DE3726005C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine bipolare logische Schaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Insbesondere handelt es sich um eine Verbesserung in einer Schaltung, die zum Entladen von in der Basis eines Ausgangs­ transistors gespeicherten Ladungen dient, wenn ein Aus­ gangssignal von einem niedrigen Pegel "L" zu einem hohen Pegel "H" wechselt.

In Fig. 5 ist eine Pufferschaltung mit einem Eingang gezeigt, die eine Basislade-/Entladeschaltung aufweist und die bei­ spielsweise aus ′85 MITSUBISHI SEMICONDUCTORS, BIPOLAR DIGIAL IC (LSTTL) bekannt ist. In der Abbildung ist mit der Bezugsziffer 1 ein NPN-Transistor mit SBD (Schottky barrier diode) Klemmung bezeichnet, die Bezugsziffern 2 und 3 bezeich­ nen Widerstände mit vorbestimmten Widerstandswerten. Ein Ba­ sislade-/Entladekreis besteht aus dem Transistor 1 und den Widerständen 2, 3. Die Bezugsziffer 4 bezeichnet einen Ein­ gangsanschluß, die Bezugsziffer 5 einen Eingangs-PNP-Transi­ stor, dessen Basis am Eingangsanschluß 4 liegt. Mit den Be­ zugsziffern 6, 7, 8, 12, 13 und 15 sind NPN-Transistoren und SBD-Klemmung bezeichnet. Die Bezugsziffer 16 bezeichnet einen NPN-Transistor, der zusammen mit dem Transistor 15 in Darling­ ton-Schaltung verbunden ist und einen Ausgangs-Darlington- Transistor bildet. Der Ausgangs-Darlington-Transistor und der Transistor 13 sind in Serie zwischen einem Anschluß 11 mit hohem Potential und einem Anschluß 17 mit niedrigem Potential verbunden. Weiterhin ist der Emitter des Transistors 12 mit der Basis des Transistors 13 verbunden. Die Basislade-/Ent­ ladeschaltung wie oben beschrieben, liegt zwischen dem Ver­ bindungspunkt der Transistoren 12 und 13 und dem Quellenan­ schluß 17 mit niedrigem Potential. Weiterhin ist die Basis des Transistors 12 über einen Widerstand mit dem Quellenan­ schluß 11 mit hohem Potential verbunden. Die Bezugsziffern 9, 18, 19, 20 und 21 bezeichnen Schottky-Barrier-Dioden (SBD′s). Die SBD 9 liegt mit ihrer Anode an der Basis des Transistors 12, ihre Kathode liegt am Kollektor des Transistors 8. Die Bezugsziffer 14 bezeichnet einen Ausgangsanschluß, die Be­ zugsziffern 22 bis 28 bezeichnen Widerstände.

Im folgenden wird die Wirkungsweise der bekannten Schaltung beschrieben.

Wenn an den Eingangsanschluß 4 ein "H" Spannungspegel gelegt wird, so schaltet der Eingangs-PNP-Transistor 5 aus, die Transistoren 6, 7 und 8 schalten an. Der Transistor 12 schaltet aus, die Ausgangs-Darlington-Transistoren 15, 16 schalten an, so daß der Ausgangsanschluß 14 auf hohen Span­ nungspegel "H" geht.

Wenn ein niedriger Spannungspegel "L" an den Eingangsan­ schluß 4 gelegt wird, so schaltet der Eingangs-PNP-Transistor 5 an, die Transistoren 6, 7 und 8 schalten aus, die Transi­ storen 12 und 13 schalten an, so daß der Ausgangsanschluß 14 auf niedrigen Pegel "L" geht. Wenn darüber hinaus die an den Eingangsanschluß 4 angelegte Spannung von "L" nach "H" geht, so geht auch der Pegel des Ausgangsanschlusses 14 von "L" nach "H". In diesem Fall bildet der Transistor 1 einen Ent­ ladepfad für Ladungen, die in der Basis des Transistors 13 gespeichert sind, so daß die Ausschaltzeit des Transistors 13 verkürzt und der Übergangsstrom des Transistors reduziert wird.

Die bekannte bipolare logische Schaltung ist wie oben be­ schrieben ausgebildet und arbeitet wie oben beschrieben, wo­ bei der Transistor 13 ausschaltet, nachdem der Transistor 12 ausgeschaltet hat. Durch diese Arbeitsweise treten bei hohen Schaltgeschwindigkeiten Schwierigkeiten auf. Darüber hinaus fließt ein Übergangsstrom durch die Schaltung.

