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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Signalleitungstreiber
für die Übertragung
und Ausgabe eines binären
Signals wie etwa eines digitalen Signals.
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Treiberschaltungen,
die eine angesteuerte Leitung auf einen bevorzugten Wert setzen,
wenn kein Signal übertragen
wird, sind allgemein bekannt, etwa unser Beispiel der Anordnung
in dem Patent der Vereinigten Staaten
US
4.651.036.
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In
diesem Kontext schafft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung,
wie sie in den Ansprüchen dargestellt
ist.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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1 ist
ein Schaltplan, der den Schaltungsaufbau oder einen Bustreiber gemäß dem einen
Anwendungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
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2 ist
ein Blockschaltplan, der den Aufbau eines Adressierungssignal-Übertragungssystems in einem
Anwendungsbeispiel zeigt.
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3 ist
ein Schaltplan, der ein Beispiel für einen Schaltungsaufbau eines
Empfängers
in einem Anwendungsbeispiel zeigt.
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4 ist
ein Zeitablaufplan, der zur Erläuterung
der Arbeitsweise eines Anwendungsbeispiels die Signalform des Signals
für jeden
Abschnitt zeigt.
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IN DER ZEICHNUNG GEZEIGTE
BEZUGSZEICHEN UND SYMBOLE
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- 2
- Bustreiber
- 4
- Empfänger
- 6
- Zeitgeberschaltung
- 10,
12
- für den Treiber
verwendeter NMOS-Transistor
- 14,
34
- Schaltsteuerschaltung
- 46,
48
- zum
Vorladen verwendeter PMOS-Transistor
- AL,
AL_
- Busleitung
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Unten
werden Anwendungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der 1 bis 4 erläutert.
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In 1 ist
ein Schaltplan eines Bustreibers gemäß dem Anwendungsbeispiel 1 der
vorliegenden Erfindung gezeigt. Dieser Bustreiber ist z. B. in einem Adressenpuffer
einer Halbleiterspeichervorrichtung vorgesehen und überträgt mittels
einer Differenzialschaltung ein Ein-Bit-Adressierungssignal.
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Wie
in 2 gezeigt ist, ist dieser Bustreiber 2 über das
Paar komplementärer
Busleitungen AL, AL_ mit einem Empfänger verbunden, z. B. einem Empfänger 4 für einen
Adressendecodierer. Der Bustreiber 2 weist einen Eingang
für ein
Ein-Bit-Adressierungssignal (AIN) auf und gibt in Reaktion auf den
logischen Wert dieses Eingangsadressierungssignals (AIN) ein komplementäres Paar
von Adressierungssignalen (AOUT, AOUT_) mit dem logischen Hochpegelzustand
und dem logischen Tiefpegelzustand am Übertragungsende der Busleitungen
AL, AL_ aus. Der Empfänger 4 empfängt die
Adressierungssignale (Ain, Ain_), die den jeweiligen Adressierungssignalen (AOUT,
AOUT_) entsprechen, von dem Bustreiber 2 auf der Eingangsseite
der Busleitungen AL, AL_. Die Zeitgeberschaltung 6 liefert
die später
erläuterten Taktsignale
(PRC, AEN_) und (KC), die unten erläutert werden und die zur Steuerung
des Bustreibers 2 und des Empfängers 4 verwendet
werden.
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Wie
in 1 gezeigt ist, sind in dem Bustreiber 2 dieses
Anwendungsbeispiels die NMOS-Transistoren 10, 12,
die als Schalttransistoren für
die Treiber verwendet werden, jeweils zwischen die jeweiligen Übertragungsenden
für beide
Busleitungen AL, AL_ und einen Anschluss mit der Leistungsversorgungsspannung
(VSS) (z. B. 0V) für den Referenz-Tiefpegelzustand
geschaltet.
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Eine
Schaltsteuerschaltung 14, die das Ein- und Ausschalten
des NMOS-Transistors 10 steuert, ist
aus einem PMOS-Transistor 16, einem NMOS-Transistor 18,
einem Inverter 20, 22, einem NAND-Gatter 24 und
einem NOR-Gatter 26 aufgebaut.
