DE3912713C2

DE3912713C2 -

Info

Publication number: DE3912713C2
Application number: DE3912713A
Authority: DE
Inventors: Takahiro Miki; Shiro Hosotani; Toshio Itami Hyogo Jp Kumamoto
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1988-04-18
Filing date: 1989-04-18
Publication date: 1992-07-30
Also published as: DE3912713A1; JPH0229022A; JPH0756931B2; GB2218291A; US5099146A; GB8908727D0; GB2218291B

Description

Die Erfindung betrifft eine Schwellenwertsteuerung für eine elektrische Einrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und die Verwendung der Schwellenwertsteuerung.

Die Schwellenspannung V_T eines MOS-Transistors oder der gleichen fluktuiert im allgemeinen wegen Unterschieden in den verschiedenen Parametern, wie zum Beispiel einer anfäng lichen Schwellenspannung V_T0 und einer Substrateffektkon stanten γ. Zum Beispiel kann die anfängliche Schwellenspan nung V_T0 sich von einem gewünschten Wert um etwa 100 mV bis einigen 100 mV wegen kleiner Unterschiede in den Herstel lungsbedingungen unterscheiden. Da die genaue Steuerung der verschiedenen Parameter während der Herstellung des Transi stors schwierig ist, muß die Schwellenspannung V_T auf der Grundlage von Messungen nach der Herstellung zum Vorsehen einer gewünschten Schwellenspannung V_T gesteuert werden.

Fig. 11A zeigt eine vorgeschlagene elektrische Einrichtung zum Begegnen der oben beschriebenen Notwendigkeit. Die Figur ist ein Schaltungsdiagramm einer elektrischen Einrichtung vom gesteuerten Schwellentyp zum elektrischen Steuern der Schwellenspannung V_T eines MOS-Transistors nach der Herstel lung. Fig. 11B zeigt als schematische Schnittansicht den Aufbau der elektrischen Einrichtung, die später anhand von Fig. 11A gezeigt wird. Eine Drain D eines N-Kanal-MOS-Tran sistors 1 ist mit einem Eingangsanschluß 2 verbunden, und eine Source S ist mit einem Anschluß 3 verbunden. Ein Gate G ist mit einer nicht gezeigten Steuerschaltung verbunden, und eine externe Eingangsspannung V₂ ist dazu als eine Gate spannung eingegeben. Ein positiver Potentialanschluß einer Spannungsquelle 4 ist mit der Source S verbunden, und der negative Potentialanschluß ist mit einem Backgate B verbun den. In Fig. 11B bezeichnen die Bezugszeichen "p" und "n" in Klammern die Leitfähigkeitstypen des Halbleiters des n- Kanal-MOS-Transistors, während die Zeichen "+" bzw. "-" höhere bzw. geringere Verunreinigungskonzentrationen anzei gen. In Fig. 11B ist der Gateoxidfilm weggelassen.

Im folgenden wird die Betriebsweise beschrieben. Eine Span nung zwischen der Source und dem Backgate (Source-Backgate- Spannung) V_SB des N-Kanal-MOS-Transistors 1 stellt ein Potential der Source S dar, wobei das Backgate B eine Refe renz darstellt. Die Source-Backgate-Spannung V_SB wird durch die Spannungsquelle 4 gesteuert. Es ist bekannt, daß die Beziehung zwischen der Source-Backgate-Spannung V_SB und der Schwellenspannung V_T durch die folgende Gleichung (1) dar gestellt werden kann (genauer (1a) und (1b)). Die Schwellenspannung V_T eines N-Kanal-MOS-Transistors wird durch folgende Gleichung dargestellt (s. "Analysis and Design of Analog Integrated Circuits (Second Edition)", P. R. Gray et. al., veröffentlicht von John Wiley and Sons, S. 63):

Die Schwellenspannung V_T eines P-Kanal-MOS-Transistors wird durch die folgende Gleichung ausgedrückt:

In den Gleichungen (1a) und (1b) bezeichnet die Bezugsgröße V_T0 die anfängliche Schwellenspannung, wenn die Source-Back gate-Spannung V_SB=0, die Bezugsgröße Φ_f bezeichnet ein Fermi-Potential eines Substrates oder einer Wanne entsprechend dem Backgate-Bereich (genauer, eine Differenz zwischen einem intrinsischen Fermi-Potential und dem Fermi-Potential), und die Bezugsgröße γ bezeichnet eine positive Konstante, die Sub strateffektkonstante genannt wird.

Bei einem N-Kanal-MOS-Transistor stellt die Schwellenspannung V_T ein Potential des Gates G dar, wobei die Source S zu Be ginn des Flusses des Drainstromes I_D als Referenz dient. Falls der N-Kanal-MOS-Transistor vom Anreicherungstyp (enhancement) ist, stellt die Schwellenspannung V_T einen positiven Wert dar. Wenn das Potential des Backgates B klein wird und die Source-Backgate-Spannung V_SB groß wird, wird die Schwellenspannung V_T entsprechend der Gleichung (1a) groß. Im Falle eines P-Kanal-MOS-Transistors stellt die Schwellenspannung V_T ein Potential des Gates G dar, wobei die Source S zu Beginn des Flusses des Drainstromes I_D die Referenz darstellt. Diese wird einen negativen Wert haben, wenn der Transistor vom Anreicherungstyp (enhancement) ist. Wenn das Potential des Backgates B verringert wird und die Source-Backgate-Spannung V_SB groß wird (d.h. |V_SB | wird klein), wird die Schwellenspannung V_T entsprechend der Glei chung (1b) groß (da diese einen negativen Wert darstellt, wird dessen Absolutwert klein). Unter Bezugnahme auf die Fig. 11A und 11B kann die Schwellenspannung V_T des N- Kanal-MOS-Transistors 1 nämlich durch Ändern der Source- Backgate-Spannung V_SB durch die Spannungsquelle 4 geändert werden. Die Steuerung der Schwelle des N-Kanal-MOS-Transi stors 1 kann auf diese Weise durchgeführt werden.

Fig. 12 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines weiteren Beispie les einer elektrischen Einrichtung vom gesteuerten Schwellen typ. Eine Drain eines N-Kanal-MOS-Transistors 115, der ein Beispiel einer ersten Stromquelle vom Spannungssteuertyp darstellt, und eine Drain eines P-Kanal-MOS-Transistors 114, der ein Beispiel einer zweiten Stromquelle vom Spannungs steuertyp darstellt, sind miteinander verbunden und bilden einen invertierenden Verstärker 101. Ein Eingangsanschluß 111 des invertierenden Verstärkers 101 ist aus einem Anschluß gebildet, der mit einem Gate des N-Kanal-MOS-Transistors 115 verbunden ist, und eine externe Eingangsspannung V₂, die eine analoge Spannung darstellt, ist an den Eingangs anschluß 111 angelegt. Dabei ist ein Vorspannungseingangs anschluß 113 des invertierenden Verstärkers 101 aus einem Anschluß gebildet, der mit dem Gate des P-Kanal-MOS-Transi stors 114 verbunden ist, und eine Steuerspannung V_c mit einem vorgeschriebenen Spannungswert ist an den Vorspannungsein gangsanschluß angelegt.

Im folgenden wird die Betriebsweise der in Fig. 12 gezeigten elektrischen Einrichtung vom Schwellentyp beschrieben.

Wenn ein MOS-Transistor in einem Sättigungszustand betrieben wird, ändert sich im allgemeinen der Drainstrom, wenn sich die Spannung zwischen dem Gate und der Source ändert. Jedoch ändert sich der Drainstrom nicht so viel, auch wenn die Span nung zwischen dem Drain und der Source sich ändert. Der MOS- Transistor ist nämlich weitläufig als eine Stromquelle vom Spannungssteuertyp bekannt, bei dem der Drainstrom durch die Gatespannung gesteuert werden kann.

Wenn die Drains D des P-Kanal-MOS-Transistors 114 und des N-Kanal-MOS-Transistors 115 miteinander verbunden sind und eine Vorspannung an den P-Kanal-MOS-Transistor 114 angelegt ist, ist der invertierende Verstärker 101 durch die Transi storen 114 und 115 gebildet, wobei ein Ausgangsanschluß 112 einen mit den Drains D verbundenen Anschluß darstellt und ein Eingangsanschluß 111 einen mit dem Gate des N-Kanal-MOS- Transistors 115 verbundenen Anschluß darstellt. Wenn ins besondere ein in den N-Kanal-MOS-Transistor 115 fließender Treiberstrom ungefähr mit einem von dem P-Kanal-MOS-Transi stor 114 fließenden Vorstrom übereinstimmt, wird der Ausgang des invertierenden Verstärkers 101 ein Zwischenpotential zwischen der Versorgungsspannung V_DD und der Massespannung darstellen, und das Gleichgewicht wird gehalten. Wenn die Eingangsspannung des invertierenden Verstärkers 101 sich leicht ändert und das Gleichgewicht verlorengeht, wird sich einer der MOS-Transistoren aus dem Sättigungszustand heraus befinden, und die Ausgangsspannung ändert sich, bis die Funktion als Stromquelle verlorengeht. Dies sind wohlbekannte Tatsachen, die auch in den Seiten 726 bis 729 des oben er wähnten Artikels offenbart sind. Daher kann durch Ändern der Steuerspannung V_C die die Vorspannung darstellt, ein kritischer Punkt gesteuert werden, bei dem die Ausgangsspan nung V_OUT sich stark ändert als Reaktion auf kleine Ände rungen der externen Eingangsspannung V₂. Der kritische Punkt, bei dem sich die Ausgangsspannung V_OUT als Reaktion auf eine kleine Änderung der externen Spannung stark ändert, wird Schwelle genannt, und in diesem Falle insbesondere eine Ein gangsschwelle, und die Ausgangsspannung V_OUT ändert sich zu und von einem ersten Logikzustand (niedriger Pegel) und einem zweiten Logikzustand (hoher Pegel) in Äbhängigkeit davon, ob die externe Eingangsspannung V₂ größer oder kleiner als die Eingangsschwelle ist.

