DE3627681A1 - Ausgangsschaltung - Google Patents
AusgangsschaltungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Ausgangsschaltung mit
CMOS-VLSI-Aufbau und insbesondere eine CMOS-Ausgangsschaltung,
die für eine Hochgeschwindigkeits-Signalübertragung
zwischen den Chips eines Multichip-Moduls geeignet ist.
Aufgrund der Fortentwicklung der Transistoreigenschaften
hat eine CMOS-Ausgangsschaltung im Vergleich
zur charakteristischen Impedanz bzw. dem Wellenwiderstand
einer Übertragungsleitung in einer gedruckten Schaltung
einen niedrigen Ausgangswiderstandswert, um die Ansteuerfähigkeit
zu verbessern. Die CMOS-Eingangsschaltung mit
einer hohen Eingangsimpedanz erzeugt andererseits auf der
Übertragungsleitung ein Reflexionsrauschen (reflection
noise). Es ist notwendig, das Empfangen von Signalen zu
halten, bis dieses Reflexionsrauschen verschwindet, wodurch
eine große zeitliche Verzögerung der Signalausbreitung
hervorgerufen wird. Als Maßnahme dagegen ist eine
Schaltung vorstellbar, die in die Eingangsschaltung eingefügt
ist, um ein Überschwingen zu "absorbieren", wie
sie in der japanischen Druckschrift JP-A-59-2 08 771 dargestellt
ist. Soll jedoch ein wirklich reines Übertragungssignal
erhalten werden, ist ein angepaßter Abschluß der
Übertragungsleitung erforderlich. Eine herkömmliche bipolare
LSI-Schaltung ist am Empfangsende der Übertragungsleitung
mit einem Abschlußwiderstand versehen, um eine
Hochgeschwindigkeits-Signalübertragung zuzulassen. Da
bei diesem System jedoch am Abschlußwiderstand ein großer
Leistungsverbrauch auftritt, würde seine Anwendung auf
eine CMOS-LSI-Schaltung im Verlust des größten Vorteils
der CMOS-Schaltung resultieren, der im geringen Leistungsverbrauch
liegt.
In einem System mit einem Abschlußwiderstand am Sendeende
einer Übertragungsleitung wird andererseits die
Packungsdichte verringert, wenn der Abschlußwiderstand
außerhalb des Chips montiert wird, wodurch der Vorteil
der hohen Integration der CMOS-LSI-Schaltung negativ beeinflußt
wird. Obwohl die Ausbildung des Abschlußwiderstands
im Chip empfehlenswert ist, schlägt sich diese
Maßnahme in einer großen Produktschwankung des Bauelements
nieder, so daß sich das Problem der Anpassung des
Abschlusses stellt.
In der am 5. Juli 1984 veröffentlichten internationalen
Anmeldung Nr. WO 84/02 620 ist eine Schaltung offenbart, in
der die Reflexion des Reflexionssignals vom Empfangsende
am Sendeende verhindert wird, indem die Ausgangsimpedanz
der Ausgangsschaltung im wesentlichen gleich dem Wellenwiderstand
der Übertragungsleitung gemacht wird. Bei dem
Verfahren, bei dem die Ausgangsimpedanz der Ausgangsschaltung
an die Stelle des Abschlußwiderstandes gesetzt wird,
verursachen jedoch die Produktionsschwankungen des Bauelements
Schwankungen der Ausgangsimpedanz von annähernd
±50%, so daß die Anwendung dieses Verfahrens keine ausreichende
Maßnahme für die Absorption des Reflexionssignals
bildet.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung liegt darin,
eine Ausgangsschaltung anzugeben, mit der die dem Stand
der Technik anhaftenden Nachteile zumindest teilweise
überwunden werden. Insbesondere soll mit einer erfindungsgemäßen
CMOS-Ausgangsschaltung mit einem Abschluß
am Sendeende eine Hochgeschwindigkeits-Signalübertragung
mit geringer Leistung möglich sein.
Die erfindungsgemäße Ausgangsschaltung weist zusätzlich
eine Schaltung auf, die die Schwankungen im Ausgangswiderstand
gegen die Produktionsschwankungen des Bauelements
oder die Schwankungen in der Versorgungsspannung
oder Temperatur kompensiert, damit ein Signal mit etwa
der halben Amplitude des Ausgangssignals immer an die
Übertragungsleitung angelegt werden kann, wenn diese
mit der Ausgangsschaltung verbunden ist, um das Ausgangssignal
zu schalten. Auf diese Weise pflanzt sich eine
einfallende Welle mit einer Amplitude, die halb so groß
wie die des Ausgangssignals der Ausgangsschaltung ist,
vom Sendeende der Übertragungsleitung aus fort und wird
am offenem Empfangsende reflektiert. (Man erhält damit
die Signalamplitude der Ausgangsschaltung am Empfangsende.)
Die reflektierte Welle kehrt zum Sendeende zurück,
so daß die Signalamplitude am Sendeende gleich der der
Ausgangsschaltung wird, womit die Signalreflexion am sendeseitigen
Ende verhindert wird.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden
unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen beschrieben.
In den Zeichnungen zeigen
Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen
Ausgangsschaltung;
Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Steuerschaltung für die
Überwachung des Drain-Stroms eines Transistors
und die Veränderung der Gate-Breite eines Ausgangstransistors;
Fig. 3 ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform
einer Ausgangsschaltung;
Fig. 4 ein Schaltbild eines Beispiels eines Differentialverstärkers,
wie er in der erfindungsgemäßen Ausgangsschaltung
Verwendung findet; und
Fig. 5, 6 und 7 Blockdiagramme weiterer Ausführungsformen
der Ausgangsschaltung.
Fig. 1 ist ein Schaltbild, das ein Ausführungsbeispiel
der Ausgangsschaltung zeigt.
Nach dieser Ausführungsform werden die Transistoreigenschaften
gesteuert, indem sie so überwacht werden, daß
der Wert des Ausgangswiderstands der Ausgangsschaltung
an den Wellenwiderstand der Übertragungsleitung angepaßt
ist. Der Wert des Ausgangswiderstands ist als die Änderung
im Signalpotential an einem Ausgangsanschluß geteilt
durch den in einem Widerstand fließenden Strom gegeben,
wenn ein Anschluß des Widerstands mit demselben Wert
wie der Wellenwiderstand der Übertragungsleitung mit dem
Ausgangsanschluß, und sein anderer Anschluß mit einem
Potential auf einem dem Ausgang entgegengesetzten Signalpegel
verbunden ist. Ist der Ausgangswiderstand der Ausgangsschaltung
an den Wellenwiderstand der Übertragungsleitung
angepaßt, wird ein Signal mit einer Amplitude,
die der halben Signalamplitude der Ausgangsschaltung entspricht,
an die Übertragungsleitung angelegt, wenn das
Signal der Ausgangsschaltung geschaltet wird. Nach diesem
Ausführungsbeispiel wird der Ausgangswiderstand entsprechend
der Gate-Breite des Ausgangstransistors eingestellt.
