DE3030790C2 - - Google Patents
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- H03K—PULSE TECHNIQUE
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- H03K3/02—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses
- H03K3/353—Generators characterised by the type of circuit or by the means used for producing pulses by the use, as active elements, of field-effect transistors with internal or external positive feedback
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- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
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Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltstufe
gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine derartige Schaltstufe ist aus der GB-PS 12 10 439 bekannt.
Bei vielen praktischen Anwendungsfällen mit in
MOS-Technologie ausgelegten elektrischen Schaltungen,
so z. B. MOS-Speicherschaltungen und -Logikschaltungen,
ist es wünschenswert, eine auf dem Chip ausgebildete
MOS-Schaltung zum Vervielfachen oder Erhöhen ("Boosting")
einer angelegten externen Spannung zu haben. Beim Stand
der Technik sind solche Spannungs-Vervielfacherschaltungen
in Form von "Jacobs ladders"
ausgebildet, sowie als Schaltungen, in denen
Kondensatoren abwechselnd parallel und in Serie geschaltet
werden, wobei während der Parallelschaltungsphase an
jeden Kondensator eine externe Spannung angelegt wird.
Eine solche Spannungs-Vervielfacherschaltung
ist aus "Means of Transformerless Secondary Power Sources",
Instruments ans Experimental Techniques, Band 20, Nr. 4, Seiten
1132 bis 1140, insbesondere Seiten 1138 bis 1139,
(sowjetisches Original veröffentlich im Juli/August 1977) bekannt. Die
bekannte Spannungswandlerschaltung enthält mehrere Kondensatoren,
die abwechselnd parallel und in Reihe geschaltet werden.
Während der Parallelschaltungsphase wird sämtlichen Kondensatoren
durch Schließen des ersten Schalters jedem Kondensator über
erste Dioden eine positive Spannung oder durch Schließen des
zweiten Schalters über zweite Dioden eine negative Spannung
zugeführt. An dem Ausgangsknoten, also speziell an dem mit
einer Elektrode des "letzten" Kondensators verbundenen Aus
gangsknoten kann dann eine relativ hohe Spannung abgegriffen
werden, die der Summe der einzelnen Kondensatorspannungen
entspricht.
Allerdings hat diese Spannungswandlerschaltung den Nachteil,
daß der Kondensator bzw. die Kondensatoren an beiden
Elektroden eine Diode besitzen. Durch den an den Dioden
hervorgerufenen Spannungsabfall verringert sich die Netto-
Spannungsvervielfachung beträchtlich.
Bei der gattungsbildenden bekannten Schalt
stufe nach der GB-PS 12 10 439 ist der
zwischen Kondensator und Betriebsspannung
liegende weitere Transistor wie der erste Transistorschalter an
Betriebsspannung angeschlossen und dauernd mit erhöhtem
Leitwiderstand leitend, was den Leistungs
verbrauch dieser Schaltstufe erhöht. Außer
dem wird bei dieser Schaltstufe die theore
tisch mögliche Spannungserhöhung schaltungs
bedingt nicht erreicht. Ferner würde bei
einer Kaskadierung der bekannten Schalt
stufen der taktweise gesteuerte Ladetransistor
mit der jeweils erhöhten Stufenausgangsspannung
beaufschlagt, was stufenweise
eine jeweils erhöhte Transistorleistung
erfordert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Schaltstufe
der gattungsgemäßen Art derart aus
zubilden, daß der Leistungs
verbrauch der Stufe gesenkt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeich
nenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter
ansprüchen angegeben.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an Hand
der Zeichnung näher erläutert. Es zeigten:
Fig. 1 ein schematisches Schaltungsdiagramm einer
in MOS-Technologie ausgelegten
Schaltstufe gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung ist,
Fig. 2 ein schematisches Schaltungsdiagramm einer
in MOS-Technologie ausgelegten
Schaltstufe gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist und
Fig. 3 ein schematisches Schaltungsdiagramm einer
in MOS-Technologie ausgelegten Spannungs
vervielfacherschaltung gemäß einem noch weiteren
Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist.
