DE3623735A1

DE3623735A1 - Signaluebertragungsschaltung

Info

Publication number: DE3623735A1
Application number: DE3623735A
Authority: DE
Inventors: Michio Asano; Akira Masaki; Masaru Osanai; Minoru Yamada; Kenichi Ishibashi; Noboru Masuda
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-07-19
Filing date: 1986-07-14
Publication date: 1987-01-22
Also published as: US4723082A; JPS6220362A

Description

Die Erfindung betrifft eine Signalübertragungsschaltung zum Übertragen von Signalen zwischen elektrischen Schaltungen, die auf den jeweiligen Schichten einer aus mehreren übereinander liegenden Schichten aufgebauten elektrischen Schaltung ausgebildet sind, wobei die elektrischen Schaltungen mit hoher Dichte angeordnet sind, und insbesondere eine Signalübertragungsschaltung, die sich für eine Signalübertragung zwischen benachbarten Plättchen einer großen Anzahl von in kompakte Bauweise übereinander angeordneten Plättchen eignet.

Es ist eine kompakte Bauweise von elektrischen Schaltungen mit hoher Dichte bekannt, bei der eine große Anzahl von Plättchen übereinander angeordnet wird und eine große Anzahl von Elektroden an den gegenüberliegenden Außenflächen der Plättchen vorgesehen wird, so daß diese gegenseitig für die Signalübertragung zwischen den Plättchen miteinander in Kontakt stehen. Diese Verfahren der Signalübertragung auf der Grundlage des Kontaktes der Elektrodenflächen ist jedoch mit der Schwierigkeit verbunden, daß mit steigender Anzahl von Elektroden die Gefahr zunimmt, daß ein Teil der Elektroden einen fehlerhaften Kontakt hat, so daß dieses Verfahren unpraktisch ist. Zur Lösung dieses Problems ist in der JP OS 2 662/81 eine aus mehreren übereinander liegenden Schichten aufgebaute elektrische Schaltung vorgeschlagen worden, bei der die Elektroden zwischen benachbarten Plättchen zur Signalübertragung über eine kapazitive Kopplung gekoppelt sind.

Bei dieser auf einer kapazitiven Kopplung beruhenden Schaltung ergibt sich eine Änderung des über die kapazitive Kopplung zu übertragenden Signals, d. h. wird ein Signal über den Kondensator übertragen, das eine Wellenform hat, die durch Differenzieren des Signals erhalten wird. Wenn das sich ergebende Signal benutzt wird, wird somit eine Flip-Flop-Schaltung so angesteuert, daß das zu übertragende Signal reproduziert und in dieser Flip-Flop-Schaltung gehalten wird. Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die Flip-Flop-Schaltung für Störungen oder Rauschsignale empfindlich ist, werden zwei differentielle Ausgangssignale von einem einzigen Eingangssignal gebildet und dazu benutzt, eine Elektrode eines von zwei Paaren von kapazitiven Elektroden differentiell anzusteuern, so daß Lade/ Entladeströme der Kopplungskondensatoren fließen können, ohne über die Energieversorgungsleitungen zwischen den einzelnen Plättchen umzufließen, wodurch verhindert wird, daß die Flip- Flop-Schaltung aufgrund der Störungen oder Rauschsignale fehlerhaft arbeitet, die in den Energieversorgungsleitungen induziert werden.

Diese aus mehreren übereinander liegenden Schichten aufgebaute elektrische Schaltung, die eine Flip-Flop-Schaltung verwendet, wie es oben beschrieben wurde, hat jedoch den Nachteil, daß eine Verzögerung in der Signalübertragung an der Flip-Flop- Schaltung auftritt, so daß diese Schaltung vom Standpunkt der Arbeitsgeschwindigkeit unzufriedenstellend ist. Um eine fehlerhafte Arbeit der Flip-Flop-Schaltung aufgrund von Störungen oder Rauschsignalen zu vermeiden, werden darüberhinaus zwei Paare von kapazitiven Elektroden verwandt und differentiell angesteuert. Diese Schaltungsanordnung macht somit zwei Paare von kapazitiven Elektroden erforderlich, um ein einziges Signal zu übertragen, so daß sie sich zur Übertragung einer großen Anzahl von Signalen nicht eignet.

Durch die Erfindung soll eine Signalübertragungsschaltung geschaffen werden, die die Signalübertragung zwischen den elektrischen Schaltungen einer aus mehreren übereinander angeordneten Schichten aufgebauten elektrischen Schaltung über eine kapazitive Kopplung bewirkt, ohne daß eine Flip-Flop-Schaltung benötigt wird, um das zu übertragende Signal zu reproduzieren und das sich ergebende Signal zu halten, wodurch sichergestellt wird, daß keine Signalverzögerung an einer Flip-Flop-Schaltung auftritt, um eine Signalübertragung mit hoher Geschwindigkeit zu bewirken, und Differentialschaltungen, die dann benötigt werden, wenn die Flip-Flop-Schaltung benutzt wird, zur Vermeidung einer fehlerhaften Arbeit nicht immer erforderlich sind.

Durch die Erfindung soll weiterhin eine Signalübertragungsschaltung für die Signalübertragung zwischen den elektrischen Schaltungen einer aus mehreren übereinander liegenden Schichten aufgebauten elektrischen Schaltung über eine kapazitive Kopplung geschaffen werden, die eine große Anzahl von Signalen mit gegenüber der bekannten Schaltung der Hälfte der kapazitiven Elektroden übertragen kann.

Die erfindungsgemäße Signalübertragungsschaltung ist so ausgebildet, daß eine empfangende Schaltung, die so geschaltet ist, daß sie ein Signal von einer kapazitiven Elektrode eines Kopplungskondensators empfängt, einen so hohen Eingangswiderstand hat, daß dieser praktisch als unendlich groß angesehen werden kann, um den logischen Signalpegel eines Signals zu halten, das an der anderen kapazitiven Elektrode liegt, und eine Klemmschaltung mit dem Eingang der empfangenden Schaltung verbunden ist, so daß das Signal an der empfangenden Schaltung innerhalb eines Bereiches eines bestimmten Eingangssignalspegels für die empfangende Schaltung geändert wird. Die obige Anordnung macht es möglich, daß die empfangende Schaltung eine Änderung eines Signals einer übertragenden Schaltung in Form einer Gleichspannungspegeländerung empfängt und somit keine Anordnung einer Flip-Flop-Schaltung für die empfangende Schaltung notwendig ist. Es reicht tatsächlich ein einziges Paar von kapazitiven Elektroden für die Signalübertragung aus.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 das Schaltbild einer aus mehreren übereinander liegenden Schichten aufgebauten elektrischen Schaltung gemäß eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 2 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels,

Fig. 3 bis 6 in Diagrammen die verschiedenen Möglichkeiten der Energieversorgung, die bei den jeweiligen Ausführungsbeispielen in Fig. 1, 7-10, 12 und 19 anwendbar sind,

Fig. 7-10 die Schaltbilder weiterer Ausführungsbeispiele der Erfindung jeweils,

Fig. 11 ein Zeitdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise des in Fig. 10 dargestellten Ausführungsbeispiels,

Fig. 12 das Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung,

Fig. 13 u. 14 die Schaltbilder abgewandelter Formen der Schaltung des Kopplungskondensators in Fig. 12,

Fig. 15 eine Draufsicht auf ein Plättchen mit einer Anzahl von Signalübertragungsschaltungen gemäß der Erfindung,

Fig. 16 eine Schnittansicht längs der Linie 16-16 in Fig. 15,

Fig. 17 und 18 in schematischen Darstellungen weitere Ausführungsbeispiele von übereinander angeordneten Plättchen, von denen jedes kapazitive Kopplungsschaltungen trägt und

