DE2951499C2 - Spannungsauswahlschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Spannungsauswahlschaltung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zum Betreiben von Flüssigkristallanzeigen, wie sie beispielsweise in elektronischen Tischrechnern, elektronischen Uhren oder dergl. verwendet werden, ist es im allgemeinen notwendig, Signale zu verwenden, die aus Spannungen von drei oder mehr Pegeln bestehen. Ferner macht es beispielsweise ein Tintenstrahldrucker erforderlich, daß die von einem Zeichensignalgenerator abgegebenen Signale D/A-gewandelt werden, so daß Spannungssignale einer Vielzahl von Pegeln sukzessive geliefert werden, um die Elektroden entsprechend den zu druckenden Zeichen abzulenken. Um solche Spannungen mit vielen Pegeln zu erhalten, wird im allgemeinen eine Spannungsauswahlschaltung verwendet, wie sie in Fig. 1 skizziert ist. Diese Spannungsauswahlschaltung dient zum Herausgreifen von Spannungssignalen (eine gemeinsame Elektrode treibende Signale) mit drei Pegeln, die an eine Flüssigkristallanzeige geliefert werden, wenn die Anzeige dynamisch betrieben wird. Die Schaltung enthält P-Typ-MOS-Transistoren 1 und 2 sowie N-Typ-MÖS-Transistoren 3, und 5. Die Basen der MOS-Transistoren 1 und 4 empfangen ein Eingangssignal A₀ (32 Hz), wie in F i g. 2A gezeigt ist. Die Basen der MOS-Transistoren 2 und 5 empfangen ein Eingangssignal Ay (64 Hz), wie in F i g. 2B gezeigt ist. An das Gate des MOS-Transistors 3 gelangt das Signal A\ über einen Negator 6. Fernei sind Spannungen V₀ (0 V), V₁ (- 1,5 V) und V₂ (- 3 V) an die Source-Elektroden der MOS-Transistoren I, 5 bzw. 4 gelegt. Die entsprechenden Drain-Elektroden der MOS-Transistoren 2, 3 und 5 sind gemeinsam an eine Ausgangsklemme 8a angeschlossen. Mit diesem Schaltungsaufbau werden die MOS-Transistoren 1,2 und 3 angeschaltet und die MOS-Transistoren 4 und 5 abgeschaltet, wenn die Spannungspegel der Eingangssignale Aq und A\ beide niedrig sind, so daß die Spannung V₀ an der Ausgangsklemme flb vorliegt Sind

ίο die Spannungspegel der Eingangssignale A₀ und A\ niedrig bzw. hoch, so werden die MOS-Transistoren 1 und 5 angeschaltet und die MOS-Transistoren 2,3 und 4 abgeschaltet, so daß an der Ausgangsklemme flb die Spannung Vy vorliegt Wenn die Spannungspegel der Eingangssignale Ao und A\ hoch bzw. niedrig sind, so sind die MOS-Transistoren 2,3 und 4 angeschaltet und die MOS-Transistoren 1 und 5 abgeschaltet, so daß an die Ausgangsklemme flb die Spannung V₂ geliefert wird. Durch ein derartiges Schalten einzelner Transistoren kann an der Ausgangsklemme flb ein Spannungssignal mit drei Pegeln abgegriffen werden, wie es in Fi g. 2(C) gezeigt ist.

Im vorliegenden Fall bildet der MOS-Transistor 5 das entscheidende Element in dieser Schaltung. F i g. 3 zeigt im einzelnen die Ausbildung des MOS-Transistors 5, bei dem N-Typ-Halbleiterschichten auf einem P-Typ-Halbleitersubstrat an dessen rechterund linker Seite gebildet sind. An das Substrat wird eine Substratspannung C gelegt. Bei diesem MOS-Transistor 5 wird, wenn die Spannung an der Ausgangsklemme flb der Spannung V₂ (-3V) entspricht, die Drain-Elektrode mit der Spannung V₂ (-3 V) versorgt, und die Spannung V, (-1,5 V) wird an die Substratelektrode gelegi, welcher dieselbe Spannung zugeführt wird, wie der SOU RCE-Elektrode.

