Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen
Dreizustands-Ausgangspuffer, der einen bipolaren Transistor und MOS-Transistoren
verwendet (MOSFETs).
Beschreibung des Standes der Technik
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Ein typischer Typ eines herkömmlichen
Dreizustands-Ausgangspuffers, der einen bipolaren Transistor und MOS-Transistoren
verwendet, ist aus einem NPN-Transistor, der mit einem Kollektor
mit einer hohen Spannung einer Leistungsversorgung und mit einem
Emitter mit einer Ausgangsleitung verbunden ist, aufgebaut. Eine
Basis des NPN-Transistors ist durch einen Eingangs- oder ersten
MOS-Transistor, dessen Gatter zum Empfangen eines
Eingangssignais verbunden ist, mit Masse verbunden. Ein zweiter
MOS-Transistor ist parallel mit dem ersten MOS-Transistor verbunden, und
das Gatter des zweiten MOS-Transistors ist zum Empfangen eines
Hochimpedanz-Steuersignals verbunden. Darüberhinaus ist der
Emitter des NPN-Transistors weiter durch einen dritten
MOS-Transistor mit Masse verbunden, dessen Gatter zum Empfangen des
Hochimpedanz-Steuersignals verbunden ist. Dementsprechend sind
der NPN-Transistor und der dritte MOS-Transistor in Reihe
zwischen der hohen Spannung der Leistungsversorgung und Masse
verbunden.
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In dem oben beschriebenen Aufbau werden, wenn das Ausgangssignal
des herkömmlichen Dreizustands-Ausgangspuffers in einen
Hochimpedanzzustand
gebracht werden sollte, der zweite und dritte MOS-
Transistor durch das Hochimpedanz-Steuersignal ein- und
ausgeschaltet, so daß sowohl der NPN-Transistor als auch der mit dem
NPN-Transistor in Reihe verbundene dritte MOS-Transistor
ausgeschaltet wird.
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In diesem Zustand, wenn der Ausgangsleitung ein Signal mit hohem
Pegel von einem mit derselben Ausgangsleitung verbundenen
anderen Ausgangspuffer zugeführt wird, werden Basis-Emitter des NPN-
Transistors in einen umgekehrt vorgespannten Zustand versetzt,
da die Basis des NPN-Transistors durch den eingeschalteten
zweiten MOS-Transistor mit Masse verbunden ist und der Emitter des
NPN-Transistors durch den ausgeschalteten MOS-Transistor in
einem schwebenden Zustand gehalten wird.
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In diesem Zusammenhang sollte zur Kenntnis genommen werden, daß
ein Basis-Emitter-Übergang von derzeit verwendeten bipolaren
NPN-Transistoren eine umgekehrt vorgespannte Stehspannung von
etwa 4 V bis 4,5 V aufweist und diese umgekehrt vorgespannte
Stehspannung dazu neigt, sich mit Erhöhung der Feinheit oder
Miniaturisierung von Transistoren weiter zu verringern.
Andererseits ist der herkömmliche BiMOS-Dreizustands-Ausgangspuffer oft
in einem Leistungsversorgungssystem von 5 V eingebaut, das eines
von derzeit häufig verwendeten Standardsystemen ist. Wenn der
Basis-Emitter-Übergang des NPN-Transistors des
BiMOS-Dreizustands-Ausgangspuffers einem Signal mit hohem Pegel ausgesetzt
wird, das höher als die umgekehrt vorgespannte Stehspannung ist
und das von einem anderen Ausgangspuffer zugeführt wird, bricht
daher der Basis-Emitter-Übergang des NPN-Transistors des BiMOS-
Dreizustands-Ausgangspuffers zusammen, so daß ein
Durchschlagstrom von dem Emitter zu der Basis des NPN-Transistors des Bi-
MOS-Dreizustands-Ausgangspuffers fließt.
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In Patent Abstracts of Japan, Bd. 11, Nr. 209 (E-521,2656) und
in JP-A-62-29316 wird ein Dreizustands-Puffer offenbart, in dem
die Basis und der Emitter eines bipolaren NPN-Transistors
kurzgeschlossen sind, um einen Hochimpedanzzustand an einem
Ausgangsanschluß zu schaffen.
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In EP-A-0 332 077 (welche seit ihrer Veröffentlichung am 13.
September 1989 einen Stand der Techik gemäß Artikel 54(3) EPC
darstellt) wird ein Dreizustands-Puffer offenbart, in dem eine
bipolare NPN-Übertragung durch einen parallel geschalteten N-
MOSFET und P-MOSFET kurzgeschlossen wird.