Eine in MOS-Technologie ausgelegte, für eine Spannungsvervielfacherschaltung
vorgesehene Schaltstufe 10 ist wie folgt ausgestaltet (Fig. 1):
Ein Eingangsanschluß 11 ist über den Drain-Source-Pfad eines ersten, in Serie geschalteten MOS-Transistors M₁, der mit einem ersten, relativ großen MOS-Kondensator C₁ in Reihe geschaltet ist, an einen Ausgangsanschluß 13 angeschlossen. Eine Rückkopplungsschleife enthält den Drain-Source-Pfad eines zweiten (Rückkopplungs-)MOS-Transistors M₂, der zwischen den Ausgangsanschluß 13 und die Gate- Elektrode des ersten MOS-Transistors M₁ geschaltet ist. Der Gate-Elektrodenanschluß 15 des zweiten MOS-Transistors M₂ ist über einen relativ kleinen Rückkopplungskondensator C₂ an seinen Source-Anschluß 14 geschaltet. Hilfs-MOS- Schalttransistoren M₃, M₄, M₅ und M₆ werden durch eine periodische Taktimpuls-Eingangsfolge ⌀ (für M₃ und M₄) und Φ für M₅ und M₆) gesteuert. Die Folgen ⌀ und Φ sind mit Ausnahme der Spannungspegel identisch, da sie sich für das periodische und gleichzeitige "Ein"- und "Aus"- schalten all dieser Hilfs-Schalttransistoren M₃, M₄, M₅ und M₆ eignen. Sämtliche Transistoren M₁-M₆ sind typischer weise vom N-MOS-Anreicherungstyp. Auf diese Weise werden die beiden Kondensatoren (C₁, C₂) von diesen Hilfs- Schalttransistoren periodisch abwechselnd an eine auf Masse bezogene Ladespannung V₁ von typischerweise etwa +5 Volt (N-MOS) bezüglich Masse angeschlossen und davon getrennt. Als Ergebnis wird der in Serie geschaltete Transistor M₁ auf Grund der an seine Gate-Elektrode angelegten Rückkopplungsspannung, die über den Rück kopplungstransistor M₂ zugeführt wird, "ein"-geschaltet, wenn diese Kondensatoren von der Ladespannung V₁ getrennt werden. Somit legt M₁ eine Eingangsspannung V₂ an einen Anschluß (12) des ersten Kondensators (C₁) und hebt das Potential des Ausgangsanschlusses 13 auf die Eingangs spannung zuzüglich der Ladespannung (V₂+V₁) an. Bei N-MOS-Technologie ist V₂ positiv.