Kurz gesagt, weist eine elektrische Einrichtung vom gesteuer ten Schwellentyp eine Spannungsansprecheinrichtung auf, wel che beispielsweise aus einem in den Fig. 11A und 11B ge zeigten Transistor 1 oder einem in Fig. 12 gezeigten inver tierenden Verstärker 101 gebildet ist. Eine Ausgangsspannung der Spannungsansprecheinrichtung ändert sich zu und von einem ersten Logikzustand und einem zweiten Logikzustand als Reak tion auf eine Größe der externen Eingangsspannung, wobei eine Schwelle die Referenzgröße darstellt. Bei der gezeigten elektrischen Einrichtung vom gesteuerten Schwellentyp wird die Schwelle in der Spannungsansprecheinrichtung auf einen gewünschten Wert durch Eingeben einer Steuerspannung von konstanter Größe eingestellt.

Währenddessen zeigt Fig. 7 ein schematisches Diagramm eines typischen A/D-Wandlers. Der A/D-Wandler weist eine Mehrzahl von Komparatoren 500 zum Bestimmen der Größe der eingegebenen externen Eingangsspannung aufgrund der eingegebenen Referenz eingangsspannung auf und gibt das Ergebnis der Bestimmung aus. Fig. 13 zeigt in einem Diagramm einen der Mehrzahl der Komparatoren 500.

In Fig. 13 stellt das Bezugszeichen 201 einen invertierenden Verstärker dar, der in diesem Falle ein CMOS-Inverter ist. Das Bezugszeichen 204 bezeichnet ein Transmissionsgatter, das in einer Verdrahtung enthalten ist, die einen Eingangs abschnitt und einen Ausgangsabschnitt des invertierenden Verstärkers 201 verbindet. Das Bezugszeichen 202 bezeichnet einen Kondensator, dessen eine Elektrode mit dem Eingangsab schnitt des invertierenden Verstärkers 201 verbunden ist und dessen andere Elektrode mit Transmissionsgattern 203 und 205 verbunden ist. Die Transmissionsgatter 203 und 205 sind jeweils mit vergleichenden Spannungseingangsanschlüssen 104 und 105 verbunden.

Es folgt die Beschreibung der Betriebsweise. Der Betrieb des Komparators 500 weist zwei Zyklen auf. Zuerst, wenn ein Taktsignal Φ sich auf einem niedrigen Pegel (L) befindet, werden die Transmissionsgatter 203 und 204 eingeschaltet. Dementsprechend wird eine Spannung auf einer Eingangsseite des Kondensators 202 auf V₁ geladen. Da die Eingangs- und Ausgangsabschnitte des invertierenden Verstärkers 201 über das Transmissionsgatter 204 miteinander verbunden sind, wird eine Ausgangsseite des Kondensators 202 auf eine Spannung V_BP geladen, die am Schnittpunkt einer Kurve 401, die eine Übertragungsfunktion der Schaltung (im folgenden als Über tragungskurve bezeichnet) darstellt und einer Linie 402, auf der die Eingangsspannung V₃ gleich der Ausgangsspannung V_OUT des in Fig. 14 gezeigten invertierenden Verstärkers 201 ist, vorgesehen ist.

Wenn das Taktsignal Φ hochpegelig wird, werden die Trans missionsgatter 203 und 204 ausgeschaltet, und das Übertra gungsgatter 205 wird eingeschaltet, und das Potential auf der Eingangsseite des Kondensators 202 ändert sich von V₁ auf V₂. Dabei wird ein Knoten auf der Ausgangsseite des Kon densators 202 gleichzeitig auf einen schwebenden Zustand gebracht, und daher wird die Spannungsänderung auf der Ein gangsseite des Kondensators 202 auf den invertierenden Ver stärker 201 übertragen. Daher, wenn V₂ < V₁, ändert sich V₃ in einer positiven Richtung, und der Ausgang des inver tierenden Verstärkers bewegt sich von V_BP in einer negativen Richtung. Wenn V₂ < V₁, ändert sich V₃ in der negativen Rich tung, und der Ausgang des invertierenden Verstärkers 201 bewegt sich von V_BP in die positive Richtung. Dabei bezeich net das Bezugszeichen V₁ eine Referenzeingangsspannung von der Seite der in Fig. 7 gezeigten Referenzspannung 504, und das Bezugszeichen V₂ bezeichnet eine externe Eingangsspan nung, deren Größe, wie in Fig. 7 gezeigt, zu bestimmen ist.

Wenn die Spannung auf der Eingangsseite des Kondensators 202 kleiner wird, wird auf diese Weise die Ausgangsspannung V_OUT auf der Ausgangsseite des invertierenden Verstärkers 201 verstärkt, und die Ausgangsspannung V_OUT ändert sich in einer Amplitude, die ungefähr die gleiche wie die Versor gungsspannung beträgt, wobei V_BP die Mitte darstellt.

Fig. 15 veranschaulicht die Änderung der Ausgangsspannung V_OUT. Eine in der oberen Hälfte der Fig. 15 gezeigten Kurve zeigt, wie sich die Ausgangsspannung V_OUT mit dem Ablauf der Zeit ändert, wobei die Ordinate die Ausgangsspannung V_OUT darstellt, und die Abszisse die Zeit t darstellt.

Die untere Hälfte der Fig. 15 zeigt, wie sich die Taktsignale im Verlauf der Zeit t ändern, wobei das Bezugszeichen H be deutet, daß sich das Taktsignal auf dem hohen Pegel befindet, während das Bezugszeichen L bedeutet, daß sich das Taktsignal auf dem niedrigen Pegel befindet. Wenn sich das Taktsignal Φ auf dem hohen Pegel befindet, befindet sich das Taktsignal auf dem niedrigen Pegel. Wenn sich das Taktsignal Φ auf dem hohen Pegel befindet, wird die Spannung auf der Eingangs seite des Kondensators 202 wie oben beschrieben auf V₁ ge laden, und die Ausgangsspannung aus dem invertierenden Ver stärker 201 wird auf V_BP erhalten. Wenn die Beziehung zwi schen den Eingangsspannungen V₁ < V₂ beträgt, wird die Aus gangsspannung V_out allmählich größer ab dem Moment, bei dem die Taktsignale Φ und geschaltet werden. Ab dem nächsten Punkt des Schaltens der Taktsignale wird die Ausgangsspannung des invertierenden Verstärkers 201 verringert und geht auf die Spannung V_BP zurück. Wenn die Beziehung zwischen den Eingangsspannungen auf V₁<V₂ geändert wird, verringert sich die Ausgangsspannung des invertierenden Verstärkers 201 allmählich ab dem nächsten Schaltpunkt der Taktsignale. Die Ausgangsspannung des invertierenden Verstärkers 201 ändert sich entsprechend dem Schalten der Taktsignale wie durch die durchgezogene Linie gezeigt, was den Vergleich der Größe der Eingangsspannung V₁ mit der Größe der Spannung V₂ ermöglicht. Wenn die Ausgangsamplitude der Ausgangsspan nung V_out zu klein ist, wird ein zusätzlicher invertierender Verstärker, der den gleichen Aufbau wie der invertierende Verstärker 201 aufweist, kaskadenartig in der allgemein üb lichen Weise verbunden.

Jedoch kann sich bei den in den Fig. 11A, 11B und 12 ge zeigten elektrischen Einrichtungen vom gesteuerten Schwellen typ die anfänglich gesetzte Schwelle möglicherweise während der Verwendung aufgrund des Einflusses von Wärme und der gleichen ändern. Da die Steuerspannung der Einrichtung kon stant und nicht änderbar ist, kann diese mit den Fluktuatio nen der Schwelle während der Verwendung nicht dynamisch zu rechtkommen. Daher kann die Einrichtung nicht genau auf die Größe der externen Eingangsspannung ansprechen, wegen der Änderung der Schwellen während der Verwendung.

Der in Fig. 13 gezeigte Komparator besitzt die folgenden Nach teile.

(1) Wie aus der vorhergehenden Beschreibung des Betriebes und aus Fig. 15 ersichtlich, wird zum Laden der Span nung der Ausgangsseite des Kondensators auf V_BP eine Zeitdauer (dargestellt durch T in Fig. 15) benötigt, bevor die Differenz zwischen den Eingangsspannungen wirklich verstärkt wird, wodurch die gesamte Betriebs dauer des Komparators erhöht wird.
(2) Auf einem Signalpfad von dem vergleichenden Spannungs eingangsanschluß 104 oder 105 zu dem invertierenden Verstärker 201 befinden sich EIN-Widerstände der Trans missionsgatter 203 und 205 und Kapazitäten, die durch den Kondensator 202 und dessen Streukapazitäten 301 und 302 gebildet sind, die eine RC-Verzögerung verur sachen und zusätzlich den Ansprechbetrieb des invertie renden Verstärkers verringern.
(3) Falls die Zeitdauer zum Laden des Kondensators verkürzt wird, um die Betriebsdauer des Komparators zu verkür zen, kann möglicherweise die Ausgangsspannung fluk tuieren, da der Kondensator nicht voll geladen wird.
(4) Störungen des Taktsignals werden in der Eingangsseite des invertierenden Verstärkers 201 über parasitäre Kapazitäten 303 und 304 beim Ausschalten des Trans missionsgatters 204 erzeugt. Entsprechende Ladungen sind zwischen dem Transmissionsgatter 204 und der Eingangs seite des invertierenden Verstärkers 201 beim Ausschal ten des Transmissionsgatters 204 eingeschlossen und beeinflussen den Schaltungsbetrieb. Fig. 15 veran schaulicht die schlechten Einflüsse auf die Ausgangs spannung V_out. Die durch die Störungen beeinflußte, tatsächliche Ausgangsspannung ist durch eine gestrichelte Linie in Fig. 15 dargestellt. Da diese Ladungen der Eingangsseite des invertieren den Verstärkers 201 addiert werden, wird die Ausgangs spannung des invertierenden Verstärkers 201 um diesen Betrag größer, und daher unterscheidet sich die tat sächliche Ausgangsspannung beträchtlich von der idealen Ausgangsspannung, die frei von den Einflüssen der Störungen ist und durch die durchgezogene Linie darge stellt ist. Damit ergibt sich ein ernster Nachteil, der die wesentliche Leistungsfähigkeit des Komparators beeinflußt, dadurch, daß die Beziehung zwischen der Größe der Eingangsspannung V₁ und der von V₂ nicht genau verglichen werden kann.