Fig. 19 das Schaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Signalübertragungsschaltung dargestellt, das zwischen zwei elektrischen Schaltungsplatten vorgesehen ist. Plättchen 1 und 2 sind mit gegenüberliegenden kapazitiven Elektroden jeweils versehen, um einen Kopplungskondensator 3 zu bilden. Das Plättchen 1 weist eine übertragende Schaltung 4 zum Ansteuern einer der kapazitiven Elektroden auf und das Plättchen 2 weist eine empfangende Schaltung 5 zum Empfang eines Signals von der anderen kapazitiven Elektrode und eine Klemmschaltung 6 auf, die den Signalpegel innerhalb eines Bereiches einer bestimmten Eingangsspannung für die empfangende Schaltung 5 festklemmt. Die übertragende Schaltung 4 umfaßt einen PMOS-Transistor 7 und einen NMOS-Transistor 8, wobei diese Transistoren mit ihren Gate-Elektroden zur Bildung eines Signaleingangs und mit ihren Drain-Elektroden zum Zuführen eines Signals zu einer kapazitiven Elektrode des Kopplungskondensators 3 miteinander verbunden sind. Die Source-Elektrode des PMOS-Transistors 7 ist mit einer Energieversorgung V _DD verbunden und die Source-Elektrode des NMOS-Transistors 6 liegt an einer Energieversorgung V _SS. In ähnlicher Weise umfaßt die empfangende Schaltung 5 einen PMOS- Transistor 9 und einen NMOS-Transistor 10, wobei diese Transistoren gegenseitig in derselben Weise wie die Transistoren der übertragenden Schaltung 4 geschaltet sind, so daß die Gate-Elektroden miteinander verbunden sind, um das Signal von der anderen kapazitiven Elektrode zu empfangen, und die Drain-Elektroden zur Erzeugung eines Ausgangssignals miteinander verbunden sind. Es ist nicht immer notwendig, daß die Energieversorgungen V _DD und V _SS der übertragenden Schaltung 4 mit den Energieversorgungen V′ _DD und V′ _SS der empfangenden Schaltung 5 identisch sind. Unabhängig davon, ob diese Energieversorgungen identisch sind oder nicht, muß darauf geachtet werden, daß keine Störungen oder Rauschsignale zwischen den Energieversorgungen V _DD und V′ _DD und zwischen den Energieversorgungen V _SS und V′ _SS induziert werden. Die einzelnen Plättchen können in verschiedener Weise mit Energie versorgt werden, wie es beispielsweise später anhand der Fig. 3 bis 6 beschrieben wird. Die Klemmschaltung 6 umfaßt zwei Dioden 11 und 12, wobei die Anode der Diode 11 und die Kathode der Diode 12 gemeinsam mit der anderen kapazitiven Elektrode verbunden sind. Die Kathode der Diode 11 ist mit einer Energieversorgung V″ _DD verbunden, während die Anode der Diode 12 an einer Energieversorgung V″ _SS liegt. Die Energieversorgung V″ _DD liegt auf einem geeigneten Potential, das gleich der oder kleiner als die obere Eingangsgrenzspannung für die empfangende Schaltung 5 ist, und die Energieversorgung V″ _SS liegt auf einem geeigneten Potential, das gleich der oder größer als die untere Eingangsgrenzspannung für die empfangende Schaltung 5 ist. Die Spannungspotentiale V″ _DD und V″ _SS sind insbesondere so gewählt, daß irgendwo zwischen V″ _DD und V″ _SS der logische Schwellenwert eines Inverters liegt, der die empfangende Schaltung 5 bildet, und daß V″ _DD und V″ _SS innerhalb eines Bereiches liegen, der von einer oberen Eingangsgrenzspannung und einer unteren Eingangsgrenzspannung des Inverters begrenzt wird, wobei V″ _DD - V″ _SS gleich der oder kleiner als die Eingangssignalamplitude ist.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten Schaltung beschrieben. Fig. 2 zeigt die Wellenformen der Signale, die bei der Signalübertragung durch die in Fig. 1 dargestellte Schaltung auftreten. Wenn angenommen wird, daß das Eingangssignal der übertragenden Schaltung 4 am Anfang einen niedrigen Pegel hat, so hat das Ausgangssignal der übertragenden Schaltung, die als Inverter arbeitet, einen hohen Pegel. Die empfangende Schaltung 5 ist nicht mit der übertragenden Schaltung gleichspannungsgekoppelt, so daß ihr Eingangssignalpegel nicht festliegt und daher auch ihr Ausgangssignalpegel undefiniert ist. Wenn sich das Eingangssignal der übertragenden Schaltung 4 von einem niedrigen Pegel auf einen hohen Pegel ändert und sich folglich ihr Ausgangssignal von einem hohen Pegel auf einem niedrigen Pegel ändert, wird das Eingangssignal der empfangenden Schaltung 5 zwangsweise von einem Anfangssignalpegel heruntergesetzt. Sobald das Eingangssignal der empfangenden Schaltung 5 zwangsweise auf einen Wert unter V″ _SS herabgesetzt ist, beginnt die Diode 12 zu leiten, was zur Folge hat, daß das Eingangssignal der empfangenden Schaltung 5 schließlich auf einen vorbestimmten niedrigen Eingangssignalpegel für die empfangende Schaltung 5 geklemmt wird und deren Ausgangssignal auf einen hohen Pegel kommt. Da die Dioden 11 und 12 der Klemmschaltung so lange sperren, bis das Ausgangssignal der übertragenden Schaltung sich anschließend ändert, und da die Gate-Elektroden der MOS-Transistoren 9 und 10 einen Gleichstromeingangswiderstand von 10¹³ Ω oder mehr haben, wird die Eingangsspannung der empfangenden Schaltung 5 im wesentlichen konstant gehalten, so daß ihr Ausgangssignal auf einem hohen Pegel bleibt. Wenn folglich das Eingangssignal der übertragenden Schaltung 4 einem hohen Pegel erreicht, fallen der Ausgangssignalpegel der übertragenden Schaltung 4 und der Eingangssignalpegel der empfangenden Schaltung 5 bei jeweils niedrigen Pegel zusammen. Wenn einmal die Übereinstimmung des Ausgangssignalpegels mit dem Eingangssignalpegel erreicht ist, wird eine Änderung des Pegels des über den Kopplungskondensator 3 übertragenen Signals in eine Änderung des Eingangssignalpegels um den Schwellenwert der empfangenden Schaltung 5 herum umgewandelt und darauf übertragen.

Wenn angenommen wird, daß das Eingangssignal der übertragenden Schaltung 4 am Anfang einen hohen Pegel hat, dann arbeitet die Diode 11 bei einer Änderung vom hohen Pegel auf den niedrigen Pegel so, daß das Ausgangssignal der übertragenden Schaltung 4 und das Eingangssignal der empfangenden Schaltung 5 bei jeweils bestimmten hohen Pegeln zusammenfallen, woraufhin eine Änderung des Ausgangssignalpegels der übertragenden Schaltung 4 sicher auf die empfangende Schaltung 5 übertragen wird. Bei der Signalübertragungsschaltung, die auf einer kapazitiven Kopplung basiert, wie es gemäß der Erfindung der Fall ist, fällt der anfängliche logische Pegel des Ausgangssignals der übertragenden Schaltung nicht immer mit dem anfänglichen logischen Pegel des Eingangssignals der empfangenden Schaltung zusammen, die Übereinstimmung dieser logischen Signalpegel kann jedoch dann erhalten werden, wenn sich das Ausgangssignal der übertragenden Schaltung zum erstenmal ändert. Ein Impuls, der dieser Änderung entspricht, kann somit zweckmäßigerweise aus einem Rücksetzsignal gebildet werden, das dann erzeugt wird, wenn die Energieversorgung für die Schaltung angeschaltet wird. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel fließen tatsächlich Streuströme durch den Eingang der empfangenden Schaltung 5 und der Klemmschaltung 6, so daß die Beibehaltung des Eingangspotentials der empfangenden Schaltung 5 über ein Zeitintervall in der Größenordnung von Sekunden nicht garantiert werden kann. Dieses Ausführungsbeispiel wird somit im typischen Fall für eine Signalübertragung benutzt, bei der bekannt ist, daß sich das Signal innerhalb kurzer Zeitintervalle rechtzeitig ändert. Insbesondere dann, wenn das Signal über ein langes Zeitintervall unverändert bleibt, kann jedoch dieses Ausführungsbeispiel dann benutzt werden, wenn ein Rücksetzsignal von der anschließenden Übertragung eines Datensignals angelegt wird, um dafür zu sorgen, daß der logische Pegel des Ausgangssignals der übertragenden Schaltung 4 mit dem logischen Pegel des Eingangssignals der empfangenden Schaltung 5 zusammenfällt.

Im folgenden wird die Energieversorgung der Plättchen 1 und 2 beschrieben. Wie es schematisch in den Fig. 3 bis 6 dargestellt ist, kann die Energieversorgung in verschiedener Weise erfolgen.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Beispiel werden die Plättchen 1 und 2 mit Energie von einer Energiequelle 200 versorgt. In diesem Fall sind V _DD und V′ _DD einander gleich und sind V _SS und V′ _SS einander gleich. Die Anschlüsse 211 und 212 für die Energieversorgung sind am Umfangsrand des Plättchens 1 vorgesehen und V _DD und V _SS liegen von der Energiequelle 200über diese Anschlüsse am Plättchen 1. In ähnlicher Weise sind Energieversorgungsanschlüsse 213 und 214 am Umfangsrand des Plättchens 2 vorgesehen und liegen V′ _DD und V′ _SS von der Energiequelle 200 über diese Anschlüsse am Plättchen 2. Bei diesem Beispiel ist es notwendig, im Plättchen 2 eine Schaltung zum Erzeugen von V″ _DD und V″ _SS aus V′ _DD und V′ _SS vorzusehen.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten Beispiel werden beide Plättchen 1 und 2 gleichfalls von der Energiequelle 200 mit Energie versorgt. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden Energieversorgungsleitungen für jedes Plättchen nicht benötigt. Insbesondere verlaufen die Energieversorgungsanschlüsse 211′ und 212′ für das Plättchen 1 durch das Plättchen 1 hindurch und verlaufen die Energieversorgungsanschlüsse 213′ und 214′ für das Plättchen 2 gleichfalls durch das Plättchen 2 hindurch. Die Anschlüsse 211′ und 212′ sind über eine externe Verdrahtung mit der Energiequelle 200 verbunden. Um das Plättchen 2 mit Energie zu versorgen, wird es mit dem Plättchen 1 in Kontakt gebracht, so daß die Anschlüsse 211′ und 212′ des Plättchens 1 jeweils in einen direkten Kontakt mit den Anschlüssen 213′ und 214′ des Plättchens 2 kommen. Da bei diesem Beispiel die Anzahl der Anschlüsse für einen direkten Kontakt sehr klein ist, besteht keine Möglichkeit, daß ein fehlerhafter Kontakt auftritt.