Zusammenfassung der Erfindung
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung
eines BiMOS-Dreizustands-Ausgangspuffers, der den oben
beschriebenen Mangel herkömmlicher Puffer überwindet.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der
Schaffung eines BiMOS-Dreizustands-Ausgangspuffers, in dem,
selbst wenn ein Signal mit hohem Pegel an einen Emitter eines
bipolaren Ausgangstransistors des
BiMOS-Dreizustands-Ausgangspuffers angelegt wird, ein Basis-Emitter-Übergang des bipolaren
Ausgangstransistors nie zusammenbricht, so daß der
BiMOS-Dreizustands-Ausgangspuffer nicht durch ein Signal mit hohem Pegel von
einem anderen Ausgangspuffer beeinflußt wird.
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Die vorliegende Erfindung schafft einen
Dreizustands-Ausgangspuffer, der einen Signaleingangsanschluß und einen
Signalausgangsanschluß aufweist und durch komplementäre erste und zweite
Steuersignale gesteuert wird, die an Steueranschlüsse angelegt
werden, um so selektiv in einen inaktiven Zustand, bei dem der
Signalausgangsanschluß in einem Hochimpedanzzustand gehalten
wird, oder in einen aktiven Zustand gebracht zu werden, bei dem
der Signalausgangsanschluß entweder auf einen hohen Pegel oder
auf einen niedrigen Pegel als Reaktion auf ein Signal gebracht
wird, das an den Signaleingangsanschluß angelegt wird, welcher
Dreizustands-Ausgangspuffer eine Vorpufferschaltung, die mit
einem Eingangsknotenpunkt mit dem Signaleingangsanschluß verbunden
ist und einen Ausgangsknotenpunkt aufweist und durch die
Steuersignale gesteuert wird, um so den Ausgangsknotenpunkt selektiv
in einen Hochimpedanzzustand oder in einen aktiven Zustand zu
bringen, der entweder hohen Pegel oder niedrigen Pegel als
Reaktion auf das an den Eingangsanschluß angelegte Signal annimmt,
einen ersten bipolaren NPN-Transistor, der mit dem Kollektor mit
einer Leistungsversorgungsspannung und mit dem Emitter mit dem
Signalausgangsanschluß verbunden ist, wobei die Basis des
bipolaren Transistors mit dem Ausgangsknotenpunkt der
Vorpufferschaltung verbunden ist, ein erstes Schaltelement, das zwischen
Masse und dem Emitter des ersten bipolaren NPN-Transistors
verbunden ist und durch die Steuersignale gesteuert wird, um so
selektiv ein- und ausgeschaltet zu werden, wobei das erste
Schaltelement aus einem zweiten bipolaren NPN-Transistor aufgebaut
ist, der mit seinem Kollektor mit dem Signalausgangsanschluß und
dem Emitter mit Masse verbunden ist, wobei die Basis des zweiten
bipolaren NPN-Transistors mit einer Steuerschaltung verbunden
ist, die mit dem Signaleingangsanschluß verbunden ist und die
ersten und zweiten Steuersignale empfängt, und ein zweites
Schaltelement aufweist, das zwischen der Basis und dem Emitter
des ersten bipolaren Transistors verbunden ist, wobei das zweite
Schaltelement durch die Steuersignale gesteuert wird, um so
eingeschaltet zu werden, wenn die Steuersignale die Anweisung
abgeben, daß der Signalausgangsanschluß in den Hochimpedanzzustand
gebracht werden soll, so daß die Basis und der Emitter des
ersten bipolaren NPN-Transistors kurzgeschlossen werden, wobei das
zweite Schaltelement durch die Steuersignale so gesteuert wird,
daß es abgeschaltet wird, wenn der Signalausgangsanschluß in den
aktiven Zustand gebracht wird, wobei das erste Steuersignal und
das zweite Steuersignal auf einem hohen bzw. einem niedrigen
Pegel sind, wenn der Signalausgangsanschluß des
Dreizustands-Ausgangspuffers im Hochimpedanzzustand ist, dadurch gekennzeichnet,
daß das zweite Schaltelement aufgebaut ist aus einem ersten N-
Kanal-Feldeffekttransistor, der mit dem Gatter zum Empfangen des
ersten Steuersignals verbunden ist, einem ersten
P-Kanal-Feldeffekttransistor, der parallel mit dem ersten
N-Kanal-Feldeffekttransistor verbunden ist, wobei der erste
P-Kanal-Feldeffekttransistor mit seiner Senke und seiner Quelle mit der Basis
bzw. dem Emitter des ersten bipolaren Transistors verbunden ist
und mit seinem Gatter zum Empfangen des zweiten Steuersignals
verbunden ist, so daß, wenn das erste Steuersignal und das
zweite
Steuersignal auf den hohen Pegel bzw. auf den niedrigen Pegel
eingestellt sind, sowohl der erste N-Kanal-Feldeffekttransistor
als auch der erste P-Kanal-Feldeffekttransistor in einen Ein-
Zustand gebracht werden; daß der zweite bipolare NPN-Transistor
eingeschaltet wird, wenn der ersterwähnte bipolare
NPN-Transistor ausgeschaltet wird und umgekehrt; und daß die
Steuerschaltung zweite und dritte N-Kanal-Feldeffekttransistoren, die in
Reihe zwischen dem Kollektor und der Basis des zweiten bipolaren
NPN-Transistors verbunden sind, wobei das Gatter des zweiten N-
Kanal-Feldeffekttransistors mit dem Signaleingangsanschluß
verbunden ist und das Gatter des dritten
N-Kanal-Feldeffekttransistors zum Empfangen des zweiten Steuersignals verbunden ist, und
vierte und fünfte N-Kanal-Feldeffekttransistoren aufweist, die
parallel zwischen der Basis des zweiten bipolaren
NPN-Transistors und Masse verbunden sind, wobei das Gatter des vierten N-
Kanal-Feldeffekttransistors mit dem Signalausgangsanschluß
verbunden ist und das Gatter des fünften
N-Kanal-Feldeffekttransistors zum Empfangen des ersten Steuersignals verbunden ist.
