NL8303835A - Digitale signaalomkeerschakeling. - Google Patents

Description

** f PHN 10.831 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

Digitale signaalcrrikeerschakeling. -----

De uitvinding heeft betrekking pp een digitale inverterschake-ling, die twee veldeffekttransistoren net geïsoleerde stuurelektrode bevat, waarvan tussen hoofdelektroden van de transistoren gelegen gelei-dingskanalen in serie zijn geschakeld tussen een eerste en een tweede 5 voedingsklem, waarbij in bedrijf een eerste transistor aan diens stuurelektrode een eerste stuursignaal ontvangt en de tweede transistor aan diens stuurelektrode een tweede stuursignaal ontvangt zodanig dat een van de transistoren in geleidende toestand en de andere transistor in sperrende toestand wordt gebracht , waarbij het eerste stuursignaal het 10 geïnverteerde signaal van het tweede stuursignaal is.

Een dergelijke schakeling is bekend uit het boek "Large Scale Integration, Devices, Circuits and Systems", bladzijden 276-277, uitgegeven door "John Wiley & Sons, Ltd."New York 1981.

De in het genoemde boek beschreven schakeling bevat een zoge-15 naamde "push-pull" eindtrap, die twee transistoren bevat, die met complementaire signalen D en D warden gestuurd. Het door een van de transis-toren te ontvangen signaal D of D is laag, dat wil zeggen nagenoeg 0 volt, opdat deze transistor beslist in sperrende toestand wordt gehouden. Moet deze transistor nu geleidend warden gemaakt dan dient het potentiaal 20 cp de stuurelektrode van die transistor van 0 volt of te warden verhoogd totdat die transistor "volledig" geleidend is. Dit betekent dat elke overgang van "laag naar hoog" (vanuit een sperrende naar een geleidende toestand) een maximum signaal dient te worden toegevoerd, hetgeen resulteert in een daaraan gebonden traagheid en hoge dissipatie. Het is 25 echter mogelijk de spanningsslag van "laag naar hoog" te verkleinen door het "laag" niveau bijvoorbeeld net beneden de drertpelspanning van de te sperren transistor te kiezen. Echter daarbij ontstaat het probleem dat tijdens het "laag” potentiaalniveau van de stuurelektrode ten gevolge van capacitieve koppeling met diens omgeving wordt verstoord (ver-30 hoogd), waarbij de transistor gaat geleiden. Vooral schakelingen, waarbij met klcksignalen de datasignalen warden toegevoerd en de stuurelektroden na afloop van de kloksignalen een zwevend potentiaal hebben, zijn erg gevoelig voor capacitieve overspraak, zeker indien de aan de stuuringangen 8303835 PHN 10.831 2 4 1 i toegevoerde datasignalen met behulp van zogenaamde bootstraptechniek worden ondersteund.

Het is het doel van de uitvinding cm in een digitale inverter-schakeling te voorzien, die een kleinere spanningsslag als stuursignaal 5 nodig heeft en die ongevoelig is voor capacitieve overspraak.

Een digitale schakeling volgens de uitvinding heeft daartoe tot kenmerk, dat de stuurelektroden van de eerste en tweede transistor op cmschakelbare klemmiddelen zijn aangesloten, die de stuurelektroden van de sperrende transistor op een spanningsniveau houdt gelijk aan of 10 kleiner dan de drempelspanning van de sperrende transistor.

In een vorm heeft een digitale inverterschakeling volgens de uitvinding tot kenmerk, dat de cmschakelbare klemmiddelen schakelmiddelen en een derde veldeffekttransistor met geïsoleerde stuurelektrode bevatten, van welke derde transistor een eerste hoofdelektrode met een voedingsklem 15 is verbonden en een tweede hoofdelektrode met de stuurelektrode en via de schakelmiddelen met de stuurelektrode van de sperrende transistor is verbonden.