Das in Fig. 5 dargestellte Ausführungsbeispiel hat im Grunde den gleichen Anschluß wie das in Fig. 3 dargestellte Beispiel, wobei jedoch die Energiequelle 201 V _DD(=V′ _DD), V _SS(=V′ _SS), V″ _DD und V″ _SS liefert und zusätzlich zu den Anschlüssen 213 und 214 für die Versorgung von V′ _DD und V′ _SS Anschlüsse 217 und 218 am Umfangsrand des Plättchens 2 vorgesehen sind, um V″ _DD und V″ _SS zuzuführen. Die Signalübertragung von Plättchen 2 auf das Plättchen 1 ist gleichfalls zusätzlich zur Signalübertragung vom Plättchen 1 auf das Plättchen 2 notwendig, so daß das Plättchen 1 mit einer empfangenden Schaltung versehen ist. In Fig. 5 sind somit Anschlüsse 215 und 216 und die zugehörige Verdrahtung dargestellt, um V″ _DD und V″ _SS der Klemmschaltung der empfangenden Schaltung zu liefern.

Bei dem in Fig. 6 dargestellten Beispiel sind die Energieversorgungen V _DD und V _SS für das Plättchen 1 nicht gemeinsam mit den jeweiligen Energieversorgungen V′ _DD, V′ _SS für das Plättchen 2, sondern davon getrennt. Das Plättchen 1 wird mit V _DD und V _SS von einer Energiequelle 202 über Energieversorgungsanschlüsse 211 und 212 versorgt, während das Plättchen 2 mit V′ _DD und V′ _SS von einer Energiequelle 203 über Energieversorgungsanschlüsse 213 und 214 versorgt wird. Eine Energiequelle 204 ist zwischen V _SS und V′ _SS geschaltet, so daß V _SS um eine Ausgangsspannung V _S der Energiequelle 204 von V′ _SSverschieden ist.

Fig. 7 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Signalübertragungsschaltung, bei dem eine zusätzliche Schaltung vorgesehen ist, die die Eingangsspannung der empfangenden Schaltung bei ihrer Änderung aufgrund vom Streuströmen bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel kompensiert. Wenn bei der Schaltungsanordnung des in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiels der Pegel des Eingangssignals für die übertragende Schaltung 4 über ein langes Zeitintervall konstant gehalten wird, d. h. wenn beispielsweise ein niedriger Signalpegel andauert, nimmt der Pegel des Eingangssignals der empfangenden Schaltung 5 (hoher Pegel) durch die Streuströme allmählich ab, die aus der Gate-Elektrode beispielsweise des NMOS-Transistors 10 fließen, was zu einem Ladungsverlust des Kopplungskondensators 3 führt. Bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel werden diese Streuströme kompensiert, so daß ein Signal übertragen werden kann, das ein Signalmuster trägt, dessen Pegel über ein langes Zeitintervall unverändert ist.

In Fig. 7 sind gleiche Bauelemente wie in Fig. 1 mit gleichen Bezugszeichen versehen, so daß sie nicht nochmals beschrieben werden. Die Dioden 11 und 12 der Klemmschaltung 6 in Fig. 1 sind jeweils durch einen PMOS-Transistor 13 und einen NMOS- Transistor 14 ersetzt, wobei die Gate-Elektroden dieser Transistoren gemeinsam mit dem Ausgang (Drain-Elektroden des PMOS-Transistors 9 und des NMOS-Transistors 10) der empfangenden Schaltung 5 verbunden sind. Wenn angenommen wird, daß der Eingangssignalpegel der empfangenden Schaltung 5 niedrig ist, so wird ihr Ausgangssignalpegel hoch, so daß NMOS-Transistor 14 durchschaltet, um das Eingangssignal der empfangenden Schaltung 5 auf einem niedrigen Pegel zu halten. Wenn der Eingangssignalpegel der empfangenden Schaltung 5 hoch ist, wird ihr Ausgangssignalpegel niedrig, so daß der PMOS-Transistor 13 durchschaltet, um das Eingangssignal auf dem hohen Pegel zu halten. Die Größe jedes Transistors 13 und 14 muß in einem zum Kompensieren der Streuströme geeigneten Maß begrenzt sein. Das heißt mit anderen Worten, daß das Verhältnis W/L ausreichend klein sein muß, wobei W die Gate-Breite und L die Gate- Länge bezeichnen. Es kann davon ausgegangen werden, daß der Drain-Strom i _DS des MOS-Transistors proportional zu W/L ist. Wenn unter den obigen Beschränkungen sich das Ausgangssignal der übertragenden Schaltung 4 beispielsweise vom niedrigen Pegel auf den hohen Pegel ändert, kann der NMOS-Transistor 14, der am Anfang durch das Ausgangssignal mit hohem Pegel der empfangenden Schaltung 5 durchgeschaltet wurde, schließlich nur einen kleinen Strom i _DS durchlassen, der ausreicht, den Streustrom zu kompensieren, wodurch eine Erhöhung des Eingangssignalpegels der empfangenden Schaltung bewirkt wird. Sobald sich anschließend das Ausgangssignal der empfangenden Schaltung 5 auf den niedrigen Pegel geändert hat, sperrt der NMOS-Transistor 14 und schaltet der PMOS-Transistor 13 durch, was zur Folge hat, daß der Streustrom von der Gate-Elektrode des NMOS- Transistors 10 kompensiert werden kann, um dadurch das Eingangssignal der empfangenden Schaltung 5 auf einem hohem Pegel zu halten. Der PMOS-Transistor 13 und der NMOS-Transistor 14 erfüllen gleichfalls die Funktion der Klemmdioden 11 und 12. Wenn insbesondere das Eingangssignal der empfangenden Schaltung 5 einen niedrigen Pegel hat, kann dieser niedrige Pegel nicht unter die Energieversorgungsspannung V″ _SS fallen, da der NMOS-Transistor 14 durchgeschaltet ist und den Pegel von V″ _SS schließlich hält. Wie es im vorhergehenden beschrieben wurde, muß das Verhältnis W/L zwischen der Gate-Breite und der Gate- Länge des Transistors klein sein und muß der Drain-Strom i _DS begrenzt sein. Wenn somit die Transistoren 13 und 14 aufgrund eines zu kleinen Drain-Stromes i _DS die Klemmfunktion nicht in zufriedenstellender Weise erfüllen können, werden Klemmdioden 11 und 12 zusätzlich parallel zu den Transistoren 13 und 14 jeweils geschaltet, wie es durch eine gestrichelte Linie in Fig. 7 dargestellt ist. Aus dem obigen ist ersichtlich, daß dieses Ausführungsbeispiel der Erfindung die Eingangsspannung der empfangenden Schaltung hinsichtlich ihrer Änderung kompensieren kann, die durch einen Streustrom verursacht wird, der von einem Signal stammt, das sich über ein langes Zeitintervall nicht ändert.