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Genauer
ist der Source-Anschluss des PMOS-Transistors 16 mit dem
Leistungsversorgungsanschluss der Leistungsversorgungsspannung (VDD) (z. B. 3,3 V) für den Referenz-Hochpegelzustand
verbunden, wobei der Source-Anschluss
des NMOS-Transistors 18 mit einem Anschluss mit der Leistungsversorgungsspannung
(VSS) verbunden ist. Das Übertragungsende
der Busleitung AL ist mit dem Gate-Anschluss des PMOS-Transistors
verbunden und der Vorladesteuersignal-Eingangsanschluss 28 ist
mit dem Gate-Anschluss des NMOS-Transistors 18 verbunden.
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Die
Drain-Anschlüsse
(Knoten (Nc)) des PMOS-Transistors 16 und des NMOS-Transistors 18 sind
mit dem Eingangsanschluss des Inverters 20 verbunden. Der
Ausgangsanschluss des Inverters 20 ist mit einem der Eingangsanschlüsse des NAND-Gatters 24 verbunden.
Außerdem
ist der Kondensator C1 zwischen den Eingangsanschluss des Inverters 20 und
einen Anschluss mit der Leistungsversorgungsspannung (VSS)
geschaltet.
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Der
Impulssignal-Eingangsanschluss 30 ist mit dem Eingangsanschluss
des Inverters 22 verbunden, wobei der Ausgangsanschluss
des Inverters 22 mit dem anderen Eingangsanschluss des NAND-Gatters 24 verbunden
ist.
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Der
Ausgangsanschluss des NAND-Gatters 24 ist mit einem der
Eingangsanschlüsse
des NOR-Gatters 26 verbunden. Ein Adressierungsfreigabe-Eingangssignalanschluss 32 ist
mit dem anderen Eingangsanschluss des NOR-Gatters 26 verbunden.
Der Ausgangsanschluss des NOR-Gatters 26 ist mit dem Gate-Anschluss
des NMOS-Transistors 10 verbunden.
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Eine
Schaltsteuerschaltung 34, die das Ein- und Ausschalten
des NMOS-Transistors 12 steuert, ist
aus einem PMOS-Transistor 36, einem NMOS-Transistor 38,
einem Inverter 40, einem NAND-Gatter 42 und einem
NOR-Gatter 44 aufgebaut.
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Ausführlicher
ist der Source-Anschluss des PMOS-Transistors 36 mit einem
Anschluss mit der Leistungsversorgungsspannung (VDD)
verbunden, wobei der Source-Anschluss des NMOS-Transistors 38 mit
einem Anschluss mit der Leistungsversorgungsspannung (VSS)
verbunden ist. Der Sendeanschluss der Busleitung AL_ ist mit dem
Gate-Anschluss des PMOS-Transistors 36 verbunden und der
Vorladesteuersignal-Eingangsanschluss 28 ist mit dem Gate-Anschluss
des NMOS-Transistors 38 verbunden.
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Die
Drain-Anschlüsse
(Knoten (Nd)) des PMOS-Transistors 36 und des NMOS-Transistors 38 sind
mit dem Eingangsanschluss des Inverters 40 verbunden. Außerdem ist
der Kondensator C2 zwischen den Eingangsanschluss des Inverters 40 und einen
Anschluss mit der Leistungsversorgungsspannung (VSS)
geschaltet. Der Ausgangsanschluss des Inverters 40 ist
mit einem der Eingangsanschlüsse des
NAND-Gatters 42 verbunden. Der Adressierungssignal-Eingangsanschluss 30 ist
mit dem anderen Eingangsanschluss des NAND-Gatters 42 verbunden.
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Der
Ausgangsanschluss des NAND-Gatters 42 ist mit einem der
Eingangsanschlüsse
des NOR-Gatters 44 verbunden. Der Adressierungsfreigabesignal-Eingangsanschluss 32 ist
mit dem anderen Ausgangsanschluss des NOR-Gatters 44 verbunden.
Der Ausgangsanschluss des NOR-Gatters 44 ist mit dem Gate-Anschluss
des NMOS-Transistors 12 verbunden.