Ein Eingangsanschluß 11 ist über den Drain-Source-Pfad eines ersten, in Serie geschalteten MOS-Transistors M₁, der mit einem ersten, relativ großen MOS-Kondensator C₁ in Reihe geschaltet ist, an einen Ausgangsanschluß 13 angeschlossen. Eine Rückkopplungsschleife enthält den Drain-Source-Pfad eines zweiten (Rückkopplungs-)MOS-Transistors M₂, der zwischen den Ausgangsanschluß 13 und die Gate- Elektrode des ersten MOS-Transistors M₁ geschaltet ist. Der Gate-Elektrodenanschluß 15 des zweiten MOS-Transistors M₂ ist über einen relativ kleinen Rückkopplungskondensator C₂ an seinen Source-Anschluß 14 geschaltet. Hilfs-MOS- Schalttransistoren M₃, M₄, M₅ und M₆ werden durch eine periodische Taktimpuls-Eingangsfolge ⌀ (für M₃ und M₄) und Φ für M₅ und M₆) gesteuert. Die Folgen ⌀ und Φ sind mit Ausnahme der Spannungspegel identisch, da sie sich für das periodische und gleichzeitige "Ein"- und "Aus"- schalten all dieser Hilfs-Schalttransistoren M₃, M₄, M₅ und M₆ eignen. Sämtliche Transistoren M₁-M₆ sind typischer weise vom N-MOS-Anreicherungstyp. Auf diese Weise werden die beiden Kondensatoren (C₁, C₂) von diesen Hilfs- Schalttransistoren periodisch abwechselnd an eine auf Masse bezogene Ladespannung V₁ von typischerweise etwa +5 Volt (N-MOS) bezüglich Masse angeschlossen und davon getrennt. Als Ergebnis wird der in Serie geschaltete Transistor M₁ auf Grund der an seine Gate-Elektrode angelegten Rückkopplungsspannung, die über den Rück kopplungstransistor M₂ zugeführt wird, "ein"-geschaltet, wenn diese Kondensatoren von der Ladespannung V₁ getrennt werden. Somit legt M₁ eine Eingangsspannung V₂ an einen Anschluß (12) des ersten Kondensators (C₁) und hebt das Potential des Ausgangsanschlusses 13 auf die Eingangs spannung zuzüglich der Ladespannung (V₂+V₁) an. Bei N-MOS-Technologie ist V₂ positiv.
Das Ausgangspotential (V₂+V₁) kann (an Stelle von
V₂) als die Eingangsspannung einer ähnlich aufgebauten
zweiten Spannungswandler-Schaltungsstufe verwendet
werden, wodurch die Ausgangsgröße dieser zweiten Stufe
(V₂+2V₁) wird; dies kann für so viele Stufen fortge
setzt werden, wie erwünscht sind. Wie weiter in Fig. 2
gezeigt ist, kann die gesamte Schaltung 20 in ein
einzelnes Halbleitersubstrat integriert werden, das
mit einer Spannung V₃ von typischerweise -5 Volt (Sperr-
Gatevorspannung) vorgespannt wird.
Während des Betriebs schaltet die Taktphasenfolge
⌀ bzw. Φ die Hilfs-MOS-Transistoren M₃, M₄, M₅ und M₆ ab
wechselnd "ein" und "aus". Dadurch werden die Anschlüsse
12 und 14 abwechselnd auf Massepotential geschaltet,
bzw. von Massepotential getrennt, wohingegen die
Anschlüsse 13 und 15 durch das "Ein"- und "Aus"-
schalten an eine Ladespannung V₁ von typischerweise
+5 Volt bei N-MOS-Technologie geschaltet, bzw.
von dieser Spannung getrennt werden (die Halbleiter
substrat-Vorspannung liegt bei etwa -5 Volt). Während
der "Lade"-Phase, wenn ⌀ bzw. Φ die Transistoren M₃, M₄, M₅
und M₆ "ein"-schaltet, ist der Serientransistor M₁ "aus",
da seine Gate-Elektrode und der Anschluß 12 beide
an Masse liegen und die Spannung V₂ am Anschluß 11
niemals negativ ist.
