DE4219553A1 - Signalpegelwandler - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Signalpegelwandler zum Um­ setzen von Eingangssignalpegeln mit gegebenem Signalpegel­ hub auf Ausgangssignalpegel mit verringertem Signalpegel­ hub.

Logische Schaltungen können in verschiedenen Schaltungs­ techniken realisiert werden. Für langsame Schaltungen wer­ den beispielsweise die CMOS- oder TTL-Schaltungstechnik verwendet. Die Versorgungspotentiale dieser Schaltungs­ techniken liegen üblicherweise bei 0 Volt und -5,0 Volt. Die Signalpegel für einen H-Pegel und einen L-Pegel bei CMOS-Schaltungen entsprechen den Werten der Versorgungs­ potentiale, also 0 Volt für den H-Pegel und -5,0 Volt für den L-Pegel. Die Signalpegel für TTL-Schaltungen können in gewissen Bereichen schwanken. Ein H-Pegel muß mindestens 2,0 Volt höher als das negative Versorgungspotential, ein L-Pegel darf höchstens 0,8 Volt höher als das negative Versorgungspotential sein.

Schnelle logische Schaltungen können in Stromschaltertech­ nik realisiert sein. Solche Schaltungen haben beispiels­ weise ein Bezugspotential von 0 Volt und ein weiteres Versorgungspotential von -5,0 Volt. Die logischen Pegel liegen bei 0 Volt für einen H-Pegel und -0,9 Volt für einen L-Pegel. Um Schaltungen in CMOS- oder TTL-Schal­ tungstechnik mit Schaltungen in Stromschaltertechnik zu verbinden, werden Signalpegelwandler verwendet. Sie setzen die Eingangssignalpegel mit relativ großem Signalpegelhub auf Ausgangssignalpegel mit relativ kleinem Signalpegelhub um.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Signalpe­ gelwandler der beschriebenen Art anzugeben.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß

• (a) ein Widerstand und die Drain-Source-Strecken eines ersten und eines zweiten MOS-Transistors ver­ schiedenen Kanaltyps in Reihe geschaltet sind,
• (b) ein erster Anschluß des Widerstandes als Anschluß für ein Versorgungspotential dient,
• (c) die Drain-Elektroden des ersten und des zweiten MOS-Transistors miteinander verbunden sind,
• (d) die Source-Elektrode des ersten MOS-Transistors mit einem zweiten Anschluß des Widerstandes verbunden ist,
• (e) die Gate-Elektrode des ersten MOS-Transistors mit einem ersten festen Potential, die Gate-Elektrode des zweiten MOS-Transistors mit einem zweiten festen Potential verbunden ist,
• (f) der zweite Anschluß des Widerstandes mit einem Aus­ gangssignalanschluß verbunden ist,
• (g) der Source-Anschluß des zweiten MOS-Transistors mit einem Eingangssignalanschluß verbunden ist.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der in den Figuren angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Sich entsprechende Elemente in verschiedenen Figuren sind dabei mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Signalpegelwandler und

Fig. 2 den Signalpegelwandler nach Fig. 1 mit ausgangssei­ tig nachgeschaltetem Emitterfolgertransistor.

Der Signalpegelwandler in Fig. 1 enthält einen Widerstand 1, dessen einer Anschluß als Anschluß für ein Versorgungs­ potential VCC dient und dessen anderer Anschluß mit einem Ausgangssignalanschluß 4 verbunden ist. Zwischen dem an­ deren Anschluß des Widerstandes 1 und einem Eingangssig­ nalanschluß 5 sind die Drain-Source-Strecken zweier MOS- Transistoren 2, 3 in Reihe geschaltet. Der MOS-Transistor 2 ist ein PMOS-Transistor, der mit seinem Source-Anschluß mit dem anderen Anschluß des Widerstandes 1 verbunden ist. Sein Gate-Anschluß dient als Anschluß für ein erstes festes Potential V1. Der MOS- Transistor 3 ist ein NMOS- Transitor, dessen Drain-Anschluß mit dem Drain-Anschluß des PMOS-Transistors 2 und dessen Source-Anschluß mit dem Eingangssignalanschluß 5 verbunden ist. Sein Gate-Anschluß dient als Anschluß für ein zweites festes Potential V2.

Im folgenden wird die Funktionsweise des Signalpegelwand­ lers beschrieben. Der NMOS-Transistor 3 arbeitet als Schalttransistor. Das Potential V2 ist derart gewählt, daß bei einem H-Pegel am Eingangssignalanschluß 5 die Gate- Source-Spannung des NMOS-Transistors 3 kleiner als seine Einsatzspannung und daß bei einem L-Pegel die Gate-Source- Spannung größer als seine Einsatzspannung ist. Der NMOS- Transistor 3 ist somit für einen H-Pegel gesperrt und für einen L-Pegel leitend. Durch den Wert des Potentials V2 kann der Schaltpunkt des NMOS-Transistors 3 und somit die Schaltschwelle des Signalpegelwandlers eingestellt werden. Die Schaltschwelle kann deshalb an verschiedene Eingangssignalpegel angepaßt werden.