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Die oben aufgeführten und weitere Aufgaben, Merkmale und
Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden
Beschreibung einer bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform unter
Bezugnahme auf die beigefügten zeichnungen deutlich werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Figur 1 ist ein Schaltbild eines herkömmlichen Dreizustands-
Ausgangspuffers, der einen bipolaren Transistor und
MOS-Transistoren verwendet;
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Figur 2 ist ein Schaltbild eines weiteren
Dreizustands-Ausgangspuffers; und
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Figur 3 ist ein Schaltdiagramm eines erfindungsgemäßen
Dreizustands-Ausgangspuffers.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Bezugnehmend auf Figur 1 ist ein Schaltbild eines herkömmlichen
Dreizustands-Ausgangspuffers gezeigt, der einen bipolaren
Transistor und MOS-Transistoren verwendet.
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Die gezeigte Schaltung umfaßt einen bipolaren NPN-Transistor 10,
der mit seinem Kollektor mit einer positiven Spannung Vcc einer
elektrischen Spannungsversorgung und mit seinem Emitter mit
einer Ausgangsleitung 12 verbunden ist. Die Basis des Transistors
10 ist durch ein Paar in Reihe verbundener P-Kanal-MOSFETs 14
und 16 mit der positiven Spannung Vcc und durch ein Paar
parallel verbundener N-Kanal-MOSFETs 18 und 20 mit Masse GND
verbunden. Das Gatter eines der in Reihe verbundenen P-Kanal-MOSFETs
14 und das Gatter eines der parallel verbundenen N-Kanal-MOSFETs
18 sind gemeinsam mit einer Eingangsleitung 22 verbunden. Das
Gatter des anderen der in Reihe verbundenen P-Kanal-MOSFETs 16
und das Gatter des anderen der parallel verbundenen N-Kanal-
MOSFETs 20 sind gemeinsam mit einer Leitung 24 verbunden, um so
ein Hochimpedanz-Steuersignal Hi-Z zu empfangen. In der oben
beschriebenen Anordnung bilden die in Reihe verbundenen P-Kanal-
MOSFETs 14 und 16 und die parallel verbundenen N-Kanal-MOSFETs
18 und 20 eine NOR-Schaltung, die die Leitungen 22 und 24 als
zwei Eingänge aufweist, wobei ein Ausgang durch einen
Verbindungsknotenpunkt zwischen den MOSFETs 16 und 18 und 20 gebildet
wird und derselbe mit der Basis des bipolaren Transistors 10
verbunden ist.
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Weiter ist der Emitter des bipolaren Transistors 10 durch ein
anderes Paar in Reihe verbundener N-Kanal-MOSFETs 28 und 30 mit
Masse GND verbunden. Das Gatter eines der in Reihe verbundenen
N-Kanal-MOSFETs 30 ist mit der Eingangsleitung 22 verbunden, und
das Gatter des anderen der in Reihe verbundenen N-Kanal-MOSFETs
28 ist mit einer Leitung 26 verbunden, um so ein Hochimpedanz-
Steuersignal zu empfangen, das komplementär zu dem
Hochimpedanz-Steuersignal Hi-Z ist.