In een voorkeursuitvoeringsvorm heeft een digitale schakelin-richting volgens de uitvinding tot kenmerk, dat de eerste, tweede en 20 derde transistor in een direkte omgeving van elkaar op een substraat zijn gevormd. De voorkeursuitvoeringsvorm heeft tot voordeel, dat de drempelspanning van alle drie de transistoren, die teirperatuursafhankelijk is, door (nagenoeg) dezelfde temperatuur wordt bepaald, daar de transistoren alle drie zich in eenzelfde gebied op het substraat bevinden.

25 De uitvinding zal worden toegelicht aan de hand van in tekening bij wijze van voorbeeld gegeven uitvoeringsvorm, in welke tekening : figuur 1 een Inverterschakeling volgens de stand van de techniek toont, figuur 2 schematisch een deel van een schakeling volgens de 30 uitvinding toont, figuur 3a en 3b een inverterende schakeling volgens de uitvinding en respectievelijk een deel ervan weergeven, figuur 4 een verdere uitvoeringsvorm van een schakeling 35 volgens de uitvinding weergeeft.

De in figuur 1 weergegeven inverterschakeling _10 bevat een eerste en een tweede veldeffekttransistor T1 en T2 met geïsoleerde stuurelektroden GT1 en GT2. De transistoren T1 en T2 van het 8303835 ΕΗΝ 10.831 3 »/ ,ν "enhancement"~type zijn tussen twee voedingsspanningskleitmen 1 en 2 in serie geschakeld/ waarbij op een •verbindingspunt tussen de twee transis-toren T1 en T2 een uitgangsklem 3 is aangesloten. De stuurelektroden GT1 en GT2 en de daarop aangesloten signaalleidingen zijn zoals algemeen 5 bekend is behept met parasitaire capaciteiten, die de snelheid van schakelen van de inverter schakeling _10 beperken. Via veldeffékttransis-toren T3 en T4 warden stuursignalen S en S aan de stuurelektroden GT1 en GT2 toegevoerd, indien een kloksignaal 0 dat aan stuurelektroden GI3 en GT4 wordt aangeboden, een "hoog" niveau heeft. Het signaal S is het 10 geïnverteerde signaal S en heeft dus een "laag" niveau als het signaal S "hoog" is en visa versa. Het signaal S (en S ) voldoet aan de volgende eisen : is het signaal S "hoog" dan is transistor T1 volledig geleidend (S is laag en transistor T2 is gesperd); is het signaal S "laag" dan is transistor T1 gesperd (S is hoog en transistor T2 is volledig geleidend).

15 Van de transistor T1 en T2 is er dus steeds één in geleiding terwijl de andere is gesperd. Dat één transistor gesperd is moet ook gegarandeerd zijn als de voedings-spanning 10% boven de nominale waarde is en de transistoren de laagst toegelaten drempelspanning hebben. Wordt hieraan niet voldaan dan zal onder die omstandigheden de uitgangstrap DC-stroon 20 geleiden en dus dissiperen. Dat één transistor volop geleidend is moet ook gegarandeerd warden bij een voedingsspanning die 10% beneden de nominale waarde ligt terwijl de transistoren de hoogst toegelaten drempelspanning hebben. Zo niet, dan zal het uitgangssignaal onder die omstandigheden niet op de gewenste wijze (schakelsnelheid) van hoog 25 naar laag kunnen worden geschakeld en visa versa.

Is het kloksignaal 0 hoog dan zijn de transistoren T3 en T4 geleidend en zal, indien het signaal S "hoog" is (en S dus "laag") de capaciteit C1 tot het niveau van signaal S worden opgeladen (en C2 dus tot het lage niveau van S worden antlaftenj.In deze situatie 30 zal transistor T1 geleiden en transistor T2 sperren. De voorgaan ver -kregen situatie blijft bestaan, als het kloksignaal 0 van hoog naar laag gaat, waardoor de transistoren T3 en T4 zullen sperren en de capaciteit C1 en C2 in de voorgaand beschreven ladingstoestand blijven. Is de spanning over capaciteit C2 (= het spanningsverschil tussen klem 1 en de 35 jptuurelektrode GT1) gelijk aan nul volt, dan zal transistor T2 zeker zijn gesperd.