Fig. 8 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Signalübertragungsschaltung, das wie das in Fig. 7 dargestellte Ausführungsbeispiel darauf gerichtet ist, eine fehlerhafte Arbeit der empfangenden Schaltung aufgrund eines Streustromes zu vermeiden. In Abhängigkeit von der Art des zu übertragenden Signales muß die übertragende/empfangende Schaltung nicht durchgehend und konstant arbeiten, sondern können diese Schaltungen ihren Betrieb nach der Datenübertragung unterbrechen. Bei einer solchen Anwendungsform ist ein Ausführungsbeispiel zweckmäßig, bei dem das Eingangspotential der empfangenden Schaltung zu einem gegebenen Zeitpunkt auf einen vorbestimmten Pegel gebracht wird. Ein zusätzlich vorgesehener NMOS- Transistor 15 liegt mit seiner Drain-Elektrode am Eingang der empfangenden Schaltung 5, mit seiner Source-Elektrode an der Energieversorgung V″ _SS und empfängt an seiner Gate-Elektrode ein Vorladesignal mit hohem Pegel zu einem Zeitpunkt außerhalb des Zeitintervalles für die Datemübertragung, um das Eingangssignal der empfangenden Schaltung 5 auf einen niedrigen Pegel zu ändern, indem der NMOS-Transistor durchgeschaltet wird. Da das Potential der Gate-Elektrode niedriger als das oder gleich dem Source-Potential ist, und der NMOS-Transistor 15 ohne ein Vorladesignal sperrt, kommt das Eingangssignal der empfangenden Schaltung 5 von einem niedrigen Pegel auf einen hohen Pegel, wenn sich das Ausgangssignal der übertragenden Schaltung 4 vom niedrigen Pegel auf den hohen Pegel ändert. Wenn andererseits sich das Ausgangssignal der übertragenden Schaltung 4 vom hohen Pegel auf den niedrigen Pegel ändert, wird das Eingangssignal der empfangenden Schaltung 5, das die Neigung hat, zum niedrigen Potential hin abzusinken, auf dem niedrigen Potential gehalten, da der NMOS-Transistor 15 durchgeschaltet ist. In dieser Weise erfüllt der NMOS-Transistor 15 auch die Funktion der Klemmdiode 12 bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel. Wenn jedoch die Klemmfunktion des Transistors 15 unzureichend ist, wird eine Diode 12 parallel zu den Source- und Drain-Elektroden des NMOS-Transistors 15 geschaltet. Eine Klemmdiode 11, wie sie bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel verwandt wurde, ist bei dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel nicht erforderlich.

Das Vorladesignal wird so erzeugt, wie es zum Beispiel im folgenden angegeben ist. Die Übertragung des Datensignals wird so gesteuert, daß sie synchron mit dem Taktsignal erfolgt, das für den Betrieb der logischen Schaltungen auf den Plättchen benutzt wird. Das Datensignal wird der übertragenden Schaltung über ein Signal geliefert, das eine Datenübertragung synchron mit dem Taktsignal anweist, und wird durch die empfangende Schaltung empfangen, so daß die Daten in einem Sperrglied oder Signalspeicher (Flip-Flop-Schaltung) synchron mit dem Datenübertragungssignal gespeichert werden. Da sich bei dieser Anordnung das Ausgangssignal der empfangenden Schaltung bei Fehlen des Datenübertragungssignals ändern kann, kann eine Schaltung verwandt werden, die durch das Datenübertragungssignal betätigt wird, um ein Signal zu erzeugen, das als Vorladesignal zu einem derartigen Zeitpunkt benutzt wird, daß das Datenübertragungssignal nicht überlagert wird. Wenn insbesondere das Vorladesignal an die Gate-Elektrode des NMOS-Transistors 15 vor der Übertragung des Datensignals anzulegen ist, kann auf eine Änderung des Ausgangssignals der übertragenden Schaltung 4 vom hohen Pegel auf den niedrigen Pegel der Eingang der empfangenden Schaltung vorgeladen werden, um den Pegel der Energieversorgung V″ _SS vor der Auslösung der Datenübertragung wiederzugewinnen, so daß die Klemmdiode 12 überflüssig wird. Bei einer derartigen Anordnung müssen natürlich die MOS-Transistoren eine ausreichend hohe Durchbruchspannung haben.

Statt des NMOS-Transistors 15, der bei dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel verwandt wird, wird bei dem in Fig. 9 dargestellten vierten Ausführungsbeispiel ein PMOS- Transistor 50 dazu verwandt, den Eingang der empfangenden Schaltung 5 auf einen hohen Pegel vorzuladen. Wie bei dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel erfüllt der PMOS-Transistor 50 gleichfalls eine Klemmfunktion. Wenn die Klemmfunktion unzureichend ist, kann eine Diode 11 wie die Diode 12 bei dem in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel parallel zur Source- und Drain-Elektrode des PMOS-Transistors 50 geschaltet werden. Die Arbeitsweise des in Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiels ist der Arbeitsweise des in Fig. 8 dargestellten Ausführungsbeispiel ähnlich, so daß sie nicht nochmals im einzelnen beschrieben wird.

Gemäß der Erfindung ist auf der Eingangsseite der empfangenden Schaltung ein parasitärer Kondensator gebildet und wird die Ausgangssignalamplitude der übertragenden Schaltung durch den Kopplungskondensator un den parasitären Kondensator geteilt, was zu einer Eingangssignalamplitude der empfangenden Schaltung führt, die kleiner als die Ausgangssignalamplitude der übertragenden Schaltung ist. Wenn daher die Energieversorgungsspannungen für die übertragende Schaltung und die empfangende Schaltung einander gleich sind, was anzeigt, daßV _DD - V _SS = V′ _DD - V′ _SS bei den Ausführungsbeispielen der Fig.1, 7, 8 und 9 ist, wird die Eingangssignalamplitude kleiner als die Energieversorgungsspannung. Der Klemmbereich der Klemmschaltung ist so festgelegt, daß er in den Bereich der Energieversorgungsspannung fällt und schmaler als der Bereich der Energieversorgungsspannung ist, so daß V″ _DD V′ _DD und V″ _SS V′ _SS ist, und der Inverter der empfangenden Schaltung arbeitet als Verstärker, um seine Ausgangssignalamplitude innerhalb des Bereiches von V′ _DD - V′ _SS zu ändern. Daher fließt ein zwar kleiner aber konstanter durchgehender Strom im Inverter der empfangenden Schaltung. Um das zu verhindern, kann die Energieversorgungsspannung der übertragenden Schaltung angehoben werden, um die Ausgangssignalamplitude der übertragenden Schaltung zu erhöhen.

Die Schaltung des fünften Ausführungsbeispiels der Erfindung, das in Fig. 10 dargestellt ist, ist darauf gerichtet, den Fluß des durchgehenden Stromes selbst dann anzuschließen, wenn die Eingangssignalamplitude der empfangenden Schaltung kleiner als die Energieversorgungsspannung ist (V′ _DD - V′ _SS). Die Eingangssignalspannung der empfangenden Schaltung 4 wird auf die Energieversorgungsspannung V′ _DD oder V′ _SS unter Verwendung eines PMOS-Transistors 16 mit einem großen Gate-Breiten zu Gate-Längen- Verhältnis W/L und eines NMOS-Transistors 17 mit einem großen Gate-Breiten zu Gate-Längen-Verhältnis W/L angehoben. Ein Eingangssignal, dessen Signalamplitude mit V _sig bezeichnet ist, liegt an einem Inverter 20, der aus einem PMOS-Transistor 18 mit einem großen Gate-Längen-Verhältnis W/L und einem NMOS-Transistor 19 mit einem kleinen Gate-Breiten zu Gate-Längen-Verhältnis W/L besteht und der eine logische Schwellenspannung V _TH20 hat, die um V′ _DD - V _sig/2 herum liegt, und an einem Inverter 23, der gleichfalls aus einem PMOS-Transistor 21 mit einem kleinen Gate-Breiten zu Gate-Längen-Verhältnis W/L und einem NMOS-Transistor 22 besteht und eine logische Schwellenspannung V _TH23 hat, die um V′ _SS + V _sig/2 herum liegt. Die obigen Spannungen V′ _DD, V′ _SS, V _sig, V _TH20 und V _{TH 23} stehen in einer Beziehung zueinander, wie es schematisch in Fig. 11 dargestellt ist. Die Inverter 24 und 29 haben logische Schwellenspannungen, die um (V′ _DD + V′ _SS)/2 herum liegen, und NOR-Glieder 25, 26, 27, 28 und 30 mit zwei Eingängen sind mit den Invertern 24 und 29 in der in Fig. 10 dargestellten Weise verbunden. Der Ausgang des NOR-Gliedes 28 entspricht dem Ausgang der empfangenden Schaltung. Die Bauelemente 24 bis 27, 29 und 30 bilden eine Schaltung zum Steuern der Gate-Elektroden der MOS-Transistoren 16 und 17.