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Bei der oben beschriebenen Anordnung wird, wenn die
Hochimpedanz-Steuersignale Hi-Z und auf einen niedrigen Pegel L
bzw. einen hohen Pegel H eingestellt sind, der
P-Kanal-Transistor 16 eingeschaltet und der N-Kanal-Transistor 20
ausgeschaltet. Daher wirkt die NOR-Schaltung als ein Inverter, so daß
ein an die Eingangsleitung 22 angelegtes Signal umgekehrt wird,
und das umgekehrte Eingangssignal wird der Basis des bipolaren
Transistors 10 zugeführt. Dementsprechend wird, wenn das an die
Eingangsleitung 22 angelegte Signal auf einem niedrigen Pegel
ist, ein Signal mit hohem Pegel an die Basis des bipolaren
Transistors 10 angelegt, so daß der bipolare Transistor 10
eingeschaltet wird. Wenn das an die Eingangsleitung 22 angelegte
Signal auf einem hohen Pegel ist, wird ein Signal mit niedrigem
Pegel an die Basis des bipolaren Transistors 10 angelegt, so daß
der bipolare Transistor 10 ausgeschaltet wird. Andererseits, da
sich der N-Kanal-Transistor 28, der an seinem Gatter den hohen
Pegel des Hochimpedanz-Steuersignals empfängt, in einem
Ein-Zustand befindet, befindet sich der N-Kanal-Transistor 30,
der an seinem Gatter ein Eingangssignal 22 empfängt, in einem
Zustand, im dem die Senke des N-Kanal-Transistors 30 im
wesentlichen direkt mit der Ausgangsleitung 12 verbunden ist. Wenn das
Eingangssignal 22 auf dem niedrigen Pegel ist, wird der N-Kanal-
Transistor 30 ausgeschaltet, und wenn das Eingangssignal 22 auf
dem hohen Pegel ist, wird der N-Kanal-Transistor 30
eingeschaltet.
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Dementsprechend wird, in Abhängigkeit davon, ob das der
Eingangsleitung 22 zugeführte Signal auf dem hohen Pegel oder dem
niedrigen Pegel ist, einer von dem bipolaren NPN-Transistor 10
und dem N-Kanal-Transistor 30 eingeschaltet und der andere wird
ausgeschaltet, um so eine mit der Ausgangsleitung 12 verbundene
Last anzusteuern, so daß entweder das Signal mit hohem Pegel
oder das Signal mit niedrigem Pegel durch die Ausgangsleitung 12
zu einer anderen Schaltung abgegeben wird.
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Wenn die Hochimpedanz-Signale Hi-Z und auf einen hohen
Pegel H bzw. einen niedrigen Pegel L eingestellt sind, ist, da
eines der Eingangssignale der NOR-Schaltung auf den hohen Pegel
festgelegt ist, das Ausgangssignal der NOR-Schaltung auf den
niedrigen Pegel festgelegt, der der Basis des bipolaren NPN-
Transistors 10 zugeführt wird. Als ein Ergebnis wird der
bipolare NPN-Transistor 10 ausgeschaltet. Andererseits befindet sich
der N-Kanal-Transistor 28, der an seinem Gatter den niedrigen
Pegel des Hochimpedanz-Steuersignals empfängt, in einem
Aus-Zustand. Dementsprechend befindet sich die Ausgangsleitung
12 sowohl im Verhältnis zu der Spannung Vcc der
Spannungsversorgung als auch zu Masse GND in einem Hochimpedanzzustand.
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Wenn das Ausgangssignal des gezeigten
BiMOS-Dreizustands-Ausgangspuffers sich im Hochimpedanzzustand befindet, kann die
Ausgangsleitung 12 durch einen anderen, mit der Ausgangsleitung 12
verbundenen Ausgangspuffer angesteuert werden.
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Bei dem oben beschriebenen herkömmlichen
BiMOS-Dreizustands-Ausgangspuffer wird, wenn das Ausgangssignal des
BiMOS-Dreizustands-Ausgangspuffers sich in einem Hochimpedanzzustand
befindet, wenn ein anderer, mit der Ausgangsleitung 12 verbundener
Ausgangspuffer ein Signal mit hohem Pegel ausgibt, eine
umgekehrt vorgespannte Spannung ähnlich der
Spannungsversorgungsspannung Vcc über einem Basis-Emitter-Übergang des bipolaren
NPN-Transistors 10 angelegt. Hier weist der
Basis-Emitter-Übergang derzeit verwendeter bipolarer NPN-Transistoren eine
umgekehrt vorgespannte Stehspannung von etwa 4 V bis 4,5 V auf, und
diese umgekehrt vorgespannte Stehspannung neigt dazu, bei
Erhöhung der Feinheit oder der Miniaturisierung von Transistoren
sich weiter zu verringern. Spezifisch ist es üblich, daß, wenn
die Basisbreite von bipolaren Transistoren verringert wird, die
Störstellenkonzentration des Basisbereichs erhöht wird, um eine
Ausdehnung einer Verarmungsschicht in einem Basis-Kollektor-
Übergang und in einem Basis-Emitter-Übergang zu verhindern. Es
ist in diesem Fall weiter üblich, eine Störstellenkonzentration
eines Emitterbereichs weiter zu erhöhen, um eine Abnahme eines
Injektionswirkungsgrads von Trägern in den Basisbereich zu
verhindern. Als ein Ergebnis erhöht sich unvermeidbar die
Störstellenkonzentration in dem Basis-Emitter-Übergang, und die
umgekehrt vorgespannte Stehspannung wird absinken.