In Fig. 1 bezeichnen die Bezugsziffern 1, 6 einen
p-Kanal-MOS-Ausgangstransistor bzw. einen n-Kanal-MOS-
Ausgangstransistor mit einer Gate-Breite, die notwendig
ist, um einen Ausgangswiderstand zu erhalten, dessen Wert
dem Wellenwiderstand der Übertragungsleitung entspricht,
wenn man ein Bauelement erhält, das den Fluß eines maximalen
Drain-Stroms innerhalb des Einstellbereichs der
Bauelement-Produktionsschwankungen zuläßt. Die Bezugsziffern
2 bis 5 und 7 bis 10 bezeichnen p-Kanal-MOS-
Transistoren bzw. n-Kanal-MOS-Transistoren zum Trimmen
der Gate-Breite eines Ausgangstransistors. Die Summe der
Gate-Breiten der Transistoren 1 bis 5 und 6 bis 10 ist
gleich der Gate-Breite, die erforderlich ist, um einen
Ausgangswiderstand mit einem Wert gleich dem Wellenwiderstand
der Übertragungsleitung zu erhalten, wenn ein Bauelement
verfügbar ist, das den Fluß eines minimalen Drain-
Stroms innerhalb des Einstellbereiches der Bauelement-
Produktionsschwankungen zuläßt. Die Gate-Breiten der
Transistoren 2 bis 5 und 7 bis 10 stehen zueinander in
einem Verhältnis von 8 : 4 : 2 : 1, wodurch eine gezielte
Einstellung der Gate-Breite ermöglicht wird. Mit Bezugsziffer
11 ist ein Inverter bezeichnet, mit den Bezugsziffern
12 bis 15 eine NAND-Schaltung mit zwei Eingängen,
mit den Bezugsziffern 16 bis 19 eine NOR-Schaltung mit
zwei Eingängen, die eine Treiberschaltung für die Ansteuerung
des Ausgangstransistors ist. Die Gate-Breite
der Transistoren der logischen Schaltkreise 11 bis 19
wird in ihrer Größe entsprechend der Gate-Breite der Ausgangstransistoren
1 bis 10 so geändert, daß die Verzögerungszeit
vom Eingang zum Ausgang der Ausgangsschaltung unabhängig
von der Treiberschaltung gleich bleiben kann, von der
das Signal durch den Ausgangstransistor angelegt wird. Die
Bezugsziffern 20 und 21 bezeichnen einen p-Kanal-MOS-
Transistor bzw. einen n-Kanal-MOS-Transistor für die Überwachung
des Drain-Stroms des Transistors. Die Source-
Elektroden dieser Transistoren 20 und 21 sind mit einer
Leistungsversorgung verbunden, d. h. die des p-Kanal-MOS-
Transistors 20 mit V DD , die des n-Kanal-MOS-Transistors
21 mit Erde, während ihre Drain-Elektroden mit den Widerständen
22 bzw. 23 verbunden sind. Die anderen Anschlüsse
der Widerstände 22 und 23 sind jeweils mit der Leistungsversorgung
verbunden, d. h. der Widerstand 22 mit Erde und
der Widerstand 23 mit V DD . Die Gate-Elektrode des
p-Kanal-MOS-Transistors 20 ist mit Erde, die Gate-Elektrode
des n-Kanal-MOS-Transistors 21 mit V DD verbunden. Mit
Bezugsziffer 24 ist eine Schaltung für die Steuerung der
Gate-Breite des p-Kanal-MOS-Ausgangstransistors bezeichnet,
die mit einer Spannung über dem Widerstand 22 versorgt
wird, um den Drain-Strom des p-Kanal-MOS-Überwachungstransistors
20 zu beobachten. Entsprechend dieser Spannung
wird ein Signal 26 erzeugt, um von den p-Kanal-MOS-Trimmtransistoren
2 bis 5 die Transistoren zu bestimmen, die
eingeschaltet werden sollen. Die Transistoren, die eingeschaltet
werden sollen, werden mit einem "high"-Signal
beaufschlagt, die Transistoren, die nicht eingeschaltet
werden sollen, mit einem "low"-Signal. Diese Signale
werden zusammen mit einem Dateneingangssignal an die
NAND-Schaltungen 12 bis 15 angelegt, um dadurch eine
"nand"-Ausgabe zu erzeugen, womit nur die ausgewählten
p-Kanal-MOS-Ausgangstransistoren 2 bis 5 eingeschaltet
werden. Bezugsziffer 25 bezeichnet eine Schaltung für die
Steuerung der Gate-Breite des n-Kanal-MOS-Ausgangstransistors,
der, wie der Schaltung 24, eine Spannung
über dem Widerstand 23 zugeführt wird, um den Drain-
Strom des n-Kanal-MOS-Überwachungstransistors 21 zu beobachten.
Entsprechend dieser Spannung wird ein Signal
27 erzeugt, um von den n-Kanal-MOS-Trimmtransistoren 7
bis 10 die auszuwählen, die eingeschaltet werden sollen.
Die Transistoren, die eingeschaltet werden sollen, werden
mit einem "low"-Signal, die, die nicht eingeschaltet werden
sollen, mit einem "high"-Signal versorgt. Diese Signale
werden zusammen mit einem Dateneingangssignal an die
NOR-Schaltungen 16 bis 19 angelegt, wodurch nur die ausgewählten
n-Kanal-MOS-Ausgangstransistoren 7 bis 10 eingeschaltet
werden. Die Steuersignale 26, 27 werden allen
Ausgangsschaltungen innerhalb des LSI-Chip zugeführt,
und die Gate-Breite des Ausgangstransistors wird automatisch
eingestellt, um eine Übereinstimmung zwischen dem
Ausgangswiderstand und dem Wellenwiderstand der Übertragungsleitung
zu erzielen.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform der Steuerschaltung
24. Mit Bezugsziffer 30 ist eine A/D-Umformschaltung für
die Umformung der Spannung über dem Widerstand 22 in
einen digitalen Wert dargestellt, mit Bezugsziffer 31
eine Subtrahierschaltung für die Erzeugung der Differenz
zwischen zwei binären Eingaben A und B. Jede dieser
Schaltungen ist in bekannter Schaltungstechnik aufgebaut.
Der Wert des Widerstands 22 und die Auflösung der A/D-
Umformschaltung 30 werden so gewählt, daß die Differenz
zwischen den maximalen und den minimalen Drain-Strömen
innerhalb des Einstellbereichs der Produktionsschwankungen
des p-Kanal-MOS-Transistors 20 durch die vier letzten
signifikanten Bits der Ausgabe des A/D-Umformers 30 gegeben
werden kann. Einen Widerstand mit einer derartig
hohen Genauigkeit erhält man durch das bekannten Ionen-
Injektionsverfahren, wie es für analoge ICs verwendet
wird, oder durch Einstellen des Widerstandswertes mit
einer Vielzahl von im Voraus gebildeten Diffusionswiderständen,
wobei Maßnahmen wie Laser-Trimmen Anwendung
finden. Trotz eines Nachteils für die LSI-Packungsdichte
kann der Widerstand extern angeschlossen werden, falls
dies gewünscht wird. Im folgenden wird angenommen, daß
eine Ausgabe "11010" der A/D-Umformschaltung 30 gewählt
wird, wenn man einen p-Kanal-MOS-Transistor 20 mit maximalem
Drain-Strom erhält, und eine Ausgabe "01011", wenn
der Widerstand 20 mit minimalem Drain-Strom hergestellt
wird. Wenn die Eingabe A der Subtrahierschaltung 31 auf
"11010" gesetzt wird, erhält man eine Ausgabe "00000",
wenn die Eingabe B, d. h. die Ausgabe der A/D-Umformschaltung
30, "11010" ist, und eine Ausgabe "01111", wenn
die Eingabe B "01011" ist. Wenn als Steuersignal 26 die
vier letzten signifikanten Bits der Ausgabe der Subtrahierschaltung
31 verwendet werden, wird nur der p-Kanal-
MOS-Ausgangstransistor 1 eingeschaltet, wenn ein p-Kanal-
MOS-Transistor mit maximalem Drain-Strom hergestellt wird,
während alle p-Kanal-MOS-Ausgangstransistoren 1 bis 5
eingeschaltet werden, wenn ein p-Kanal-MOS-Transistor
mit minimalem Drain-Strom hergestellt wird. Als Folge
davon kann der Ausgangswiderstand der Ausgangsschaltung
so eingestellt werden, daß er an den Wellenwiderstand der
Übertragungsleitung angepaßt ist, indem die Gate-Breite
der eingeschalteten Ausgangstransistoren entsprechend
der Größe des Drain-Stroms innerhalb des Einstellbereiches
der Bauelement-Produktionsschwankungen gesteuert wird.
Die Steuerschaltung 25 kann auf dieselbe Weise wie die
Steuerschaltung 24 aufgebaut sein, mit der Ausnahme der
unterschiedlichen Polaritäten des Steuersignals 27.