Folglich wird während der Ladephase der Kondensator C₁
von dem Eingangsanschluß 11 getrennt. Vorteilhaft ist
jeder der Kondensatoren C₁ und C₂ durch einen MOS-Transistor
gebildet, dessen Source permanent an seinen Drain ange
schlossen ist und dessen Gate-Elektrode während der Lade
phase an V₁ liegt. Außerdem ist während dieser Ladephase
das Potential sowohl an der Gate-Elektrode als auch dem
Drain des Rückkopplungstransistors M₂ gleich V₁, während
das Potential an der Source dieses Transistors
dem Massepotential entspricht; daher ist der Transistor
M₂ dann "ein"-geschaltet und unterstützt den Spannungs
abfall an seinem Source-Drain-Pfad (Kanal). Folglich
werden während der Ladephase beide Kondensatoren C₁ und
C₂ auf eine Spannung von V₁ aufgeladen. Genau nach dem
Ende der Ladephase werden alle Hilfs-Transistoren M₃, M₄,
M₅ und M₆ "aus"-geschaltet, wodurch die Anschlüsse 12
und 14 von Masse und die Anschlüsse 13 und 15 von V₁
getrennt werden. Weiterhin reicht zu dieser Zeit die
positive Ladung auf der Gate-Elektrode des Rückkopplungs
kondensators C₂ noch aus, um den nunmehr schwimmenden
Anschluß 15 auf dem Potential V₁ zu halten, während die
positive Ladung auf der Gate-Elektrode des großen Konden
sators C₁ noch ausreicht, den nunmehr schwimmenden An
schluß 13 auf dem Potential V₁ zu halten; der Rückkopplungs
transistor M₂ bleibt daher im "Ein"-Zustand, wobei der
Anschluß 14 Massepotential hat. Als Ergebnis fließt positive
Ladung durch M₂ zum Anschluß 14, wodurch das Potential
an diesem Anschluß 14 angehoben wird. Wenn genau nach
dem Ende der Ladephase ein kurzes Zeitintervall ver
strichen ist, steigt also das Potential am Anschluß 14
auf die Schwellenspannung des in Serie geschalteten
Transistors M₁ an; dadurch wird M₁ "ein"-geschaltet,
da V₂ positiv ist (bei N-MOS-Technologie) und das
Potential am Anschluß 12 zu dieser Zeit dem Massenpotential
entspricht. Somit steigt im Ergebnis das Potential am
Anschluß 12 auf V₂ an.
Andererseits verbleibt der Spannungsabfall an C₁ im
wesentlichen bei V₁, da C₁ viel größer ist als die
parasitäre Kapazität des Anschlusses 14 gegen Masse,
und deshalb fließt lediglich eine vernachlässigbare
Ladungsmenge von der Gate-Elektrode von C₁ über M₂
zu dem Anschluß 14; daher steigt das Potential am
Ausgangsanschluß 13 praktisch vollständig auf V₁+V₂
an, das gleiche gilt für das Potential am Anschluß 14;
das Potential am Anschluß 15 hingegen steigt an auf
(V₁+V₂)+V₁=(V₂+2V₁). Folglich bleibt M₂ - wie
auch M₁ - "ein"-geschaltet (da die Schwellenspannungen
beide kleiner sind als V₁) bis zum Beginn der
nächsten "Lade"-Phase, wenn M₃, M₄, M₅ und M₆ wiederum
"ein"-geschaltet werden. Es ist das Ansteigen des
Potentials am Ausgangsanschluß 13 auf (V₁+V₂), das
charakteristisch ist für einen "Spannungsaddierer" oder
eine Stufes eines "Spannungsvervielfachers", was beide
Formen von Spannungswandlern sind.
Aus der obigen Beschreibung des Betriebs ist ersichtlich,
daß der Rückkopplungstransistor M₂ die Form eines
Lastelements geeigneter Impedanz annehmen könnte, was
den Kondensator C₂ und seinen Hilfstransistor M₆ ent
behrlich machte. Ein solches Lastelement könnte ein
einfacher Widerstand sein oder ein MOS-Transistor vom
Verarmungstyp, dessen Drain bleibend an seine Gate-
Elektrode angeschlossen ist.
Fig. 2 zeigt eine erste Schaltungsstufe 20 einer Spannungs
vervielfacher-MOS-Schaltung gemäß einem weiteren speziellen
Ausführungsbeispiel der Erfindung. Elemente, die den
Schaltungen nach Fig. 1 und 2 gemeinsam sind, wurden mit
denselben Bezugszahlen versehen. Grundsätzlich ist die
Schaltungsstufe 20 gemäß Fig. 2 die gleiche wie die
zuvor beschriebene Stufe 10 gemäß Fig. 1, mit der Ausnahme,
daß die Steuerschaltung zum Bereitstellen der Takteingangs
folgen ⌀ und Φ in Fig. 2 detaillierter gezeigt ist.