Aus der US-PS 36 57 575 ist eine Schwellenwertsteuerung für eine elektrische Einrichtung bekannt. Die bekannte Schwellen wertsteuerung weist einen Differenzverstärker zum Verstärken der Differenz einer Referenzeingangsspannung und einer Rück kopplungseingangsspannung auf. Das Ergebnis wird als Steuer spannung an das Backgate eines ersten Transistors zur Steue rung eines ersten Schwellenwertes des ersten Transistors angelegt. Die Steuerspannung wird ebenfalls an das Backgate eines zweiten Transistors zum Steuern eines zweiten Schwel lenwertes des zweiten Transistors angelegt. Dadurch wird ein bestimmtes Verhältnis zwischen dem ersten Schwellenwert des ersten Transistors und dem zweiten Schwellenwert des zweiten Transistors eingestellt. Der zweite Transistor wird an seinem Gate mit einer externen Eingangsspannung beauf schlagt. Der zweite Transistor wird in Abhängigkeit der ex ternen Eingangsspannung leitend gemacht oder gesperrt. Der erste Schwellenwert des ersten Transistors wird durch die an sein Backgate angelegte Steuerspannung beeinflußt. Die dem Schwellenwert entsprechende Spannung des ersten Transi stors wird als die Rückkopplungseingangsspannung an den Dif ferenzverstärker zurückgeführt. Daher wird durch den Diffe renzverstärker die Steuerspannung gerade so groß gewählt, daß der Schwellenwert des ersten Transistors genau der Span nung entspricht, die gleich der Referenzeingangsspannung ist. Da die Steuerspannung auch an den zweiten Transistor geführt wird, wird die Schwellenspannung des zweiten Transi stors ebenso gut gesteuert. Bei der bekannten Schwellenwert steuerung wird das Rückkopplungssignal auf die Basis eines bipolaren Transistors geführt. Ein derartiger zusammen mit dem ersten und zweiten Transistor gebildeter bipolarer Tran sistor hat die Eigenschaft, einen relativ hohen Basisstrom zu ziehen. Ein von dem Differenzverstärker aufgenommener Basisstrom hat jedoch den Nachteil, daß die Steuerspannung nicht genau den Wert annimmt, bei dem der Schwellenwert des ersten Transistors der Referenzeingangsspannung entspricht. Daher ist eine Steuerung der Schwellenwerte der Transistoren erschwert, da bei der Herstellung der Transistoren eine ge wisse Streuung der Schwellenwerte auftritt und da zum Bei spiel die Schwellenwerte durch die Umgebungstemperatur beein flußt werden.

Wenn die bekannte Schwellenwertsteuerung in einem Komparator eingesetzt wird, kann es vorkommen, daß der Komparator unzu verlässige Werte liefert, da die Schwellenwerte der Schwel lenwertsteuerung herstellungsbedingt schwanken und auch von der Umgebungstemperatur abhängen.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Schwellenwertsteue rung für eine elektrische Einrichtung zu schaffen, bei der die Schwellenwerte trotz herstellungsbedingter Schwankungen und trotz Temperatureinflusses genau gesteuert werden können.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schwellenwertsteuerung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1.

Des weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, eine Verwendung der Schwellenwertsteuerung anzugeben.

Eine derartige Verwendung wird durch den Patentanspruch 9 angegeben.

Bei der Schwellenwertsteuerung entsprechend dieser Erfindung wird die Referenzeingangsspannung mit einer Rückkopplungseingangsspannung durch den eine Vergleichseinrichtung darstellenden Differenzverstärker verglichen, zum Vorsehen einer vor geschriebenen Steuerspannung. Die Steuerspannung und eine externe Eingangsspannung werden im zweiten Transistor eingegeben, wobei die zweite Schwelle des zweiten Transistors durch die Steuerspannung gesteuert wird und der zweite Transistor auf die externe Eingangsspannung anspricht, und der Zustand des zweiten Transistors sich ent sprechend einer Größenbeziehung zwischen der externen Ein gangsspannung und der zweiten Schwelle ändert.

Die von der Vergleichseinrichtung ausgegebene Steuerspannung wird ebenso in den ersten Transistor für die ent sprechende Schwelle eingegeben, und eine Schwellenfolgen spannung, die durch die Steuerspannung gesteuert ist, während eine vorgeschriebene Beziehung mit der ersten Schwelle erhal ten wird, wird von dem ersten Transistor für die ent sprechende Schwelle ausgegeben, und die Schwellenfolgespan nung wird an die Vergleichseinrichtung als eine Rückkopp lungsspannung rückgekoppelt. Eine Rückkopplungsschleife für den ersten Transistor für die entsprechende Schwelle wird durch die Vergleichseinrichtung gebildet, und die Steuerspannung wird so gesteuert, daß die erste Schwelle des zweiten Transistors sich einem gewünschten Wert nähert.

Durch die Funktion der Rückkopplungsschleife, die die Ver gleichseinrichtung enthält, wird nämlich die Größe der Steuerspannung, d. h. das Steuerbetriebssignal, so gesteuert, daß der Betrag der Steuerung des Steuerobjektes, d. h. die von dem ersten Transistor für die entsprechende Schwelle ausgegebene Schwellenfolgespannung, sich einer vor geschriebenen Größe nähert. Da die Steuerspannung ebenso an den zweiten Transistor eingegeben wird, der die zweite Schwelle aufweist, die während dem Aufrechterhalten einer konstanten Beziehung mit der zweiten Schwellenspannung gesteuert wird, wird die zweite Schwelle des zweiten Transistors so eingestellt, daß sie sich einem ange strebten Wert nähert. Als Folge davon, auch wenn sich die erste Schwelle des zweiten Transistors unter den Einflüssen nach der Herstellung, wie zum Beispiel Wärme, ändert, ist dieser Einfluß nach der Herstellung auch auf dem ersten Transistor für die entsprechende Schwelle vorhanden, und der Schwellenwert, d. h. der Steuer betrag, wird geändert, wodurch eine Steuerspannung, d. h. das Steuerbetriebssignal, das den Betrag der Änderung der Schwellenfolgespannung ausmacht, d. h. die Steuerabweichung, die Null sein soll, von der Vergleichseinrichtung ausgegeben wird, und daher wird die zweite Schwelle des zweiten Transistors modifiziert und bei dem erstrebten Wert gehalten.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Es folgt die Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Figuren. Von den Figuren zeigt

Fig. 1 ein schematisches Diagramm eines Ausführungsbeispieles einer erfindungsgemäßen Schwellenwertsteuerung;

Fig. 2A eine Kurve der Eigenschaften eines MOS- Transistors und

Fig. 2B ein schematisches Diagramm eines zur Diode ver bundenen MOS-Transistors;

Fig. 3 und 4 schematische Diagramme weiterer Ausführungsbei spiele der erfindungsgemäßen Schwellenwertsteuerung;

Fig. 5 ein schematisches Diagramm eines Ausführungsbeispieles der erfindungsgemäßen Schwellenwertsteuerung und einen Komparator, der diese verwendet;

Fig. 6 eine Kurve der Ein-/Ausgangseigenschaften eines invertierenden Verstärkers aus Fig. 5;

Fig. 7 ein Blockdiagramm, das eine Anwendung des Kom parators entsprechend dieser Erfindung zeigt;

Fig. 8 ein schematisches Diagramm eines weiteren Aus führungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schwellenwertsteuerung und einen Komparator, der diese verwendet;

Fig. 9 eine Kurve der Ein-/Ausgangseigenschaften des in Fig. 8 gezeigten invertierenden Verstärkers;

Fig. 10 ein schematisches Diagramm eines weiteren Aus führungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Schwellenwertsteuerung und eines Komparators, der diese verwendet;

Fig. 11A ein schematisches Diagramm einer Schwellenwertsteuerung;

Fig. 11B eine schematische Schnittansicht des Aufbaus der in Fig. 11A gezeigten Schwellenwertsteuerung;

Fig. 12 ein schematisches Diagramm eines weiteren Bei spieles einer Schwellenwertsteuerung;

Fig. 13 ein schematisches Diagramm eines Komparators;

Fig. 14 eine Kurve der Ein-/Ausgangseigenschaften des in Fig. 13 gezeigten invertierenden Verstärkers; und

Fig. 15 eine Kurve, die die Änderung des Ausganges des in Fig. 13 gezeigten Komparators in Abhängigkeit der Zeit zeigt.

Fig. 1 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Schwellenwertsteuerung. Die jeweiligen Sources S eines N-Kanal-MOS-Tran sistors 1, der ein Beispiel eines ersten Transistors dar stellt, und eines N-Kanal-MOS-Transistors 5, der ein Beispiel eines zweiten Transistors darstellt, sind mit einem Anschluß 3 verbunden und weisen dasselbe Potential auf. Die Sources S der Transistoren 1 und 5 bilden jeweils zweite Leitungs anschlüsse. Eine Steuerspannung V₀ von einem Differenzver stärker 6, der ein Beispiel einer Differenzverstärkereinrich tung darstellt, wird in jede der Backgates B eingegeben, die ein Beispiel einer zweiten Steuerelektrode darstellen. Das Gate G, das ein Beispiel einer ersten Steuerelektrode darstellt, und die Drain D, die ein Beispiel eines ersten Leitungsanschlusses des N-Kanal-MOS-Transistors 5 darstellt, sind zusammen mit einem nicht-invertierenden Eingangsanschluß des Differenzverstärkers 6 verbunden. Eine Stromquelle 7, die ein Beispiel einer Stromversorgungseinrichtung darstellt, hat ihren Eingang mit einem Eingangsanschluß verbunden und ihren Ausgang mit dem nicht-invertierenden Eingangsanschluß des Differenzverstärkers 6 verbunden. Eine Referenzeingangs spannung V₁ wird von einem Anschluß 8 an einen invertierenden Eingangsanschluß des Differenzverstärkers 6 eingegeben. Das Gate G, das ein Beispiel der ersten Steuerelektrode des N- Kanal-MOS-Transistors 1 darstellt, und die Drain D, die ein Beispiel des ersten Leitungsanschlusses darstellt, sind, nicht gezeigt, mit einer Schaltung verbunden, und eine ex terne Eingangsspannung V₂ wird an das Gate G eingegeben.

