lösung des genannten Problems besonders geeigneten Auslegung (Logik) realisierbar sind. Im Hinblick auf die Massenproduktion sollte die Auslegung dann so erfolgen, daß eine möglichst große Ausbeute an solchen integrierten SchaltungenWhen implemented in the form of a monolithic integrated circuit, the above-mentioned requirement for a monotonically graded signal "insofar as difficulties as corresponding the coded binary signal reproducibly and unambiguously a certain analog stage must be switched, which stage should be selectable by means of switching transistors that can be reproducibly switched to certain levels. Before the mass production of such Monolithically integrated circuits are those circuits to choose that are particularly useful in solving the problem mentioned suitable design (logic) can be implemented. Then, with a view to mass production, the design should be such that the greatest possible yield of such integrated circuits
„ /w 909833/0261" / W 909833/0261
09. Februar 1978February 09, 1978
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erhalten wird, die die genannte monotone Abstufung in dem genannten Analogsignalbereich (Hub) erbringt. ~~ " — - — — —is obtained that has said monotonous gradation in said Analog signal range (hub) provides. ~~ "- - - - -
""Äuf-gake-jäer Erfindung also ist die Angabe einer für die Massenproduktion geeigneten integrierten Schaltung der im Gattungsbegriff genannten Art, deren Ausgangssignal bei möglichst konstantem Analogsignalbereich innerhalkudieses Bereiches vom"" Äuf-gake-jäer invention is the specification of one for mass production suitable integrated circuit of the type mentioned in the generic term, the output signal of which is as constant as possible Analog signal range within this range from
monoton abgestuft ist. --is monotonically graded. -
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebene Ausbildung gelöst.This object is achieved according to the invention by the in the characterizing Part of claim 1 specified training solved.
Die bei der monolithisch integrierten Schaltung nach der Erfindung angewendeten I2L-Auslegung ist beispielsweise in der Zeitschrift "Valvo Berichte", Band XVIII (April 1974), Seiten 215 bis 226, beschrieben und wird auch als "merged transistor logic" (MTL) bezeichnet, vgl. die Zeitschrift "IEEE Journal of Solid-state Circuits" Band SC-9, Nr. 5 (Oktober 1974), Seiten 218 bis 227. Dieses Ausbildungsprinzip zeichnet sich durch an der Halbleiteroberfläche liegende Kollektorzonen innerhalb einer Basiszone aus, die über eine Injektorzone ihre Stromversorgung erhält. Die Injektorzone ist als Emitterzone eines lateralen Stromversorgungstransistors aufzufassen, dessen Kollektorzone die erstgenannte Basiszone der vertikal betriebenen Transistorstruktur ist. Der laterale Stromversorgungstransistor wird im Ersatzschaltbild oder auch in der Fig. 1 der anliegenden Beschreibung als ein Transistor T. dargestellt, dessen Basis auf Emitterpotential· der vertikaien Transistorstruktur und dessen Kollektor an der Basis dieser Transistorstruktur liegt. The I 2 L design used in the monolithic integrated circuit according to the invention is described, for example, in the journal "Valvo Reports", Volume XVIII (April 1974), pages 215 to 226, and is also called "merged transistor logic" (MTL) see the magazine "IEEE Journal of Solid-state Circuits" Volume SC-9, No. 5 (October 1974), pages 218 to 227. This training principle is characterized by collector zones lying on the semiconductor surface within a base zone which over an injector zone receives its power supply. The injector zone is to be understood as the emitter zone of a lateral power supply transistor, the collector zone of which is the first-mentioned base zone of the vertically operated transistor structure. The lateral power supply transistor is shown in the equivalent circuit diagram or also in FIG. 1 of the attached description as a transistor T. whose base is at the emitter potential of the vertical transistor structure and whose collector is at the base of this transistor structure.