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Wenn der herkömmliche BiMOS-Dreizustands-Ausgangspuffer in einem
Leistungsversorgungssystem von 5 V eingebaut ist, welches eines
von derzeit sehr häufig verwendeten Standardsystemen darstellt,
und wenn das System, in dem der herkömmliche BiMOS-Dreizustands-
Ausgangspuffer eingebaut ist, in der Form einer integrierten
Schaltung mit einem hohen Maß an Feinheit oder
Integrationsdichte zusammengesetzt wird, bricht daher der Basis-Emitter-Übergang
des NPN-Transistors des BiMOS-Dreizustands-Ausgangspuffers
zusammen, wenn der Basis-Emitter-Übergang des NPN-Transistors des
in dem System verwendeten BiMOS-Dreizustands-Ausgangspuffers
einem Signal mit hohem Pegel ausgesetzt wird, das höher als die
umgekehrt vorgespannte Stehspannung ist und das von einer
anderen integrierten Schaltung zugeführt wird, so daß ein
Durchschlagstrom vom Emitter zur Basis des NPN-Transistors des BiMOS-
Dreizustands-Ausgangspuffers fließt. Mit anderen Worten muß das
System so ausgeführt werden, daß ein von einem Ausgangspuffer
einer anderen integrierten Schaltung ausgegebenes Signal mit
hohem Pegel niemals die umgekehrt vorgespannte Stehspannung des
Basis-Emitter-Übergangs des NPN-Transistors des herkömmlichen
BiMOS-Dreizustands-Ausgangspuffers überschreitet. Ansonsten wird
ein verlorener Durchschlagstrom fließen.
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In Fig. 2 sind den in Figur 1 gezeigten ähnliche oder
entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugsziffern versehen, und auf
eine Erklärung derselben wird zur Vereinfachung der Erklärung
verzichtet.
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Wie aus einem Vergleich zwischen den Figuren 1 und 2 zu sehen
ist, weist der in Figur 2 gezeigte Dreizustands-Ausgangspuffer
eine Vorpufferschaltung auf, die an Stelle der in Figur 1
gezeigten NOR-Schaltung aus MOS-Transistoren (MOSFETs) aufgebaut
ist. Die Vorpufferschaltung umfaßt ein Paar
P-Kanal-MOS-Feldeffekttransistoren 32 und 34, die in Reihe zwischen der positiven
Spannung Vcc der elektrischen Spannungsversorgung und der Basis
des bipolaren NPN-Transistors 10 verbunden sind, und ein Paar
von N-Kanal-MOS-Feldeffekttransistoren 36 und 38, die in Reihe
zwischen Masse und der Basis des bipolaren NPN-Transistors 10
verbunden sind. Die Basen des P-Kanal-MOSFET 32 und des N-Kanal-
MOSFET 38 sind gemeinsam mit der Eingangsleitung 22 verbunden.
Die Basis des P-Kanal-MOSFET 34 ist mit der Leitung 24
verbunden, um so das Hochimpedanz-Steuersignal Hi-Z zu empfangen, und
die Basis des N-Kanal-MOSFET 36 ist mit der Leitung 26
verbunden, um das komplementäre Hochimpedanz-Steuersignal zu
empfangen. Dieses komplementäre Hochimpedanz-Steuersignal
wird auch dem Gatter des N-Kanal-MOSFET 28 zugeführt, der ein
erstes Schaltelement bildet. Darüberhinaus ist ein weiterer N-
Kanal-MOSFET 40 zwischen der Basis und dem Emitter (die
Ausgangsleitung 12) des bipolaren NPN-Transistors 10 verbunden. Ein
Gatter dieses N-Kanal-MOSFET 40 ist verbunden, um das
Hochimpedanz-Steuersignal Hi-Z zu empfangen. Der N-Kanal-MOSFET 40
bildet ein zweites Schaltelement
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Der in Figur 2 gezeigte Dreizustands-Ausgangspuffer arbeitet wie
folgt:
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Wenn das Hochimpedanz-Steuersignal Hi-Z und das komplementäre
Hochimpedanz-Steuersignal auf den niedrigen Pegel L bzw.