Das Potential V1 ist derart gewählt, daß die Gate-Source- Spannung des PMOS-Transistors 2 stets größer als seine Einsatzspannung ist. Der PMOS-Transistor 2 ist also stets leitend. Bei einem L-Pegel am Eingangsignalanschluß 5 fließt dann ein Strom durch den Strompfad aus dem Wider­ stand 1 und den MOS-Transistoren 2, 3. Bei einem H-Pegel am Eingangsignalanschluß 5 fließt keine Strom. Im ersten Fall fällt am Widerstand 1 eine Spannung ab, so daß am Ausgangsignalanschluß 4 ein L-Ausgangssignalpegel anliegt. Im zweiten Fall liegt der Ausgangssignalanschluß 4 auf einem H-Pegel. Der H-Pegel des Ausgangssignales ist der Wert des Versorgungspotentials VCC. Der L-Pegel des Aus­ gangssignals wird durch den Strom durch den Widerstand 1 und den Wert des Widerstands 1 festgelegt. Bei einem vorgegebenen Widerstandswert kann die Höhe des Ausgangs­ signalpegels durch die Höhe des Stromflusses durch den Widerstand 1 und somit durch Verändern des Potentials V1 eingestellt werden. Die Ausgangssignalpegel werden bei­ spielsweise so eingestellt, daß sich die Pegelwerte von in Stromschaltertechnik realisierten Schaltungen ergeben. Diese sind der Wert des Versorgungspotentials VCC für einen H-Pegel und ein Wert von 0,9 V niedriger als das versorgungspotential VCC für einen L-Pegel.

Der Eingangssignalanschluß 5 wird nun mit einem Ausgangs­ signalanschluß einer Schaltung verbunden, die in CMOS- Schaltungstechnik aufgebaut ist. Eine solche Schaltung hat beispielsweise ein Versorgungspotential VCC von 0 Volt und ein weiteres, nicht dargestelltes Versorgungspotential von -5,0 Volt. Eine CMOS-Schaltstufe enthält mindestens zwei komplementäre MOS-Transistoren, deren Drain-Source-Strec­ ken zwischen die Versorgungspotentiale in Reihe geschaltet sind. Der Verbindungspunkt ihrer Drain-Source-Strecken dient als Ausgangssignalanschluß. Die Werte für einen H-Pegel und einen L-Pegel der CMOS-Schaltung entsprechen den Werten dieser Versorgungspotentiale. Der Schaltpunkt des NMOS-Transistors 3 muß im Bereich des Eingangssignal­ pegelhubs liegen. Dies kann beispielsweise dadurch er­ reicht werden, daß der Wert des Potentials V2 gleich dem Wert des Versorgungspotentials VCC ist. Dies hat den Vor­ teil, daß anstelle von zwei getrennten Versorgungspoten­ tialquellen VCC, V2 nur eine einzige Versorgungspotential­ quelle VCC benötigt wird.

Im folgenden wird der Eingangssignalanschluß 5 mit einer Schaltstufe verbunden, die in TTL-Schaltungstechnik aufge­ baut ist. Die Versorgungspotentiale einer TTL-Schaltung liegen beispielsweise bei Null Volt für das Versorgungspo­ tential VCC und bei -5,0 V für ein weiteres, nicht darge­ stelltes Versorgungspotential. Die TTL-Schaltstufe ent­ hält einen als Multiemittertransistor ausgeführten Schalt­ transistor, dem eine Verstärkerstufe nachgeschaltet ist. Der Ausgangskreis der Verstärkerstufe besteht aus einer Gegentakt-Endstufe, die im wesentlichen zwei mit ihren Kollektor-Emitter-Strecken in Reihe geschaltete bipolare Transistoren enthält. TTL-Ausgangssignalpegel haben die Eigenschaft, daß ein H-Pegel mindestens 2,0 V höher als das negative Versorgungspotential sein muß und ein L-Pegel maximal 0,8 V höher als das negative Versorgungspotential sein darf. Dies hat zur Folge, daß die Schaltschwelle des Signalpegelwandlers im Bereich von 0,8 V bis 2,0 V höher als das negative Versorgungspotential liegen muß. Dies kann durch eine entsprechende Dimensionierung des NMOS-Transistors 3 und des Potentials V2 erreicht werden.

Sowohl bei einem CMOS- als auch bei einem TTL-Eingangssi­ gnalpegel fließt ein Strom vom Anschluß des Versorgungspo­ tentials VCC in Richtung des Eingangssignalanschlusses 5. Der Signalpegelwandler ist besonders dann vorteilhaft, wenn sein Eingangssignalanschluß 5 mit dem Ausgang einer TTL- Schaltstufe verbunden wird. TTL-Ausgänge haben näm­ lich die Eigenschaft, daß bei einem L-Pegel durch sie ein Strom aufgenommen werden kann.