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Die Erfindung, ihre Vorteile und vorteilhafte Weiterbildungen werden im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in der Zeichnung erläutert,The invention, its advantages and advantageous developments are described below with reference to exemplary embodiments in FIG Drawing explained
deren Fig. 1their Fig. 1
das Schaltbild der Grundform einer monolithisch integrierten Schaltung nach der Erfindung enthält,the circuit diagram of the basic form of a monolithic integrated circuit according to the invention contains,
deren Fig. 2their Fig. 2
ausschnittsweise die I2L-Auslegung einer monolithisch integrierten Schaltung nach der Erfindung zeigt,shows a detail of the I 2 L design of a monolithic integrated circuit according to the invention,
deren Fig. 3 ausschnittsweise den Querschnitt entlang derFIG. 3 shows a section of the cross section along the
Schnittlinie A-A der Fig. 2 veranschaulicht undSection line A-A of Figure 2 illustrates and
deren Fig. 4 das Prinzipschaltbild einer Weiterbildung der monolithisch integrierten Schaltung nach der Erfindung zeigt.FIG. 4 shows the basic circuit diagram of a further development of the monolithic integrated circuit according to FIG Invention shows.
Im unteren Teil der Fig. 1 findet sich das Ersatzschaltbild von 3 durch gestrichelte Linien gegeneinander abgegrenzte Schalttransistoren TlfT2 und T3 einer monolithisch integrierten Schaltung nach der Erfindung. Der erste Schalttransistor T1, der die erste Stufe des Analogsignals liefert, besteht aus der Transistoreinheit T10, während der zweite Schalttransistor T2 entsprechend dem Niveau der zweiten Stufe aus zwei parallelgeschalteten Transistoreinheiten T21 und T22 und der dritte Schalttransistors T3 vier derartige parallelgeschaltete Transistoreinheiten T31,T32,T33 und T34 enthält. In dem gleichen Sinne ist die Reihe mit einer Anzahl von 2n Transistoreinheiten zu denken. Die Injektoren sind in der Fig. 1 in Form vor. PNP-Ersatzschaltbild-Transistoren Ti eingezeichnet.In the lower part of FIG. 1, the equivalent circuit defined switching transistors Tl f T2 and T3 of a monolithically integrated circuit according to the invention is of 3 by dashed lines against each other. The first switching transistor T1, which supplies the first stage of the analog signal, consists of the transistor unit T10, while the second switching transistor T2, corresponding to the level of the second stage, consists of two parallel-connected transistor units T21 and T22 and the third switching transistor T3 has four such parallel-connected transistor units T31, T32, Includes T33 and T34. The series is to be thought of as having a number of 2 n transistor units in the same sense. The injectors are shown in Fig. 1 in the form. PNP equivalent circuit diagram transistors Ti are shown.
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Die einzelnen Schalttransistoren werden entsprechend dem binärcodierten Signal mit Hilfe von elektronischen Schaltern S1,S2 und S3 betätigt. Diese Schalter können periodisch mit den verschiedenen Frequenzen eines Tonsytems betätigt werden, so daß die monolithisch integrierte Schaltung nach der Erfindung bei einem elektronischen Musikinstrument (Orgel) ihre Anwendung finden kann.The individual switching transistors are coded according to the binary Signal actuated by means of electronic switches S1, S2 and S3. These switches can be periodic with the various Frequencies of a tone system are operated, so that the monolithic integrated circuit according to the invention in a electronic musical instrument (organ) can be used.
Zur Reduzierung des Einflusses der B-Wert-Streuung^enthalten die einzelnen Schalttransistoren, wie auch die Fig. 2 veranschaulicht, Transistoreinheiten mit zwei an der Halbleiteroberfläche liegenden Kollektorzonen 1 und 11, wovon jeweils die zweite Kollektorzone mit ihrer Basiszone 2 kontaktiert ist.To reduce the influence of the B-value scatter ^ contain the individual switching transistors, as also illustrated in FIG. 2, transistor units with two lying on the semiconductor surface Collector zones 1 and 11, each of which is the second collector zone is contacted with its base zone 2.