den hohen Pegel H eingestellt sind, werden der P-Kanal-MOSFET 34
bzw. der N-Kanal-MOSFET 36 eingeschaltet. Daher wirkt die aus
den P-Kanal-MOSFETs 32 und 34 und den N-Kanal-MOSFETs 36 und 38
aufgebaute Vorpufferschaltung als ein Inverter. Andererseits
bleibt der N-Kanal-MOSFET 40 ausgeschaltet. Als ein Ergebnis
arbeitet der in Figur 2 gezeigte Dreizustands-Ausgangspuffer
ähnlich dem in Figur 1 gezeigten Puffer, wenn das Hochimpedanz-
Steuersignal Hi-Z und das komplementäre
Hochimpedanz-Steuersignal auf den niedrigen Pegel L bzw. den hohen Pegel H
eingestellt sind. In Abhängigkeit davon, ob das an die
Eingangsleitung 22 angelegte Signal auf dem hohen Pegel oder dem
niedrigen Pegel ist, wird dementsprechend einer von dem bipolaren NPN-
Transistor 10 und dem N-Kanal-Transistor 30 eingeschaltet und
der andere wird ausgeschaltet, um so eine mit der
Ausgangsleitung 12 verbundene Last anzusteuern, so daß entweder das Signal
mit hohem Pegel oder das Signal mit niedrigem Pegel durch die
Ausgangsleitung 12 zu einer anderen Schaltung ausgegeben wird.
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Andererseits, wenn das Hochimpedanz-Steuersignal Hi-Z und das
komplementäre Hochimpedanz-Steuersignal auf den hohen
Pegel H bzw. den niedrigen Pegel L eingestellt sind, wird der P-
Kanal-MOSFET 34 bzw. der N-Kanal-MOSFET 36 ausgeschaltet. Die
Ausgangsleistung der Vorpufferschaltung wird nämlich in einen
Hochimpedanzzustand gebracht. Darüberhinaus wird der N-Kanal-
MOSFET 28, der an seinem Gatter das komplementäre Hochimpedanz-
Steuersignal empfängt, ausgeschaltet. Eine Hochimpedanz
wird zwischen der Ausgangsleitung 12 und Masse erzeugt.
Andererseits wird der an seinem Gatter den hohen Pegel des
Hochimpedanzsignals Hi-Z empfangende N-Kanal-MOSFET 40 eingeschaltet, so
daß die Basis und der Emitter des bipolaren NPN-Transistors 10
kurzgeschlossen werden. Daher wird der bipolare NPN-Transistor
10 in einem gesperrten Bereich fixiert, so daß eine Hochimpedanz
zwischen der Ausgangsleitung 12 und der positiven Spannung Vcc
erzeugt wird.
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An dieser Stelle sollte zur Kenntnis genommen werden, daß, da
die Basis und der Emitter des bipolaren NPN-Transistors 10 durch
den eingeschalteten N-Kanal-MOSFET 40 kurzgeschlossen sind, ein
durch die Ausgangsleitung 12 von einem anderen Ausgangspuffer
zugeführtes Signal gemeinsam an die Basis und den Emitter des
bipolaren NPN-Transistors 10 angelegt wird. Obwohl zwischen der
Basis und dem Emitter des bipolaren NPN-Transistors 10 eine
einem Schwellwert VT des N-Kanal-MOSFET 40 entsprechende
Potentialdifferenz erscheint, wird daher niemals eine Spannung
zwischen der Basis und dem Emitter des bipolaren NPN-Transistors 10
angelegt werden, die eine umgekehrt vorgespannte Spannung des
Basis-Emitter-Übergangs des bipolaren NPN-Transistors 10
überschreitet. Dementsprechend wird der in Figur 2 gezeigte
Dreizustands-Ausgangspuffer kein Signal mit hohem Pegel
beeinträchtigen, das von einem anderen Ausgangspuffer auf die
Ausgangsleitung 12 ausgegeben wurde. Andererseits ist es möglich, einen
Durchschlagstrom zu verhindern, der auftreten würde, wenn das
aus einem anderen Ausgangspuffer auf die Ausgangsleitung 12
ausgegebene Signal mit hohem Pegel die umgekehrt vorgespannte
Spannung des Basis-Emitter-Übergangs des bipolaren NPN-Transistors
10 überschreiten würde.
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Bezugnehmend auf Figur 3 ist ein Schaltbild eines
erfindungsgemäßen Dreizustands-Ausgangspuffers gezeigt. In Figur 3 wurden
den in Figur 2 gezeigten ähnliche oder entsprechende Elemente
mit den gleichen Bezugsziffern versehen auf, und eine Erklärung
derselben wird zur Vereinfachung der Erklärung verzichtet
werden.
