NL8400523A

NL8400523A - Geintegreerde logische bufferschakeling.

Info

Publication number: NL8400523A
Application number: NL8400523A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1984-02-20
Filing date: 1984-02-20
Publication date: 1985-09-16
Also published as: JPS60189323A; KR920006015B1; EP0154370A1; KR850007179A; CA1241387A; US4697111A

Description

'* * * PHN 10946 t N.V. Philips' Gloeilairpenfahrieken te Eindhoven.

Geïntegreerde logische boffer schakeling. --------

De uitvinding heeft betrekking op een geïntegreerde schakeling net veldeffekttransistoren met geïsoleerde stuurelektrode, welke schakeling een eerste en een tweede inverterende versterker bevat, waarbij de eerste versterker een eerste en een tweede tussen een eerste en een tweede 5 voedingsklem in serie geschakelde transistoren bevat, die in antifase warden gestuurd, waarbij een knooppunt tussen de eerste en tweede transistor via een eerste capaciteit met de stuurelektrode van de eerste transistor is gekoppeld, welke stuurelektrode verder is verbonden reet een uitgang van de tweede versterker, waarbij de stuurelektrode van de tweede 10 transistor met een stuurelektrode van een een ingangssignaal ontvangende derde transistor van de tweede versterker is verbonden.

Een dergelijfce logische schakeling is bekend uit het tere Journal óf Solid State Circuits, Vol. SC-16, NO. 3, juni 1981, paginas 187-8, waarbij de in de schakeling aanwezige tweede versterker via een 15 transistor van het verarmingst^pe met de voedingsspanning VDD en de stuurelektrode van die transistor met een ingang van de schakeling is verbonden. Via (te transistor van het verarmingstype wordt bij een "hoog" ingangssignaal de capaciteit in het terugkoppelcircuit van de uitgang van de eerste versterker (die een "laag" signaal voert) naar de stuur-20 elektrode van de eerste transistor ervan opgelaten. Verandert het ingangssignaal van "hoog" naar "laag", dan verandert het uitgangssignaal van de eerste versterker van "laag" naar "hoog", waarbij door de capaci-tieve terugkoppeling (bootstrapping) naar de stuurelektrode van de eerste transistor ervan bet uitgangssignaal gelijk wordt aan de voedings-25 spanning (Vj^) of ligt boven de voedingsspanning VQD minus, de drempel-. spanning van de eerste transistor (V^). Vanwege het lage ingangssignaal zou de transistor van het verarraingstype volledig gesperd moeten zijn.

Deze transistor blijft echter, enigszins geleidend, zodat de capacitieve terugkoppeling niet optimaal werkt.

30 Het is het doel van de uitvinding au in een logische schakeling te voorzien, waarin de capacitieve terugkoppeling ten volle wordt benut en waarbij het via capacitieve terugkoppeling verkregen bovenste voedingsspanning uitstijgende potentiaal zodanig stabiel (konstant) is, 8400523 J r, PHN 10946 2 dat dit als stuursignaal voor verdere schakelingen kan worden benut.

De geïntegreerde logische schakeling volgens de uitvinding heeft daartoe tot kenmerk, dat de tweede versterker via een vierde transistor op een eerste voedingsklem is aangesloten, waarvan de stuurelektrode 5 enerzijds via een als diode geschakelde vijfde transistor met de eerste voedingsklem en anderzijds via een tseede capaciteit met de stuurelek-troden van de tsreede en derde transistor is verbonden, waarbij de eerste, tweede, derde, vierde en vijfde transistor van het verrijkingstype zijn.

De uitvinding zal worden toegelicht aan de hand van in tekening 10 weergegeven voorbeelden, in welke tekening : figuur 1 een logische schakeling volgens de stand van de techniek toont, figuur 2 een uitvoeringsvoorbeeld van een schakeling volgens de. uitvinding weergeeft, 15 figuur 3 een voorkeursuitvoeringsvorm .van een schakeling volgens de uitvinding toont, figuur 4 een verdere uitvoeringsvorm van een schakeling volgens de uitvinding toont, en figuur 5 een tijd-spanning diagram toont, van spanningen, die 20 in de schakelingen van figuur 3 en 4 optreden.

In figuur 1 is een logische schakeling j[ met veldeffekttransis-toren met geïsoleerde stuurelektrode volgens de stand van de techniek weergegeven, die een inverterende versterker (een zogenaamde push-pull uitgangstrap) van een eerste en een tweede transistor en T2 bevat, die 25 in serie tussen een eerste en een tweede voedingsklem VDD en VgS zijn aangesloten.. De uitgang 0 is via een als capaciteit geschakelde transistor naar de stuurelektrode van transistor teruggekoppeld via een als last geschakelde transistor van een tweede inverterende versterker net transistoren T. en Tc. De stuurelektroden van de transistoren en 4 D 2 '30 Te; zijn met elkaar doorverbonden.en ontvangen ingangssignaal, dat aan de ingang T wordt toegevoerd. De stuurelektrode van transistor is met diens bronelektrode (en het verbindingspunt tussen, de transistor en T^) en met de stuurelektrode van de eerste transistor T^ verbonden. Het verbindingspunt tussen de. poortelektrode van. transistor en transis-35 tor T4 is via. een transistor Tq met de voedingsspanningsklem VDQ verbonden, waarbij de stuurelektrode van transistor Tq net de ingangsklem I is verbonden. De transistoren , T2 en zijn van het verrijkingstype (enhancement) en de transistoren T^, T^ en Tq zijn van het ver- 840052j * ν' $ ΡΗΝ Τ0946 3 armingstype (depletion).