Der Signalpegelwandler der Fig. 2 enthält zusätzlich zum bereits beschriebenen Signalpegelwandler einen Emitter­ folgertransistor 10. Der Emitterfolgertransistor 10 ist mit seiner Basis mit dem Ausgangssignalanschluß 4 verbun­ den. Sein Kollektor ist an den Anschluß für das Versor­ gungspotential VCC gelegt. Der Emitter des Emitterfolger­ transistors 10 dient als weiterer Ausgangsignalanschluß 11. Die Ausgangssignalpegel des Ausgangssignalanschlusses 11 sind um die an der Basis-Emitter-Strecke des Emitter­ folgertransistors 10 abfallende Spannung bezüglich der Signalpegel am Ausgangssignalanschluß 4 verschoben. Üb­ liche Werte für Ausgangssignalpegel am Ausgangssignal­ anschluß 11 liegen bei -0,8 Volt für einen H-Pegel und -1,7 Volt für einen L-Pegel.

Die Zahlenwerte für die verwendeten Potentiale liegen im negativen Wertebereich. Es ist ohne weiteres möglich, für das Versorgungspotential VCC +5,0 Volt und das weitere Versorgungspotential Null Volt vorzusehen. Die Werte für die Eingangssignal- und Ausgangssignalpegel ändern sich dann in entsprechender Weise.

Es ist weiterhin möglich, anstelle des einen Schalttransi­ stors in Form des NMOS-Transistors 3 der Fig. 1,2 min­ destens zwei Schalttransistoren vorzusehen, die mit ihren Drain-Anschlüssen mit dem Drain-Anschluß des PMOS-Transi­ stors 2 und mit ihren Gate-Anschlüssen mit dem Anschluß für das feste Potential V2 verbunden sind und deren Source-Anschlüsse als je ein Eingangssignalanschluß dienen.

Wenn an mindestens einem der Eingangssignalanschlüsse ein L-Pegel anliegt, fließt ein Strom durch den Widerstand; so daß sich ein L-Pegel am Ausgang 4 einstellt. Die an den Eingangssignalanschlüssen anliegenden Signale werden also zu einer logischen UND-Verknüpfung verknüpft.

Claims (6)

1. Signalpegelwandler zum Umsetzen von Eingangssignalpe­ geln mit gegebenem Signalpegelhub auf Ausgangssignalpegel mit verringertem Signalpegelhub, dadurch gekennzeichnet, daß

• (a) ein Widerstand (1) und die Drain-Source-Strecken eines ersten und eines zweiten MOS-Transistors (2, 3) ver­ schiedenen Kanaltyps in Reihe geschaltet sind,
• (b) ein erster Anschluß des Widerstandes (1) als Anschluß für ein Versorgungspotential (VCC) dient,
• (c) die Drain-Elektroden des ersten und des zweiten MOS- Transistors miteinander verbunden sind,
• (d) die Source-Elektrode des ersten MOS-Transistors (2) mit einem zweiten Anschluß des Widerstandes (1) ver­ bunden ist,
• (e) die Gate-Elektrode des ersten MOS-Transistors (2) mit einem ersten festen Potential (V1), die Gate-Elektrode des zweiten MOS-Transistors (3) mit einem zweiten festen Potential (V2) verbunden ist,
• (f) der zweite Anschluß des Widerstandes mit einem Aus­ gangssignalanschluß (4) verbunden ist,
• (g) der Source-Anschluß des zweiten MOS-Transistors (3) mit einem Eingangssignalanschluß (5) verbunden ist.

2. Signalpegelwandler nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste MOS-Transistor (2) ein P-Kanal-MOS-Transistor und der zweite MOS-Transistor (3) ein N-Kanal-MOS-Transistor ist und daß das erste feste Potential (V1) negativer als das Versorgungspotential (VCC) ist.

3. Signalpegelwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangssignalanschluß (5) mit einem Ausgangssignalan­ schluß einer TTL-Schaltstufe verbunden ist und daß das zweite feste Potential (V2) negativer als das Versor­ gungspotential (VCC) ist.

4. Signalpegelwandler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Eingangssignalanschluß (5) mit dem Ausgang einer CMOS- Schaltstufe verbunden ist und daß das zweite feste Po­ tential (V2) gleich dem Versorgungspotential (VCC) ist.

5. Signalpegelwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Aus­ gangssignalanschluß (4) ein Emitterfolgertransistor (20) nachgeschaltet ist, dessen Basis mit dem Ausgangssignal­ schluß (4) und dessen Kollektor mit dem Anschluß für das Versorgungspotential (VCC) verbunden ist und dessen Emitter als weiterer Ausgangssignalanschluß (11) dient.

6. Signalpegelwandler nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß minde­ stens ein dritter MOS-Transistor vorhanden ist, der den gleichen Kanaltyp wie der zweite MOS-Transistor hat und mit seiner Drain-Elektrode mit der Drain-Elektrode des ersten MOS-Transistors (2) und mit seiner Gate-Elektrode mit dem Anschluß für das zweite feste Potential (V2) und mit seiner Source-Elektrode mit einem weiteren Eingangssignalanschluß verbunden ist.