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Wie aus dem Vergleich zwischen den Figuren 2 und 3 zu sehen ist,
weist der in Figur 3 gezeigte Dreizustands-Puffer einen P-Kanal-
MOSFET 42 auf, der parallel mit dem N-Kanal-MOSFET 40 verbunden
ist und der mit seinem Gatter mit der Leitung 26 verbunden ist,
um das komplementäre Hochimpedanz-Steuersignal zu
empfangen. An Stelle der N-Kanal-MOSFETs 28 und 30 ist ein zweiter
bipolarer NPN-Transistor 44 als das erste Schaltelement zwischen
Masse GND und der Ausgangsleitung 12 verbunden vorgesehen. Zum
Steuern des Ein- und Ausschaltens des bipolaren NPN-Transistors
44 ist eine Steuerschaltung 46 mit der Basis des bipolaren NPN-
Transistors 44 verbunden.
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Spezifisch ausgedrückt, umfaßt die Steuerschaltung 44 ein Paar
N-Kanal-MOSFETs 48 und 50, die in Reihe zwischen der
Ausgangsleitung 12 und der Basis des bipolaren Transistors 44 verbunden
sind. Einer der in Reihe verbundenen N-Kanal-MOSFETs 48 ist an
seinem Gatter mit der Eingangssignalleitung 22 verbunden, und
der andere der in Reihe verbundenen N-Kanal-MOSFETs so ist an
seinem Gatter mit der Leitung 26 verbunden, um so das
komplementäre Hochimpedanz-Steuersignal zu empfangen. Ein weiteres
Paar N-Kanal-MOSFETs 52 und 54 ist parallel zwischen Masse und
der Basis des bipolaren Transistors 44 verbunden. Einer der
parallel verbundenen N-Kanal-MOSFETs 52 ist an seinem Gatter mit
der Ausgangssignalleitung 12 verbunden, und der andere der
parallel verbundenen N-Kanal-MOSFETs so ist mit seinem Gatter mit
der Leitung 24 verbunden, um so das Hochimpedanz-Steuersignal
Hi-Z zu empfangen.
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Der in Figur 3 gezeigte Dreizustands-Ausgangspuffer arbeitet wie
folgt:
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Wenn das Hochimpedanz-Steuersignal Hi-Z und das komplementäre
Hochimpedanz-Steuersignal auf den niedrigen Pegel L bzw.
den hohen Pegel H eingestellt sind, wirkt die aus den P-Kanal-
MOSFETs 32 und 34 und den N-Kanal-MOSFETs 36 und 38 aufgebaute
Vorpufferschaltung ähnlich der in Figur 2 gezeigten ersten
Ausführungsform als ein Inverter. Andererseits sind der N-Kanal-
MOSFET 40, der an seinem Gatter den niedrigen Pegel des
Hochimpedanz-Steuersignals Hi-Z empfängt, und der P-Kanal-MOSFET 42,
der an seinem Gatter den hohen Pegel des komplementären
Hochimpedanz-Steuersignals empfängt, ausgeschaltet.
Darüberhinaus ist der N-Kanal-MOSFET 54, der an seinem Gatter den
niedrigen Pegel des Hochimpedanz-Steuersignals Hi-Z empfängt,
ausgeschaltet, und der N-Kanal-MOSFET 50, der an seinem Gatter den
hohen Pegel des komplementären Hochimpedanz-Steuersignals
empfängt, ist eingeschaltet. Daher wird die Leitungssteuerung
des bipolaren Transistors 10 in der gleichen Weise wie die des
in Figur 2 gezeigten Puffers durchgeführt.
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Weiter wird, wenn das an die Eingangsleitung 22 angelegte Signal
auf einem hohen Pegel ist, der N-Kanal-MOSFET 48 eingeschaltet,
und aus diesem Grunde wird das Ausgangssignal des Dreizustands-
Ausgangspuffers durch die eingeschalteten MOSFETs 48 und 50 an
die Basis des bipolaren Transistors 44 angelegt. Als ein
Ergebnis hieraus wird der bipolare Transistor 44 eingeschaltet, so
daß die Ausgangsleitung 12 auf einen niedrigen Pegel gebracht
wird. Wenn andererseits das an die Eingangsleitung 22 angelegte
Signal auf einem niedrigen Pegel ist, wird der
N-Kanal-Transistor 52 eingeschaltet, so daß ein Massepotential an die Basis
des bipolaren Transistors 44 angelegt wird. Dementsprechend wird
der bipolare Transistor 44 ausgeschaltet.
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So wird, wenn das an die Eingangsleitung 22 angelegte Signal auf
einem hohen Pegel ist, der bipolare Transistor 10 ausgeschaltet,
und wenn das an die Eingangsleitung 22 angelegte Signal einen
hohen Pegel aufweist, der bipolare Transistor 10 eingeschaltet.