In der Schaltung 20 werden die beiden Werte V₁ und V₂ aus
Gründen der Zweckmäßigkeit und Vereinfachung beide zu
+5 Volt (N-MOS-Technologie) genommen. Die Halbleitersubstrat-
Vorspannung beträgt typischerweise -5 Volt (Sperr-Gate-
Vorspannung); es könnte jedoch jede Substrat-Vorspannung
zwischen -5 Volt und Massepotential verwendet werden. Die
Takteingangsfolge ⌀, wie sie in Fig. 2 angedeutet ist,
wird in der Form einer 5-Volt-Impulsfolge an einen Takt
eingangsanschluß 17 gelegt. Die Impulsfolge hat typische
Anstiegs- und Abfallzeiten von 50 Nanosekunden und
Impulsdauern von 200 Nanosekunden, wodurch eine
Taktperiodendauer von 500 Nanosekunden geschaffen wird,
d. h., ein Takt mit einer Frequenz von 2 Megahertz.
Die Takteingabe am Anschluß 17 beträgt somit während
jeder "Lade"-Phase, wenn die Hilfs-Schalttransistoren
"ein"-geschaltet werden, +5 Volt, sie beträgt 0 Volt
(Massepotential), wenn diese Transistoren "aus"-ge
schaltet werden. Zu der Schaltung 20 wurde (im Ver
gleich zur Schaltung 10 ) ein MOS-Kondensator C₃ zusammen
mit einem Paar Steuer-MOS-Transistoren M₇ und M₈ zu dem
Zweck hinzugefügt, für die Folge Φ Spannungspegel sicher
zustellen, die zum abwechselnden "Ein" und "Aus" der
Transistoren M₅ und M₆ geeignet sind. Das Problem des
Sicherstellens dieser richtigen Spannungspegel ergibt sich
aus der Tatsache, daß während der Phase, in der die
Hilfs-Schalttransistoren M₅ und M₆ "aus"-geschaltet sind,
die Spannung am Ausgangsanschluß 13 auf (V₂+V₁) und
die am Anschluß 15 auf (V₂+2V₁) ansteigt, wodurch die
Schwellenspannung der Transistoren M₅ und M₆ für das
nachfolgende "Ein"-schalten auf einen Wert etwas ober
halb von R₁=5 Volt ansteigen, typischerweise auf etwa
6 Volt. Folglich erhöht der Kondensator C₃ (in Kombination
mit M₇) die Taktimpulseingangsgröße am Anschluß 17 auf
Grund des Bootstraps-Effekts auf eine Spannung, die
weit genug über 5 Volt liegt, um die Transistoren M₅
und M₆ "ein"-zuschalten.
Wenn z. B. nach den ersten wenigen oder mehreren Zyklen
des Takts ⌀ an dem gepulsten Spannungs-Takteingangsan
schluß 17 der Takt ⌀ "niedrig" ist, typischerweise 0 Volt
hat, bringt (der als Diode wirkende) Transistor M₇ die
Spannung am Anschluß 16 (Gate-Elektrode C₃) auf einen
Pegel von typischerweise 4 Volt, d. h., V₁ (=5 Volt) ab
züglich des Schwellenwertes von M₇ (=1 Volt), und zwar genau
vor dem Beginn jeder "Lade"-Phase. Wenn danach der Takt ⌀
"hoch", d. h. auf +5 Volt geht, erhöht der Kondensator
C₃ die Spannung am Anschluß 16 auf Grund des Bootstraps-
Effekts typischerweise auf etwa (4+5) oder 9 Volt, was
mehr als ausreichend ist, um das "Ein"-schalten der
Hilfs-Transistoren M₅ und M₆ zu gewährleisten. Noch
später dann, wenn der Takt ⌀ "niedrig" wird, d. h. auf
0 zurückgeht, kehrt die Spannung am Anschluß 16 auf
V₁ abzüglich des Schwellenwertes von M₇ zurück, wodurch
wiederum die Hilfs-Transistoren M₅ und M₆ "aus"-geschaltet
werden.