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Außerdem sind
die PMOS-Transistoren 46, 48, die als Schaltelemente
für die
Vorspannung und das Vorladen verwendet werden, jeweils zwischen die
entsprechenden Übertragungsenden
für beide Busleitungen
AL, AL_ und einen Anschluss mit der Leistungsversorgungsspannung
(VDD) geschaltet.
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Der
Ausgangsanschluss des Inverters 50 ist mit dem Gate-Anschluss
dieser PMOS-Transistoren 46, 48 verbunden. Der
Vorladesteuersignal-Eingangsanschluss 28 ist
mit dem Eingangsanschluss des Inverters 50 verbunden.
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Ein
Schaltplan für
den Empfänger 4 ist
in 3 gezeigt. Dieser Empfänger 4 besitzt Transfergatter 52, 54,
die zwischen die Empfangsenden der Busleitungen (AL, AL_) und die
Innenleitungen (JL, JL_) geschaltet sind, sowie einen Binärkomparator-Differenzverstärker 56,
der mit den Innenleitungen (JL, JL_) verbunden ist. Wenn das Ansteuertaktsignal
(KC) von der Zeitgeberschaltung 6 mit dem Hochpegelzustand
aktiviert wird, werden gleichzeitig die Transfergatter 52, 54,
die aus PMOS-Transistoren bestehen, ausgeschaltet und von den Busleitungen
AL, AL_ elektrisch blockiert, wobei der aus einem NMOS-Transistor
bestehende Schalter 58 eingeschaltet wird und der Differenzverstärker 56 eingeschaltet
wird.
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Wenn
der Differenzverstärker 56 eingeschaltet
ist, ermittelt er die Differenz der Empfangsadressierungssignale
(Ain, Ain_) auf den Innenleitungen (JL, JL_) und verstärkt die
Differenz so, dass Sie gleich der Differenz zwischen dem Hochpegelzustand
und dem Tiefpegelzustand der Leistungsversorgungsspannungen (VDD) und (VSS) ist.
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Die
Empfangsadressierungssignale (Ain, Ain_), die auf diese Weise durch
den Differenzverstärker 56 auf
den Referenz-Hochpegelzustand (VDD) und
den Referenz-Tiefpegelzustand (VSS) verstärkt werden,
werden über
die jeweiligen Inverter 60, 62 an einen Signalempfangsabschnitt
(nicht veranschaulicht) gesendet.
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Nachfolgend
wird anhand des Zeitablaufplans von 4 eine Erläuterung
in Bezug auf die Arbeitsweise des Bustreibers 2 dieses
Anwendungsbeispiels gegeben.
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Während des
Intervalls, in dem die Adressierungssignale (AOUT, AOUT_) nicht
empfangen werden, ist das Vorladesteuersignal (PRC) von der Zeitgeberschaltung 6,
das an den Eingangsanschluss 28 angelegt ist, aktiv (Hochpegelzustand).
Aufgrund dessen befindet sich der Ausgang des Inverters 50 im
Tiefpegelzustand, wobei die PMOS-Transistoren 46, 48,
die die Schaltelemente sind, die für das Vorladen verwendet werden,
eingeschaltet sind.
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Dagegen
ist das Adressierungsfreigabesignal (AEN) von der Zeitgeberschaltung 6,
das an den Eingangsanschluss 32 angelegt ist, inaktiv (Hochpegelzustand).
Aufgrund dessen sind die Ausgänge
der beiden NOR-Gatter 26, 44 im
Tiefpegelzustand, wobei beide NMOS-Transistoren 10, 12,
die die Schaltelemente sind, die zum Ansteuern verwendet werden,
ausgeschaltet bleiben.
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Daher
werden die Busleitungen AL, AL_ über die
jeweiligen Transistoren 46, 48, die eingeschaltet sind,
mittels der Leistungsversorgungsspannung (VDD)
vorgeladen und auf dem Spannungspegel von (VDD)
gehalten.