Im folgenden erfolgt die Beschreibung der Betriebsweise. Solange nicht ausdrücklich erwähnt, bedeutet jeder Spannungs wert eine Potentialdifferenz von der Source S, der ein posi tiver oder negativer Wert ist. Ein Drainstrom von einer Stromquelle 7 fließt durch den N-Kanal-MOS-Transistor 5, dessen Gate G und Drain D miteinander verbunden sind (was nachfolgend als "Diodenverbindung" bezeichnet wird), und eine Spannung in Abhängigkeit einer Schwellenspannung V_T des N-Kanal-MOS-Transistors 5 wird bei der Drain D des N- Kanal-MOS-Transistors 5 erzeugt. Es folgt die Beschreibung eines Falles, bei dem der N-Kanal-MOS-Transistor 5 vom An reicherungstyp (enhancement) ist. Eine Kurve nach Fig. 2a zeigt eine Beziehung zwischen einem Drainstrom I_D und einer Gate-Source-Spannung V_GS eines in Fig. 2b gezeigten, zur Diode verbundenen Transistors vom Anreicherungstyp. Die Be ziehung wird durch die folgende Gleichung (2) ausgedrückt.

In Gleichung (2) bezeichnet die Größe β einen Koeffi zienten. Die Gleichung (2) wird modifiziert und ergibt die folgende Gleichung (3).

Nach Gleichung (3) wird die Gate-Source-Spannung V_GS, die das Potential des Gates G darstellt, wobei die Source S als Referenz dient, ungefähr gleich der Schwellenspannung V_T, wenn der Drainstrom I_D sehr klein ist. Da das Gate G und die Drain D des N-Kanal-MOS-Transistors 5 miteinander verbun den sind, wird die Drain-Source-Spannung V_DS, die das Poten tial der Drain D darstellt, wobei die Source S die Referenz ist, gleich der Schwellenspannung V_D, wodurch die Schwellen spannung V_D bei der Drain D erzeugt wird.

Die als Drain-Source-Spannung V_DS des N-Kanal-MOS-Transistors 5 erzeugte Schwellenspannung V_T wird ebenfalls an den nicht- invertierenden Eingangsanschluß des Differenzverstärkers 6 eingegeben. Die Referenzeingangsspannung V₁ wird vom An schluß 8 an den invertierenden Eingangsanschluß des Diffe renzverstärkers 6 angelegt. Daher wird eine von dem Diffe renzverstärker 6 ausgegebene Steuerspannung V₀ durch die folgende Gleichung (4) dargestellt, wobei der Verstärkungs faktor des Differenzverstärkers 6 durch eine Größe A dargestellt ist.

V₀ = A (V_T-V₁) + V₀₀ (4)

Dabei stellt die Größe V₀₀ einen Ausgang des Diffe renzverstärkers dar, wenn V_T=V₁.

Der Ausgang V₀ wird an das Backgate B des N-Kanal-MOS-Tran sistors 5 angelegt. Bei den im vorhergehenden beschriebenen Gleichungen (1a) und (1b) wird die Source-Backgate-Spannung V_SB als das Potential der Source S betrachtet, wobei das Backgate B als Referenz dient, so daß V₀ = -V_SB. Dementspre chend wird die Gleichung (4) umgeformt und ergibt die fol gende Gleichung (5).

V_SB = -A (V_T-V₁) - V₀₀ (5)

Es wird die Betriebsweise beschrieben, wenn die Schwellen spannung V_T höher als die Referenzeingangsspannung V₁ in den Gleichungen (1a) und (5) liegt. In der Gleichung (5) ist der Verstärkungsfaktor A ein positiver Wert und V_T<V₁, und daher wird V_SB kleiner sein als in dem Falle, wenn V_T=V₁. Bei einem N-Kanal-MOS-Transistor tendiert die Schwellenspannung V_T zu einem niedrigeren Wert entsprechend der Gleichung (1a), wenn die Source-Backgate-Spannung V_SB verringert wird. Andererseits tendiert die Schwellenspannung V_T zu höheren Werten auf eine ähnliche Weise, wenn die Schwellenspannung V_T kleiner als die Referenzeingangsspan nung V₁ ist. Auf diese Art und Weise wird eine negative Rück kopplungsschleife durch eine geschlossene Schleife, die den Differenzverstärker 6 und den N-Kanal-MOS-Transistor 5 auf weist, gebildet, wobei die Schwellenspannung V_T die Steuer größe und die Referenzeingangsspannung V₁ den Zielwert dar stellt, und die Schaltung abgeglichen ist, wenn die Span nungen der nicht-invertierenden und der invertierenden Ein gangsanschlüsse des Differenzverstärkers 6 übereinstimmen. Der Vorgang ist als virtuelle Massefunktion des Differenz verstärkers wohlbekannt. Die Tatsache, daß die Spannungen des nicht-invertierenden und invertierenden Eingangsanschlus ses des Differenzverstärkers 6 gleich werden, kann durch die folgenden Gleichungen beschrieben werden.

Wenn die Gleichung (1a) durch Verwenden der Gleichung (5) umgeformt wird, erhält man die folgende Gleichung (6).

und damit

Aus der Gleichung (6) ergibt sich die folgende Gleichung (7), wenn der Verstärkungsfaktor des Differenzverstärkers 6 sehr groß ist und als A → ∞ angenommen werden kann.

Folglich ist V_T = V₁.

Wie oben beschrieben, wird in der Schaltung, welche den N- Kanal-MOS-Transistor 5, den Differenzverstärker 6 und die Stromquelle 7 aufweist, eine Source-Backgate-Spannung V_SB, die bewirkt, daß die Schwellenspannung V_T des Transistors 5 gleich mit der Referenzeingangsspannung V₁ wird, von dem Differenzverstärker 6 an das Backgate B des N-Kanal-MOS- Transistors 5 als eine Steuerspannung V₀ eingegeben. Die Steuerspannung V₀ wird ebenfalls an das Backgate B des N- Kanal-MOS-Transistors 1 eingegeben, und die Schwellenspannung V_T des N-Kanal-MOS-Transistors 1 wird gleich der Referenz eingangsspannung V₁ unter der Voraussetzung, daß die Eigen schaften der N-Kanal-MOS-Transistoren 1 und 5 auf dem glei chen Substrat dieselben sind. Auf diese Art und Weise kann die Schwellenspannung V_T irgendeines gewünschten Transistors auf demselben Substrat konstant gleich der Referenzeingangs spannung V₁ gemacht werden. Wenn die Schwelle des N-Kanal- MOS-Transistors 1 so gesteuert wird, daß diese gleich der Referenzeingangsspannung V₁ ist und eine externe Eingangs spannung V₂ an das Gate G des N-Kanal-MOS-Transistors 1 ein gegeben wird, wird der N-Kanal-MOS-Transistor 1 leitend, wenn die Steuereingangsspannung V₂ größer wird, und der N-Kanal-MOS-Transistor 1 wird nicht-leitend, wenn die externe Eingangsspannung V₂ kleiner ist. Durch den N-Kanal-MOS-Tran sistor 1 wird eine Spannungsansprecheinrichtung gebildet, die eine vorbestimmte erste Schwelle aufweist, und die die Steuerspannung von der Vergleichseinrichtung empfängt, sowie eine externe Eingangsspannung, wobei die erste Schwelle durch die Steuerspannung gesteuert wird. Der Zustand der Spannungsansprecheinrichtung ändert sich entsprechend einer Beziehung der Größen zwischen der ersten Schwelle und der externen Eingangsspannung.

Durch den Differenzverstärker 6 wird eine Vergleichseinrich tung gebildet, die eine Referenzeingangsspannung und eine Rückkopplungseingangsspannung empfängt, und die beiden Ein gangsspannungen zur Ausgabe einer vorgeschriebenen Steuer spannung vergleicht. Durch den N-Kanal-MOS-Transistor 5 wird eine Spannungsausgabeeinrichtung für die entsprechende Schwelle gebildet, die eine vorbestimmte zweite Schwelle aufweist, und die die von der Vergleichseinrichtung ausge gebene Steuerspannung zur Ausgabe einer Schwellenfolgespan nung empfängt, deren Wert der zweiten Schwelle entspricht, wobei die zweite Schwelle durch die Steuerspannung während des Erhaltens einer vorgeschriebenen Beziehung mit der ersten Schwelle der Spannungsansprecheinrichtung gesteuert wird. Ferner wird durch eine geschlossene Schleife, die den N-Kanal-MOS-Transistor 5 aufweist, eine Rückkopplungsschleife gebildet, die die von der Spannungsausgabeeinrichtung für die entsprechende Schwelle ausgegebene Schwellenfolgespannung als eine Rückkopplungsspannung an die Vergleichseinrichtung rückkoppelt und die Steuerspannung so steuert, daß sich die erste Schwelle der Spannungsansprecheinrichtung einem Ziel wert nähert.

Fig. 3 zeigt ein schematisches Diagramm eines weiteren Aus führungsbeispieles der elektrischen Einrichtung vom gesteuer ten Schwellentyp, bei der ein Widerstand 9 anstatt der in Fig. 1 gezeigten Stromquelle 7 verwendet wird. In Fig. 3 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 dieselben Komponenten mit denselben Funktionen, und daher wird eine detaillierte Beschreibung dieser Komponenten weggelassen.

Die in Fig. 3 gezeigte elektrische Einrichtung vom gesteuer ten Schwellentyp arbeitet auf ähnliche Weise wie die in Fig. 1 gezeigte elektrische Einrichtung vom gesteuerten Schwellen typ durch Umwandeln einer an den Eingangsanschluß 2 angeleg ten Spannung in einen kleinen Strom durch den Widerstand 9. Anstelle des Widerstandes 9 kann ein Element mit derselben Funktion wie der Widerstand 9 verwendet werden, zum Beispiel ein zu einer Diode verbundener Transistor.