Um eine Schaltung der vorbeschriebenen Art so weiterzubil­ den, daß sie eine kürzere Umwandlungs- bzw. Umschaltzeit für Signale am Ausgangsanschluß aufweist, wird in der DE-OS 36 37 818 vorgeschlagen, eine zweite Diode in die Schaltung einzubauen, deren Anode mit dem Emitter des zweiten Transi­ stors verbunden ist. Über diese zweite Diode können Ladungen von der Basis des ersten Transistors über einen ebenfalls hinzugekommenen weiteren Transistor, dessen Kollektor mit der Kathode der Diode, dessen Basis mit dem Emitter des dritten Transistors und dessen Emitter mit der Quelle niedrigen Potentials verbunden ist, zur Quelle niedrigen Potentials hin abfließen.

Beim Stand der Technik gemäß der DE-OS 36 37 818 werden ge­ genüber dem eingangs geschilderten Stand der Technik gemäß Fig. 5 also im wesentlichen der Transistor 1 und die Wider­ stände 2, 3 durch einen anderen Transistor und eine zweite Diode ersetzt. Beim Einsatz dieser zweiten Diode wird die Entladungsmöglichkeit der Basis eines Transistors über eine Diode genutzt, wie sie beispielsweise aus der EP-A1 01 91 165 und der JP-A2 57-80 830 bekannt ist.

Beim Stand der Technik gemäß der DE-OS 36 37 818, wie er im Oberbegriff des Anspruchs 1 berücksichtigt worden ist, ist demnach die Umschaltzeit für Signale am Ausgangsanschluß einer Schaltung der eingangs geschilderten Art verkürzt wor­ den, jedoch ohne die Schaltung dabei zu vereinfachen. Zudem muß die Ladung von der Basis des ersten Transistors nach wie vor über einen Transistor, nämlich den in der zitierten DE- OS neu hinzugekommenen, abgeführt werden, wodurch die Um­ schaltzeit unter Umständen dennoch unbefriedigend lang aus­ fällt.

Ausgehend von dem Stand der Technik gemäß des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist es daher Aufgabe der vorliegenden Erfin­ dung, eine gattungsgemäße Schaltung dahingehend weiterzu­ bilden, daß die Schaltzeiten verkürzt, der Übergangsstrom verringert und insbesondere die Schaltung vereinfacht werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Kathode der zweiten Diode mit dem Kollektor des dritten Transistors verbunden ist, so daß ein Entladungspfad für Ladungen in der Basis des ersten Transistors durch den drit­ ten Transistor gebildet wird.

Dies hat den Vorteil, daß der Transistor 1, der beim Stand der Technik gemäß Fig. 5 den Entladungspfad bildet, aufgrund des Einsatzes der zweiten Diode ersatzlos entfallen kann, ebenso die mit ihm verbundenen Widerstände 2, 3. Hierdurch wird die Schaltung gegenüber dem Stand der Technik gemäß Fig. 5 und ebenso gegenüber dem Stand der Technik gemäß der DE-OS 36 37 818 vereinfacht, weil ein Transistor weniger benötigt wird. Hierdurch werden auch die Schaltzeiten ver­ kürzt und der Übergangsstrom verringert, weil bei der erfin­ dungsgemäßen Schaltung der Entladepfad nunmehr vom dritten Transistor selbst gebildet wird und nicht mehr von einem Transistor, der selbst erst schalten muß, weil seine Basis mit dem zweiten Transistor 12 wie beim Stand der Technik ge­ mäß Fig. 5 oder mit dem dritten Transistor wie beim Stand der Technik gemäß der DE-OS 36 37 818, verbunden ist.

Die Vereinfachung gegenüber dem Stand der Technik gemäß DE-OS 36 37 818 ist bei der erfindungsgemäßen Schaltung da­ durch möglich, daß die erste Diode, anders als in der DE-OS 36 37 818 zwischen den zweiten und dritten Transistor ge­ schaltet ist.

Weitere erfindungswesentliche Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzug­ ter Ausführungsformen der Erfindung, die anhand von Abbil­ dungen näher erläutert werden. Hierbei zeigen:

Fig. 1 die Schaltung einer bipolaren logischen Schal­ tung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 und 3 ein Blockdiagramm bzw. eine Schaltung einer be­ vorzugten Ausführungsform, bei welcher die Schal­ tung mit einem Flip-Flop verbunden ist;

Fig. 4 die Schaltung einer bipolaren logischen Schal­ tung gemäß einer zweiten bevorzugten Ausfüh­ rungsform der Erfindung; und

Fig. 5 eine Schaltung einer herkömmlichen bipolaren logischen Schaltung.