Nach dieser Ausführungsform ist der Ausgangstransistor
in fünf Teile unterteilt. Entsprechend der Einstellgenauigkeit
kann jedoch auch eine andere Unterteilung erfolgen.
Wenn die Ausgabe der Subtrahierschaltung 31 negativ oder
ein Bit 1 wird, das eine höhere Wertigkeit als die als
Steuersignal 26 verwendeten Bits hat, gibt das an, daß
die Größe des Drain-Stroms des Transistors den Einstellbereich
der Produktionsschwankungen überstiegen hat. Diese
Tatsache kann für die Selektion eines LSI-Chip ausgenutzt
werden. Weiterhin kann in dem Fall, in dem als dem maximalen
Drain-Strom zugehörige Ausgabe des A/D-Umformers 30
"11111" und als dem minimalen Drain-Strom zugehörige Ausgabe
"10000" gewählt werden kann, ein Inverter oder eine
ähnliche Einheit statt der Subtrahierschaltung verwendet
werden. Die Überwachungs-MOSFETs 20, 23 sind so ausgelegt,
daß nicht nur die für die MOSFET-Herstellung charakteristischen
Schwankungen, sondern auch die Schwankungen des
Ausgangswiderstandes aufgrund der Veränderungen im Drain-
Strom des Ausgangs-MOSFET, die durch Schwankungen in der
Leistungsversorgung oder der Temperatur hervorgerufen
werden, angesichts der Tatsache kompensiert werden können,
daß die Gate-Breite des Ausgangs-MOSFET gesteuert werden
kann, indem bei Erfassung einer Veränderung im Drain-Strom
des Überwachungs-FET der einzuschaltende MOSFET geändert
wird.
Im oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der
Ausgangstransistor unterteilt, und seine Gate-Breite wird
durch Anlegen eines Steuersignals an die entsprechenden
Treiberschaltungen verändert. Statt dieser Methode kann
auch die Zuleitung zur Gate-Elektrode des Ausgangstransistors
durch einen Laserstrahl abgeschnitten werden. Statt
auf eine Ausgangsschaltung des CMOS-Invertertyps kann die
vorliegende Erfindung mit gleicher Wirkung auch auf eine
andere Schaltungskonfiguration Anwendung finden, beispielsweise
auf eine Schaltung mit zwei seriellen n-Kanal-
MOS-Transistoren, an deren Gates Dateneingaben mit entgegengesetzten
Phasen angelegt werden, um eine Ausgabe
vom Verbindungspunkt des n-Kanal-MOS-Transistors zu erzeugen.
Weiterhin kann die Schaltung nach diesem Ausführungsbeispiel,
in der der Ausgangswiderstand durch Veränderung
der Gate-Breite des Ausgangstransistors eingestellt wird,
durch eine andere Einrichtung ersetzt werden. Beispielsweise
wird der Ausgang einer CMOS-Inverterschaltung mit
einer der parallel geschalteten Source- und Drain-Elektroden
eines n-Kanal-MOS-Transistors und eines p-Kanal-MOS-
Transistors verbunden, während die andere Elektrode als
ein Ausgangsanschluß verwendet wird. Durch Steuerung der
Gate-Spannung dieser p-Kanal- und n-Kanal-MOS-Transistoren
ist es möglich, den Ausgangswiderstand einzustellen.
Der Inverter in der oben beschriebenen Ausführungsform
kann durch eine NAND-Schaltung (für die Ansteuerung
des p-Kanal-Ausgangs-MOSFET 1) und eine NOR-Schaltung
(für die Ansteuerung des n-Kanal-Ausgangs-MOSFET 2) ersetzt
werden, und die Anzahl der Eingänge der NAND-Schaltungen
12 bis 15 und der NOR-Schaltungen 16 bis 19 kann erhöht
werden, um ein NOT-Signal als ein Freigabe-Eingangssignal
einzubeziehen, womit eine Ausgangsschaltung vom Tri-State-
Typ realisiert wird.
In der oben beschriebenen Ausführungsform beträgt
die Amplitude des an die Übertragungsleitung angelegten
Signals etwa die Hälfte der des Ausgangssignals, und der
Ausgangswiderstand der Ausgangsschaltung wird daher durch
die Gate-Breite des Ausgangstransistors so gesteuert, daß
er mit dem Wellenwiderstand der Übertragungsleitung übereinstimmt.
Alternativ kann das Eingangssignalpotential
des Ausgangstransistors gesteuert werden, während die
Transistorcharakteristika so überwacht werden, daß die
Amplitude des an die Übertragungsleitung angelegten Signals
annähernd die Hälfte der Amplitude des Ausgangssignals
beträgt.
Eine Ausführungsform, bei der das Eingangssignalpotential
des Ausgangstransistors gesteuert wird, ist
unter Bezugnahme auf Fig. 3 erläutert. In Fig. 3 bezeichnet
Bezugsziffer 1 einen p-Kanal-Ausgangs-MOSFET und
Bezugsziffer 6 einen n-Kanal-Ausgangs-MOSFET. Die in
Serie geschalteten MOSFETs 33 bis 35 und 36 bis 38 bauen
Treiberschaltungen 39 bzw. 40 für die Ansteuerung der
MOSFETs 1 und 6 auf. Die Bezugsziffern 33, 34 und 36
bezeichnen p-Kanal-MOSFETs, die Bezugsziffern 35, 37 und
38 n-Kanal-MOSFETs. Die Gate-Elektroden der MOSFETs 33,
35 und 36 sind mit einem Eingangsanschluß 41 der Ausgangsschaltung
verbunden, während die Gate-Elektroden der MOSFETs
34 und 37 mit dem Ausgang der Steuerspannungs-Generatorschaltung
42 verbunden sind. Der Ausgang der Treiberschaltung
39 wird vom Verbindungspunkt der Source-Elektrode
des p-Kanal-MOS-Transistors 33 und der Drain-Elektrode
des p-Kanal-MOS-Transistors 34 gebildet und ist mit der
Gate-Elektrode des p-Kanal-MOS-Transistors 1 verbunden.
Der Ausgang der Treiberschaltung 40 wird vom Verbindungspunkt
der Source-Elektrode des n-Kanal-MOSFET 37 und der
Drain-Elektrode des n-Kanal-MOSFET 38 gebildet, und ist
mit der Gate-Elektrode des n-Kanal-MOSFET 6 verbunden.
Der Ausgangsanschluß 43 der Ausgangsschaltung ist mit den
Drain-Elektroden des p-Kanal-MOSFET 1 und des n-Kanal-
MOSFET 2 verbunden. Mit dem Bezugszeichen V DD ist ein
Leistungsversorgungsanschluß bezeichnet. Die Steuerspannungs-
Generatorschaltung 42 umfaßt p-Kanal-MOSFETs 44, 45 und
n-Kanal-MOSFETs 46, 47, Widerstände 48 bis 51 und Differentialverstärker
52 und 53. Der p-Kanal-MOSFET 45 und der
n-Kanal-MOSFET 47 dienen zur Überwachung der Charakteristika
des auf dem Chip gebildeten FET. Der Wert des Widerstands
48 ist als Z 0 · W 1/W 45 und der Wert des Widerstands 49
als Z 0 · W 6/W 47 gegeben, wobei W 1, W 6, W 45 und W 47 die
Gate-Breiten der MOSFETs 1, 6, 45 bzw. 47 sind, und Z 0
der Wellenwiderstand der mit dem Ausgangsanschluß 43 der
Ausgangsschaltung verbundenen Übertragungsleitung ist.