Fig. 4 zeigt ein schematisches Diagramm eines weiteren Aus führungsbeispieles der elektrischen Einrichtung vom gesteuer ten Schwellentyp, die einen P-Kanal-MOS-Transistor verwendet. In Fig. 4 bezeichnen dieselben Bezugszeichen wie in Fig. 1 dieselben Komponenten mit denselben Funktionen, so daß sich eine detaillierte Beschreibung dieser Komponenten er übrigt. Anstatt der in Fig. 1 gezeigten N-Kanal-MOS-Tran sistoren 1 und 5 sind P-Kanal-MOS-Transistoren 10 und 11 verbunden. Ein Eingang der Stromquelle 7, die ein Beispiel der Stromversorgungseinrichtung darstellt, ist mit dem nicht invertierenden Eingangsanschluß des Differenzverstärkers, der ein Beispiel einer Vergleichseinrichtung darstellt, ver bunden, und der Ausgang ist mit dem Eingangsanschluß 2 ver bunden. Außer diesen Merkmalen ist der Aufbau derselbe wie bei der in Fig. 1 gezeigten elektrischen Einrichtung vom gesteuerten Schwellentyp, die N-Kanal-MOS-Transistoren ver wendet.

Im folgenden wird die Betriebsweise beschrieben. Es wird angenommen, daß der Drainstrom I_D der Stromquelle 7 sehr klein ist. Wie im Falle des oben beschriebenen N-Kanal-MOS- Transistors wird die Drain-Source-Spannung V_DS des P-Kanal- MOS-Transistors 11 die Schwellenspannung V_T. Im Falle des P-Kanal-MOS-Transistors ist die Schwellenspannung V_T das Potential des Gates G, wobei die Source S eine Referenz dar stellt und die Schwellenspannung V_T ein negativer Wert wird, wenn der P-Kanal-MOS-Transistor vom Anreicherungstyp (enhancement) ist.

Wenn die Schwellenspannung V_T des P-Kanal-MOS-Transistors 11 höher als die Referenzeingangsspannung V₁ ist, wird die Steuerspannung V₀ größer als bei dem Fall, wenn V_T = V₁, wie im Falle des oben beschriebenen N-Kanal-MOS-Transistors, und die Source-Backgate-Spannung V_SB wird kleiner als in dem Fall, bei dem V_T = V₁. Wenn die Source-Backgate-Spannung V_SB abnimmt, dann tendiert die Schwellenspannung V_T entspre chend der Gleichung (1b) zu kleineren Werten. Wenn die Schwellenspannung V_T auf der anderen Seite kleiner als die Referenzeingangsspannung V₁ ist, tendiert die Schwellenspan nung V_T zu angehobenen Werten. Auf diese Art und Weise glei chen sich die Schwellenspannung V_T und die Referenzeingangs spannung V₁ aufgrund der Funktion der negativen Rückkopp lungsschleife aneinander an.

Bei der in Fig. 4 gezeigten elektrischen Einrichtung vom gesteuerten Schwellentyp wird nämlich eine Spannungsansprech einrichtung durch den P-Kanal-MOS-Transistor 10, der ein Beispiel des zweiten Transistors darstellt, gebildet, wobei die Spannungsansprecheinrichtung eine vorbestimmte erste Schwelle aufweist, und die Steuerspannung von der Vergleichs einrichtung und eine externe Eingangsspannung empfängt, und die erste Schwelle von der Steuerspannung gesteuert wird. Der Zustand der Spannungsansprecheinrichtung ändert sich entsprechend einer Größenbeziehung zwischen der ersten Schwelle und der externen Eingangsspannung. Durch den P- Kanal-MOS-Transistor 11, der ein Beispiel des ersten Transi stors darstellt, wird eine Spannungsausgabeeinrichtung für die entsprechende Schwelle gebildet, wobei die Spannungs ausgabeeinrichtung für die entsprechende Schwelle eine vorbe stimmte zweite Schwelle aufweist, und die von der Vergleichs einrichtung ausgegebene Steuerspannung zur Ausgabe einer Schwellenfolgespannung empfängt, deren Wert der zweiten Schwelle entspricht, wobei die zweite Schwelle durch die Steuerspannung während des Erhaltens einer vorgeschriebenen Beziehung mit der ersten Schwelle der Spannungsansprechein richtung gesteuert wird, und die Schwellenfolgespannung als Rückkopplungsspannung an die Vergleichseinrichtung rückge koppelt wird. Ferner wird durch die Spannungsausgabeeinrich tung für die entsprechende Schwelle eine Rückkopplungs schleife zur Vergleichseinrichtung gebildet, und die Steuer spannung wird so gesteuert, daß sich die erste Schwelle der Spannungsansprecheinrichtung einem Zielwert nähert.

Dabei ist der erste Transistor bei der in den Fig. 1 bis 4 gezeigten elektrischen Einrichtung vom gesteuerten Schwel lentyp aus einem MOS-Transistor 1 oder 10 gebildet. Jedoch kann der erste Transistor aus einer Mehrzahl von MOS-Transi storen gebildet sein, wobei die Steuerspannung V₀ vom Dif ferentialverstärker 6 an die jeweiligen Backgates eingegeben wird. Obwohl in den Fig. 1 bis 4 MOS-Transistoren gezeigt sind, können MIS-Transistoren verwendet werden.

Fig. 5 zeigt in einem schematischen Diagramm ein weiteres Ausführungsbeispiel der elektrischen Einrichtung vom ge steuerten Schwellentyp entsprechend dieser Erfindung. Ent sprechend der Figur sind die Sources S der N-Kanal-MOS-Tran sistoren 1 und 5, die wiederum Beispiele der ersten span nungsgesteuerten Stromquelle darstellen, zusammen mit einem Anschluß 3 verbunden und weisen dasselbe Potential auf. Die Backgates B, die Beispiele der zweiten Treiberspannungsein gangsabschnitte darstellen, der N-Kanal-MOS-Transistoren 1 und 5, sind zusammen mit einem Ausgangsabschnitt eines Dif ferenzverstärkers 6 verbunden, der ein Beispiel der Diffe renzverstärkereinrichtung darstellt, zum Empfangen einer Steuerspannung V₀. Die Source S, die ein Beispiel des Ein gangsabschnittes der P-Kanal-MOS-Transistoren 12 und 13 dar stellt, die wiederum Beispiele der zweiten spannungsgesteuer ten Stromquellen darstellen, und das Backgate B, das ein Beispiel des Treiberspannungseingangsabschnittes darstellt, sind zusammen mit dem Anschluß 14 verbunden und empfangen eine Versorgungsspannung V_DD. Das Gate G, das ein Beispiel des ersten Treiberspannungseingangsabschnittes darstellt, des N-Kanal-MOS-Transistors 1 und das Gate G, das ein Bei spiel des ersten Treiberspannungseingangsabschnittes dar stellt, des P-Kanal-MOS-Transistors 12, sind zusammen mit dem Eingangsanschluß 15 verbunden und empfangen die externe Eingangsspannung V₂. Die Drain D, die ein Beispiel eines Ausgangsabschnittes darstellt, des N-Kanal-MOS-Transistors 1 und die Drain D, die ein Beispiel des Ausgangsabschnittes darstellt, des P-Kanal-MOS-Transistors 12, sind zusammen mit dem Ausgangsanschluß 16 verbunden, und eine Ausgangsspan nung V_out wird ausgegeben. Der N-Kanal-MOS-Transistor 1 und der P-Kanal-MOS-Transistor 12 bilden einen invertierenden Verstärker 17. Die Gates G, die Beispiele der ersten Treiber spannungseingangsabschnitte darstellen, der Transistoren 5 und 13, und die Drains, die Beispiele der Ausgangs abschnitte darstellen, sind zusammen mit dem nicht-invertieren den Eingangsanschluß des Differenzverstärkers 6 verbunden, der ein Beispiel der Differenzverstärkereinrichtung dar stellt. Der N-Kanal-MOS-Transistor 5 und der P-Kanal-MOS- Transistor 13 bilden einen invertierenden Verstärker 18. Die Referenzeingangsspannung V₁ wird von dem Anschluß 8 an den invertierenden Eingangsanschluß des Differenzverstärkers 6 angelegt.

Im folgenden wird die Betriebsweise beschrieben. Fig. 6 zeigt in einer Kurve die allgemeinen Eingangs-/Ausgangseigenschaf ten des invertierenden Verstärkers. Bei einem Schnittpunkt einer Übertragungskurve L₁ und einer Linie L₂ (V₂=V_out) neigt sich die Übertragungskurve L₁ steil. Der Wert dieses Schnittpunktes ist als Eingangsschwelle V_BP definiert.

Es ist bekannt, daß die Eingangsschwelle V_BP eine nahe Be ziehung mit der Schwelle von jedem Transistor aufweist, die durch die folgende Gleichung (8) dargestellt wird (siehe zum Beispiel "Principles of CMOS VLSI Design", Neil H. E. Weste et al, veröffentlicht durch Addison-Wesley Publishing Company, S. 47).

In der Gleichung (8) bezeichnet das Bezugszeichen V_DD eine Versorgungsspannung, die dem Potential des Anschlusses 14 entspricht, wobei der Anschluß 3 die Referenz in Fig. 5 dar stellt. Das Bezugszeichen V_tn bezeichnet die Schwellenspan nung des N-Kanal-MOS-Transistors, das Bezugszeichen V_tp be zeichnet die Schwellenspannung des P-Kanal-MOS-Transistors, und die Bezugszeichen β_n und β_p bezeichnen Konstanten.