Der Transistor M₈ hat den Zweck, zu verhindern, daß die
Spannung am Anschluß 16 oberhalb der Spannung V₁ zuzüglich
eines Schwellenwertes von M₈ verbleibt, wenn der Takt ⌀
"niedrig" wird, d. h., wenn der Anschluß 16 eine Spannung
aufweisen soll, die sich zum "Aus"-schalten der Hilfs-
Transistoren M₅ und M₆ eignet. Dieses Problem, daß die
Spannung am Anschluß 16 zu hoch bleibt, wenn der Takt auf
"niedrig" geht, ist besonders aktut, wenn die durch den
Anschluß 16 mit dem Ausgangsanschluß 13 gebildete Über
lappungskapazität von Einfluß ist, was schwerwiegender
wird durch das Vorhandensein vieler Stufen und somit von
mehr Überlappungskapazität, sowie selbst durch höhere
Spannung am Ausgangsanschluß 13 auf Grund der vielstufigen
Spannungsvervielfachung. Geht der Takt ⌀ "hoch", wird
der Transistor M₈ "ein"-geschaltet und dient damit zum
Vermindern der Spannung am Anschluß 16 auf etwa V₁ zuzüglich
eines Schwellenwerts von M₈, oder auf etwa 6 Volt.
Wenn somit der Takt ⌀ anschließend "niedrig" wird, geht
die Spannung am Anschluß 16 plötzlich um etwa 5 Volt, d. h.
um die Taktimpulshöhe von ⌀, herunter auf eine Spannung
von geringfügig mehr als einem Volt. Dies ist niedrig
genug, um die Transistoren M₅ und M₆ "aus"-zuschalten,
selbst bei Vorliegen einer durch den Anschluß 17 und den
Ausgangsanschluß 13 gebildeten Überlappungskapazität,
solange diese Überlappungskapazität klein ist im Vergleich
zur Kapazität des Bootstrap-Kondensators C₃.
Fig. 3 zeigt eine vierstufige Spannungsvervielfacher
schaltung. Entsprechende Elemente (nicht notwendigerweise
mit identischen Parametern) nachfolgender Stufen werden
mit den gleichen Bezugszahlen oder um zehn erhöhten
Indizes markiert. Am Ausgangsanschluß 43 der vierten
Stufe gibt ein Ausgangstransistor M₅₄ nur während der
Phasen von ⌀, wenn sämtliche Stufen zueinander in
Serie geschaltet sind und die Eingangsspannung V₂ am
Eingangsanschluß 11 ansteht, d. h., wenn Transistoren
M₁, M₁₁, M₂₁, M₃₁ und M₅₄ sämtlich "ein"-geschaltet sind,
die Vervielfacher-Ausgangsgröße (V₂+4V₁) oder typischer
weise (5+4×5=) 25 Volt an einen Ausgangskondensator (C₅₁)
an dem Vervielfacher-Ausgangsanschluß 61. Der Ausgangs
transistor M₅₄ dient dazu, die Ausgangsgröße mit dem
gewünschten vervielfachten Spannungspegel unmittelbar
nach der Ladephase ohne Verlust irgendeiner Schwellen
spannung zu liefern. Ein Widerstand R₅₁ repräsentiert
ein Lastelement als Gebrauchsvorrichtung, die Ladung
aus C₅₁ leitet und diese Ladung an den Massenanschluß
transportiert. Zusätzliche Ausgangstransistoren M₅₁, M₅₂
und M₅₃ liefern in ähnlicher Weise die Ausgangsgröße
der ersten, zweiten und dritten Stufe an den Vervielfacher-
Ausgangsanschluß 61, und zwar nur mit dem Zweck, die
Einschwingvorgänge zu beschleunigen mit dem Schaffen
einer Ausgangsgröße von den früheren Stufen niedriger
Impendanz, obgleich unterhalb des gewünschten letztlichen
Ausgangsspannungspegels. Jedoch ist der zuletzt genannte
Zweck optional, so daß diese Transistoren M₅₁, M₅₂ und
M₅₃ fortgelassen werden können und an den Vervielfacher-
Ausgangsanschluß 61 lediglich der Ausgangstransistor M₅₄
und der Ausgangskondensator C₅₁ angeschlossen werden.