α Wie allgemein bekannt ist, liegt zwischen dem Drain und dem Substrat eine Diodencharakteristik vor, wie in F i g. 3 durch gestrichelte Linien angedeutet ist, so daß die Spannungen in dem oben erläuterten Zustand in Vorwärtsrichtung angelegt werden. Auf diese Weise

<o entsteht ein Diodeneffekt, bei dem ein Stromfluß erzeugt wird, was Leistungsverlust bedeutet. Als Folge hiervon verkürzt sich die Lebensdauer der Batterien, die als Stromquelle für einige elektronische Geräte verwendet werden, beispielsweise für elektronische Armbanduhren, d.h., die Batterien müssen häufig gewechselt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die bekannte Spannungsauswahlschaltung derart weiterzubilden, daß der durch eine Poteniialdifferenz zwischen der Span njng des Ausgangssignals und der Substratspannung verursachte Leistungsverlust vermieden wird.

Gemäß der Erfindung wird dies erreicht durch Ausgestaltung der Spannungsauswahlschaltung gemäß den Merkmalen des Kennzeichens des Patentanspruchs

Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird erreicht, daß kein Leistungsverlust mehr verursacht wird durch die Diodenwirkung zwischen den Drain- und Substrat-Elektroden desjenigen MOS-Transistors, des sen Drain-Elektrode an die gemeinsame Ausgangsklem me angeschlossen ist. Es wird also eine Spannungsauswahlschaltung geschaffen, die äußerst günstig bei elektronischen Miniaturgeräten oder -systemen verwendet werden kann, die als Stromquelle Batterien

hi verwenden.

Die vorliegende Erfindung schafft also eine Spannungsauswahlschaltung, in der mehrere Versorgungsspannungen jeweils an aus MOS-Transistoren bestehen-

de Schaltelemente geliefert werden. Die Schaltelemente werden nach Maßgabe der Spannungspegel von zugeführten Eingangssignal ein- und ausgeschaltet, und von einer gemeinsamen Ausgangsklemme wird ein Spannungs-Wellenformsignal abgegriffen, das einer ausgewählten Versorgungsspannung entspricht. Der Substratelektrode eines speziellen Schaltelementes wird eine der Substratspannung entsprechende Versorgungsspannung zugeführt, und zwar in Abhängigkeit einer Spannuns^ränderung des selektiv abgegriffenen Spannungs-Wellenformsignals. um dadurch den Leistungsverlust der Schaltung herabzusetzen.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fi g. 1 ein Schaltungsdiagramm einer herkömmlichen Spannungsauswahlschaltung,

Fig.2(A) bis 2(C) Impulsdiagramme von Eingangsund Ausgangssignalen der in F i g. 1 gezeigten Schaltung,

F i £. 3 den Aufbau eines N-Typ-MOS-Transistors,

Fig.4 ein Schakup.gsdäagrarnrrs einer erfindungsgemäßen Spannungsauswahlschaitung und

Fig.5(A) bis 5(D) Impulsdiagramme von Eingangsund Ausgangssignalen und einer Substratspannung für die in F i g. 4 dargestellte Schallung.

Die Schaltung gemäß Fig.4 enthält P-Typ-MOS-Transistoren 11 und 12 und N-Typ-MOS-Transistoren 13,14 und 15. Ein Signal A_n (32 Hz) wird an die Gates der MOS-Transistoren 11 und 14 gelegt, ein Signal A\ (64 Hz) wird an die Gates der Transistoren 12 und 15 gelegt, und das Signal A\ gelangt über einen Negator 16 an das Gate des Transistors 13. Dieser Aufbau entspricht dem Schaltungsaufbau gemäß Fig. 1. Die Substratelektrode des Transistors 15 ist mit der Source eines N-Typ-MOS-Transistors 17 und dem Drain-Anschluß eines N-Typ-MOS-Transistors 18 verbunden. Gate und Drain des MOS-Transistors 17 empfangen das Signal A\ bzw. eine Spannung V₁. Weiterhin empfängt das Gate des Transistors 18 das Ausgangssignal des Negators 16 jnd die Source des Transistors 18 eine Spannung V₂.