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Da
das Vorladesteuersignal (PRC) im Hochpegelzustand ist, sind in den
Schaltsteuerschaltungen 14, 34 die jeweiligen
NMOS-Transistoren 18, 38 eingeschaltet, so dass
die jeweiligen Knoten (Nc, Nd) auf die Spannung der Leistungsversorgungsspannung
(VSS), mit anderen Worten den Tiefpegelzustand,
gesteuert werden, wobei der jeweilige Ausgang der beiden Inverter 20, 40 in
den Hochpegelzustand übergeht.
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Wenn
das Adressierungssignal (AIN) des relevanten Bits an den Adressierungseingangsanschluss 30 angelegt
wird, wie in (B), (C) von 4 gezeigt
ist, nimmt unmittelbar danach das Vorladesteuersignal (PRC) den
nichtaktiven Zustand (Tiefpegelzustand) an, wobei umgekehrt das
Adressierungsfreigabesignal (AEN_) den aktiven Zustand (Tiefpegelzustand)
annimmt.
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Wenn
das Vorladesteuersignal (PRC) in den Tiefpegelzustand übergeht,
geht der Ausgang des Inverters 50 in den Hochpegelzustand über, wobei
die zum Vorladen verwendeten PMOS-Transistoren 46, 48 ausgeschaltet
werden. Außerdem
werden die NMOS-Transistoren 18, 38 in den Schaltsteuerschaltungen 14, 34 ausgeschaltet.
Aufgrund der Wirkung der Kondensatoren C1, C2 werden jedoch die
jeweiligen Knoten (Nc, Nd) auf dem Potential von (VSS) (Tiefpegelzustand)
gehalten, wobei der Ausgang beider Inverter 20, 40 im
Hochpegelzustand gehalten wird.
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Wenn
der logische Wert des Eingangsadressierungssignals (AIN) eine "1" ist (Hochpegelzustand), bleibt mit
dem Ausgang des Inverters 22 im Tiefpegelzustand, dem Ausgang
des NAND-Gatters 24 im Hochpegelzustand und dem Ausgang
(GS) des NOR-Gatters 26 im Tiefpegelzustand der NMOS-Transistor 10 ausgeschaltet.
Aufgrund dessen wird die Spannung der Busleitung AL auf dem Pegel
von (VDD) gehalten, wobei das Adressierungssignal
(AOUT) übertragen
und mit dem Spannungspegel von (VDD) ausgegeben
wird.
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Dagegen
geht der Ausgang von (Ain) in den Hochpegelzustand über, wobei
das NAND-Gatter 42 in den Tiefpegelzustand übergeht,
während,
wie in (D) von 4 gezeigt ist, der Ausgang (GS_)
des NOR-Gatters 44 zu dem Hochpegelzustand ansteigt und
der zur Ansteuerung verwendete NMOS-Transistor 12 eingeschaltet
wird.
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Wenn
dies erfolgt ist, wird die Busleitung AL_ über den NMOS-Transistor 12,
der eingeschaltet ist, mit einem Anschluss mit der Leistungsversorgungsspannung
(VSS) verbunden, wobei die elektrische Ladung auf
der Busleitung AL_ entladen wird und das Potential auf der Busleitung
AL_ schnell abfällt,
wie in 4(E) gezeigt ist.
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Dann,
wenn das Potential auf der Busleitung AL_ auf den vorgeschriebenen
Spannungspegel (Vc) abfällt,
wird in der Schaltsteuerschaltung 34 der PMOS-Transistor 36 eingeschaltet,
wobei der Knoten (Nd) auf den Spannungspegel von (VDD)
geht. Der Spannungspegel (VDD) am Knoten
(Nd) wird mit Hilfe des Kondensator C2 aufrechterhalten. Aufgrund
dessen geht der Ausgang des Inverters 40 in einen Tiefpegelzustand über, wobei
der Ausgang des NAND-Gatters 42 in
den Hochpegelzustand übergeht,
während
der Ausgang (GS_) des NOR-Gatters 44 auf den Tiefpegelzustand
abfällt,
wobei der NMOS-Transistor 12 in den AUS-Zustand zurückkehrt.
