DE3829898C2 - Treiberschaltung für emittergekoppelte Verknüpfungsglieder - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Verknüpfungsglieder. Derzeit herrschen zwei Familientypen von Verknüpfungsgliedern vor, wenn sehr schnelle Schaltungen benötigt werden. Dies sind die ECL-Schaltungen (ECL = Emitter Coupled Logic) und die CML- Schaltungen (CML = Current Mode Logic). Diese beiden Familien­ typen machen von einer Stromsteuerung Gebrauch, und für beide gilt, daß die Logik in verschiedenen Ebenen vorliegen kann.

CML-Schaltungen werden am häufigsten dann benutzt, wenn das Produkt aus Geschwindigkeit und Leistung der kritische Parame­ ter ist, während ECL-Schaltungen benutzt werden, wo die äußer­ ste Geschwindigkeit entscheidend ist.

ECL-Schaltungen erfordern Emitterfolger-Treiber. Bei CML- Schaltungen besteht dieses Erfordernis nicht. Die Verwendung solcher Treiber erhöht die Ansteuerfähigkeit der Schaltung, jedoch wird dies auf Kosten eines vergrößerten Leistungsbe­ darfs und des Verlusts einer möglichen Logikebene erreicht.

Mit Hilfe der Erfindung soll eine emittergekoppelte Logik­ schaltung geschaffen werden, bei der der geschilderte Nachteil beseitigt ist.

Die Erfindung ist verwirklicht in einer Treiberschaltung für emittergekoppelte Verknüpfungsglieder mit zwei Emitterfolger­ transistoren, an die ein Eingangssignal angelegt werden kann, wobei einer der Transistoren ein Ausgangssignal abgibt, und mit Schaltmitteln, die abhängig von einer Spannungsdifferenz an den Emittern der Transistoren eine Änderung des Ausgangssi­ gnals in einer solchen Richtung verursachen, daß die Span­ nungsdifferenz minimiert wird.

Außerdem ist die Erfindung verwirklicht in einer Treiberschal­ tung für emittergekoppelte Verknüpfungsglieder mit zwei Tran­ sistoren in Gegentaktschaltung und einem parallel zu dem Ge­ gentakttransistorpaar liegenden dritten Transistor zum Ein­ stellen von Spannungswerten an dem Gegentakttransistorpaar, wobei der dritte Transistor und der Ansteuertransistor des Ge­ gentaktpaars Emitterfolgertransistoren sind und vom gemeinsa­ men Eingangssignal gespeist werden können, sowie mit Mitteln zum Feststellen, wann die Emitterspannung des Ansteuertransi­ stors die Emitterspannung des dritten Transistors zum Ein­ schalten des Ableittransistors des Gegentaktpaars überschrei­ tet.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnung beispielshalber erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild zur Veranschaulichung des Prinzips ei­ ner erfindungsgemäßen Treiberschaltung für ein emit­ tergekoppeltes Verknüpfungsglied,

Fig. 2 ein Schaltbild einer ersten Ausführungsform einer er­ findungsgemäßen Treiberschaltung für ein emitterge­ koppeltes Verknüpfungsglied und

Fig. 3 ein ebensolches Schaltbild wie in Fig. 2 für eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Trei­ berschaltung.

Fig. 1 zeigt eine ECL-Treiberschaltung, in der das der Erfin­ dung zugrundeliegende Prinzip verwirklicht ist. Gemäß dem Schaltbild bilden zwei Emitterfolgertransistoren Q₁ und Q₂ ei­ ne Treiberstufe einer ECL-Schaltung. Die Transistoren und sind im wesentlichen gleiche NPN-Transistoren, und der Emitter des Transistors Q₂ ist durch eine (als Kondensator) dargestellte kapazitive Last C belastet.