In den Abbildungen bezeichnen dieselben Bezugsziffern glei­ che oder gleich wirkende Abschnitte bzw. Teile.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen anhand der Abbildungen näher beschrieben:

Fig. 1 zeigt eine logische Schaltung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei der dieselben Bezugszif­ fern wie in Fig. 5 für entsprechende Teile verwendet sind. Die Bezugsziffer 30 bezeichnet eine Schottky-Barrier-Diode, deren Anode mit dem Emitter des Transistors 12 und deren Kathode mit dem Kollektor des Transistors 8 verbunden ist. In der so ausgebildeten Schaltung ist in dem Fall, in dem die Spannung mit "H" oder "L" Pegel am Eingangsanschluß 4 liegt, die Wirkung ähnlich der in der bekannten Schaltung. Im Übergangszustand, bei dem die Spannung am Ausgangsan­ schluß 14 von "L" nach "H" geht, wenn der Transistor 8 an­ schaltet, bildet die Diode 30 einen Entladungspfad, in dem die Ladungen, die in der Basis des Transistors 13 gespeichert sind, über diese Diode 30 und den Transistor 8 abgeleitet werden. Auf diese Weise kann man die Ausschaltzeit des Tran­ sistors 13 verkürzen und den Übergangsstrom des Transistors 13 verringern.

Fig. 4 zeigt eine bipolare logische Schaltung entsprechend einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Bei dieser bevorzugten Ausführungsform sind die Diode 30 der Ausführungsform nach Fig. 1 und der Transistor 1 sowie die Widerstände 2 und 3 der bekannten Anordnung zusammen als Basislade-/Entladeschaltung ausgebildet. Durch diese Aus­ bildung der Schaltung ergeben sich noch bessere Übertra­ gungseigenschaften.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung wurden Schaltungen von Pufferkreisen dargelegt, die nur ei­ nen Eingang aufweisen. Selbstverständlich läßt sich der Er­ findungsgedanke auch sehr gut auf ein Flip-Flop oder einen Zähler mit einem Pufferausgang anwenden. Fig. 3 zeigt eine gleichwirkende Ausgangsschaltung für den Fall, in welchem die Schaltung gemäß der vorliegenden Erfindung auf ein Flip-Flop angewendet ist. Die logische Schaltung dazu ist in Fig. 2 gezeigt. Auch hier ist also wieder eine Diode 30 zur Verkürzung der Schaltzeiten vorgesehen.

Wie oben beschrieben, ist gemäß der vorliegenden Erfindung eine Diode zwischen die Basis eines ersten Transistors und den Kollektor eines dritten Transistors geschaltet und ein Entladungspfad für die in der Basis des ersten Transistors gespeicherte Ladung wird durch den dritten Transistor ge­ bildet, so daß die Basisladungen des ersten Transistors schnell abgeleitet werden können. Auf diese Weise können bipolare logische Schaltungen in ihrer Schaltgeschwindigkeit verbessert werden, wobei gleichzeitig nur kleine Übergangs­ ströme fließen.

Claims (2)

1. Bipolare logische Schaltung, insbesondere für einen In­ verter, mit einem Ausgangs-Darlington-Transistor (15, 16) und einem ersten Transistor (13), die in Reihenschaltung zwischen einer Quelle (11) mit hohem Potential und einer Quelle (17) mit niedrigem Potential geschaltet sind, mit einem zweiten Transistor (12), dessen Kollek­ tor mit der Basis des Ausgangs-Darlington-Transistors (15, 16) und über einen Widerstand (28) mit der Quelle (11) hohen Potentials verbunden ist und dessen Emitter mit der Basis des ersten Transistors (13) verbunden ist, und dessen Basis über einen Widerstand (10) mit der Quelle (11) hohen Potentials verbunden ist, mit einem dritten Transistor (8), dessen Emitter mit der Quelle (17) niedri­ gen Potentials verbunden ist und dessen Basis mit einem Signal, entsprechend einem Eingangssignal versorgt wird, und mit einer ersten Diode (9), deren Anode an der Basis des zweiten Transistors (12) und deren Kathode an dem Kollektor des dritten Transistors (8) liegt, und mit einer zweiten Diode (30), deren Anode mit dem Emitter des zwei­ ten Transistors (12) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode der zweiten Diode (30) mit dem Kollektor des dritten Transi­ stors (8) verbunden ist.

2. Bipolare logische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Transistor (1) vorgesehen ist, dessen Basis und Kollektor über Wider­ stände (2, 3) mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Emit­ ter des zweiten Transistors (12) und der Basis des ersten Transistors (13) verbunden sind, und dessen Emitter an der Quelle (17) niedrigen Potentials liegt, so daß der Transistor (1) Ladungen ableitet, welche in der Basis des ersten Transistors (13) gespeichert sind.