DE2824466C3 - Ausgangsschaltung für Eimerkettenschaltungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ausgangsschaltung für Eimerkettenschaltungen aus Isolierschicht-Feldeffekttransistoren (MOS-Eimerketten) mit den im Oberbegriff des Patentanspruchs genannten Merkmalen.

Bekannte Ausgangsschaltungen für Eimerkettenschaltungen aus Isolierschicht-Feldeffekttransistoren (MOS-Eimerketten) dieser Art bestehen aus dem im Oberbegriff des Patentanspruchs erwähnten Abschlußtransistor und dem ebenfalls im Oberbegriff des Patentanspruchs genannten Ausgangstransistor in Sourcefolgerschaltung, vgl. die Zeitschrift »IEEE Journal of Solid-State Circuits«, Oktober 1972, Seiten 421 bis 425, insbesondere Fig. 1 auf Seite 423, und Apri! 1973, Seiten 157 bis 168, insbesondere Fig. 1 a auf Seite 158.

Nach diesem Stand der Technik bestehen MOS-Eimerketten aus mit ihren gesteuerten Strompfaden in Serie geschalteten Isolierschicht-Feldeffekttransistoren gleicher Leitungsart, also N- oder P-Kanal-Transistoren, vom Anreicherungstyp deren Drain- und Gateanschluß jeweils mit einem Kondensator überbrückt ist und wobei die Gateanschlüsse der ungeradzahligen Transistoren gemeinsam von einen ersten, vorzugsweise rechteckförmigen, Taktsignal und die Gateanschlüsse der geradzahligen Transistoren gemeinsam von einem zweiten, vorzugsweise rechteckförmigen, gleichfrequenten Taktsignal gesteuert sind, dessen wirksame Impulse in den Lücken zwischen den wirksamen Impulsen des ersten Taktsignals liegen, vgl. die F i g. 1 der Zeichnung mit den dortigen geradzahligen Transistören TO, T2 dem ungeradzahligen Transistor 7*l,dem vorletzten verzögernden Transistor Tm und dem letzten verzögernden Transistor Tn mit den zugeordneten Kondensatoren CO, Cl, C2, Cn sowie den beiden Taktsignalen Fl, F2.

Die Ausgangsschaltung besteht nach Fi g. 1 aus dem bereits erwähnten Abschlußtransistor Ta, der mit seinem gesteuerten Strompfad zu dem des letzten verzögernden Transistors Tn in Serie geschaltet ist und dessen Gateanschluß an demjenigen Taktsignal liegt, an dem der vorletzte verzögernde Transistor Tm angeschlossen ist, also am Taktsignal Fi. Der Gateanschluß des in Sourcefolgerschaltung betriebenen Ausgangstransistors Tb liegt am Verbindungspunkt der gesteuerten Strompfade des Abschlußtransistors Ta und des letzten verzögernden Transistor Tn. Der Drainanschluß des Ausgangstransistors TZj ist mit der konstanten Betriebsspannung Ub verbunden, an der auch der Drainanschluß des Abschlußtransistors Ta liegt. Der Sourceanschluß des Ausgangstransistors Tb liegt am Ausgang A der MOS-Eimerkette, deren Eingang £der Sourceanschluß des Eingangstransistor 70 ist.

Bei der bekannten Ausgangsschaltung ist das verzögerte Signal in einer Hüllkurve enthalten, die die Taktfrequenzspannung einhüllt. Diese Hüllkurve verläuft dabei am positiven Ende der Taktfrequenzspannung gleichsinnig wie an deren negativem Ende, d. h. die Ausgangsspannung am Ausgang A stellt ein bandförmiges Signal dar, wobei die Breite des Bandes konstant ist und lediglich im Takt der Hüllkurve, also des

ίο verzögerten Signal, gleichsinnig nach oben und unten schwank:, vgl. Fig. 2; das Taktsignal ist durch die Schraffur angedeutet. Durch nachzuschaltende Tiefpaßfilter kann aus diesem bandförmigen Signal die Taktfrequenzspannung unterdrückt werden, jedoch hat sich gezeigt, daß der Anteil der Taktfrequenzspannung am gesamten Signal so beträchtlich ist, daß die Filterung Schwierigkeiten bereitet.

Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, die Ausgangsschaltung für MOS-Eimerketten der eingangs genannten Art so auszubilden, daß der Anteil der Taktfrequenzspannung reduziert ist und daß außerdem die auftretende Gleichspannungsdrift des Ausgangssignals gegenüber der bekannten Anordnung ebenfalls reduziert ist.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs genannten Merkmale gelöst.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der F i g. 3 und 4 der Zeichnung näher erläutert.

Im Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 sind wie in F i g. 1 einige Stufen der Eimerkettenschaltung gezeigt, und zwar die Eingangsstufe mit dem Transistor TO und dem kondensator CO, die beiden ersten verzögernden Transistoren Ti, T2, der vorletzte verzögernde Transistor Tm und der letzte verzögernde Transistor Tn mit den zugeordneten Kondensatoren Cl, C2, Cm, Cn. Der Kondensator CO ist mit dem SchaltungsnuUpunkt verbunden. Zum gesteuerten Strompfad des letzten

Transistors Tn ist wie bei der bekannten Anordnung nach F i g. 1 der gesteuerte Strompfad des Abschlußtransistors Ta in Serie geschaltet, dessen Drainelektrode an der konstanten Betriebsspannung Ub Hegt, dessen Gateanschluß allerdings im Gegensatz war bekannten Anordnung nur noch kapazitiv über den Zusatzkondensator Cz mit dem Taktsignal Fl verbunden ist, das auch den vorletzten verzögernden Transistor Tm ansteuert. Zwischen dem Gateanschluß des Abschlußtransistors Ta und der konstanten Betriebsspannung Ub liegt femer der als diode geschaltete Transistor Td, welche Eigenschaft dadurch erreicht wird, daß sein Gate- und sein Drainanschluß direkt miteinander verbunden sind und an der konstanten Betriebsspannung Ub liegen.

Am Verbindungspunkt der gesteuerten Strompfade des letzten verzögernden Transistors Tn und des Abschlußtransistors Ta liegt wie bei der bekannten Anordnung nach F i g. 1 der Gateanschluß des Ausgangsiransistors Tb, welcher Anschluß über den Kondensator Cn mit seinem Sourceanschluß, also dera Ausgang A, verbunden ist. Der gateseitige Anschluß des Kondensators Cn liegt also im Ausführungsbeispiel der Fig.3 nicht mehr am Gate des zugehörigen Transistors Tn.

Durch die Einfügung des Zusatzkondensators Cz in die Ansteuerung des Abschlußtransistors Ta wird erreicht, daß dieser Transistor zu den Zeiten, zu denen das Taktsignal Fl die Taktamplitude U annimmt, so stark durchgesteuert wird (der Gateanschluß des Transistors Ta liegt dann auf der Summe der Spannungen Ub+U), daß der Verbindungspunkt der Jo gesteuerten Strompfade des letzten verzögernden Transistors Tn und des Abschlußtransistors Ta praktisch auf dem Potential der Betriebsspannung U_B liegt. Somit ist zu diesen Zeiten an diesem Verbindungspunkt nicht wie bei der bekannten Anordnung die volle Taktsignalamplitude, sondern nur noch ein auf dieses konstante Potential begrenztes Taktsignal vorhanden, was die erste Voraussetzung zur beabsichtigen Verringerung des Taktanteils im Ausgangssignal ist. In F i g. 4 ist daher die obere Begrenzung des an Hand von F i g. 2 erläuterten »Bandes« des Ausgangssignals eine horizontale Linie.