Die Verbindung zwischen der Drain-Elektrode des p-Kanal-
MOSFET 45 und dem Widerstand 48 ist mit dem positiven,
d. h. dem nicht-invertierenden Eingang des Differentialverstärkers
52 verbunden, die Verbindung zwischen der
Drain-Elektrode des n-Kanal-MOS-Transistors 47 und dem
Widerstand 49 mit dem nicht-invertierenden Eingang des
Differentialverstärkers 53. Daneben haben die Widerstände
50 und 51 denselben Widerstandswert und geben auf die
invertierenden Eingänge der Differentialverstärker 52 und
53 eine Spannung V DD /2. Die Ausgänge der Differentialverstärker
52 und 53 sind mit den Gate-Elektroden der MOSFETs
44 bzw. 46 verbunden, während die Source-Anschlüsse der
MOSFETs 44 und 46 mit den Gate-Elektroden der MOSFETs 45
bzw. 47 verbunden sind. Die Funktion der Steuerspannungs-
Generatorschaltung 42 wird unter Bezugnahme auf die Seite
erläutert, die eine Ausgabe zur Gate-Elektrode des p-
Kanal-MOSFET 34 erzeugt. Es wird angenommen, daß in dem
p-Kanal-MOSFET ein über dem typischen Wert liegender Drain-
Strom fließt. Das Potential der Drain-Elektrode des p-Kanal-
MOSFET 45 steigt an, und mit dem sich ergebenden Anstieg
des Ausgangspotentials des Differentialverstärkers 52
steigt auch das Potential der Gate-Elektrode des p-Kanal-
MOSFET 44. Als Folge davon steigt das Potential des Source-
Anschlusses des p-Kanal-MOSFET 44, d. h. das Potential
der Gate-Elektrode des p-Kanal-MOSFET 45, während dessen
Drain-Strom abnimmt. Wenn der Verstärkungsfaktor des
Differentialverstärkers 52 hinreichend hoch ist, werden
sein nicht-invertierender Eingang und sein invertierender
Eingang durch Rückkopplung potentialmäßig im wesentlichen
gleich. Das Potential der Drain-Elektrode des p-Kanal-
MOSFET 45 wird annähernd auf V DD /2 gehalten, so daß der
Drain-Strom des p-Kanal-MOSFET 45 unabhängig von den
Schwankungen in den FET-Eigenschaften auf einen festen Wert
eingestellt wird, der sich folgendermaßen ergibt:
Ist andererseits die Herstellung des p-Kanal-MOSFET so
erfolgt, daß darin ein geringerer Drain-Strom als der
typische Wert fließt, fällt das Potential der Gate-Elektrode
des p-Kanal-MOSFET 45 ab und wird so gesteuert, daß
der Drain-Strom im wesentlichen gleich dem typischen Bemessungswert
wird. Der p-Kanal-MOSFET 33 schaltet ab, und
der n-Kanal-MOSFET 35 leitet, wenn der Eingangssignalpegel
zum Eingangsanschluß 41 der Ausgangsschaltung hoch
ist (V DD ). Als Folge davon wird das Potential der Drain-
Elektrode des n-Kanal-MOSFET 35, d. h. das Potential der
Drain-Elektrode des p-Kanal-MOSFET 34 auf Erdpegel verringert.
Da die Schwankungen der Charakteristika des MOSFET
im Chip verglichen mit den Schwankungen zwischen den Chips
hinreichend gleich sind, wird durch Anlegen dieser Ausgabe
der Steuerspannungs-Generatorschaltung an die Gate-Elektrode
des p-Kanal-MOSFET 34 das Potential der Gate-Elektrode
des p-Kanal-MOSFETs 1 gleich dem des p-Kanal-MOSFET 45.
In dem Fall dagegen, in dem der Eingangssignalpegel zum
Eingangsanschluß 41 der Ausgangsschaltung niedrig ist
(0 Volt), leitet der p-Kanal-MOSFET 33 und der n-Kanal-
MOSFET 35 schaltet ab, so daß das Potential der Gate-Elektrode
des p-Kanal-MOSFET 1 V DD wird.
Wenn der Ausgangsanschluß 43 der Ausgangsschaltung
mit der Übertragungsleitung mit dem Wellenwiderstand Z 0
verbunden ist, und darauf ein Eingangssignal gegeben wird,
das sich vom niedrigen auf den hohen Pegel verändert
(der Ausgangsanschluß 43 soll sich anfänglich auf Erdpotential
befinden), ist es auf diese Weise möglich, einen
Strom aufzubringen, der sich aus dem Ausdruck
ergibt, um dadurch ohne Berücksichtigung der Schwankungen
in den FET-Charakteristika der Übertragungsleitung die
erste Welle mit der Amplitude V DD /2 zuzuführen.
Dasselbe gilt für die untere Seite der Steuerspannungs-
Generatorschaltung, die mit der Gate-Elektrode
des n-Kanal-MOSFET 37 verbunden ist. Die Schwankungen in
den Eigenschaften des n-Kanal-MOSFET werden kompensiert,
so daß, wenn an den Eingangsanschluß 41 der Ausgangsschaltung
ein sich vom hohen auf den niedrigen Pegel veränderndes
Eingangssignal angelegt wird (der Ausgangsanschluß
43 soll sich anfänglich auf dem Potential V DD befinden),
der Strom entsprechend dem Ausdruck
von der Übertragungsleitung absorbiert werden kann, und
unabhängig von den Schwankungen in den FET-Charakteristika
die erste Welle mit der Amplitude V DD /2 aufgebracht werden
kann. Auf diese Weise kann die erste Welle immer mit einer
Amplitude an die Übertragungsleitung angelegt werden, die
etwa die Hälfte der Signalamplitude V DD der CMOS-Ausgangsschaltung
ist. Diese erste Welle wird daher an dem offenen
Empfangsende reflektiert, gefolgt von der zweiten Welle derselben
Amplitude, die vom Empfangsende zum Sendeende (Ausgangsschaltung)
wandert, womit eine Amplitude der CMOS-Ausgangsschaltung
erzeugt wird. Wenn diese zweite Welle das Sendeende
erreicht, wird das Potential des Ausgangsanschlusses
43 der Ausgangsschaltung auf Erdpotential verringert, während
der p-Kanal-MOSFET 1 abschaltet und der n-Kanal-MOSFET 6
leitet, wenn sich der Eingangsanschluß 41 der Ausgangsschaltung
auf dem Zustand "low" befindet. Andererseits
wird das Potential des Ausgangsanschlusses der Ausgangsschaltung
auf V DD angehoben, während der p-Kanal-MOSFET
1 leitet und der n-Kanal-MOSFET 6 abschaltet, wenn
sich der Eingangsanschluß 41 auf dem Zustand "high" befindet.
Damit wird das Signal nicht am Sendeende reflektiert,
und die Reflexion der einfallenden Welle von der
Ausgangsschaltung hört nach einem Hin- und Herlaufen auf.
Selbst wenn die FET-Charakteristika der Steuerspannungs-
Generatorschaltung 42 Schwankungen mit der
Temperatur unterliegen, können diese Schwankungen sowie
die von der MOSFET-Produktion herrührenden angesichts
der Tatsache kompensiert werden, daß die Temperatur auf
dem Chip im wesentlichen als konstant zu betrachten ist.
Auch im Falle, daß sich die Leistungsversorgungsspannung
ändert und Änderungen in dem im Ausgangs-MOSFET fließenden
Drain-Strom oder der Ausgangsamplitude der CMOS-Ausgangsschaltung
hervorruft, halten das Drain-Potential des
p-Kanal-MOSFET 45 und n-Kanal-MOSFET 47 den Wert V DD /2,
so daß die Signalamplitude der ersten Welle der Ausgangsschaltung
ebenfalls zu V DD /2 wird, womit die Schwankungen
kompensiert werden. Die Genauigkeit der Werte der Widerstände
48 bis 51 in der Schaltung nach diesem Ausführungsbeispiel
steht in direktem Zusammenhang mit der Kompensationsgenauigkeit
der Steuerspannungs-Generatorschaltung
42. Insbesondere die Widerstände 48, 49, bei denen die
Genauigkeit des absoluten Widerstandswertes wichtig ist,
müssen einen Widerstandswert hoher Genauigkeit haben.