Lediglich zu Zwecken der Erläuterung folgt ein Beispiel
für die verschiedenen Parameter der Bauteile in Fig. 3
in N-MOS-Technologie (Gegenwirkleitwerte der Transistoren,
Kapazitäten der Kondensatoren und Widerstandswerte der
Widerstände):
Mikroampère/Volt²
M₁ = 2000
M₂ = 25
M₃ = 6750
M₄ = 250
M₅ = 6750
M₆ = 25
M₇ = 25
M₈ = 25
M₁₁ = 1500
M₁₂ = 25
M₁₃ = 2250
M₁₄ = 250
M₁₅ = 2250
M₁₆ = 25
M₂₁ = 1000
M₂₂ = 25
M₂₃ = 750
M₂₄ = 250
M₂₅ = 750
M₂₆ = 25
M₃₁ = 1000
M₃₂ = 25
M₃₃ = 250
M₃₄ = 250
M₃₅ = 500
M₃₆ = 25
M₅₁ = 500
M₅₂ = 500
M₅₃ = 500
M₅₄ = 500
C₁ = 270pf
C₂ = 1
C₃ = 30
C₁₁ = 90
C₁₂ = 1
C₂₁ = 30
C₂₂ = 1
C₃₁ = 10
C₃₂ = 2
C₅₁ = 100
R₅₁ = 10 megohom
M₂ = 25
M₃ = 6750
M₄ = 250
M₅ = 6750
M₆ = 25
M₇ = 25
M₈ = 25
M₁₁ = 1500
M₁₂ = 25
M₁₃ = 2250
M₁₄ = 250
M₁₅ = 2250
M₁₆ = 25
M₂₁ = 1000
M₂₂ = 25
M₂₃ = 750
M₂₄ = 250
M₂₅ = 750
M₂₆ = 25
M₃₁ = 1000
M₃₂ = 25
M₃₃ = 250
M₃₄ = 250
M₃₅ = 500
M₃₆ = 25
M₅₁ = 500
M₅₂ = 500
M₅₃ = 500
M₅₄ = 500
C₁ = 270pf
C₂ = 1
C₃ = 30
C₁₁ = 90
C₁₂ = 1
C₂₁ = 30
C₂₂ = 1
C₃₁ = 10
C₃₂ = 2
C₅₁ = 100
R₅₁ = 10 megohom
Obgleich diese Erfindung im einzelnen an Hand spezieller
Ausführungsformen beschrieben wurde, können verschiedene
Modifikationen vorgenommen werden, ohne den Rahmen der
Erfindung zu verlassen. Beispielsweise kann an Stelle
von N-MOS auch P-MOS (P-Kanal-)Technologie verwendet
werden mit Polaritätsumkehr der verschiedenen der
Schaltung zugeführten Spannungen. Weiterhin kann
beispielsweise, obgleich das Verhältnis der Kapazitäten
C₁ : C₁₁ gleich 270/90=3 bei dem obigen Beispiel ist,
dieses Verhältnis bis auf 1,2 verkleinert werden,
allerdings unter Inkaufnahme einer etwas schlechteren
Einschwingzeit. In ähnlicher Weise können andere
Bauteile in bedeutendem Maße variiert werden, so daß
sie von den oben angegebenen Beispielwerten abweichen,
ohne daß die Betriebsweise in bedeutendem Maße beein
trächtigt wird.