Jeder der Transistoreinheiten T10, T21... weist ferner eine Injektorzone 111,121,131,132,133 und 134 auf,welche über je *I22 einen Reihenwiderstand R1,R2,R3,R4,R5,R6 und R7 mit der Stromversorgungsleitung L2 verbunden sind. Diese Widerstände dienen dazu, eine möglichst gleichmäßige Stromverteilung der Injektorzonen zu erreichen, was aber im gewissen Maße auch bereits dadurch erreicht werden kann, daß die Injektorzone jedes der Transistoreinheiten eines jeden der Schalttransistoren zu einer integrierten Injektorzone zusammengefaßt wird, die über einen Widerstand mit der Stromversorgungsleitung L2 kontaktiert ist.Each of the transistor units T10, T21 ... also has one Injector zone 111,121,131,132,133 and 134, which each have * I22 a series resistor R1, R2, R3, R4, R5, R6 and R7 with the Power supply line L2 are connected. These resistors are used to distribute the current as evenly as possible To achieve injector zones, which to a certain extent already can be achieved in that the injector zone each of the transistor units of each of the switching transistors is combined to form an integrated injector zone, which has a resistor is contacted with the power supply line L2.
Entsprechend dem binärcodierten Eingangssignal erscheint auf der Summierleitung L1 das Analogsignal in der Höhe entsprechend den geschalteten Transistoren T1,T2 bzw. T3. Da alle Transistoreinheiten T10,T21,T22 topologisch identisch sind und lediglichCorresponding to the binary-coded input signal, the level of the analog signal appears on summing line L1 the switched transistors T1, T2 and T3. As all transistor units T10, T21, T22 are topologically identical and only
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nur noch den Fertigungstoleranzen unterworfen sind, ist die Stufenhöhe jeder einzelnen Transistoreinheit weitgehend gleich. Es können beispielsweise keine Unterschiede mehr aufgrund unterschiedlicher Stromverteilungen auftreten.are only subject to manufacturing tolerances, the step height of each individual transistor unit is largely the same. For example, there can no longer be any differences due to different power distributions.
Um eine Unabhängigkeit vom Ausgangswiderstand der Transistoreinheiten zu erreichen, ist in Serie zur Summierleitung L1 eine Spannungsregelschaltung vorgesehen, die die Spannung auf der Summierleitung L1 beispielsweise auf eine ϋπ -Einheit konstantIn order to achieve independence from the output resistance of the transistor units, a voltage control circuit is provided in series with the summing line L1, which keeps the voltage on the summing line L1 constant, for example to a ϋ π unit
XJ .CiXJ .Ci
hält. Diese Regelschaltung enthält den Sununierwiderstand Rs, den Summiertransistor Ts und den Regelverstärker V . Das Ausgangssignal wird an dem Summierwiderstand Rs abgegrifffen. Die Stromversorgung der Injektoren erfolgt über den Injektorwiderstand Ri.holds. This control circuit contains the Sununier resistor Rs, the summing transistor Ts and the control amplifier V. The output signal is tapped off at the summing resistor Rs. the The injectors are supplied with power via the injector resistor Ri.
Die Fig. 3 zeigt nun ausschnittsweise eine monolithisch integrierte Schaltung nach der Erfindung im Schnitt A-A der Fig. 2 senkrecht zur Halbleiteroberfläche eines plattenförmigen Halbleiterkörpers. Der Schnitt gemäß der Fig.3 veranschaulicht die in die Basiszonen 2 der Transistoreinheiten eingesetzten Kollektorzonen sowie zwischen den Schalttransistoren T1,T2 und T3 die in die Oberfläche des plattenförmigen Halbleiterkörpers eingesetzte Hilfskollektorzonen 3, die an Masse bzw. an das Substrat 4 zu legen sind. Die Hilfskollektorzonen 3 dienen dazu, die einzelnen Schalttransistoren gegen Minoritätsladungsträger von benachbarten Schalttransistoren abzuschirmen. Vorzugsweise wird als Substrat eine P-dotierte Siliciumplatte verwendet, duf die eine N-dotierte Epitaxschicht aufgebracht wurde. Zweckmäßigerweise werden die Hilfskollektorzonen 3 gleichzeitig mit den Basiszonen 2 diffundiert.FIG. 3 now shows a section of a monolithically integrated one Circuit according to the invention in section A-A of FIG. 2 perpendicular to the semiconductor surface of a plate-shaped semiconductor body. The section according to FIG. 3 illustrates the collector zones used in the base zones 2 of the transistor units and between the switching transistors T1, T2 and T3 that inserted into the surface of the plate-shaped semiconductor body Auxiliary collector zones 3, which are connected to ground or to substrate 4 are to be laid. The auxiliary collector zones 3 are used to the individual Shield switching transistors against minority charge carriers from neighboring switching transistors. Preferably as Substrate used a P-doped silicon plate, duf the an N-doped epitaxial layer was applied. Appropriately, the auxiliary collector zones 3 are simultaneously with the Base zones 2 diffused.