Daher werden die bipolaren Transistoren 10 und 44 in einem
komplementären Verhältnis ein- und ausgeschaltet, in dem, wenn
einer
der bipolaren Transistoren 10 und 44 eingeschaltet wird, der
andere ausgeschaltet wird und umgekehrt. Als ein Ergebnis
hieraus werden das Signal mit hohem Pegel und das Signal mit
niedrigem Pegel alternativ auf die Ausgangsleitung 12 ausgegeben.
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Wenn andererseits das Hochimpedanz-Steuersignal Hi-Z und das
komplementäre Hochimpedanz-Steuersignal auf den hohen
Pegel H bzw. den niedrigen Pegel L eingestellt sind, wird der N-
Kanal-MOSFET 54 eingeschaltet, so daß an der Basis des bipolaren
Transistors 44 das Massepotential angelegt wird. Daher wird der
bipolare Transistor 44 in einem ausgeschalteten Zustand
gehalten. Darüberhinaus werden der N-Kanal-MOSFET 40, der an seinem
Gatter den hohen Pegel des Hochimpedanz-Steuersignals Hi-Z
empfängt, bzw. der P-Kanal-MOSFET 42, der an seinem Gatter den
niedrigen Pegel des komplementären Hochimpedanz-Steuersignals
empfängt, eingeschaltet, so daß die Basis und der Emitter
des bipolaren Transistors 10 kurzgeschlossen werden. Tatsächlich
wird der bipolare Transistor 10 in einem gesperrten Bereich
fixiert. So werden beide der zwei bipolaren Transistoren 10 und 44
ausgeschaltet; auf der Ausgangsleitung 12 wird ein
Hochimpedanzzustand geschaffen.
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In der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform besteht das zweite
Schaltelement zum Kurzschließen der Basis und des Emitters des
bipolaren NPN-Transistors 10 aus einer Parallelschaltung, die
aus dem N-Kanal-MOSFET 40 und dem P-Kanal-MOSFET 42 aufgebaut
ist. Daher wird eine dem Schwellwert VT des N-Kanal-MOSFET 40
entsprechende Potentialdifferenz niemals zwischen der Basis und
dem Emitter des bipolaren NPN-Transistors 10 auftreten. Mit
anderen Worten kann die Spannungsdifferenz zwischen der Basis und
dem Emitter des bipolaren NPN-Transistors 10 im Vergleich zu der
in Figur 2 gezeigten Schaltung weiter reduziert werden, und der
bipolare NPN-Transistor 10 kann sicher in dem abgeschnittenen
Bereich fixiert werden.
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Wie der obigen Erklärung zu entnehmen ist, weist ein
Dreizustands-Ausgangspuffer ein Schaltelement zum Kurzschließen und
Öffnen zwischen einer Basis und einem Emitter eines bipolaren
Ausgangstransistors zum Zuführen einer elektrischen
Versorgungsspannung zu einer mit dem Emitter desselben bipolaren
Transistors verbundenen Ausgangsleitung auf. Wenn der Dreizustands-
Ausgangspuffer in einen Hochimpedanzzustand gebracht wird, wird
das Schaltelement eingeschaltet, so daß die Basis und der
Emitter des bipolaren Ausgangstransistors mit dem Ergebnis
kurzgeschlossen werden, daß eine zwischen der Basis und dem Emitter
des bipolaren Ausgangstransistors angelegte Spannung niemals
eine umgekehrt vorgespannte Stehspannung eines Basis-Emitter-
Übergangs des bipolaren Ausgangstransistors überschreiten wird.
Selbst wenn ein bipolarer Transistor eine verhältnismäßig
niedrige umgekehrt vorgespannte Stehspannung eines Basis-Emitter-
Übergangs aufweist, wird daher der Basis-Emitter-Übergang
niemals zusammenbrechen. Die Erzeugung eines Durchschlagstrom wird
nämlich wirksam unterdrückt. Darüberhinaus wird der
Dreizustands-Ausgangspuffer ein Signal mit hohem Pegel, das von einem
anderen, mit derselben Ausgangsleitung verbundenen
Ausgangspuffer ausgegeben wurde, nicht beeinträchtigen.
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Die Erfindung wurde so unter Bezugnahme auf die spezifischen
Ausführungsformen gezeigt und beschrieben. Es sollte jedoch zur
Kenntnis genommen werden, daß die vorliegende Erfindung in
keiner Weise auf die Details des veranschaulichten Aufbaus begrenzt
ist, sondern daß Veränderungen und Modifizierungen innerhalb des
Umfangs der anliegenden Patentansprüche durchgeführt werden
können.