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Wenn
der NMOS-Transistor 12 ausgeschaltet ist, unterbricht die
Busleitung AL_ das Aufladen, wobei über der gesamten Busleitung
AL_ insbesondere das Potential zwischen dem Übertragungsende (nahes Ende)
und dem Empfangsende (fernes Ende) angeglichen wird. Aufgrund dessen
steigt am nahen Ende (AOUT_) das Potential auf mehr als den minimalen
Punkt (Vc) an, wie in 4(E) gezeigt
ist. Dagegen fällt
am fernen Ende (Ain_) das Potential weiter ab, wie in 4(F) gezeigt ist. Außerdem werden beide Potentiale
durch den mittleren Spannungspegel (VF) stabilisiert, bis sie gleich
sind.
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Dieser
mittlere Spannungspegel (VF) ist hier ein Pegel, der niedriger als
der Schwellenwert (VTH) für
die Binärerfassungsverstärkung in
dem Empfänger 4 des
Empfangsendes ist. Auf diese Weise kann in dem Empfänger 4 der
logische Wert für
das Adressierungssignal (Ain_) auf der Busleitung AL_ als eine "0" (Tiefpegelzustand) erkannt werden.
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Der
Spannungspegel (VF) oder die Amplitude (VDD-VF)
für den
logischen Tiefpegelzustand in dem Übertragungsadressierungssignal
kann durch die Steuerung der Periode (Tc), mit anderen Worten des
Schaltzustands des NMOS-Transistors 10, 12, beliebig
eingestellt werden, so dass der Ausgang (GS), (GS_) des NOR-Gatters 26, 44 zum
Hochpegelzustand in den Impulszustand geht. Genauer kann dies z.
B. durch eine Änderung
der Größe des NMOS-Transistors 10, 12 beliebig
eingestellt werden.
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Je
kürzer
die oben genannte Periode (Tc) ausgeführt ist, umso kleiner ist der
Potentialabfall am nahen Ende der Busleitung AL oder AL_, die das Adressierungssignal
für den
logischen Tiefpegelzustand überträgt, umso
höher liegt
der minimale Punkt (Vc) und umso größer ist der konstante Spannungspegel
(VF). Je länger
umgekehrt die oben genannte Periode (Tc) ausgeführt ist, umso größer ist
der Potentialabfall am nahen Ende der Busleitung AL oder AL_, die
das Adressierungssignal für
den logischen Tiefpegelzustand überträgt, umso
niedriger liegt der kleinste Punkt (Vc) und umso kleiner ist der
konstante Spannungspegel (VF).
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Indem
diese Periode (Tc) in dem Bustreiber 2 dieses Anwendungsbeispiels
auf einen Wert gesetzt wird, der ausreichend kleiner als die Impulsdauerperiode
ist, die durch das Adressierungsfreigabesignal (AEN_) oder das Vorladesteuersignal
(PRC) eingestellt wird, wird die Spannung (VF) für den Tiefpegelzustand in dem Übertragungsadressierungssignal (AOUT,
AOUT_) (Ain, Ain_) größer ausgebildet
als die Leistungsversorgungsspannung (VSS),
wobei die Amplitude (VDD-VF) des Übertragungsadressierungssignals
kleiner als die Gesamtamplitude (VDD-VSS) ausgebildet wird und der erforderliche
Mindestwert sein kann.
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Die
Leistung, die in diesem Bustreiber 2 verbraucht wird, ist
hauptsächlich
ein Faktor des Betriebs-(Entlade)-Stroms, wenn die für den Treiber verwendeten
NMOS-Transistoren 10, 12 eingeschaltet sind. Da
jedoch, wie oben erwähnt
ist, die Periode (Tc) kurz ist und die Amplitude (VDD-VF)
für das Übertragungsadressierungssignal
(AOUT, AOUT_) klein ist, ist der Leistungsverbrauch stark reduziert.
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Wenn
die Amplitude (VDD-VF) für das Übertragungsadressierungssignal
(AOUT, AOUT_) (Ain, Ain_) klein ist, reicht außerdem eine kurze Impulsdauer
aus, wobei ferner die Übertragungsverzögerungszeit
verkürzt
werden kann. Folglich kann in der Speichervorrichtung dieses Anwendungsbeispiels die
Zugriffsgeschwindigkeit erhöht
werden.