Im Falle des invertierenden Verstärkers 18, der seinen Ein gangsabschnitt und den Ausgangsabschnitt miteinander ver bunden aufweist, wie in Fig. 5 gezeigt, ergibt sich ein ab geglichener Punkt der Schaltung als der Schnittpunkt der Transferkurve L₁ und der Linie L₂. Der Ausgang des inver tierenden Verstärkers 18 wird nämlich die Eingangsschwelle V_BP und diese wird an den nicht-invertierenden Eingangsan schluß des Differenzverstärkers 6 eingegeben. Falls die Ein gangsschwelle V_BP größer als die Referenzeingangsspannung V₁ ist, wird die von dem Differenzverstärker 6 ausgegebene Steuerspannung V₀ höher als bei dem Fall, bei dem V_BP = V₁, und die Schwelle V_T des N-Kanal-MOS-Transistors 5 wird klei ner. Da die Schwelle V_tn des N-Kanal-MOS-Transistors in der Gleichung (8) kleiner wird, tendiert die Eingangsschwelle V_BP ebenso zu kleineren Werten. Falls die Eingangsschwelle V_BP auf der anderen Seite kleiner als die Referenzeingangs spannung V₁ ist, wird die vom Differenzverstärker 6 ausge gebene Steuerspannung kleiner als bei dem Fall, bei dem V_BP = V₁, und die Eingangsschwelle V_BP wird größer.

Da der Differenzverstärker 6 und der N-Kanal-MOS-Transistor 5 eine negative Rückkopplungsschleife wie oben beschrieben bilden, werden die Eingangsschwelle V_BP und die Referenz eingangsspannung V₁ wegen der virtuellen Massefunktion ein ander gleich.

Falls die N-Kanal-MOS-Transistoren 1 und 5 und die P-Kanal- MOS-Transistoren 12 und 13 dieselbe Größe aufweisen, und falls die invertierenden Verstärker 17 und 18 so ausgebildet sind, daß sie dieselben Ein-/Ausgangseigenschaften aufweisen, weisen die N-Kanal-MOS-Transistoren 1 und 5 dieselbe Source- Backgate-Spannung V_SB auf, so daß die invertierenden Ver stärker 17 und 18 dieselbe Eingangsschwelle V_BP aufweisen. Insbesondere wird die Eingangsschwelle V_BP, die bestimmt, ob der Ausgang V_out des invertierenden Verstärkers 17 sich auf dem "H"-Pegel oder auf dem "L"-Pegel befindet, gleich der Referenzeingangsspannung V₁ sein, und die Transferkurve L₁ aus Fig. 6 entspricht der Referenzeingangsspannung V₁. Eine der Referenzeingangsspannung V₁ entsprechende Eingangs schwelle V_BP wird gesetzt, die externe Eingangsspannung V₂ ist unterschiedlich von der vorgeschriebenen Eingangsschwelle V_BP, und ein Signal auf hohem Pegel oder niedrigem Pegel wird von dem Ausgangsanschluß 16 in Abhängigkeit davon, ob die externe Eingangsspannung V₂ größer als oder kleiner als die vorgeschriebene Eingangsschwelle V_BP ist, ausgegeben. Der Zustand des invertierenden Verstärkers 17 wird nämlich zur Ausgabe eines "H"-pegeligen Signales oder zur Ausgabe eines "L"-pegeligen Signales geändert, entsprechend einer Beziehung der Größe zwischen der Eingangsschwelle und der externen Eingangsspannung V₂.

Durch den in Fig. 5 gezeigten Differenzverstärker 6 wird die Vergleichseinrichtung gebildet, die die Referenzeingangs spannung und die Rückkopplungseingangsspannung empfängt und die beiden Eingangsspannungen zur Ausgabe einer vorgeschrie benen Steuerspannung vergleicht. Durch den invertierenden Verstärker 17 wird eine Spannungsansprecheinrichtung gebil det, die eine vorbestimmte erste Schwelle aufweist und die Steuerspannung von der Vergleichseinrichtung und eine externe Eingangsspannung empfängt, wobei die erste Schwelle durch die Steuerspannung gesteuert wird. Der Zustand der Spannungs ansprecheinrichtung ändert sich entsprechend einer Beziehung einer Größe zwischen der ersten Schwelle und der externen Eingangsspannung.

Durch den invertierenden Verstärker 18 wird eine Spannungs ausgabeeinrichtung für die entsprechende Schwelle gebildet, die eine vorbestimmte zweite Schwelle aufweist und die von der Vergleichseinrichtung ausgegebene Steuerspannung zur Ausgabe einer Schwellenfolgespannung, deren Wert der zweiten Schwelle entspricht, empfängt, wobei die zweite Schwelle durch die Steuerspannung gesteuert wird, während eine vorge schriebene Beziehung mit der ersten Schwelle der Spannungsan sprecheinrichtung erhalten wird. Eine Rückkopplungsschleife wird durch eine geschlossene Schleife, die den invertierenden Verstärker 18 aufweist, gebildet, die die von der Spannungs ausgabeeinrichtung für die entsprechende Schwelle ausgegebene Schwellenfolgespannung an die Vergleichseinrichtung als Rück kopplungsspannung rückkoppelt, zum Steuern der Steuerspannung derart, daß die erste Schwelle der Spannungsansprecheinrich tung sich einem Zielwert annähert.

Die in Fig. 5 gezeigte elektrische Einrichtung vom gesteuer ten Schwellentyp kann bei einem Komparator verwendet werden, der die Größe einer eingegebenen externen Eingangsspannung aufgrund einer eingegebenen Referenzeingangsspannung zur Ausgabe des Resultates der Bestimmung bestimmt.

Fig. 7 zeigt in einem Schaltungsdiagramm einen A/D-Wandler. Der in Fig. 7 gezeigte A/D-Wandler vom Paralleltyp weist eine Mehrzahl von Komparatoren 500 auf, die Referenzeingangs spannungen V′′₁, V₁, V′₁ . . . von einer Referenzspannung 504 und eine externe Eingangsspannung V₂ von einem analogen Ein gangsabschnitt 506 empfangen und die Größe der eingegebenen Spannungen vergleichen. Der Komparator 500 ist durch die in Fig. 5 gezeigte elektrische Einrichtung vom gesteuerten Schwellentyp gebildet. Der in Fig. 7 gezeigte A/D-Wandler vom Paralleltyp wandelt Analogsignale in Digitalsignale um. Der Wandler übernimmt nämlich bei einem bestimmten Zeitablauf ein anstehendes Analogsignal und wandelt den Spannungs (Strom)-Wert bei dieser Zeitdauer in einen digitalen Wert durch eine vorbestimmte Bitnummer um. Der A/D-Wandler vom Paralleltyp verwendet 2ⁿ-1 Komparatoren für die Quantisierung in N Bits, wie in Fig. 7 gezeigt. Im Falle einer 8-Bit- Quantisierung wird eine Spannung, die durch Teilen der Refe renzspannung mittels 2⁸-1 = 255 Komparatoren in 1 LSB-Ein heiten (LSB = niederstwertiges Bit (least significant bit)) erhalten wird, mit der externen Eingangsspannung V₂ vergli chen, und das Resultat des Vergleiches wird in einen 8-Bit- Digitalwert, der durch einen Decoder 502 ausgegeben wird, umgewandelt.

Wenn die in Fig. 5 gezeigte elektrische Einrichtung vom ge steuerten Schwellentyp als ein Komparator wie in Fig. 7 ge zeigt verwendet wird, wird die Einrichtung zum Bestimmen der Größe der externen Eingangsspannung durch den in Fig. 5 gezeigten invertierenden Verstärker 17 gebildet, die eine vorbestimmte Logikbestimmungsschwelle aufweist und die Steuerspannung von der Vergleichseinrichtung und der externen Eingangsspannung empfängt, und das Ergebnis der Bestimmung der Größe der externen Eingangsspannung mit der als Referenz dienenden Logikbestimmungsschwelle ausgibt, wobei diese Logikbestimmungsschwelle durch die eingegebene Steuerspannung gesteuert wird.

Fig. 8 zeigt ein schematisches Diagramm eines weiteren Aus führungsbeispieles der elektrischen Einrichtung vom ge steuerten Schwellentyp entsprechend dieser Erfindung.

Gemäß Fig. 8 bezeichnet die Bezugsziffer 114 einen P-Kanal- MOS-Transistor, der ein Beispiel einer zweiten spannungsge steuerten Stromquelle darstellt, und die Bezugsziffer 115 bezeichnet einen N-Kanal-MOS-Transistor, der ein Beispiel einer ersten spannungsgesteuerten Stromquelle darstellt. Die Drains D dieser Transistoren, die Beispiele der Ausgangs abschnitte der Transistoren darstellen, sind miteinander verbunden und liefern einen Ausgangsanschluß 112 eines inver tierenden Verstärkers 101. Das Gate G, das ein Beispiel eines Treibersteuerspannungseingangsabschnittes des N-Kanal-MOS- Transistors 115 darstellt, bildet einen Eingangsanschluß 111 des invertierenden Verstärkers 101, und das Gate G, das ein Beispiel des Treiberspannungseingangsabschnittes dar stellt, des P-Kanal-MOS-Transistors 114, bildet einen Vor spannungseingangsanschluß 113 des invertierenden Verstärkers 101. Auf ähnliche Weise bilden ein P-Kanal-MOS-Transistor 124, der ein Beispiel der zweiten spannungsgesteuerten Strom quelle darstellt, und ein N-Kanal-MOS-Transistor 125, der ein Beispiel einer ersten spannungsgesteuerten Stromquelle darstellt, einen invertierenden Verstärker 102, und der Ein gangsanschluß, der Ausgangsanschluß und der Vorspannungsein gangsanschluß werden jeweils aus den Anschlüssen 121, 122 und 123 gebildet.

Die Vorspannungseingangsanschlüsse 113 und 123 der inver tierenden Verstärker 101 und 102 werden zusammen mit einem Ausgangsabschnitt eines Differenzverstärkers 103, der ein Beispiel der Differenzverstärkereinrichtung darstellt, ver bunden. Die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse 121 und 122 des invertierenden Verstärkers 102 sind mit einem nicht- invertierenden Eingangsanschluß des Differenzverstärkers 103 verbunden, und ein Signal von dem invertierenden Ver stärker 102 wird als ein Rückkopplungssignal an den Diffe renzverstärker 103 eingegeben.

Die Referenzeingangsspannung V₁ wird an einen invertierenden Eingangsanschluß des Differenzverstärkers 103 eingegeben, und die externe Eingangsspannung V₂ wird an den Eingangsan schluß 111 des invertierenden Verstärkers 101 eingegeben.

Im folgenden erfolgt die Beschreibung der Betriebsweise.