Claims (4)
1. Schaltstufe für eine Spannungsvervielfacherschaltung
mit in Reihe schaltbaren Schaltstufen in integrierter
MOS-Technologie, wobei jede Schaltstufe mindestens einen
Kondensator (C₁) aufweist, dessen ausgangsseitiger
Elektrodenanschluß (13) über einen Transistorschalter
(M₅) an einem ersten Spannungspotential (V₁) und dessen
eingangsseitiger Elektrodenanschluß (12) über einen
anderen Teil Transistorschalter (M₃) an dem Massenpoten
tial und ferner über einen weiteren Transistor (M₁)
ebenfalls an Spannungspotential gleicher Polung angeschlossen ist, wobei
die Transistorschalter (M₃, M₅) gleichzeitig taktweise
durch eine Taktspannung (⌀, Φ) gesteuert sind,
dadurch gekennzeichnet,
dadurch gekennzeichnet,
- - daß der weitere Transistor (M₁) an ein zweites Span nungspotential (V₂) angeschlossen ist und als Tran sistorschalter (M₁) arbeitet,
- - daß der eingangsseitige Elektrodenanschluß (12) mit dem zweiten Spannungspotential (V₂) über den weiteren Transistorschalter (M₁) dann verbunden ist, wenn an dessen Gate-Elektrode eine vom ausgangsseitigen Elektrodenanschluß (13) des Kondensators (C₁) über ein Lastelement (M₂) geführte Rückkopplungsspannung bei Abtrennen der Elektrodenanschlüsse (12, 13) des Kondensators (C₁) von dem ersten Spannungspotential (V₁) und dem Massepotential (Masse) anliegt, und wenn die Gate-Elektrode des weiteren Transistor schalters (M₁) durch einen zwischen dieser und dem Massepotential liegenden, ebenfalls von der phasen gleichen Taktspannung (⌀) angesteuerten Hilfstransi storschalter (M₄) von Massepotential abgetrennt ist, und
- - daß das Potential an dem ausgangsseitigen Elektro denanschluß (13) des Kondensators (C₁) unmittelbar das Ausgangspotential der Schaltstufe ist.
2. Schaltstufe nach Anspruch 1
dadurch gekennzeichnet, daß das Lastelement ein MOS-
Transistor (M₂) mit seiner Source-Drain-Strecke ist,
dessen Gate-Elektrode über die Source-Drain-Strecke
eines zusätzlichen Hilfstransistorschalters (M₆) an
das erste Spannungspotential (V₁) und an einen An
schluß eines zweiten Kondensators (C₂) angeschlossen
ist, dessen Kapazitätswert kleiner ist als der des ersten
Kondensators (C₁) und dessen anderer Anschluß an
die Gate-Elektrode des weiteren Transistorschalters
(M₁) angeschlossen ist.
3. Schaltstufe nach Anspruch 2,
gekennzeichnet durch einen Bootstrap-Kondensator
(C₃), von dessen Elektrodenanschlüssen der eine (16)
an die Gate-Elektrode der dem ersten Spannungspotential
(V₁) zugeordneten Transistorschalter (M₅, M₆)
und der andere (17) an die Taktspannung (⌀) ange
schlossen ist.
4. Schaltstufe nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet, daß die Gate-Elektroden der
dem ersten Spannungspotential (V₁) zugeordneten Tran
sistorschalter (M₅, M₆) an den Source- bzw. den Drain-
Anschluß eines siebten und eines achten Transistors
(M₇, M₈) angeschlossen sind, und daß die Gate-Elekt
trode des achten Transistors (M₈) an die Gate-Elek
troden der dem ersten Spannungspotential (V₁) zuge
ordneten Transistorschalter (M₅, M₆) angeschlossen ist
und die Gate-Elektrode des siebten Transistors (M₇)
an den Drain- bzw. Source-Anschluß des achten Tran
sistors (M₈) und an das erste Spannungspotential (V₁)
angeschlossen ist.
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