Im folgenden wird die Arbeitsweise dieser Schaltung anhand des in Fig. 11 dargestellten Zeitdiagramms beschrieben. Wenn angenommen wird, daß der Eingangssignalpegel der empfangenden Schaltung zunächst V′ _SS beträgt, dann haben die Ausgangssignale der Inverter 20 und 23 beide einen hohen Pegel, liegt das Ausgangssignal des NOR-Gliedes 25 auf einem hohen Pegel, hat das Ausgangssignal des NOR-Gliedes 26 einen niedrigen Pegel, liegt das Ausgangssignal des Inverters 29 auf einem hohen Pegel, hat das Ausgangssignal des NOR-Gliedes 30 einen niedrigen Pegel und liegt das Ausgangssignal des NOR-Gliedes 28 auf einem hohen Pegel. Folglich sperren die PMOS-Transistoren 16 und 13 und der NMOS-Transistor 17 und ist der NMOS-Transistor 14 durchgeschaltet, um dadurch sicherzustellen, daß der Streustrom zum Halten des Eingangspotentials auf V′ _SS kompensiert wird. Wenn anschließend das Ausgangssignal der übertragenden Schaltung 4 auf einen hohen Pegel kommt und die Eingangsspannung der empfangenden Schaltung um V _sig von V′ _SS aus ansteigt, dann wird das Ausgangssignal des Inverters 23 auf den niedrigen Pegel umgekehrt. Dann kommt das Ausgangssignal des NOR-Gliedes 27 auf den hohen Pegel, kommt das Ausgangssignal des Inverters 29 auf den niedrigen Pegel und kommt das Ausgangssignal des NOR-Gliedes 28 auf den niedrigen Pegel, um dadurch das Ausgangssignal der empfangenden Schaltung umzukehren. Gleichzeitig sperrt der NMOS-Transistor 14 und schaltet der PMOS-Transistor 16 durch, um die Eingangsspannung der empfangenden Schaltung zur Energieversorgungsspannung V′ _DD anzuheben. Wenn die Eingangsspannung V′ _DD - V _sig/2 überschreitet, kommt auch das Ausgangssignal des Inverters 20 auf den niedrigen Pegel, so daß das Ausgangssignal des Inverters 24 auf einen hohen Pegel kommt, des Ausgangssignal des NOR-Gliedes 25 auf den niedrigen Pegel kommt, das Ausgangssignal des NOR-Gliedes 26 auf einen hohen Pegel kommt, das Ausgangssignal des NOR-Gliedes 27 auf den niedrigen Pegel kommt und das Ausgangssignal des Inverters 29 auf den hohen Pegel kommt, was dazu führt, daß der PMOS-Transistor 16 sperrt und der PMOS-Transistor 13 durchschaltet. Der Eingangsstreustrom wird daher durch den PMOS-Transistor 13 kompensiert.

Wenn umgekehrt das Ausgangssignal der übertragenden Schaltung 4 vom hohen Pegel auf den niedrigen Pegel kommt und die Eingangsspannung der empfangenden Schaltung um V _sig von V′ _DD aus abnimmt, wird das Ausgangssignal des Inverters 20 zunächst auf den hohen Pegel umgekehrt, so daß das Ausgangssignal des Inverters 24 auf den niedrigen Pegel kommt und die Ausgangssignale der NOR-Glieder 30 und 28 auf den hohen Pegel kommen. Das Ausgangssignal der empfangenden Schaltung wird in dieser Weise auf den hohen Pegel umgekehrt. Gleichzeitig sperrt der PMOS-Transistor 13 und schaltet der NMOS-Transistor 17 durch, um die Eingangsspannung der empfangenden Schaltung auf die Energieversorgungsspannung V′ _SS abzusenken. Wenn die Eingangsspannung unter V′ _SS - V _sig/2 fällt, kommt auch das Ausgangssignal des Inverters 23 auf den hohen Pegel, so daß das Ausgangssignal des NOR-Gliedes 25 auf den hohen Pegel kommt und die Ausgangssignale der NOR-Glieder 26 und 30 auf den niedrigen Pegel kommen, und somit der NMOS-Transistor 17 sperrt, während der NMOS-Transistor 14 durchschaltet. In dieser Weise wird der Eingangsstreustrom durch den NMOS-Transistor 14 kompensiert.

Die Transistoren 16 und 17 haben ein großes Verhältnis W/L, um die Eingangsspannung der empfangenden Schaltung schnell auf die Energieversorgungsspannung V′ _DD oder V′ _SS auf eine Umkehr des Ausgangssignals der übertragenden Schaltung hin anzuheben, und die Transistoren 13 und 14 haben ein kleines Verhältnis W/L, das zum Kompensieren des Streustromes geeignet ist. Bei der oben beschriebenen Arbeitsweise sind die zuletzt genannten Transistoren durchgeschaltet, während die zuerst genannten Transistoren sperren. Das in Fig. 10 dargestellte Ausführungsbeispiel erlaubt es somit, daß sich die Eingangsspannung der empfangenden Schaltung so ändert, wie es bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel der Fall ist.

Das in Fig. 12 dargestellte sechste Ausführungsbeispiel der Erfindung ist wie das in Fig. 10 dargestellte Ausführungsbeispiel darauf gerichtet, den Fluß des durchgehenden Stromes selbst dann auszuschalten, wenn die Eingangssignalamplitude der empfangenden Schaltung kleiner als die Energieversorgungsspannung (V′ _DD - V′ _SS) ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel sind ein PMOS-Transistor 31 und ein NMOS-Transistor 32, die die erste Stufe der empfangenden Schaltung bilden, mit ihren Gate- Elektroden 45 und 46 nicht miteinander verbunden, sondern zum Empfang jeweiliger Spannungen um die Schwellenspannungen des PMOS-Transistors 31 und des NMOS-Transistors 32 herum getrennt, damit diese Transistoren 31 und 32 nicht gleichzeitig durchgeschaltet werden. Dazu ist die Gate-Elektrode 45 in der dargestellten Weise mit Klemmdioden 33 und 34, einem PMOS-Transistor 37 zum Kompensieren des Streustromes und einem NMOS-Transistor 38 verbunden, so daß die Eingangsspannung an der Gate-Elektrode 45 in einen Bereich vonV′ _DD - ≦ΧεθβαθV _THP≦Χεθβαθ bis V′ _DD - ≦ΧεθβαθV _THP≦Χεθβαθ - V _sig fallen kann, wobei V _THP die Schwellenspannung des PMOS-Transistors 31 ist und V _sig die Eingangssignalamplitude bezeichnet. In ähnlicher Weise ist die Gate- Elektrode 46 in der dargestellten Weise mit Klemmdioden 35 und 36, einem PMOS-Transistor 39 zum Kompensieren des Streu- Stromes und einem NMOS-Transistor 40 verbunden, so daß die Eingangsspannung in einem Bereich von V′ _SS + V _THN bis V′ _SS + V _THN + V _sig fallen kann, wobei V _THN die Schwellenspannung des NMOS- Transistors 32 bezeichnet. Die Energieversorgungsspannungen V″′ _DD, V″′ _SS, V″″ _DD und V″″ _SS sind so gewählt, daß sie das oben erwähnete Festklemmen der Signalpegel an den Gate-Elektroden 45, 46 unterstützen. Ein Inverter aus einem PMOS-Transistor 41 und einem NMOS-Transistor 42 arbeitet als Pufferschaltung zum Betreiben einer Anzahl von Lasten. Ein Kopplungskondensator 43 ist mit einer kapazitiven Elektrode mit dem Ausgang der übertragenden Schaltung wie beim ersten bis fünften Ausführungsbeispiel verbunden, während die andere kapazitive Elektrode mit dem Eingang der empfangenden Schaltung verbunden und in zwei Unterelektroden unterteilt ist, von denen eine mit der Gate-Elektrode 45 verbunden ist, während die andere an der Gate-Elektrode 46 liegt. Der Anschluß des Kopplungskondensators 43 kann so abgewandelt werden, wie es in den Fig. 13 und 14 dargestellt ist. Bei der in Fig. 13 dargestellten Abwandlungsform ist derselbe Kopplungskondensator 3 wie beim ersten bis fünften Ausführungsbeispiel vorgesehen und mit seiner kapazitiven Elektrode auf der Eingangsseite der empfangenden Schaltung direkt mit der Gate-Elektrode 45 und über einen Kondensator 47, der am Plättchen augebildet ist, auch mit der Gate-Elektrode 46 verbunden. Bei der anderen in Fig. 14 dargestellten Abwandlungsform ist der Kopplungskondensator 3 direkt mit der Gate-Elektrode 46 und über den Kondensator 47 mit der Gate-Elektrode 45 verbunden.

Wenn das Ausgangssignal bei 44 der übertragenden Schaltung niedrig ist, werden während des Betriebes die Spannungen an den Gate-Elektroden 45 und 46 der empfangenden Schaltung jeweils gleich V′ _DD - ≦ΧεθβαθV _THP≦Χεθβαθ - V _sig und V′ _SS + V _THN, um den PMOS- Transistor 31 durchzuschalten und den NMOS-Transistor 32 zu sperren und damit den Fluß eines durchgehenden Stromes zu verhindern. Wenn in ähnlicher Weise das Ausgangssignal 44 der übertragenden Schaltung einen hohen Pegel hat, werden die Spannungen an den Gate-Elektroden 45 und 46 der empfangenden Schaltung gleich V′ _DD - ≦ΧεθβαθV _THP≦Χεθβαθ und gleich V′ _SS + V _THN + V _sig jeweils, so daß der PMOS-Transistor 31 sperrt und der NMOS-Transistor 32 durchschaltet und damit das Fließen eines durchgehenden Stromes verhindert wird.

Es versteht sich, daß dann, wenn die MOS-Transistoren 37 bis 40 eine ausreichende Klemmfunktion haben, die Klemmdioden 33 bis 36 fehlen können, wie es bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel der Fall ist.