Wordt nu het signaal S laag en het signaal S hoog, dan zal als het kloksignaal 0 de transistoren T3 en T4 in geleiding brengt de 8303335 PHN 10.831 4 spanning over capaciteit C2 moeten stijgen van nul volt tot een spanning waarbij transistor T2 volledig geleidend is. De overgang van spanningsniveau van "laag" naar "hoog" op de capaciteit C2 is dan echter groter dan noodzakelijk en betekent een hoge dissipatie. Het spanningsniveau 5 over de capaciteit C2 behoeft echter niet lager of net beneden de drempelspanning van transistor T2 te zijn cm deze te sperren. De overgang van het spanningsniveau van "laag1' naar "hoog" is derhalve kleiner.

Echter deze situatie heeft het nadeel dat de capaciteit C2 (indien klok-signaal J3 weer "laag" is) niet actief op de ingestelde spanning 10 wordt vastgehouden. De stuurelektrode GT2 en de daaraan gekoppelde signaallijn zijn zwevend, capacitief gekoppeld net hun omgeving en dus gevoelig voor capacitieve overspraak.

In figuur 2 is schematisch een deel 20 van een schakeling volgens de uitvinding, die een derde transistor T5 bevat, weergegeven. Aan de 15 signaalleiding die met de stuurelektrode GT2 is verbonden is een als "diode" geschakelde derde transistor T5 aangesloten, die aan de ardere zijde (indirekt) met voedingsklem 1 is verbonden. De transistor T5, waarvan de stuurelektrode GT5 met een eerste hoofdelektrode (drain) D is verbonden heeft een nagenoeg gelijke of iets kleinere drempelspanning 20 dan transistor T2. Indien transistor T2 stroom zou geleiden dan zal ook transistor T5 stroom geleiden. Derhalve wordt de capaciteit C2 ontladen met het gevolg dat de spanning op de stuurelektroden GT5 en GT2 daalt.

De spanningsdaling zal zolang doorgaan totdat transistor GT5 spert hetgeen betekent dat de spanning qp de stuurelektroden GT5 en GT2 tot de 25 drempelspanning van transistor T5 is gedaald.Transistor T2 zal derhalve ook worden gesperd. Eventuele capacitieve overspraak-effekten op de stuurelektrode GT5 (en GT2) van transistor T2 (en T5), die een stijging van de spanning op de elektroden GT1 en GT5 veroorzaken, worden onmiddelijk door transistor T5 te niet gedaan en de stuurspanning op de elektrode 30 GT2 van transistor T2 staat automatisch op het hoogst mogelijke "laag" niveau (de drempelspanning) ingesteld. De spanningsovergang van "laag" naar "hoog" is dus tot een minimum teruggebracht. Uiteraard dient transistor T5 te worden uitgeschakeld, indien een "hoog" signaal aan de stuurelektrode GT2 wordt toegevoerd en transistor T2 in geleiding moet 35 worden gebracht. Hetgeen in het voorgaande is beschreven over de aansturing met het signaal S van transistor T2, stuurelektrode GT2 en de paracitaire capaciteit C2 geldt uiteraard ook voor de aansturing met het signaal S van de transistor T1, de stuurelektrode GT1 en de paraci- 8303835 PHN 10.831 5 taire capaciteit C1.

In figuur 3a is een inverterende schakeling 30 volgens de uitvinding die de derde transistor T5 en schakelxiuddelen T6 en T7 bevat, weergegeven. De als "diode" geschakelde transistor T5 is via twee 5 kruiselings gekoppelde transistoren T6 en T7 net de stuurelektrode GT1 en CT2 verbonden.Aannemende dat het signaal "S" "hoog" is en signaal"S" "laag" zal transistor T7 waarvan de stuurelektrode GT7 met de stuurelektrode GT1 is verbonden steeds ingeleidende toestand verkeren, waardoor de spanning over de capaciteit C2 via transistor T7 en door transis-10 tor T5 net op de drenpelspanning van transistor T2 wordt gehouden.