Einen Widerstand mit einer derartig hohen Genauigkeit erhält
man durch das bekannten Ioneninjektionsverfahren, wie
es für analoge ICs verwendet wird, oder durch Einstellen
des Widerstandswertes mit einer Vielzahl von im Voraus
gebildeten Diffusionswiderständen unter Verwendung von
Maßnahmen wie Laser-Trimmen. Trotz nachteiliger Auswirkungen
auf die LSI-Packungsdichte, kann der Widerstand
auch extern angeschlossen werden, falls dies gewünscht
wird.
Ein Beispiel für die im vorliegenden Ausführungsbeispiel
verwendeten Differentialverstärker 52, 53 ist
in Fig. 4 gezeigt. Die Bezugsziffern 124, 125 bezeichnen
p-Kanal-MOSFETs, die Bezugsziffern 126, 127, 128 n-Kanal-
MOSFETs, die eine Differentialverstärkerschaltung aufbauen.
Ein p-Kanal-MOSFET 129 und ein n-Kanal-MOSFET 130 bilden
andererseits einen CMOS-Inverter. Der Differentialverstärker
ist auf diese Weise doppelstufig aufgebaut. Bezugsziffer
131 bezeichnet einen positiven oder nicht-invertierenden
Eingangsanschluß, Bezugsziffer 132 einen negativen
oder invertierenden Eingangsanschluß und Bezugsziffer
133 einen Ausgangsanschluß. Mit Bezugsziffer 134 ist ein
Vorspannungs-Leistungsanschluß für den n-Kanal-MOSFET 128
bezeichnet, der eine Stromquelle der Differentialverstärkerschaltung
schafft. Ohne Vorsehen einer speziellen Spannungsquelle
kann die Schaltung jedoch an die Leistungsversorgungsspannung
V DD angeschlossen werden.
In der Schaltung nach Fig. 3 kann der p-Kanal-MOSFET
34 zwischen den Source-Anschluß des n-Kanal-MOSFET 35 und
die geerdete Leistungsversorgung eingefügt werden. Auf
ähnliche Weise kann der n-Kanal-MOSFET 37 zwischen den
Source-Anschluß des p-Kanal-MOSFET 36 und die Leistungsversorgung
V DD eingefügt werden.
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Ausgangsschaltung
nach Fig. 3, die jedoch zu einer Ausgangsschaltung
vom Tri-State-Typ modifiziert ist. Die Treiberschaltung
39 nach Fig. 3 ist durch eine Treiberschaltung
430 ersetzt, die eine NAND-Schaltung mit zwei Eingängen
mit p-Kanal-MOSFETs 135, 136 und n-Kanal-MOSFETs 137, 138
sowie einen p-Kanal-MOSFET 34 aufweist, der zwischen deren
Ausgangsanschluß und den n-Kanal-MOSFET 137 eingefügt ist.
Die Treiberschaltung 40 ist andererseits durch eine Treiberschaltung
440 ersetzt, die eine NOR-Schaltung mit zwei
Eingängen mit p-Kanal-MOSFETs 139, 140 und n-Kanal-
MOSFETs 141, 142 sowie einen n-Kanal-MOSFET 37 aufweist,
der zwischen deren Ausgangsanschluß mit den n-Kanal-
MOSFET 140 eingefügt ist. Die Gate-Elektrode 145 des
p-Kanal-MOSFET 34 ist, wie in Fig. 3, mit dem Ausgang
des Differentialverstärkers 52 der Steuerspannungs-Generatorschaltung
42 (nicht gezeigt) verbunden, während der
Gate-Anschluß des n-Kanal-MOSFET 37 mit dem Ausgang des
Differentialverstärkers 53 der Steuerspannungs-Generatorschaltung
42 verbunden ist. Die Eingangsseite der NAND-
Schaltung 430 mit zwei Eingängen ist mit dem Freigabe-
Eingangsanschluß 147 und dem Daten-Eingangsanschluß 41
verbunden. Die Eingangsseite der NOR-Schaltung 440 mit
zwei Eingängen ist mit dem Daten-Eingangsanschluß 41 und
dem Ausgang eines Inverters 500 verbunden, der einen
n-Kanal-MOSFET 149 und einen p-Kanal-MOSFET 148 aufweist,
wobei sein Eingang mit dem Freigabe-Eingangsanschluß 147
verbunden ist. Befindet sich der Freigabe-Eingang auf dem
Zustand "low", nimmt daher der Ausgang der Treiberschaltung
430 das Potential V DD und der Ausgang der Treiberschaltung
440 das Erdpotential an, so daß die Ausgangs-
MOSFETs 1 und 6 beide abgeschaltet werden, womit sich
ein Ausgang mit hoher Impedanz ergibt. Ist andererseits
der Freigabe-Eingang "high" und der Daten-Eingang "low",
hat der Ausgang der Treiberschaltung 430 das Potential
V DD , und der Ausgang der Treiberschaltung 440 nimmt durch
die Funktion des n-Kanal-MOSFET 37 ein Potential gleich dem
der Gate-Elektrode des n-Kanal-Überwachungs-MOSFET 47 der
Steuerspannungs-Generatorschaltung 42 an. Damit wird der
p-Kanal-Ausgangs-MOSFET 1 abgeschaltet, während der n-Kanal-
Ausgangs-MOSFET 6 leitet. Ist der Freigabe-Eingang "high"
und der Daten-Eingang ebenfalls "high", macht der p-Kanal-
MOSFET 34 den Ausgang der Treiberschaltung 430 gleich dem
Potential der Gate-Elektrode des p-Kanal-Überwachungs-
MOSFET 45 der Steuerspannungs-Generatorschaltung 42 und
den Ausgang der Treiberschaltung 440 gleich dem Erdpotential,
so daß der p-Kanal-Ausgangs-MOSFET 1 leitet,
während der n-Kanal-Ausgangs-MOSFET 6 abschaltet. Die
Funktion der Steuerspannungs-Generatorschaltung nach diesem
Ausführungsbeispiel entspricht der des Ausführungsbeispiels
nach Fig. 3, wodurch die erste Welle mit einer
Amplitude, die der halben Signalamplitude V DD der CMOS-
Ausgangsschaltung entspricht, an die mit dem Ausgangsanschluß
verbundene Übertragungsleitung angelegt werden
kann, unabhängig von Schwankungen der FET-Charakteristika,
der Leistungsversorgungsspannung oder der Temperatur. Damit
wird verhindert, daß das Signal mehr als einmal reflektiert
wird. Wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 kann
in dem nach Fig. 5 der p-Kanal-MOSFET 34 zwischen den
n-Kanal-MOSFET 138 und Erde, der n-Kanal-MOSFET 37 zwischen
den p-Kanal-MOSFET 139 und die Leistungsversorgung V DD
eingefügt werden.
Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der
Erfindung, in dem die Steuerspannungs-Generatorschaltung
42 (nicht gezeigt) der in Fig. 3 entspricht, während
für die Ansteuerung der Ausgangs-MOSFETs 1 und 6 eine
andere Treiberschaltung verwendet wird. Ein Inverter 530
mit einem p-Kanal-MOSFET 151 und einem n-Kanal-MOSFET
152 ist eine Treiberschaltung sowohl für den p-Kanal-
Ausgangs-MOSFET 1 als auch den n-Kanal-Ausgangs-MOSFET
6. Zwischen den Ausgang des Inverters 530 und die Gate-
Elektrode des p-Kanal-MOSFET 1 und zwischen den Ausgang
des Inverters 530 und die Gate-Elektrode des n-Kanal-
MOSFET 6 ist ein p-Kanal-MOSFET 34 bzw. ein n-Kanal-MOSFET
37 eingesetzt. Wie in Fig. 3, ist der Gate-Anschluß 145
des p-Kanal-MOSFET 34 mit dem Ausgang des Differentialverstärkers
52 der Steuerspannungs-Generatorschaltung 42,
und die Gate-Elektrode 146 des n-Kanal-MOSFET 37 mit
dem Ausgang des Differentialverstärkers 53 der Steuerspannungs-
Generatorschaltung 42 verbunden. Das Potential
der Gate-Elektrode 145 des p-Kanal-MOSFET 34 ist zumindest
um die Summe der Absolutwerte der Schwellenspannung
der p-Kanal-MOSFETs 44 und 45 niedriger als die Leistungsversorgungsspannung
V DD , während das Potential der Gate-
Elektrode 146 des n-Kanal-MOSFET 37 zumindest um die Summe
der Absolutwerte der Schwellenspannung der n-Kanal-MOSFETs
46 und 47 höher als das Erdpotential ist. Wenn das Eingangssignal
auf den Eingangsanschluß 41 "low", d. h. niederpeglig
ist, leitet daher der p-Kanal-MOSFET 151 und der n-Kanal-
MOSFET 152 ist abgeschaltet, so daß das Ausgangspotential
des Inverters 530 V DD wird. Als Folge davon wird das
Potential der Gate-Elektrode des p-Kanal-Ausgangs-MOSFET 1
gleich V DD , und das Potential der Gate-Elektrode des n-
Kanal-Ausgangs-MOSFET 6 wird gleich dem Potential der
Gate-Elektrode des n-Kanal-Überwachungs-MOSFET 47 der
Steuerspannungs-Generatorschaltung 42. Ist das Eingangssignal
zum Eingangsanschluß 41 jedoch "high", d. h. hochpeglig
schaltet der p-Kanal-MOSFET 151 ab, und der n-Kanal-MOSFET
152 leitet, so daß das Ausgangspotential des Inverters
530 gleich dem Erdpotential wird. Als Folge davon nimmt
die Gate-Elektrode des p-Kanal-Ausgangs-MOSFET 1 das
Potential der Gate-Elektrode des p-Kanal-Überwachungs-
MOSFET 45 der Steuerspannungs-Generatorschaltung an, und
das Potential der Gate-Elektrode des n-Kanal-Ausgangs-
MOSFET 6 wird gleich dem Erdpotential. Auf diese Weise
wird wie im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 verhindert,
daß das Signal auf der mit dem Ausgangsanschluß verbundenen
Übertragungsleitung mehr als einmal reflektiert wird.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist
in Fig. 7 dargestellt. Anders als in den Ausführungsbeispielen
nach Fig. 3, 5 und 6, bei denen die Gate-Source-
Spannung eines Ausgangs-MOSFET gesteuert wird, um unabhängig
von den Schwankungen in den FET-Eigenschaften
den Drain-Strom in einer Last konstant zu halten, sind
in dieser Ausführungsform MOSFETs 103 und 104 für die
Konstanthaltung des Drain-Stroms in einer Last zwischen
eine Leistungsversorgung und Ausgangs-MOSFETs 101, 102
eingefügt, die eine logische Schaltung (für die Anhebung
oder Absenkung des Ausgangs auf den "low"- oder
"high"-Pegel) bilden. Die Bezugsziffern 101, 103 bezeichnen
p-Kanal-MOSFETs, die Bezugsziffern 102, 104 n-Kanal-
MOSFETs. Ein p-Kanal-MOSFET 105 und ein n-Kanal-MOSFET
106 bauen einen Inverter (Treiberschaltung) für die Ansteuerung
der Ausgangs-MOSFETs 101, 102 auf. Bezugsziffer
107 bezeichnet einen Eingangsanschluß zur Ausgangsschaltung,
Bezugsziffer einen Ausgangsanschluß. Die Steuerspannungs-
Generatorschaltung 109 für die Zuführung einer
Steuerspannung zur Gate-Elektrode des p-Kanal-MOSFET 103
und des n-Kanal-MOSFET 104 ist ähnlich der Schaltung im
Ausführungsbeispiel nach Fig. 1. Sie unterscheidet sich
davon jedoch in der Verbindung der Überwachungs-MOSFETs
110 bis 113. Die Bezugsziffern 110, 111 bezeichnen p-
Kanal-MOSFETs, die Bezugsziffern 112, 113 n-Kanal-MOSFETs.
Unter der Annahme, daß die Gate-Breiten des MOSFETs 101,
102, 103, 104, 110, 111, 112 und 113 W 101, W 102, W 103,
W 104, W 110, W 111, W 112 bzw. W 113 sind, gelten folgende
Beziehungen: W 110/W 101 = W 111/W 103 und W 112/W 102 = W 113/W 104.
Der Wert eines Widerstands 114 ist als Z 0·W 103/ W 111,
der eines Widerstands 115 als Z 0·W 104/W 113 gegeben. Die
p-Kanal-MOSFETs 111, 110 und der Widerstand 114 sind in
Serie geschaltet, der Verbindungspunkt des p-Kanal-MOSFET
110 und des Widerstands 114 ist mit dem nicht-invertierenden
Eingang eines Differentialverstärkers 118 verbunden.
In ähnlicher Weise ist der Widerstand 115 mit den n-
Kanal-MOSFETs 112 und 113 in Serie geschaltet, und der
Verbindungspunkt des Widerstands 115 und des MOSFET 112
mit dem nicht-invertierenden Eingang eines Differentialverstärkers
119 verbunden. Die invertierenden Eingänge
der Differentialverstärker 118 und 119 werden durch Widerstände
116 und 117 mit gleichem Widerstandswert mit einer
Spannung versorgt, die V DD /2 entspricht. Die in Fig. 4
gezeigte Schaltung wird beispielsweise für die Differentialverstärker
118, 119 verwendet, deren Ausgänge mit
den Gate-Elektroden der p-Kanal-MOSFETs 111 und 103 bzw.
der n-Kanal-MOSFETs 113 und 104 verbunden sind. Die
Gate-Elektrode des p-Kanal-MOSFET 110 ist geerdet, die
Gate-Elektrode des n-Kanal-MOSFET 112 mit der Leistungsversorgung
V DD verbunden. Wie im Ausführungsbeispiel nach
Fig. 1 wird bei hinreichend hohem Verstärkungsfaktor
der Differentialverstärker 118, 119 das Potential der
Gate-Elektroden der MOSFETs 111 und 113 so gesteuert, daß
unabhängig von den Schwankungen der FET-Eigenschaften,
der Leistungsversorgungsspannung oder der Temperatur das
Potential der Gate-Elektrode der MOSFETs 110 und 112 auf
V DD /2 gehalten wird. Die Steuerspannung wird den Gate-Elektroden
der MOSFETs 103 und 104 zugeführt. Ist der Ausgangsanschluß
108 mit der Übertragungsleitung mit dem Wellenwiderstand
Z 0 verbunden, und wird der Eingangsanschluß
107 mit einem Eingangssignal beaufschlagt, das sich vom
"low"- auf den "high"-Pegel ändert (der Ausgangsanschluß
108 wird anfänglich auf Erdpotential gehalten), so leitet
der n-Kanal-MOSFET 106 und der p-Kanal-MOSFET 105 schaltet
ab. Auch der p-Kanal-MOSFET 101 leitet, während der n-Kanal-
MOSFET 102 abschaltet, womit das Potential des Ausgangsanschlusses
108 auf V DD /2 gehalten wird. Die erste Welle
wird am offenen Empfangsende reflektiert und das Potential
wird V DD , gefolgt von der reflektierten Welle, die zum
Ausgangsanschluß 108 zurückkehrt, um die Reflexion zu beenden.
In dem Fall, in dem ein Eingangssignal, das sich
vom "high"- auf den "low"-Pegel ändert, an den Eingangsanschluß
107 angelegt wird (unter der Annahme, daß der
Ausgangsanschluß 108 anfänglich auf dem Potential V DD liegt),
leitet der p-Kanal-MOSFET 105, der n-Kanal-MOSFET 106
schaltet ab, der n-Kanal-MOSFET 102 leitet und der
p-Kanal-MOSFET 101 schaltet ab, so daß das Potential
des Ausgangs 108 V DD /2 wird. Diese erste Welle nimmt
das Erdpotential an, indem sie am offenen Empfangsende
reflektiert wird, und wenn die reflektierte Welle zum
Ausgangsanschluß 108 zurückkehrt, endet die Reflexion.