Wenn die Referenzeingangsspannung V₁ an die invertierende Eingangsanschlußseite des Differenzverstärkers 103 eingegeben wird, wird ein durch Verstärken einer Differenz zwischen der Referenzeingangsspannung V₁ und der an die nicht-inver tierende Eingangsanschlußseite des Differenzverstärkers ein gegebenen Eingangsspannung erhaltenes Signal als eine Steuer spannung V₀ an die Vorspannungseingangsanschlüsse der inver tierenden Verstärker 101 und 102 eingegeben. Bei den beiden invertierenden Verstärkern 101 und 102 kann der Punkt, bei dem sich die Ausgangsspannung V_out entsprechend einer kleinen Änderung der externen Eingangsspannung V₂, d.h. der Eingangs schwelle stark ändert, wie oben beschrieben durch die Größe der Steuerspannung V₀ gesteuert werden.

Eine in Fig. 9 gezeigte Kurve 403 zeigt die Transferkurve der invertierenden Verstärker 101 und 102. Da die P-Kanal- MOS-Transistoren 114 und 124 immer leitend sind, ist die Ausgangsspannung V_out auch dann etwas höher als die Masse spannung, wenn die externe Eingangsspannung V₂ hoch ist. Da die Eingangs- und Ausgangsanschlüsse 121 und 122 des in vertierenden Verstärkers 102 miteinander verbunden sind, sind die Potentiale auf dem Ausgangsanschluß 122 und dem Eingangsanschluß 121 bei dem Schnittpunkt der Transferkurve 403 und der Linie, auf der die Referenzeingangsspannung V₁ = Ausgangsspannung V_out ist, wie in Fig. 9 gezeigt, vor gesehen. Daher wird die Schwellenspannung, die die Eingangs schwelle des invertierenden Verstärkers 102 darstellt, an den nicht-invertierenden Eingangsanschluß des Differenzver stärkers 103 eingegeben. Da der Vorspannungseingangsanschluß 123 des invertierenden Verstärkers 102 mit dem Ausgangsab schnitt des Differenzverstärkers 103 verbunden ist, wird dabei eine negative Rückkopplungsschleife durch die geschlos sene Schleife, die den invertierenden Verstärker 102 auf weist, gebildet. Damit wird die Steuerspannung V₀ so ge steuert, daß die an die nicht-invertierenden und invertie renden Eingangsanschlüsse des Differenzverstärkers 103 an gelegten Spannungen einander gleich werden, durch die virtuelle Massefunktion. Wenn das Potential des Ausgangs anschlusses 122 größer als das der Referenzeingangsspannung V₁ ist, wird insbesondere die Steuerspannung V₀ so gesteuert, daß das Potential der Steuerspannung V₀ zum Verringern des Vorstromes ansteigt. Folglich wird das Potential des Aus gangsanschlusses 122 verringert. Falls das Potential des Ausgangsanschlusses 122 geringer als die Referenzeingangs spannung V₁ ist, fällt das Potential der Steuerspannung V₀, die an den Vorspannungseingangsanschluß 123 eingegeben ist, zum Erhöhen des Vorstromes ab. Folglich wird das Potential des Ausgangsanschlusses 122 angehoben. Durch diese Vorgänge wird die Eingangsschwelle des invertierenden Verstärkers 102 gleich mit der Referenzeingangsspannung V₁, die an den invertierenden Eingangsanschluß des Differenzverstärkers 103 eingegeben ist. Wie in Fig. 9 gezeigt, wird nämlich die Koordinate des Schnittpunktes der Transferkurve 403 des in vertierenden Verstärkers 102 und der Linie, auf der V₂ = V_out ist, durch (V₁, V₁) dargestellt. Wie aus Fig. 7 ersichtlich, falls die Referenzeingangsspannung V′₁ beträgt, was etwas kleiner als V₁ ist, wird die Transferkurve des in vertierenden Verstärkers 102 die Kurve, die in Fig. 9 durch eine doppelpunktierte Linie dargestellt ist, und die Schwel lenspannung vom invertierenden Verstärker 102 nähert sich V′₁. Falls die Referenzeingangsspannung V′′₁ beträgt, was etwas größer als V₁ ist, wird die Transferkurve die Kurve, die in Fig. 9 durch eine strichpunktierte Linie dargestellt ist, und die Schwellenspannung vom invertierenden Verstärker 102 nähert sich V′′₁.

Falls der invertierende Verstärker 101 dieselbe Transferkurve wie der invertierende Verstärker 102 aufweist, nähert sich die Eingangsschwelle des invertierenden Verstärkers 101 dem selben Wert wie die Referenzeingangsspannung V₁. Wenn die an den Eingangsanschluß 111 des invertierenden Verstärkers 101 angelegte externe Eingangsspannung V₂ größer als V₁ ist (V₂ < V₁), bewegt sich damit die Ausgangsspannung V_out von dem Ausgangsanschluß 112 von V₁ aus in Fig. 9 in negativer Rich tung, und wenn V₂ < V₁, bewegt sich die Ausgangsspannung V_out von V₁ aus in positiver Richtung in Fig. 9. Mit anderen Worten, die Schwelle, die die Referenz zur Bestimmung der Größe der externen Eingangsspannung V₂ darstellt, kann durch die Größe der Referenzeingangsspannung V₁ gesteuert werden, und damit ist die Ausgangsspannung V_out des invertierenden Verstärkers 101 das Ergebnis des Vergleiches von V₁ mit V₂, was durch einen Digitalwert dargestellt wird.

Durch den Differentialverstärker 103 wird die Vergleichsein richtung gebildet, die die Referenzeingangsspannung und eine Rückkopplungseingangsspannung empfängt, und die beiden Ein gangsspannungen zur Ausgabe einer vorgeschriebenen Steuer spannung vergleicht. Die Spannungsansprecheinrichtung ist durch den invertierenden Verstärker 101 gebildet, der eine vorbestimmte erste Schwelle aufweist und die Steuerspannung von der Vergleichseinrichtung und eine externe Eingangsspan nung empfängt, wobei die erste Schwelle durch die Steuer spannung gesteuert ist. Der Zustand der Spannungsansprechein richtung ändert sich entsprechend einer Größenbeziehung zwi schen der ersten Schwelle und der externen Eingangsspannung. Die Spannungsausgabeeinrichtung für die entsprechende Schwelle ist durch den invertierenden Verstärker 102 gebil det, der eine vorbestimmte zweite Schwelle aufweist und die von der Vergleichseinrichtung ausgegebene Steuerspannung zur Ausgabe einer Schwellenfolgespannung, deren Wert der zweiten Schwelle entspricht, empfängt, wobei die zweite Schwelle durch die Steuerspannung während des Erhaltens einer vorgeschriebenen Relation mit der ersten Schwelle der Span nungsansprecheinrichtung gesteuert ist. Zusätzlich wird eine Rückkopplungsschleife durch die geschlossene Schleife, die den invertierenden Verstärker 102 aufweist, gebildet, die die von der Spannungsausgabeeinrichtung für die entsprechende Schwelle ausgegebene Schwellenfolgespannung an die Ver gleichseinrichtung als Rückkopplungsspannung zum Steuern der Steuerspannung so rückkoppelt, daß die erste Schwelle der Spannungsansprecheinrichtung für die Bestimmung des logischen Zustandes sich einem Zielwert nähert.

Die in Fig. 8 gezeigte elektrische Einrichtung vom gesteuer ten Schwellentyp kann bei einem Komparator 500 angewandt werden, der den in Fig. 7 gezeigten A/D-Wandler oder der gleichen verwendet. Insbesondere kann jeder aus der Mehrzahl der in Fig. 7 gezeigten Komparatoren 500 durch die in Fig. 8 gezeigte elektrische Einrichtung vom gesteuerten Schwellen typ ausgebildet sein. Die Referenzeingangsspannung von der Referenzspannung 504 ist an den invertierenden Eingangsan schluß des Differenzverstärkers 103 eingegeben, und die externe Eingangsspannung, die eine von einem analogen Ein gangsabschnitt 506 eingegebene Analogspannung darstellt, ist in den Eingangsanschluß 111 eingegeben. Dann wird die Ausgangsspannung V_out , die das Ergebnis der Bestimmung der Größe der externen Eingangsspannung V₂ aufgrund der Eingangs schwelle darstellt, von dem Ausgangsanschluß 112 ausgegeben. Wenn die in Fig. 8 gezeigte Schaltung als Komparator 500 verwendet wird, ist die externe Eingangsspannungsgrößen bestimmungseinrichtung durch den invertierenden Verstärker 101 gebildet, der eine vorbestimmte Logikbestimmungsschwelle aufweist, und der die Steuerspannung von der Vergleichsein richtung und die externe Eingangsspannung empfängt und das Ergebnis der Bestimmung der Größe der externen Eingangsspan nung, wobei die Logikbestimmungsschwelle die Referenz dar stellt, ausgibt, wobei die Logikbestimmungsschwelle durch die eingegebene Steuerspannung gesteuert ist.

Fig. 10 zeigt ein schematisches Diagramm einer Verbesserung der in Fig. 8 gezeigten elektrischen Einrichtung vom ge steuerten Schwellentyp. Die in Fig. 10 gezeigte Schaltung kann den Verstärkungsfaktor des in Fig. 8 gezeigten inver tierenden Verstärkers 101 vergrößern. Bei der in Fig. 10 gezeigten elektrischen Einrichtung vom gesteuerten Schwellen typ vergleichen invertierende Verstärker 101 und 102 jeweils erste spannungsgesteuerte Stromquellen 115 und 125 und zweite spannungsgesteuerte Stromquellen 114 und 124. Die ersten spannungsgesteuerten Stromquellen 115 und 125 weisen jeweils N-Kanal-MOS-Transistoren 115a und 125a und N-Kanal-MOS-Tran sistoren 115b und 125b auf. Die zweiten spannungsgesteuerten Stromquellen 114 und 124 weisen jeweils P-Kanal-MOS-Transi storen 114a und 124a und 114b und 124b auf. Der Aufbau in Fig. 10 ist der gleiche wie der in Fig. 8, außer daß die spannungsgesteuerte Stromquelle in Fig. 8 durch einen ein zelnen Transistor gebildet ist, während die in Fig. 10 ge zeigte spannungsgesteuerte Stromquelle durch eine Mehrzahl von Transistoren gebildet ist. Daher wird auf eine detail lierte Beschreibung verzichtet. Die in Fig. 10 gezeigte elektrische Einrichtung vom gesteuerten Schwellentyp kann als Komparator 500 für den in Fig. 7 gezeigten A/D-Wandler oder dergleichen verwendet werden.