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Aufgrund der bei der Herstellung der monolithisch integrierten Schaltungen nach der Erfindung auftretenden Fertigungstoleranzen welche unterschiedlicher Analogsignalbereiche (Hub) zur Folge haben, ist es häufig erwünscht/diesen Hub auf einen konstanten Wert zu regeln. In Weiterbildung der monolithisch integrierten Schaltung wird dazu gemäß dem Prinzipschaltbild der Fig. 4 eine Regelschaltung für den Gesamtinjektorstrom verwendet. Zur Gewinnung eines Vergleichssignals wird in die integrierte Schaltung nach der Erfindung eine zusätzliche nicht zu schaltende Transistoreinheit To eingefügt, deren Kollektor dieses Vergleichssignal liefert und die in dem einen den Injektorwiderstand Ri1 und den Transistor Td enthaltenden ersten Stromkreis liegt. In dem anderen Stromkreis des Differenzverstärkers D liegt ein Spannungsteiler Rd, an dem die Referenzspannung Uref eingestellt wird, die einen Bruchteil der Spannung ü„ auf der Stromversorgungsleitung betragen kann. Die Injektoren der Schalttransistoren T1,T2,T3... bzw. die parallelgeschalteten Kollektoren der geschalteten Transistoreinheiten liegen dagegen am Ausgang des Differenzverstärkers D in einem anderen Stromkreis, der den Summiertransistor Ts und den Summierwiderstand Rs enthält, wie bereits anhand der Fig. 1 beschrieben wurde.Due to the occurring in the manufacture of monolithic integrated circuits according to the invention, manufacturing tolerances which different analog signal ranges (stroke) have the consequence, it is often desirable / regulating this lift to a constant value. In a further development of the monolithically integrated circuit, a control circuit is used for the total injector current in accordance with the basic circuit diagram in FIG. 4. To obtain a comparison signal, an additional non-switched transistor unit To is inserted into the integrated circuit according to the invention, the collector of which supplies this comparison signal and which is located in the first circuit containing the injector resistor Ri 1 and the transistor Td. In the other circuit of the differential amplifier D there is a voltage divider Rd at which the reference voltage Uref is set, which can be a fraction of the voltage U "on the power supply line. The injectors of the switching transistors T1, T2, T3 ... or the parallel-connected collectors of the connected transistor units, on the other hand, are located at the output of the differential amplifier D in another circuit containing the summing transistor Ts and the summing resistor Rs, as already described with reference to FIG became.
Die beiden Summiertransistoren Td und Ts werden mit gemeinsamer Basiszone als sogenannte Strombank ausgebildet.The two summing transistors Td and Ts are designed as a so-called current bank with a common base zone.
Der Spannungsteiler Rd kann entsprechend dem gewünschten Analogsignalbereich eingestellt werden.The voltage divider Rd can correspond to the desired analog signal range can be set.
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Claims (6)
Summensignal aus den Ausgangsströmen von Schalttransistoren,
die von dem binärcodierten Signal geschaltet werden, innerhalb eines Analogsignalbereiches auf einer Summierleitung gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet, Monolithic integrated circuit for converting a binary-coded signal into a graduated analog signal, which is used as a
Sum signal from the output currents of switching transistors,
which are switched by the binary-coded signal, is obtained within an analog signal range on a summing line, characterized in that
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