In dieser Ausführungsform kann der p-Kanal-MOSFET 101
alternativ zwischen den p-Kanal-MOSFET 103 und die
Leistungsversorgung V DD eingesetzt werden, der n-Kanal-
MOSFET 102 zwischen den n-Kanal-MOSFET 104 und Erde,
der p-Kanal-MOSFET 110 zwischen den p-Kanal-MOSFET 111
und die Leistungsversorgung V DD , und der n-Kanal-MOSFET
112 zwischen den n-Kanal-MOSFET 113 und Erde. Die Treiberschaltung
für die Ausgangs-MOSFETs 101, 102 kann auch
durch eine NAND-Schaltung und eine NOR-Schaltung ersetzt
werden und eine Modifikation zu einer Tri-State-Ausgangsschaltung
ist möglich.
Alle MOSFETs im betrachteten Ausführungsbeispiel
können vom Anreicherungstyp sein. Werden für die p-Kanal-
MOSFETs 34, 44 und die n-Kanal-MOSFETs 37, 46 jedoch
MOSFETs vom Verarmungstyp verwendet, ist es möglich, eine
große Gate-Source-Spannung und eine kleine Gate-Breite
zwischen den Ausgangs-MOSFETs 1 und 2 sicherzustellen,
wodurch eine wirkungsvollere Ausnutzung der Zellenfläche
erfolgen kann. Dies gilt auch für die p-Kanal-MOSFETs
103 und 111 und die n-Kanal-MOSFETs 104 und 113, die,
wenn sie vom Verarmungstyp sind, eine kleinere Gate-Breite
haben können, wodurch eine effektivere Ausnutzung der
Zellenfläche möglich ist.
Obwohl in der CMOS-Schaltung kein Gleichstrom fließt,
gilt dies nicht für die Steuerspannungs-Generatorschaltung
nach den erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen. Angesichts
der Tatsache, daß eine einzige Steuerspannungs-
Generatorschaltung die Erfordernisse für eine Vielzahl
von auf einem LSI-Chip angeordneten Ausgangsschaltungen
erfüllt, bildet die Steuerspannungs-Generatorschaltung
jedoch kein wesentliches Problem hinsichtlich eines erhöhten
Leistungsverbrauchs oder der Zellenfläche.
Aus der vorhergehenden Beschreibung wurde verständlich,
daß nach vorliegender Erfindung die mit einer Ausgangsschaltung
verbundene Übertragungsleitung in einem LSI-Chip
mit Sende- und Empfangsende versehen werden kann, wodurch
eine Hochgeschwindigkeits-Signalübertragung zwischen LSI-
Chips möglich wird. Da daneben die Ausgangsschaltung vom
CMOS-Typ ist, wird der Leistungsverbrauch minimiert.
In dem Übertragungssystem mit Sende- und Empfangsende
nimmt die Signalverzögerungszeit mit der Annäherung an das
Sendeende zu. Für ein Signalnetz, bei dem eine derartige
Signalverzögerungszeit nicht zulässig ist, sollten die
Lasten in Gruppen fern vom und nahe dem LSI-Chip unterteilt
werden, die von verschiedenen Ausgangsschaltungen
angesteuert werden.
Claims (14)
1. Ausgangsschaltung, gekennzeichnet
durch Ausgangstransistorschaltungen (1 bis 10; 1, 6; 101,
102) zum Anlegen eines Ausgangssignals an eine mit einem
Ausgangsanschluß (43; 108) verbundene Übertragungsleitung,
Treiberschaltungen (11 bis 19; 39, 40; 430, 440; 530; 105,
106) zum Ansteuern der Ausgangstransistorschaltungen in
Antwort auf ein von einem Eingangsanschluß (41; 107) zugeführtes
Eingangssignal und Steuerschaltungen 20 bis 25;
42; 109) die die Signalamplitude der ersten Welle, die
an die Übertragungsleitung angelegt werden kann, wenn über
die Übertragungsleitung mit dem Ausgangsanschluß (43; 108)
eine Last verbunden ist, annähernd auf die halbe Ausgangssignalamplitude
einstellen, die sich ergibt, wenn mit dem
Ausgangsanschluß (43; 108) eine Last direkt verbunden ist.
2. Ausgangsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerschaltungen (20
bis 25) eine Einrichtung für die Einstellung des Ausgangswiderstands
der Ausgangstransistorschaltungen (1 bis 10;
1, 6) aufbauen.
3. Ausgangsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Steuerschaltungen (42;
109) eine Einrichtung für die Einstellung des Eingangssignalpotentials
der Ausgangstransistoren (1, 6; 101, 102)
aufbauen.
4. Ausgangsschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgangstransistorschaltungen
eine Vielzahl von Transistoren (1 bis 10) aufweisen,
die mit dem Ausgangsanschluß (43) verbunden sind, wobei der
Ausgangswiderstand durch die wahlweise Betätigung dieser
Transistoren eingestellt wird.
5. Ausgangsschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß diese Transistoren (1 bis 10)
einen Transistor aufweisen, dessen Gate-Breite in Beträgen
von 2 n ansteigt, wobei n eine ganze Zahl ist.
6. Ausgangsschaltung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Steuerschaltungen
(20 bis 25) Überwachungstransistoren (20, 21) die auf
demselben Chip wie die Ausgangstransistorschaltungen (1 bis
10) vorgesehen sind, sowie Schaltungen (24, 25) aufweisen,
die ein Steuersignal für die Transistoren entsprechend der
Größe des Drain-Stroms der Überwachungstransistoren (20,
21) erzeugen.
7. Ausgangsschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgangstransistorschaltung zumindest einen
ersten p-Kanal-FET (1; 101) und einen ersten n-Kanal-FET (6; 102)
aufweisen, wobei die Drain-Anschlüsse dieser FETs verbunden
sind, um einen Ausgangsanschluß (43; 108) zu schaffen.
8. Ausgangsschaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
daß die Treiberschaltungen eine
erste Treiberschaltung (39; 430) für die Ansteuerung des
Gates des ersten p-Kanal-FET (1) und eine zweite Treiberschaltung
(40; 440) für die Ansteuerung des Gates des
ersten n-Kanal-FET (6) aufweisen, und daß die Steuerschaltung
einen auf demselben Chip wie die Ausgangstransistorschaltung
vorgesehenen Überwachungstransistor (45; 47)
sowie eine Steuerspannungs-Generatorschaltung (42) aufweist,
um eine Steuerspannung für die Einstellung des Potentials
auf niedrigem Pegel des Ausgangssignals der ersten Treiberschaltung
(39; 430) und des Potentials auf hohem Pegel
der zweiten Treiberschaltung (40; 440) entsprechend der
Größe des Drain-Stroms des Überwachungstransistors (45;
47) zu erzeugen.
9. Ausgangsschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Treiberschaltung (39) aufweist: einen für den Empfang des Eingangssignals ausgelegten CMOS-Inverter und einen zweiten p-Kanal-FET (34), der in Serie zwischen den Ausgangsanschluß der ersten Treiberschaltung (39) und eine negative Leistungsversorgung eingefügt ist, wobei der Gate-Anschluß des zweiten p-Kanal-FET (34) mit einer Steuerspannung von der Steuerspannungs-Generatorschaltung (42) versorgt wird, und
daß die zweite Treiberschaltung (40) aufweist: einen CMOS-Inverter für den Empfang des Eingangssignals und einen zweiten n-Kanal-FET (37), der in Serie zwischen den Ausgangsanschluß der zweiten Treiberschaltung (40) und eine positive Leistungsversorgung eingefügt ist, wobei der Gate-Anschluß des zweiten n-Kanal-FET (37) mit einer Steuerspannung von der Steuerspannungs-Generatorschaltung (42) versorgt wird.
daß die erste Treiberschaltung (39) aufweist: einen für den Empfang des Eingangssignals ausgelegten CMOS-Inverter und einen zweiten p-Kanal-FET (34), der in Serie zwischen den Ausgangsanschluß der ersten Treiberschaltung (39) und eine negative Leistungsversorgung eingefügt ist, wobei der Gate-Anschluß des zweiten p-Kanal-FET (34) mit einer Steuerspannung von der Steuerspannungs-Generatorschaltung (42) versorgt wird, und
daß die zweite Treiberschaltung (40) aufweist: einen CMOS-Inverter für den Empfang des Eingangssignals und einen zweiten n-Kanal-FET (37), der in Serie zwischen den Ausgangsanschluß der zweiten Treiberschaltung (40) und eine positive Leistungsversorgung eingefügt ist, wobei der Gate-Anschluß des zweiten n-Kanal-FET (37) mit einer Steuerspannung von der Steuerspannungs-Generatorschaltung (42) versorgt wird.
10. Ausgangsschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die erste Treiberschaltung (430) aufweist: eine NAND-Schaltung (135, 136, 137, 138) mit zwei Eingängen und einen zweiten p-Kanal-FET (34), dessen Gate-Anschluß mit einer Steuerspannung von der Steuerspannungs-Generatorschaltung (42) versorgt wird, und
daß die zweite Treiberschaltung (440) aufweist: eine NOR-Schaltung (139, 140, 141, 142) mit zwei Eingängen und einen zweiten n-Kanal-FET (37), dessen Gate-Anschluß für den Empfang einer Steuerspannung von der Steuerspannungs- Generatorschaltung (42) ausgelegt ist.
daß die erste Treiberschaltung (430) aufweist: eine NAND-Schaltung (135, 136, 137, 138) mit zwei Eingängen und einen zweiten p-Kanal-FET (34), dessen Gate-Anschluß mit einer Steuerspannung von der Steuerspannungs-Generatorschaltung (42) versorgt wird, und
daß die zweite Treiberschaltung (440) aufweist: eine NOR-Schaltung (139, 140, 141, 142) mit zwei Eingängen und einen zweiten n-Kanal-FET (37), dessen Gate-Anschluß für den Empfang einer Steuerspannung von der Steuerspannungs- Generatorschaltung (42) ausgelegt ist.
11. Ausgangsschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Treiberschaltung aufweist:
einen CMOS-Inverter (530) für den Empfang des Eingangssignals,
einen dritten p-Kanal-FET (34), der zwischen den
Ausgang der Treiberschaltung und den Gate-Anschluß des
ersten p-Kanal-FET (1) eingefügt ist, wobei die Gate-Source-
Spannung des ersten p-Kanal-FET durch Einstellen des
Gate-Potentials des dritten p-Kanal-FET (34) eingestellt
wird, sowie einen dritten n-Kanal-FET (37), der zwischen
den Ausgang der Treiberschaltung und den Gate-Anschluß
des ersten n-Kanal-FET (6) eingefügt ist, wobei die Gate-
Source-Spannung des ersten n-Kanal-FET durch Einstellen des
Gate-Potentials des dritten n-Kanal-FET (37) eingestellt
wird.
12. Ausgangsschaltung nach Anspruch 8 oder 11, gekennzeichnet
durch eine Steuerspannungs-
Generatorschaltung (42), in der der Drain-Anschluß eines
vierten p-Kanal-FET (45), dessen Gate-Breite das 1/a-fache
(a: gegebene Zahl) der Gate-Breite des ersten p-Kanal-FET
(1) beträgt, mit einem der Anschlüsse eines ersten Widerstands
(48), der einen Widerstandswert aZ 0 hat (Z 0: Wellenwiderstand
der Übertragungsleitung), und mit dem positiven
Eingang eines ersten Differentialverstärkers (52)
verbunden ist, der Ausgang des ersten Differentialverstärkers
(52) mit den Gate-Anschlüssen eines ausgewählten
der zweiten und dritten p-Kanal-FETs (34) und des fünften
p-Kanal-FET (44) verbunden ist, der Source-Anschluß des
fünften p-Kanal-FET (34) mit dem Gate-Anschluß des vierten
p-Kanal-FET (45) verbunden ist, der andere Anschluß des
ersten Widerstands (48) mit der negativen Leistungsversorgung
verbunden ist, der Drain-Anschluß eines vierten n-
Kanal-FET (47), dessen Gate-Breite das 1/b-fache (b: gegebene
Zahl) der Gate-Breite des ersten n-Kanal-FET (6)
beträgt, mit einem der Anschlüsse eines zweiten Widerstands
(49), der einen Widerstandswert von bZ 0 hat, und dem
positiven Eingang eines zweiten Differentialverstärkers
(53) verbunden ist, der Ausgang des zweiten Differentialverstärkers
(53) mit den Gate-Anschlüssen eines ausgewählten
der zweiten und dritten n-Kanal-FETs (37) und eines fünften
n-Kanal-FET (46) verbunden ist, der Source-Anschluß des
fünften n-Kanal-FET (46) mit dem Gate-Anschluß des vierten
n-Kanal-FET (47) verbunden ist, der andere Anschluß des
zweiten Widerstands (49) mit einer positiven Leistungsversorgung
(V DD ) verbunden ist, und die invertierenden Eingänge
des ersten und des zweiten Differentialverstärkers
(52, 53) mit dem Mittenpotential der positiven und negativen
Leistungsversorgungen verbunden sind.
13. Ausgangsschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Ausgangstransistorschaltung
einen ersten Transistor (101; 102), um den Ausgangsanschluß
"low" oder "high" zu machen, und einen zweiten
Transistor (103; 104) aufweist, um den Ausgangsstrom
einzustellen, wobei der erste und zweite Transistor miteinander
in Serie geschaltet sind.
14. Ausgangsschaltung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Transistor (101; 102) und der zweite Transistor (103; 104) FETs sind,
daß eine Steuerspannungs-Generatorschaltung (109) vorgesehen ist, die eine Serienschaltung aus einem siebten FET (110; 112), dessen Gate-Breite das 1/c-fache (c: gegebene Zahl) der Gate-Breite eines den ersten Transistor aufbauenden sechsten FET (101; 102) beträgt, einem neunten FET (111; 113), dessen Gate-Breite das 1/c-fache der Gate- Breite eines den zweiten Transistor aufbauenden achten FET (103; 104) beträgt, und einem dritten Widerstand (114; 115) aufweist, dessen Widerstandswert cZ 0 beträgt, wobei ein Anschluß des Widerstands (114; 115) nicht mit der Leistungsversorgung, sondern mit dem positiven Eingang eines dritten Differentialverstärkers (118; 119) verbunden ist,
daß der invertierende Eingang des dritten Differentialverstärkers (118; 119) mit dem Mittenpotential der "high"-und "low"-Ausgangssignale verbunden ist, und
daß der Ausgang des dritten Differentialverstärkers (118; 119) mit den Gate-Anschlüssen der achten und neunten FETs (103; 104; 111; 113) verbunden ist.
daß der erste Transistor (101; 102) und der zweite Transistor (103; 104) FETs sind,
daß eine Steuerspannungs-Generatorschaltung (109) vorgesehen ist, die eine Serienschaltung aus einem siebten FET (110; 112), dessen Gate-Breite das 1/c-fache (c: gegebene Zahl) der Gate-Breite eines den ersten Transistor aufbauenden sechsten FET (101; 102) beträgt, einem neunten FET (111; 113), dessen Gate-Breite das 1/c-fache der Gate- Breite eines den zweiten Transistor aufbauenden achten FET (103; 104) beträgt, und einem dritten Widerstand (114; 115) aufweist, dessen Widerstandswert cZ 0 beträgt, wobei ein Anschluß des Widerstands (114; 115) nicht mit der Leistungsversorgung, sondern mit dem positiven Eingang eines dritten Differentialverstärkers (118; 119) verbunden ist,
daß der invertierende Eingang des dritten Differentialverstärkers (118; 119) mit dem Mittenpotential der "high"-und "low"-Ausgangssignale verbunden ist, und
daß der Ausgang des dritten Differentialverstärkers (118; 119) mit den Gate-Anschlüssen der achten und neunten FETs (103; 104; 111; 113) verbunden ist.
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