Die Emitterspannung des Transistors Q₁ ist dem idealen An­ sprechverhalten eines Ausgangstransistors angenähert, da sie der Eingangsspannung am Eingang 10 genau folgt, die an diesen Eingang vom Ausgangsglied der (nicht dargestellten) ECL-Schal­ tung zugeführt wird. Die Emitterspannung des Transistors Q₂ dem die gleiche Eingangsspannung zugeführt wird, wird von der kapazitiven Last beeinflußt und ändert sich langsamer als die Spannung am Kondensator C₁, wenn sich dieser auflädt oder ent­ lädt. Im Prinzip gilt, daß dann, wenn die Emitterspannungen an einen Differenzverstärker 12 angelegt wurden, das Ausgangssi­ gnal des Differenzverstärkers für den Betrieb eines Stromsteu­ erglieds benutzt werden könnte, der bewirkt, daß die Emitter­ spannung des Transistors Q₂ der Emitterspannung des Transi­ stors Q₁ genauer nachfolgt. Die vom Kondensator C₁ gebildete kapazitive Last würde dann mit der gleichen Geschwindigkeit angesteuert wie ein unbelasteter Emitterfolgertransistor. In der Praxis muß nur dafür gesorgt werden, daß das Stromsteuer­ glied Strom vom Kondensator C₁ ableitet, wenn die Emitterspan­ nung auf einem hohen Wert gehalten wird. Das Stromsteuerglied kann dann die Form eines Transistors Q₃ annehmen, der zum Ent­ laden des Kondensators C₁ eingeschaltet wird, wenn die Emit­ terspannung des Transistors Q₂ zu hoch gehalten wird. Der Dif­ ferenzverstärker 12 ist dann so ausgebildet, daß er den Tran­ sistor Q₃ schlagartig sperrt, wenn die Emitterspannung des Transistors Q₂ relativ niedrig ist.

Fig. 2 zeigt eine erste praktische Ausführungsform einer ECL- Treiberschaltung. In dieser Figur sind gleiche Teile mit glei­ chen Bezugszeichen versehen worden. In dieser Schaltung sind Emitterwiderstände 14 verwendet worden, damit im Betrieb an der Basis des Transistors Q₄ (vom Emitter des Transistors Q₁) und am Kollektor des Transistors Q₄ (vom Emitter des Transi­ stors Q₂) Schaltspannungswerte eingestellt werden.

Die Kollektoren der Transistoren Q₁ und Q₂ sind an eine Ver­ sorgungsspannungsleitung von beispielsweise 3,2 V angeschlos­ sen, und die Basisanschlüsse dieser Transistoren Q₁ und Q₂ sind auf einen Mittelwert von etwa 3 V vorgespannt. Ein zu ne­ gativen Spannungen gehender Impuls, der an die Basis der Tran­ sistoren Q₁ und Q₂ angelegt wird, veranlaßt diese Transisto­ ren, in den leitenden Zustand überzugehen, und er bewirkt auch, daß ein Strom über die Kollektor-Emitter-Strecke des Transistors Q₁ und den Widerstand 14 fließt, damit sich am Transistor Q₄ eine Basisspannung einstellt, die diesen Transi­ stor einschaltet.

Gleichzeitig wird der in die negative Richtung gehende Impuls auch an die Basis des Transistors Q₂ angelegt, was zur Folge hat, daß durch diesen Transistor Strom fließt. Der über die Kollektor-Emitter-Strecke und den Widerstand 14 fließende Strom bewirkt jedoch nicht, daß sich eine Spannung an der Ba­ sis des Transistors Q₃ einstellt, die zum Durchschalten dieses Transistors ausreicht, der Strom wird vielmehr durch diesen Transistor Q₄ nach Masse abgeleitet. Bei gesperrtem Transistor Q₃ steuert der Transistor Q₂ die kapazitive Last (den Konden­ sator C₁) an.

Wenn die Spannung am Eingang positiv wird, werden die Transi­ storen Q₁ und Q₂ ebenso wie der Transistor Q₄ gesperrt. Die kapazitive Last erzeugt am Ausgang eine Spannung, die über den Widerstand 14 ausreicht, den Transistor Q₃ durchzuschalten. Dadurch wird die kapazitive Last (der Kondensator C₁) entladen. Wie zu erkennen ist, wirkt der Transistor Q₂ als "Ansteuer"- Transistor, während der Transistor Q₃ als "Ableit"-Transistor beim Ansteuern der kapazitiven Last wirkt; der Transistor Q₁ wirkt als Bezugstransistor zur Lieferung der notwendigen Schaltspannungen zum Steuern dieser Gegentaktansteuerung. Im gesperrten Zustand der Transistoren Q₁ und Q₂ wird nur Leck­ strom aufgenommen, so daß der Leistungsbedarf reduziert ist.

Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform ist in ihrer Aus­ führung und in ihrem Betrieb der Ausführung von Fig. 2 sehr ähnlich. Folglich sind gleiche Teile auch mit den gleichen Be­ zugszeichen versehen worden. In dieser Ausführungsform ist in die Emitterstrecke jedes der Transistoren Q₁ und Q₂ eine Diode 16 eingefügt worden. Der in Durchlaßrichtung an den Dioden 16 auftretende Spannungsabfall erhöht durch Reduzieren der Wir­ kung der Widerstände 14 die Empfindlichkeit der Transistoren Q₃ und Q₄ für Spannungsunterschiede zwischen den Emittern der Transistoren Q₁ und Q₂, damit ein schnelleres Sperren der oben in bezug auf Fig. 2 beschriebenen "Ansteuer"- und "Ableit"-Be­ triebszustände gewährleistet wird.

Die oben beschriebenen Schaltungen beruhen bei ihrem Betrieb auf der Verwendung eines einzigen bipolaren Transistortyps, d. h. auf der Verwendung von NPN-Transistoren. Es ist zu erken­ nen, daß die Verwendung eines einzigen Transistortyps die Her­ stellung der Treiberschaltungen als Teile integrierter Logik­ schaltungen stark vereinfacht. Die auf diese Weise gebildeten integrierten Schaltungen haben die erforderliche Ansteuerkapa­ zität herkömmlicher Emitterfolger-Treiberschaltungen ohne die Leistungsaufnahmeerfordernisse, die normalerweise bei solchen Treiberschaltungen vorhanden sind. Außerdem wird die Geschwin­ digkeit der emittergekoppelten Logik aufrechterhalten.

Die Erfindung ist nicht auf die genauen Einzelheiten der obi­ gen Beispiele beschränkt; es können vielmehr Abwandlungen vor­ genommen werden. Beispielsweise kann auch eine ähnliche Trei­ berschaltung ausschließlich mit NPN-Transistoren verwirklicht werden. Die oben angegebenen Vorspannungswerte können zur Er­ füllung spezieller Erfordernisse modifiziert werden. Bei Ände­ rung der Vorspannungswerte kann es notwendig sein, einen Sät­ tigungsschutz durch Diodenkopplung um den Transistor Q₄ vorzu­ sehen.

Claims (9)

1. Treiberschaltung für emittergekoppelte Verknüpfungsglieder mit zwei Emitterfolgertransistoren, an die ein Eingangssignal angelegt werden kann, wobei einer der Transistoren ein Aus­ gangssignal abgibt, und mit Schaltmitteln, die abhängig von einer Spannungsdifferenz an den Emittern der Transistoren eine Änderung des Ausgangssignals in einer solchen Richtung verur­ sachen, daß die Spannungsdifferenz minimiert wird.

2. Treiberschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel einen dritten Transistor umfassen, der parallel zur Emitterstrecke des das Ausgangssignal abgebenden Transistors liegt, wobei der dritte Transistor immer dann ein­ geschaltet werden kann, wenn die Ausgangsspannung die Spannung am Emitter des anderen Emitterfolgertransistors übersteigt.

3. Treiberschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abtastmittel vorgesehen ist, das die Spannungsdiffe­ renz zwischen den Emittern der zwei Emitterfolgertransistoren erfaßt und den dritten Transistor abschaltet, wenn die Aus­ gangsspannung kleiner als die Spannung am Emitter des anderen Emitterfolgertransistors ist.

4. Treiberschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Fühlermittel einen vierten Transistor umfaßt, der par­ allel zur Basis des dritten Transistors liegt.

5. Treiberschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß alle Transistoren vom gleichen Typ sind.

6. Treiberschaltung für emittergekoppelte Verknüpfungsglie­ der mit zwei Transistoren in Gegentaktschaltung und einem par­ allel zu dem Gegentakttransistorpaar liegenden dritten Transi­ stor zum Einstellen von Spannungswerten an dem Gegentakttran­ sistorpaar, wobei der dritte Transistor und der Ansteuertran­ sistor des Gegentaktpaars Emitterfolgertransistoren sind und vom gemeinsamen Eingangssignal gespeist werden können, sowie mit Mitteln zum Feststellen, wann die Emitterspannung des An­ steuertransistors die Emitterspannung des dritten Transistors zum Einschalten des Ableittransistors des Gegentaktpaars über­ schreitet.

7. Treiberschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststellungsmittel einen vierten Transistor enthal­ ten, der parallel zur Basis des Ableittransistors liegt.

8. Treiberschaltung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß alle Transistoren vom gleichen Typ sind.

9. Treiberschaltung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, daß alle Transistoren NPN-Transistoren sind.