De stuurelektrode GT6 is met de een "laag" signaalniveau voerende stuurelektrode GT2 verbonden, zodat transistor T6, die met een hoofdelektrode D op stuurelektrode GT1 is aangesloten en een "hoog" spanningsniveau voert, volledig gesperd is. De capaciteit C1 wordt derhalve niet 15 ontladen.

Indien het signaal S "laag" is en het signaal S "hoog" zullen de signalen S en S zodra het kicksignaal 0 "hoog" wordt, aan de capaciteiten C1 en C2 en aan stuurelektroden GT1 en GT2 worden tcege-voerd, zodat de capaciteit C1 wordt ontladen en de capaciteit C2 wordt 20 opgeladen. De door de transistoren T7 en T5 gevormde antlaadweg mag slechts een deel van de door het signaal S toegevoerde stroom laten wegvloeien. Indien dit als bezwaarlijk wordt ondervonden dan is de ont-laadweg via transistor T7 (of T6) en T5 naar vcedingsklem 1 te onderbreken. Een scheldingstransistcr T50 wordt daarvoor tussen transistor T5 en de 25 vcedingsklem 1 aangesloten zoals in figuur 3b is weergegeven en ontvangt op diens stuurelektrode GT50 het geïnverteerde kloksignaal 0. De scha id ings transistor T50 zal dus sperren indien het signaal 0 laag is (het kloksignaal 0 is dan hoog)- Derhalve is de hiervoor aangegeven antlaadweg (zie figuur 3a) via transistor T6 (of T7) en T5 onderbreken 30 indien het kloksignaal 0 "hoog" is en de capaciteiten C1 en C2 respectievelijk ontladen en geladen worden of visa versa. Zodra het potentiaal op de stuurelektrode GT2 hoger wondt dan op de stuurelektrode GT1 zal de kruiselings gekoppelde schakeling van transistoren T6 en T7 "omklappen".

De transistor T6 komt in geleiding en transistor T7 gaat sperren met het 35 uiteindelijke gevolg dat capaciteit C1 zal ontladen tot de drenpelspanning van transistor T5 (die zo goed als mogelijk identiek is aan transistor Tl), waardoor transistor T5 zal gaan sperren en de capaciteit C2 zal tot het "hoog" niveau van het signaal S worden opgeladen, zodat transistor 8303335 - PHN 10.831 6 T2 gaat geleiden. Wórdt nu het klcksignaal 0 laag dan zal de inverterende schakeling 30 in een stabiele toestand (blijven) verkeren.

In figuur 4 is een verdere uitvoeringsvorm van een inverter-schakeling 40 volgens de uitvinding weergegeven. De stuursignalen S 5 en S warden respectievelijk aan de stuurelektroden van de transistoren T13 en T17 en aan de stuurelektroden van de transistoren T14 en T18 aangeboden. Wordt het kloksignaal 0 "hoog" dan zullen de transistoren T3 en T4 geleiden en zullen de signalen S en S het spanningsniveau op de stuurelektroden CT1 en GT2 bepalen. Als S "hoog" is (S is "laag") 10 dan zullen de transistoren T13 en T17 geleiden en zullen de transistoren T14 en T18 in sperrende toestand verkeren. Daar de transistoren T13 en T3 geleiden en transistor T18 spert, zal een "hoog" spanningsniveau op de stuurelektrode GT1 staan en zal transistor T1 geleiden. De stuurelektrode GT2 van transistor T2 krijgt een "laag" spanningsniveau, omdat transis-15 tor T14 spert en de transistoren T17 en T5 zullen geleiden totdat de op de stuurelektrode GT2 en over paracitaire capaciteiten aanwezige spanning tot de drerapelspanning van transistor T5 is gedaald. De drempelspanning van T2 is gelijk aan of iets groter dan de drempelspanning van transistor T5, zodat ook transistor T2 spert. Deze situatie blijft gehandhaafd 20 als het klcksignaal 0 "laag" wordt en blijft.