Durch die ferner vorgesehene Auftrennung der Verbindung des dem letzten verzögernden Transistor Tn zugeordneten Kondensators Cn mit dem Gateanschluß des Transistors Tn und die Anschaltung des gateseitigen Anschlusses des Kondensators Cn an den Sourceanschluß des Ausgangstransistors Tb wird folgendes erreicht. Der Kondensator Cn als letzter Ladungsspeicher (»Eimer«) soll annähernd denselben Kapazitätswert aufweisen, wie die übrigen Kondensatoren C1... Cm. Andererseits soll die Signalamplitude am Gateanschluß des Ausgangstransistors Tb möglichst groß sein, welche beide Forderungen dann nicht miteinander vereinbar sind, wenn der gateseitige Anschluß des Kondensators Cn an den Schaltungsnullpunkt gelegt würde. Wird jedoch der gateseitige Anschluß an den Sourceanschluß des Ausgangstransistors Tb gelegt, so ergibt sich die gewünschte große Signalamplitude am Gateanschluß dieses Transistors und die erforderliche Kapazität des Kondensators Cn in Verbindung mit den am Ausgang A liegenden äußeren Schaltungskapazitäten, die in F i g. 3 durch den Kondensator C zum Schaltungsnullpunkt hin angedeutet sind. Geht nämlich, während das Taktsignal F2 seine Taktamplitude U annimmt, die Ladung vom Kondensator Cm auf den Kondensator Cn durch Leitendwerden des Transistors Tn über, so bleibt zunächst infolge der äußeren Kapazitäten C das Potential am Sourceanschluß des Ausgangstransistors 77? konstant, bis die Umladung vom Kondensator Cm auf den Kondensator Cn beendet ist, und erst dann gibt der Ausgangstransistor Tb infolge seiner Sourcefolgerfunktion die Spannungsänderung an seinem Gateanschluß an den Ausgang A weiter. Die Wirkung des Kondensator Cn in Verbindung mit den äußeren Schaltkapazitäten C ist also der einer sogenannten Bootstrap-Kapazität vergleichbar. Außerdem hat die verbleibende Hüllkurve eine größere Amplitude, als sie jede der beiden Hüllkurven bei der bekannten Anordnung hat.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Ausgangsschaltung für Eimerkettenschaltungen aus. Isolierschicht-Feldeffekttransistoren (MOS-Eimerketten), die aus mit ihren gesteuerten Strompfaden in Serie geschalteten Transistoren gleicher Leitungsart vom Anreicherungstyp bestehen, deren Drain- und Gateanschluß jeweils mit einem Kondensator überbrückt ist und bei denen die Gateanschlüsse der ungeradzahligen Transistoren gemeinsam von einem ersten, vorzugsweise rechteckförmigen, Taktsignal und die Gateanschlüsse der geradzahligen Transistoren gemeinsam von einem zweiten, vorzugsweise rechteckförmigen, gleichfrequenten Taktsignal gesteuert sind, dessen wirksame Impulse in den Lücken zwischen den wirksamen Impulsen des ersten Taktsignals liegen, welche Ausgangsschaltung eraen mit seinem gesteuerten Strompfad zu dem des letzten verzögernden Transistors der MOS-Eimerkette in Serie geschalteten Abschlußtransistor gleicher Leitungsart vom Anreicherungstyp, dessen Gateanschluß an demjenigen Taktsignal liegt, an dem der vorletzte verzögernde Transistor angeschlossen ist, und dessen Drainanschluß an einer konstanten Betriebsspannung liegt, und einen Ausgangstransistor in Sourcefolgerschaltung enthält, dessen Gateanschluß am Verbindungspunkt des letzten verzögernden Transistors mit dem Abschlußtransistor und dessen Drainanschluß an der konstanten Betriebsspannung liegt, dadurch gekennzeichnet, daß der gateseitige Anschluß des dem letzten verzögernden Transistor (Tn) zugeordneten Kondensators (Cn) nicht mit dessen Gateanschluß, sondern mit dem Sourceanschluß des Ausgangstransistors (Tb) verbunden ist, daß der Gateanschluß des Abschlußtransistors (Ta) über einen Zusatzkondensator (Cz) an demjenigen Taktsignal (Fi) liegt, an dem der vorletzte verzögernde Transistor (Tm) liegt, und daß der Drainanschluß des Abschlußtransistors (Ta) über einen durch direkte Verbindung von Drain- und Gateanschluß als Diode geschalteten Transistor (Td) gleicher Leitungsart vom Anreicherungstyp mit seinem Gateanschluß verbunden ist.