Fig. 15 zeigt eine Draufsicht auf ein Plättchen, das Signalübertragungsschaltungen gemäß des ersten bis sechsten Ausführungsbeispiels trägt, und Fig. 16 zeigt eine Schnittansicht längs der Linie 16-16 in Fig. 15. Eine elektrische Schaltung mit Schichtaufbau, bei der die erfindungsgemäße Ausbildung anwendbar ist, ist so aufgebaut, daß Plättchen übereinander geschichtet sind, wie es in Fig. 15 und 16 dargestellt ist. Die Plättchen enthalten ein Halbleitersubstrat 101 mit einer oberen Außenfläche, in der eine große Anzahl von Gruppen von übertragenden Schaltungen 102 und empfangenden Schaltungen 103 ausgebildet ist und an die sich eine Schicht anschließt, die kapazitive Elektroden 104 und Verdrahtungen 106 enthält, und mit einer unteren Außenfläche, die sich an eine Schicht anschließt, die die kapazitiven Elektroden 105 und Verdrahtungen 107 enthält. Die oberen Bauteile sind in der erforderlichen Weise mit den unteren Bauteilen über elektrisch leitende Bereiche 108 verbunden, die sich durch das Substrat 101 erstrecken. Die Gruppen von übertragenden Schaltungen 102 und empfangenden Schaltungen 103 sind nahe am Rand eines logischen Schaltungsteils 109 angeordnet. Die Gruppen von übertragenden Schaltungen 102 und empfangenden Schaltungen 103 und die kapazitiven Elektroden 104 können auch im logischen Schaltungsteil 109 verteilt sein. Die elektrisch leitenden Bereiche 108 sind mit dem bekannten selektiven Diffusionsverfahren, das in der JP OS 2 662/81 beschrieben ist, dem Verfahren der Thermowanderung, das in IEEE, Trans. Computer Bd. C-33, Nr. 1, Januar 1984, Seite 69 bis 81 beschrieben ist, oder durch Bohren von durchgehenden Löchern in das Plättchensubstrat ausgebildet, ein Verfahren, das in der JP OS 2 22 954/84 beschrieben ist. Eine Vielzahl von Plättchen, von denen jedes Signalübertragungsschaltungen trägt, wie es in Fig. 15 und 16 dargestellt ist, wird übereinander angeordnet, wie es in Fig. 17 beispielsweise gezeigt ist, in der die Plättchen 110 und isolierende Zwischenschichten 111 mit hoher Dielektrizitätskonstanten dargestellt sind. Die Darstellung von Fig. 17 ist eine Teilschnittansicht, um die Signalübertragung zwischen den Plättchen zu zeigen. Für eine Signalübertragung vom oberen Plättchen zum unteren Plättchen wird ein Ausgangssignal von einer übertragenden Schaltung 102 am oberen Plättchen über die Verdrahtung 106, den elektrisch leitenden Bereich 108 und die Verdrahtung 107 zu einer kapazitiven Elektrode 105 geleitet, und wird dann ein Signal von der kapazitiven Elektrode 104 am unteren Plättchen, die zusammen mit der kapazitiven Elektrode 105 einen Kopplungskondensator bildet, über eine Verdrahtung 106 einer empfangenden Schaltung 103 zugeführt. In ähnlicher Weise wird für eine Signalübertragung vom unteren Plättchen auf ein oberes Plättchen ein Ausgangssignal von einer übertragenden Schaltung 107 am unteren Plättchen über eine Verdrahtung 106 zur kapazitiven Elektrode 104 geführt und wird anschließend ein Signal von einer kapazitiven Elektrode 105 am oberen Plättchen, die zusammen mit der kapazitiven Elektrode 104 einen Kopplungskondensator bildet, über die Verdrahtung 107, den elektrisch leitenden Bereich 108 und die Verdrahtung 106 empfangenden Schaltung 103 zugeführt. Um eine Signalübertragung zwischen nur zwei Plättchen zu bewirken, kann bei beiden Plättchen auf die elektrisch leitenden Bereiche 108, die durch das Halbleitersubstrat 101 hindurch gehen, die Verdrahtungen 107 und die kapazitiven Elektroden 105 in der Schicht, die sich an die untere Außenfläche des Halbleitersubstrats 101 anschließt, verzichtet werden, da eine kapazitive Elektrode 104 des einen Plättchens in der Schicht, die sich an die obere Außenfläche des Halbleitersubstrats 101 anschließt, die übertragende und empfangende Schaltungen 102 und 103 aufweist, einer kapazitiven Elektrode 104 des anderen Plättchens zur Bildung eines Kopplungskondensators dadurch gegenüber angeordnet werden kann, daß das zuletzt genannte Plättchen umgedreht angeordnet wird.

Plättchen mit großem Enrgieverbrauch, die gekühlt werden müssen, werden so übereinander angeordnet, wie es beispielsweise in Fig. 18 dargestellt ist. Eine Verbindungsplatte 112, die auch als Wärmeabstrahl- oder Kühlkörper zum Kühlen der Plättchen dient, ist an einer oberen Außenfläche mit kapazitiven Elektroden 113 versehen, die zusammen mit kapazitiven Elektroden 105 Kopplungskondensatoren bilden, wobei die untere Außenfläche mit kapazitiven Elektroden 114 versehen ist, die zusammen mit kapazitiven Elektroden 104 Kopplungskondensatoren bilden. Die oberen kapazitiven Elektroden 113 sind mit den unteren kapazitiven Elektroden 114 über Leiter 115 verbunden. Bei diesem Beispiel ist somit der Kopplungskondensator, der von den kapazitiven Elektroden 105 und 113 gebildet wird, in Reihe mit dem Kopplungskondensator geschaltet, der von den kapazitiven Elektroden 104 und 114 gebildet wird, um einen sich daraus ergebenden Endkopplungskondensator zu bilden.

Fig. 19 zeigt ein siebtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Signalübertragungsschaltung. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden zwei Kopplungskondensatoren 51 und 52 dazu verwandt, ein Differentialausgangssignal zu übertragen. Eine Differentialübertragungsschaltung 53 umfaßt PMOS-Transistoren 53 und 57 und NMOS-Transistoren 56 und 58. Diese Transistoren sind so geschaltet, daß sie zwei Stufen von in Kaskade angeordneten Invertern bilden, wobei jeder Inverter der Übertragungsschaltung 4 bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen entspricht. Der Ausgang jedes Inverters ist mit einer Elektrode eines von zwei Paaren von kapazitiven Elektroden verbunden. Eine Differentialempfangsschaltung 54 umfaßt PMOS-Transistoren 59 und 61 und NMOS-Transistoren 60 und 62. Die NMOS- Transistoren 60 und 62 sind mit ihren Gate-Elektroden so geschaltet, daß sie Differentialsignale empfangen, die von der anderen Elektrode jedes der beiden Paare von kapazitiven Elektroden stammen, wobei beide Source-Elektroden mit der Energieversorgung V′ _SS und die Drain-Elektroden jeweils mit den Drain- Elektroden der PMOS-Transistoren 59 und 61 verbunden sind, um einen Ausgang und einen invertierenden Ausgang jeweils zu bilden. Die PMOS-Transistoren 59 und 61 sind mit ihren Gate-Elektroden mit dem invertierenden Ausgang und dem Ausgang verbunden, wobei ihre Source-Elektroden beide an der Energieversorgung V′ _DD liegen. PMOS-Transistoren 63 und 65 und NMOS- Transistoren 64 und 66 können wie die Transistoren 13 und 14bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel zwei Eingangsspannungen für die Differentialempfangsschaltung 54 halten und die Eingangssignalpegel festklemmen, wobei diese Transistoren in Form von zwei Stufen von Klemmschaltungen geschaltet sind, von denen jede der Klemmschaltung von Fig. 7 entspricht. Die Source-Elektroden der PMOS-Transistoren 63 und 65 sind jedoch mit der Energieversorgung V″ _DD verbunden, deren Spannung nicht nur unter V _DD sondern auch unter V′ _DD liegt, so daß der Eingangssignalpegel auf eine niedrigere Spannung als die Energieversorgungsspannung V′ _DD geklemmt werden kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden Signale entgegengesetzter Phase über zwei Kopplungskondensatoren übertragen, im Grunde ist jedoch die Arbeitsweise dieses Ausführungsbeispiels die gleiche wie bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel. Die übertragende/empfangende Schaltung bei diesem Ausführungsbeispiel arbeitet differentiell und die Signalamplitude kann verglichen mit dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel als im wesentlichen verdoppelt angesehen werden. Das hat den Vorteil, das selbst dann, wenn die Ausgangssignalamplitude der übertragenden Schaltung durch den Kopplungskondensator geteilt wird, und der parasitäre Kondensator auf der Eingangsseite der empfangenden Schaltung gebildet ist, um dadurch die Eingangssignalamplitude der empfangenden Schaltung herabzusetzen, ein großer Arbeitsspielraum erhalten werden kann. Faktisch führt die Anwendung eines differentiellen Betriebs bei dem in Fig. 7 dargestellten Ausführungsbeispiel zu dem in Fig. 19 dargestellten Ausführungsbeispiel. Der differentielle Betrieb kann jedoch ersichtlich auch bei den anderen Ausführungsbeispielen angewandt werden.