Bei dieser Spannungsauswahlschaitung entspricht das an der Ausgangsklemme Bq erhaltene Spannungssignal dem Spannungssignal, wie es an der entsprechenden Klemme bei der in F i g. I gezeigten Schaltung erhalten wurde. Beim Transistor 15 erscheint eine Spannung Vo (Q V) an der Ausgangsklemme B₀, wenn die Spannupgspegel der Eingangssignale A₀ und A₁ beide niedrig sind, der Transistor 17 wird abgeschaltet, der Transistor 18 wird angeschaltet, so daß die Spannung K₂ (— 3 V) an die Substratelektrode des Transistors 15 angelegt wird. Ist der Spannungspegel des Eingangssignals A₀ niedrig und der Pegel des Signals A\ hoch, so liefert die Ausgangsklemme B₀ die Spannung V, (-1,5V), der Transistor 17 ist eingeschaltet, und der Transistor 18 ist ausgeschaltet, so daß die Spannung V\ (—1,5 V) an die Substratelektrode des MOS-Transistors 15 gelegt wird. Sind andererseits die Spannungspegel der Eingangssignale Aa und A_t hoch bzw. niedrig, so wird am Ausgang ßbdieSpannung Vi( —3 V)geIiefert,derTransistorl7ist abgeschaltet, der Transistor 18 ist eingeschaltet, so daß die Spannung V^ (—3 V) an der Substratelektrode des MOS-Transistors 15 anliegt. Durch diese Schaltvorgänge der MOS-Transistoren 17 und 18 wird die Substratelektrode des MOS-Trans' ors 15 mit dem in Fig.5(D) gezeigten Substratspannung::signal versorgt Die Impulszüge gemäß F i g. 5(A) bis 5(C) sind identisch mit den Impulszügen gemäß F i g. 2(A) bis 2(C).

Wie man aus der Substratspannungs-Wellenform in Fig.5(0) sieht, wird die Spannung Vi (-3V), die niedriger ist als die Spannung V₀ (OV) an die Substratelektrode gelegt, wenn das Ausgangssignal Bo die Spannung V₀ abgibt. Ferner wird die Spannung V\ (-1,5V) oder V₂ (-3V) an die Substratelektrode gelegt, wenn das Ausgangssignal bei fib die Spannung V₁ bzw. V₂ aufweist. Auf diese Weise kann die Substratspannung des MOS-Transistors 15 derart gesteuert werden, daß sie kleiner oder gleich der Spannung am Ausgang B₀ ist, so daß niemals der Fall eintritt, daß aufgrund der Diodenwirkung zwischen Drain und Substrat ein Leistungsverlust auftritt.

Obschon in der oben erläuterten Schaltung eine Spannungswellenform mit drei Pegeln erläutert wurde,

jo beschränkt sich die Erfindung nicht hierauf, sondern es können auch Spannungen mit vier, fünf oder mehr Pegoln erhalten werden. Ferner kann anstelle der Steuerung der Substratspannung eines N-Typ-MOS-Transiitors auch die Substratspannung einss P-Typ-MOS-Transistors gesteuert werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Spannungsauswahlschaltung

mit einem eine erste Spannung empfangenden ersten Schaltkreis, einem eine zweite Spannung empfangenden zweiten Schaltkreis und einem eine dritte Spannung empfangenden dritten Schaltkreis, wobei der Wert der dritten Spannung zwischen denjenigen der ersten und zweiten Spannung liegt und die Ausgänge der drei Schaltkreise an eine gemeinsame Ausgangsklemme angeschlossen sind, an der, abhängig von den drei Schaltkreisen zugeführten Schaltsignalen, eine treppenförmige Ausgangssignalform abgegeben wird, und wobei der dritte Schaltkreis aus einem MOS-Transistor besteht, an dessen SOURCE-EIektrode die dritte Spannung angelegt wird, dessen DRAIN-Elektrode mit der Ausgangsklemme verbunden ist, an dessen GATE-Elektrode das Schaltsignal angelegt wird und der eine Substrat-Elektrode besitzt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerschaltung (17, 18) vorgesehen ist, die mit der Substrat-Elektrode des MOS-Transistors (15) verbunden ist und dieser eine Spannung zuführt, die gleich der dritten oder der zweiten Spannung ist, wenn an der Ausgangsklemme die dritte bzw. zweite Spannung auftritt, wodurch die Spannung an der Substrat-Elektrode gesteuert wird.

2. Spannungsauswahlschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (II, 12) und zweite (13, 14) Scnaltkreis aus in Reihe geschalteten MOS-Transistoren bestehon, der< .ι GATE-Elektroden die Schaltsignale (A₀, Ay) zugeführt werden.