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In
dem oberen genannten Anwendungsbeispiel ist das zum Vorladen verwendete
Schaltelement aus den PMOS-Transistoren 46, 48 aufgebaut, wobei
die zeitliche Abstimmung zwischen dem Vorladesteuersignal (PRC)
und dem Adressierungsfreigabesignal (AEN_) so eingestellt ist (4(B), (C)), dass diese PMOS-Transistoren 46, 48 und
die NMOS-Transistoren 10, 12, die zur Ansteuerung
verwendet werden, nicht gleichzeitig eingeschaltet sind. Auf diese
Weise wird ein Durchgriffstrom verhindert, wobei der Schutz der
Elemente und die Senkung des Leistungsverbrauchs um noch eine weitere
Stufe erreicht werden.
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Es
wird angemerkt, dass der Betriebsstrom und der Leistungsverbrauch
untergeordnet sind, dieser Entwurf jedoch eine vereinfachte Schaltung
und ein gemeinsames Vorladesteuersignal (PRC) und Adressierungsfreigabesignal
(AEN_) ermöglicht,
mit anderen Worten, das Vorladesteuersignal (PRC) kann für das Adressierungsfreigabesignal
(AEN_) verwendet werden.
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Außerdem können die
Schaltelemente, die zum Vorladen verwendet werden, durch Widerstandselemente,
die für
die Vorspannung verwendet werden, ausgetauscht werden. In diesem
Fall können,
indem die Gate-Anschlüsse
der PMOS-Transistoren 46, 48 mit der Leistungsversorgungsspannung
(VSS) fest verbunden werden, beide Transistoren 46, 48 als Widerstandselemente
verwendet werden.
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Außerdem ist
das oben genannte Anwendungsbeispiel ein Aufbau, bei dem die Ansteuerungsschaltelemente
(die NMOS-Transistoren 10, 12) zwischen das Übertragungsende
der Busleitungen (AL, AL_) und die Anschlüsse mit der Leistungsversorgungsspannung
(VSS) im Tiefpegelzustand geschaltet sind.
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Es
kann jedoch auch ein Aufbau vorgesehen sein, bei dem die Ansteuerungsschaltelemente
(normalerweise die PMOS-Transistoren) zwischen das Übertragungsende
der Busleitungen (AL, AL_) und die Anschlüsse mit der Leistungsversorgungsspannung
(VDD) im Hochpegelzustand geschaltet sind.
In diesem Fall sind die Schaltelemente und Widerstandselemente,
die für
das Vorladen und die Vorspannung verwendet werden, zwischen das Übertragungsende
der Busleitungen (AL, AL_) und den Anschluss mit der Leistungsversorgungsspannung
(VSS) im Tiefpegelzustand geschaltet.
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Der
Schaltungsaufbau (3) für den Empfänger 4 ist lediglich
ein Beispiel für
das oben genannte Anwendungsbeispiel, wobei andere Empfängerschaltungen
verwendet werden können.
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Die
oben genannten Anwendungsbeispiele sind Vorrichtungen, die sich
auf einen Bustreiber zum Übertragen
eines Adressierungssignals beziehen. Allerdings ist die vorliegende
Erfindung ebenso auf Ansteuerungen wie etwa Steuerbusse oder Datenbusse
anwendbar und sie ist auf Signalleitungen anwendbar, die zum Übertragen
beliebiger digitaler Signale oder binärer Signale angesteuert werden.
Außerdem
können
die oben genannten Kondensatoren C1, C2 unter Verwendung einer parasitären Kapazität ausgebildet
sein.
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Wie
oben erläutert
ist, kann gemäß dem Signalleitungstreiber
der vorliegenden Erfindung der Leistungsverbrauch reduziert werden
sowie die Übertragungsverzögerungszeit
verkürzt
werden, da dieser Entwurf eine Signalleitung zum Übertragen
eines binären
Signals mit der minimalen notwendigen Amplitude ansteuert.