Obwohl die Spannungsansprecheinrichtung oder die Einrichtung zur Bestimmung der Größe der externen Eingangsspannung und die Schwellenspannungsausgabeeinrichtung bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel dieselben Ansprecheigenschaften aufwei sen, ist diese Erfindung nicht darauf beschränkt, und es ist wirksam vorgesehen, daß die erste Schwelle und die zweite Schwelle gesteuert werden, während eine vorgeschriebene Be ziehung der Steuerspannung erhalten wird. Obwohl in den Fig. 8 und 10 die Vorstromerzeugerseite durch P-Kanal-MOS- Transistoren gebildet ist und die Treiberstromerzeugerseite durch N-Kanal-MOS-Transistoren gebildet ist, können für die entsprechenden Seiten die Transistoren der entgegengesetzten Leitfähigkeiten verwendet werden, und andere als MOS-Tran sistoren, wie zum Beispiel Bipolartransistoren und JFETs können verwendet werden. Zusätzlich können bei der in den Fig. 8 und 10 gezeigten spannungsgesteuerten Stromquelle passive Elemente enthalten sein.

Wie oben beschrieben ergibt sich aus dieser Erfindung, daß, auch wenn die erste Schwelle der Spannungsansprecheinrichtung sich durch Einflüsse, wie zum Beispiel Wärme nach der Her stellung ändert, die Spannungsausgabeeinrichtung für die entsprechende Schwelle dieselben Einflüsse empfängt und daher die Schwellenfolgespannung, d. h. die Steuergröße, geändert wird. Dadurch wird eine Steuerspannung, d. h. ein Steuer betriebssignal, das die Größe der Änderung der Schwellen folgespannung, und damit die Steuerablenkung, die Null sein soll, von der Vergleichseinrichtung ausgegeben, so daß die erste Schwelle der Spannungsansprecheinrichtung modifiziert wird und bei dem Zielwert erhalten wird. Dadurch kann die Fluktuation der ersten Schwelle der Spannungsansprecheinrich tung, die nicht nur durch Unterschiede der verschiedenen Herstellungsparameter, sondern auch durch Einflüsse nach der Herstellung, wie zum Beispiel Wärme während der Benut zung, verhindert werden, wodurch eine elektrische Einrichtung vom gesteuerten Schwellentyp vorgesehen werden kann, die ein geeignetes Steuern der ersten Schwelle ermöglicht.

Entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung wird, auch falls die Schwelle des zweiten Tran sistors durch den Einfluß, wie zum Beispiel Wärme nach der Herstellung geändert wird, der erste Transistor ebenso be einflußt, und die Schwellenfolgespannung, d.h. die Steuer größe, wird geändert, und die negative Rückkopplungsschleife arbeitet so, daß die Größe der Änderung der Schwellenfolge spannung, d.h. die Steuerabweichung, Null wird, wodurch die Schwelle des zweiten Transistors modifiziert und auf dem Zielwert erhalten wird. Damit kann eine elektrische Einrich tung vom gesteuerten Schwellentyp vorgesehen werden, die Fluktuationen der Schwelle von Transistoren verhindern kann, die nicht nur durch Unterschiede der verschiedenen Parameter während der Herstellung verursacht sind, sondern auch durch Einflüsse nach der Herstellung, wie zum Beispiel Wärme wäh rend der Verwendung, und die ein geeignetes Steuern der Schwelle ermöglicht.

Entsprechend dem Komparator dieser Erfindung wird, falls eine externe Eingangsspannung in die Einrichtung zum Bestim men der Größe der externen Eingangsspannung eingegeben ist, die eine einem Zielwert angenäherte Logikbestimmungsschwelle aufweist, ein genaues Ergebnis der Bestimmung aufgrund der Logikbestimmungsschwelle, die bei dem geeigneten Wert einge stellt ist, ausgegeben, wodurch ein Komparator vorgesehen wird, der ein präzises Ergebnis der Bestimmung liefern kann.

Claims

1. Schwellenwertsteuerung für eine elektrische Einrichtung, mit:
einem Differenzverstärker (6) zum Empfangen einer Referenz eingangsspannung (V₁) und einer Rückkopplungseingangsspannung zum Verstärken des Unterschiedes beider Eingangsspannungen und zum Ausgeben des Ergebnisses als eine Steuerspannung (V₀);
einem ersten Transistor (5, 11, 124) mit einem Gate (G), einem Backgate (B) und einem ersten und zweiten Leitungsanschluß (D, S) sowie einem Steueranschluß für das Backgate (B) zum Anlegen der Steuerspannung (V₀) zum Steuern des Schwellenwertes des ersten Transistors (5, 11, 124);
einem zweiten Transistor (1, 10, 114) mit einem Gate (G), einem Backgate (B) und einem ersten und zweiten Leitungs anschluß (D, S) sowie einem Steueranschluß für das Backgate (B) zum Anlegen der Steuerspannung (V₀) zum Steuern des Schwellenwertes des zweiten Transistors (1, 10, 114), wobei eine externe Eingangsspannung (V₂) an das Gate (G) angelegt ist und der erste und zweite Leitungsanschluß in Abhängigkeit des Verhältnisses der an das Gate (G) angelegten externen Spannung (V₂) zu dem Schwellenwert des zweiten Transistors (1, 10, 114) miteinander leitend verbunden oder voneinander getrennt sind; und
einer Rückkopplung zum Anlegen einer dem Schwellenwert des mit der Steuerspannung (V₀) beaufschlagten ersten Transistors (5, 11, 124) entsprechenden Spannung an den Differenzver stärker (6) als Rückkopplungseingangsspannung;
dadurch gekennzeichnet, daß einer der Leitungsanschlüsse (D oder S) mit dem Gate (G) verbunden ist und der mit dem Gate (G) verbundene Leitungsanschluß zum Anlegen der Rückkopplungseingangsspannung mit dem Differenzverstärker (6) verbunden ist (Fig. 1, 3, 4).

2. Schwellenwertsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit dem mit dem Gate (G) verbundenen Leitungsanschluß verbundene Konstantstromquelle (7) einen konstanten kleinen Strom an dem Leitungsanschluß vorsieht, der von dem einen zu dem anderen Leitungsanschluß durch den ersten Transistor (5, 11, 124) fließt.

3. Schwellenwertsteuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eingangsanschluß (2), der eine vorbestimmte Spannung aufnimmt, und ein vorbestimmter Widerstand (9), der zwischen dem Eingangsanschluß (2) und dem mit dem Gate (G) verbundenen Leitungsanschluß vorgesehen ist, zum Vorsehen eines kleinen Stromes von dem einen Lei tungsanschluß zu dem anderen Leitungsanschluß durch den ersten Transistor (5, 11, 124), der durch einen Spannungsabfall erzeugt wird, wenn Strom durch den Widerstand (9) fließt, vorgesehen sind.

4. Schwellenwertsteuerung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:
einen ersten Verstärker (17, 101) zum Aufnehmen der Steuer spannung (V₀) von dem Differenzverstärker (6, 113) und zum Aufnehmen der externen Spannung (V₂) und zum Ausgeben einer Ausgangsspannung (V_out), der eine Reihenschaltung aus dem zweiten Transistor (10, 114) zum Aufnehmen der Steuerspannung (V₀) von dem Differenzverstärker (6, 113) zum Ausgeben eines durch die aufgenommene Steuerspannung (V₀) gesteuerten Stromes und aus einer ersten spannungsgesteuerten Stromquelle (12, 115) zum Aufnehmen der externen Eingangsspannung (V₂) als Steuerspannung und zum Ausgeben eines durch die aufge nommene Steuerspannung gesteuerten Stromes aufweist und der die Ausgangsspannung (V_out) von dem Verbindungsabschnitt der Reihenschaltung abgibt; und
einem zweiten Verstärker (18, 102) mit einer dem ersten Ver stärker (17, 101) ähnlichen Übertragungscharakteristik zum Aufnehmen der Steuerspannung (V₀) von dem Differenzverstärker (6, 103) und zum Ausgeben der Rückkopplungseingangsspannung an den Differenzverstärker (6, 103), der eine Reihenschaltung aus dem ersten Transistor (11, 124) zum Aufnehmen der Steuer spannung (V₀) von dem Differenzverstärker (6, 103) und zum Ausgeben eines durch die aufgenommene Steuerspannung (V₀) gesteuerten Stromes und aus einer zweiten spannungsgesteuerten Stromquelle (13, 125) mit einem Steuerspannungseingang und zum Ausgeben eines durch die Steuerspannung gesteuerten Stromes und der einen Knoten zum Verbinden des Verbindungs abschnittes der Reihenschaltung und des Steuerspannungsein gangsabschnittes aufweist zum Ausgeben einer an dem Knoten erzeugten Spannung als Rückkopplungseingangsspannung (Fig. 5, 8, 10).

5. Schwellenwertsteuerung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und zweite Transistor (11, 124; 10, 114) einen bestimmten Leitungstyp aufweisen und daß die erste und zweite spannungsgesteuerte Stromquelle (12, 115; 13, 125) einen zweiten Transistor des entgegen gesetzten Leitungstyps aufweisen.

6. Schwellenwertsteuerung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Verstärker (101) und der zweite Verstärker (102) je eine spannungsgesteuerte Stromquelle vom Viel-Transistor-Typ mit einer Mehrzahl von in Reihe geschalteten Transistoren aufweisen (Fig. 10).

7. Schwellenwertsteuerung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch die Verwendung in einem Komparator, der eine Referenzeingangsspannung (V₁) und eine externe Ein gangsspannung (V₂) aufweist, die Referenzeingangsspannung (V₁) und die externe Eingangsspannung (V₂) miteinander ver gleicht und das Resultat des Vergleiches ausgibt.