Wie es oben beschrieben wurde, erfolgt die Signalübertragung gemäß der Erfindung zwischen den übereinander angeordneten elektrischen Schaltungen über den Kopplungskondensator, so daß ein fehlerhafter oder mangelnder Kontakt zwischen den Elektroden nicht auftritt, was bei der herkömmlichen Schaltung der Fall ist. Dadurch daß der Eingangswiderstand der empfangenden Schaltung nahezu unendlich groß ist, kann darüberhinaus die übertragende Wellenform direkt über den Kopplungskondensator empfangen werden, ohne von einer Schaltung mit einer relativ großen Zeitverzögerung wie beispielsweise einer Flip-Flop-Schaltung Gebrauch zu machen, so daß die Geschwindigkeit der Signalübertragung erhöht werden kann. Da weiterhin die Signalübertragung nicht immer differentiell sein muß, kann die Anzahl der kapazitiven Elektroden halbiert werden, um die Kapazität der Mehrstiftkopplung zu erhöhen.

Claims

1. Signalübertragungsschaltung für eine aus mehreren übereinander angeordneten Schichten aufgebaute elektrische Schaltung, die aus einer Vielzahl von plattenartigen elektrischen Schaltungsbaugruppen besteht, von denen jede wenigstens eine interne elektrische Schaltung aufweist und die übereinander geschichtet sind, um Signale zwischen den elektrischen Schaltungen in zwei benachbarten gewünschten elektrischen Schaltungsbaugruppen zu übertragen, gekennzeichnet durch wenigstens eine erste Elektrode, die in der Nähe der Außenfläche einer ersten Baugruppe (1) der beiden benachbarten elektrischen Schaltungsbaugruppen angeordnet ist, wenigstens eine zweite Elektrode, die in der Nähe der Außenfläche einer zweiten Baugruppe (2) der beiden benachbarten elektrischen Schaltungsbaugruppen so angeordnet ist, daß sie der ersten Elektrode gegenüberliegt, wobei die erste und die zweite Elektrode einen Kopplungskondensator (3) bilden, eine übertragende Schaltungseinrichtung (4), die in der ersten Baugruppe (1) angeordnet ist und mit ihrem Ausgang mit der ersten Elektrode verbunden ist und mit ihrem Eingang so geschaltet ist, daß sie ein Ausgangssignal von der elektrischen Schaltung empfängt, die in der ersten Baugruppe (1) enthalten ist, um die erste Elektrode nach Maßgabe des Ausgangssignals dieser elektrischen Schaltung zu beaufschlagen, und eine empfangende Schaltungseinrichtung (5), die in der zweiten Baugruppe (2) vorgesehen ist und ihrem Eingang mit der zweiten Elektrode und mit ihrem Ausgang mit einem Eingang der elektrischen Schaltung verbunden ist, die in der zweiten Baugruppe (2) vorgesehen ist, um ein Ausgangssignal nach Maßgabe des Eingangssignals an der zweiten Elektrode zu erzeugen, wobei die empfangende Schaltungseinrichtung eine hohe Eingangsimpedanz und eine Klemmeinrichtung (6) aufweist, die den Pegel des an der zweiten Elektrode erzeugten Eingangssignals auf einen Wert innerhalb einer bestimmten Eingangssignalamplitude für die empfangende Schaltungseinrichtung (5) begrenzt.

2. Signalübertragungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmeinrichtung (6) einen PMOS-Transistor (13), an dessen Source-Elektrode eine Spannung liegt, die einem vorbestimmten hohen Pegel des Eingangssignals an der empfangenden Schaltungseinrichtung (5) entspricht, dessen Drain-Elektrode mit dem Eingang der empfangenden Schaltungseinrichtung (5) verbunden ist und dessen Gate-Elektrode am Ausgang der empfangenden Schaltungseinrichtung (5) liegt, und einen NMOS-Transistor (14) umfaßt, an dessen Source-Elektrode eine Spannung liegt, die einem bestimmten niedrigen Pegel des Eingangssignals an der empfangenden Schaltungseinrichtung (5) entspricht, dessen Drain-Elektrode mit dem Eingang der empfangenden Schaltungseinrichtung (5) verbunden ist und dessen Gate- Elektrode mit dem Ausgang der empfangenden Schaltungseinrichtung (5) verbunden ist, so daß ein Streustrom durch den Eingang der empfangenden Schaltungseinrichtung (5) kompensiert wird.

3. Signalübertragungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die empfangende Schaltungseinrichtung (5) einen CMOS-Inverter umfaßt.

4. Signalübertragungsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode so ausgebildet ist, daß ein zweiter Kopplungskondensator gebildet ist, der elektrisch mit dem ersten Kopplungskondensator verbunden ist, und die empfangende Schaltungseinrichtung (5) Einrichtungen einschließlich eines PMOS-Transistors (31) und eines NMOS-Transistors (32), deren Source-Elektroden jeweils mit einem Ausgang einer Energiequelle für die empfangende Schaltungseinrichtung (5) verbunden sind, deren Drain-Elektroden zusammen geschaltet sind, um den Ausgang der empfangenden Schaltungseinrichtung (5) zu bilden, und deren Gate-Elektroden jeweils mit dem ersten und dem zweiten Kopplungskondensator verbunden sind, und Einrichtungen umfaßt, die den Pegel der Eingangssignale im ersten und zweiten Kopplungskondensator um die Schwellenspannungen des PMOS-Transistors (31) und des NMOS-Transistors (32) herum festlegen.

5. Signalübertragungsschaltung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine dritte Elektrode, die in der Nähe der Außenfläche der ersten Baugruppe (1) angeordnet ist, und eine vierte Elektrode, die in der Nähe der Außenfläche der zweiten Baugruppe (2) so angeordnet ist, daß sie der dritten Elektrode gegenüberliegt, wobei die dritte und die vierte Elektrode einen zweiten Kopplungskondensator bilden, die übertragende Schaltungseinrichtung (4) eine Differentialübertragungsschaltung (53) aufweist, deren Ausgänge jeweils mit der ersten und der dritten Elektrode verbunden sind und die auf ein Ausgangssignal von der elektrischen Schaltung anspricht, die in der ersten Baugruppe (1) vorgesehen ist, um differentiell die erste und die dritte Elektrode zu beaufschlagen, die empfangende Schaltungseinrichtung (5) eine Differentialempfangsschaltungseinrichtung (54) aufweist, deren Eingänge jeweils mit der zweiten und der vierten Elektrode verbunden sind und die auf die Differentialeingangssignale an der zweiten und vierten Elektrode, anspricht, um Ausgangssignale zu erzeugen, und die Klemmeinrichtung (6) eine Differentialsignalklemmeinrichtung aufweist, um die jeweiligen Pegel der Differentialsignaleingangssignale auf Werte innerhalb jeweiliger bestimmter Eingangssignalamplituden für die Differentialempfangsschaltungseinrichtung (54) zu begrenzen.

6. Signalübertragungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmeinrichtung (6) einen PMOS-Transistor (50) umfaßt, an dessen Source- Elektrode eine Spannung liegt, die einem vorbestimmten hohen Pegel des Eingangssignals der empfangenden Schaltungseinrichtung (5) entspricht und dessen Drain-Elektrode mit dem Eingang der empfangenden Schaltungseinrichtung (5) verbunden ist, wobei der PMOS-Transistor (50) vor der Signalübertragung durchgeschaltet wird, um die Eingangsspannung der empfangenden Schaltungseinrichtung (5) auf den vorbestimmten hohen Pegel zu setzen.

7. Signalübertragungsschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die empfangende Schaltungseinrichtung (5) einen CMOS-Inverter umfaßt.

8. Signalübertragungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmeinrichtung (6) einen NMOS-Transistor (15) umfaßt, an dessen Source-Elektrode eine Spannung liegt, die einem bestimmten niedrigen Pegel des Eingangssignals der empfangenden Schaltungseinrichtung (5) entspricht, und dessen Drain-Elektrode mit dem Eingang der empfangenden Schaltungseinrichtung (5) verbunden ist, wobei der NMOS-Transistor (15) vor der Signalübertragung durchgeschaltet wird, um die Eingangsspannung der empfangenden Schaltungseinrichtung (5) auf den vorbestimmten niedrigen Pegel zu setzen.

9. Signalübertragungsschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die empfangende Schaltungseinrichtung (5) einen CMOS-Inverter umfaßt.

10. Signalübertragungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die empfangende Schaltungseinrichtung (5) einen CMOS-Inverter umfaßt.

11. Signalübertragungsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Elektrode so ausgestaltet ist, daß ein zweiter Kopplungskondensator (47) gebildet ist, der elektrisch mit dem ersten Kopplungskondensator (3) verbunden ist, und die empfangende Schaltungseinrichtung (5) Einrichtungen einschließlich eines PMOS-Transistors (31) und eines NMOS-Transistors (32), deren Source-Elektroden jeweils mit einem Ausgang einer Energiequelle für die empfangende Schaltungseinrichtung (5) verbunden sind, deren Drain- Elektroden zusammengeschaltet sind, um den Ausgang der empfangenden Schaltungseinrichtung (5) zu bilden, und deren Gate- Elektoden (45, 46) jeweils mit dem ersten und dem zweiten Kopplungskondensator (3, 47) verbunden sind, und Einrichtungen umfaßt, die dem Pegel der Eingangssignale im ersten und zweiten Kopplungskondensator auf einen Wert um die Schwellenspannungen des PMOS-Transistors (31) und des NMOS-Transistors (32) herum setzen.

12. Signalübertragungsschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kopplungskondensator dadurch gebildet ist, daß die zweite Elektrode in zwei Unterelektroden unterteilt ist, wobei eine der beiden Unterelektroden mit einem Teil der ersten Elektrode zur Bildung des ersten Kopplungskondensators (3) gekoppelt ist, während die andere der beiden Unterelektroden mit einem Teil der ersten Elektrode zur Bildung des zweiten Kopplungskondensators gekoppelt ist.

13. Signalübertragungsschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kopplungskondensator durch einen Kondensator gebildet ist, der an der zweiten elektrischen Baugruppe (2) augebildet und elektrisch mit der zweiten Elektrode verbunden ist.

14. Signalübertragungsschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine dritte Elektrode.

15. Signalübertragungsschaltung für eine aus mehreren übereinander angeordneten Schichten aufgebaute elektrische Schaltung aus einer Vielzahl von plattenartigen elektrischen Schaltungsbaugruppen mit jeweils wenigstens einer internen elektrischen Schaltung, die übereinander angeordnet sind, um Signale zwischen den elektrischen Schaltungen zu übertragen, die in zwei gewünschten benachbarten elektrischen Schaltungsbaugruppen vorgesehen sind, gekennzeichnet durch wenigstens eine erste Elektrode, die nahe der Außenfläche einer ersten Baugruppe (1) der beiden benachbarten elektrischen Schaltungsbaugruppen angeordnet ist, eine zweite Elektrode, die in der Nähe der Außenfläche der zweiten Baugruppe (2) der beiden benachbarten elektrischen Schaltungsbaugruppen so angeordnet ist, daß sie der ersten Elektrode gegenüberliegt, wobei die erste und die zweite Elektrode einen ersten Kopplungskondensator (3) bilden, eine übertragende Schaltungseinrichtung (4), die in der ersten Baugruppe (1) angeordnet ist und mit ihrem Ausgang mit der ersten Elektrode verbunden ist und mit ihrem Eingang so geschaltet ist, daß sie ein Ausgangssignal von der elektrischen Schaltung empfängt, die in der ersten Baugruppe (1) vorgesehen ist, um die erste Elektrode nach Maßgabe des Ausgangssignals dieser elektrischen Schaltung zu beaufschlagen, und eine empfangende Schaltungseinrichtung (5), die in der zweiten Baugruppe (2) angeordnet ist und mit ihrem Eingang mit der zweiten Elektrode und mit ihrem Ausgang mit einem Eingang der elektrischen Schaltung verbunden ist, die in der zweiten Baugruppe (2) vorgesehen ist, um ein Ausgangssignal nach Maßgabe des Eingangssignals an der zweiten Elektrode zu erzeugen, wobei die empfangende Schaltungseinrichtung (5) eine die Spannung herauf- und heruntersetzende Einrichtung (16, 17) mit hoher Eingangsimpedanz aufweist, die bei Anliegen einer bestimmten ersten und zweiten Energieversorgungsspannung so arbeitet, daß sie den Eingangssignalpegel der empfangenden Schaltungseinrichtung (5) auf die erste Energieversorgungsspannung anhebt, wenn das Eingangssignal an der zweiten Elektrode einen hohen Pegel hat, und den Eingangssignalpegel der empfangenden Schaltung (5) auf die zweite Energieversorgungsspannung heruntersetzt, wenn das Eingangssignal einen niedrigen Pegel hat.

16. Signalübertragungsschaltung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die empfangende Schaltungseinrichtung (5) weiterhin einen ersten Inverter (20) mit hoher Eingangsimpedanz und einem Schwellenwert, der unter dem Potential liegt, das an der zweiten Elektrode entwickelt wird, wenn das Eingangssignal an der zweiten Elektrode einen hohen Pegel hat, einen zweiten Inverter (23) mit hoher Eingangsimpedanz und einem Schwellenwert, der über dem Potential liegt, das sich an der zweiten Elektrode entwickelt, wenn das Eingangssignal an der zweiten Elektrode einen niedrigen Pegel hat, eine Einrichtung, die auf die Ausgangssignale des ersten und zweiten Inverters (20, 23) anspricht und die die Spannung herauf- und heruntersetzenden Einrichtungen (16, 17) so steuert, daß dann, wenn das Eingangssignal an der zweiten Elektrode einen hohen Pegel hat, der Eingangssignalpegel der empfangenden Schaltungseinrichtung (5) auf die erste Energieversorgungsspannung heraufgesetzt wird, und dann, wenn das Eingangssignal an der zweiten Elektrode einen niedrigen Pegel hat, der Eingangssignalpegel der empfangenden Schaltungseinrichtung (5) auf die zweite Energieversorgungsspannung heruntergesetzt wird, und Einrichtungen (13, 14) umfaßt, die zwischen den Eingang des ersten und zweiten Inverters (20, 23) und eine der beiden Energieversorgungsspannungen geschaltet sind, um den Streustrom durch die Eingänge des ersten und zweiten Inverters (20, 23) zu kompensieren.

17. Aus mehreren übereinander angeordneten Schichten aufgebaute elektrische Schaltung, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von plattenartigen elektrischen Schaltungsbaugruppen (110), von denen jede wenigstens eine interne elektrische Schaltung aufweist und die übereinander angeordnet sind, wenigstens eine erste Elektrode (104), die in der Nähe der Außenfläche einer ersten Baugruppe von zwei benachbarten gewünschten elektrischen Schaltungsbaugruppen (110) vorgesehen ist, eine zweite Elektrode (105), die in der Nähe der Außenfläche der zweiten Baugruppe der beiden benachbarten elektrischen Schaltungsbaugruppen (110) der ersten Elektrode gegenüber angeordnet ist, wobei die erste und die zweite Elektrode einen Kopplungskondendator bilden, eine übertragende Schaltungseinrichtung (102), die in der ersten Baugruppe angeordnet ist und deren Ausgang mit der ersten Elektrode verbunden ist und deren Eingang so geschaltet ist, daß er ein Ausgangssignal von der elektrischen Schaltung empfängt, die in der ersten Baugruppe vorgesehen ist, um die erste Elektrode nach Maßgabe des Ausgangssignals dieser elektrischen Schaltung zu beaufschlagen, und eine empfangende Schaltungseinrichtung (103), die in der zweiten Baugruppe angeordnet ist und mit ihrem Eingang mit der zweiten Elektrode (105) und mit ihrem Ausgang mit einem Eingang der elektrischen Schaltung verbunden ist, die in der zweiten Baugruppe vorgesehen ist, um ein Ausgangssignal nach Maßgabe des Eingangssignals an der zweiten Elektrode (105) zu erzeugen, wobei die empfangende Schaltungseinrichtung (103) eine hohe Eingangsimpedanz und eine Klemmeinrichtung aufweist, um den Pegel des Eingangssignals an der zweiten Elektrode (105) auf einen Wert innerhalb einer bestimmten Eingangssignalamplitude für die empfangende Schaltungseinrichtung (103) zu begrenzen.

18. Elektrische Schaltung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine Isolierschicht (111) mit einer hohen Dielelektrizitätskonstanten, die zwischen der ersten und der zweiten Baugruppe (110) angeordnet ist.

19. Elektrische Schaltung nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch eine Platte (112), die zwischen der ersten und der zweiten Baugruppe (110) angeordnet ist und als Wärmeableitkörper wirkt, wobei die Platte (112) an einer Außenfläche nahe der ersten Baugruppe eine dritte Elektrode (113), die der ersten Elektrode (104) gegenüberliegt, und an der anderen Außenfläche nahe der zweiten Baugruppe eine vierte Elektrode (114) aufweist, die der zweiten Elektrode (105) gegenüberliegt, wobei die dritte und die vierte Elektrode (113, 114) über die Platte (112) elektrisch miteinander verbunden sind.