Krijgt het signaal S een "laag" niveau (S wordt dus hoog) dan zullen de transistoren T14 en T18 gaan geleiden. Daar transistor T3 spert [0 is laag) zal de spanning qp de stuurelektrode GT1 af nemen, omdat de daar (en in paracitaire capaciteiten) aanwezige lading via 25 transistor T18 en T5 weglekt totdat de drempelspanning van T5 wordt bereikt en deze in sperrende toestand overgaat. Cp dat moment is ook de drempelspanning van transistor T1 bereikt, zodat zowel transistor T1 en T2 sperren (de uitgang van de schakeling is nu hoogohmig).

Wordt in voorgaande situatie het klcksignaal 0 "hoog", dan 30 zal via dê transistoren T14 en T4 de stuurelektrode GT2 een "hoog" spanningsniveau krijgen (transistor T17 spert, cmdat S "laag" is). Transistor T2 zal nu geleiden en transistor T1 blijft gesperd. 1 8303835

Claims (6)

1. Digitale inserter schakeling, die twee veldeffekttransistoren met geïsoleerde stuurelektrode bevat, waarvan tussen hoofdelektrcden van de transistoren gelegen geleidingskanalen in serie zijn geschakeld tussen een eerste en een tweede voedingsklem, waarbij in bedrijf een 5 eerste transistor aan diens stuurelektrode een eerste stuursignaal ontvangt en de tweede transistor aan diens stuurelektrode een tweede stuur -signaal ontvangt zodanig dat een van de transistoren in geleiderde toestand en de andere transistor in sperrende toestand wordt gebracht, waarbij het eerste stuursignaal het geïnverteerde signaal van het 10 tweede stuursignaal is, net het kenmerk, dat de stuurelektroden van de eerste en tweede transistor op anschakelbare kleittniddelen zijn aangesloten, die de stuurelektrode van de sperrende transistor op een spanningsniveau houdt gelijk aan of kleiner dan de dreitpelspanning van de sperrende transistor.

2. Digitale inverter schakeling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de anschakelbare kleirmiddelen schakelmiddelen en een derde veldeffekttransistor met geïsoleerde stuurelektrode bevatten, van welke derde transistor een eerste hoofdelektrode met een voedingsklem is verbonden en een tweede hoofdelektrode met de stuurelektrode en via de 20 schakelmiddelen met de stuurelektrode van de sperrende transistor is verbonden.

3. Digitale inverterschakeling volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de schakelmiddelen een vierde en een vijfde kruiselings gekoppelde veldeffekttransistor met geïsoleerde stuurelektrode bevatten, waarvan 25 een verbindingspunt van een stuurelektrode van de vijfde transistor met een hoofdelektrode van de vierde transistor met de stuurelektrode van de eerste transistor is verbonden en waarvan een verbindingspunt van een stuurelektrode van de vierde transistor en een hoofdelektrode van de vijfde transistor met de stuurelektrode van de tweede transistor 30 is verbonden en dat een verbindingspunt van de verdere hoofdelektrode van de vierde en vijfde transistor met de tweede hoofdelektrcde van de derde transistor is verbonden.

4. Digitale inverterschakeling volgens conclusie 2 of 3, met het kenmerk, dat de derde transistor een drerrpelspanning heeft, die 35 kleiner of cplijk is aan de drempelspanning van de eerste en van de tweede transistor.

4 » * PHN 10.831 7 CXM3LUSIES :

5. Digitale inverterschakeling volgens conclusie 2, 3 of 4, net het kenmerk, dat de eerste, tweede en derde transistor in een direkte 8303335 PHN 10.831 8 ;1 . w ^ omgeving van elkaar op een substraat zijn gevormd.

6. Digitale inverterschakeling volgens een der voorgaande con clusies/ net het kennerk, dat de omschakelbare klenrniddelen via een scheidingstransistor op een voedingsklem is. aangesloten, welke scbeidings-5 transistor een stuursignaal ontvangt, dat de scheidingstransistor in sperrende toestand brengt bij het toevoeren van een verandering in de stuursignalen aan de stuurelektroden van de eerste en tweede transistor. 10 15 20 25 30 35 8303835