De schakeling werkt als volgt. Is het ingangssignaal qp ingangsklem I "hoog", dan zullen de transistoren T2 en Tg geleiden. Het potentiaal op de stuurelektrode van transistor T^ is laag, zodat deze 5 zal sperren. Het uitgangssignaal op uitgang 0 is dus laag. Daar transistor Tg eveneens geleidt zal de uit transistor Tg gevormde capaciteit worden qpgeladen. Wordt het ingangssignaal "laag" dan zullen de transis-toren Tg en worden gesperd. De daardoor ontstane potentiaal-toename cp de stuurelektrode van transistor T^ zal de transistor in geleiding 10 brengen. De daarbij optredende spanningstoename op de uitgang 0 veroorzaakt via de capacitieve terugkoppeling via transistor een verhoogd potentiaal cp de stuurelektrode van transistor T^, die nu zover kan warden gestuurd dat de uitgangsspanning een waarde gelijk aan de spanning of ten minste boven de spanning VDD - zal aannemen (V^ is 15 de dreirpelspanning van transistor ). Indien in deze toestand transistor Tg geheel gesperd zou zijn, (deze ontvangt een "laag" signaal) dan zou deze toestand vastgehouden worden. De transistor Tg is echter van het ver armingstype en is derhalve niet volledig stroomloos te maken, zodat de op de capaciteit (Tg) opgeslagen lading weglekt, waardoor de uitgangs-20 spanning cp klem 0 langzaam naar de waarde VDD - zal dalen, hetgeen voor een spanning, waarmee verdere logicaschakelingen moet worden gestuurd, niet wenselijk is.

In figuur 2 is een uitvoeringsvocrbeeld van een schakeling 2 volgens de uitvinding weergegeven, waarin het aan de hand van figuur 1 25 toegelichte euvel niet optreedt. De. in de figuren 1, 2 en volgende figuren voorkomende identieke componenten hebben omwille van de duidelijkheid steeds hetzelfde verwijzingseijfer. In figuur 2 is de transistor TQ van het verarmingstype (figuur 1) vervangen door een transistor Tg van het verrijkingstype, waarvan de stuurelektrode enerzijds via een als 30 diode geschakelde transistor Ty (van het verrijkingstype) net de voedings-spanningsklem VDD is verbonden en anderzijds via een als capaciteit geschakelde transistor Tg (van het ver armingstype) met de ingangsklem T . is gekoppeld. Indien het ingangssignaal op ingang I "laag" (0) is, dan wordt punt A (zie figuur 5) cpgeladen tot de spanningswaarde V__ - VL·...

DD TH/ 35 (V^y is de dreirpelspanning van transistor Ty). Wordt het ingangssignaal "hoog" dan wordt het uitgangssignaal qp uitgang 0 "laag" en wordt . de capaciteit Tg weer opgeladen (Tg, T2 en Tg zijn in geleiding), waarbij punt B (zie figuur· 5) tot maximaal wordt opgelaien. Het punt A wordt 8400523 PHN 10946 4 „ 5 * namelijk op een potentiaal groter dan VDD gebracht vanwege de aanwezige geladen capaciteit Tg. Punt A zal niet worden ontladen, aidat transistor in sperrende toestand zal verkeren. De spanning op diens bronelek-trode is namelijk hoger dan de spanning op diens poortelektrode.

5 Wordt het ingangssignaal. "laag" dan zullen de transistoren T2 en Tg gaan sperren en neemt het potentiaal op de stuurelektrode (punt C, zie figuur 5) van de transistor T^ toe, zodat de spanning op de uitgangskleia 0 zal stijgen. Via de bootstrapwerking van de capaciteit Tg zal de spanning op punt B tot boven VDD worden opgestuurd. Daar nu 10 transistor Tg een spanning A op diens stuurelektrode ontvangt, die beduidend lager is dan de spanning op diens bronelektrode (aangesloten op punt B), zal de transistor Tg. geheel gesperd zijn. Punt B zal dus niet ontladen kunnen worden, waardoor de schakeling 2 op de klem 0 een naar wens konstante uitgangsspanning afgeeft, die konstant is en (nagenoeg) 15 gelijk is aan de voedingsspanning V^.

In figuur 3 is een voorkeursuitvoeringsvorm van een logische schakeling 3 volgens de uitvinding weergegeven. Het ingangssignaal wordt via een op zich bekende inverterende schakeling met een het- ingangssignaal D (zie figuur 5). ontvangende transistor T^ ^ van het verrijkings-20 type en met een als- last geschakelde transistor T^ van het verarmingstype. Vanvege het toepassen van zogenaamde bootstraptechnieken wordt de spanning op punt B qpgestuwd tot boven, de voedingsspanning VQD. In het geval, dat VQD 5 Volt bedraagt, kan de. spanning op punt B oplopen tot 7 a 8 Volt. Cto nu te voorkomen dat de spanning over transistor Tg 25 wezenlijk groter dan 5 Volt wordt, hetgeen zou betekenen dat door een daarbij optredende hoge veldsterkte bij de afvoerelektrade van transistor Tg een vezenlijka kans op zogenaamde "hot electron degradatie" ontstaat, is tussen punt c en de transistor Tg.een verdere transistor T^ geschakeld. Transistor T^ is van het verrijkingstype, waarbij diens stuurelektrode 30 op de voedingsspanning VDD is aangesloten,, zodat de transistor T^ slechts in geleidingstoestand verkeert zolang op punt E een spanning kleiner of gelijk.aan de.spanning νβ0 minus de drertpelspanning van transis tor T^ staat (VDD - Vml1 3-:\ Volt).

In figuur 4 is. een verdere uitvoeringsvorm van een schakeling 35 £ volgens de uitvinding weergegeven, waarbij schakeling _4 van schakeling £ verschilt op de volgende punten: a) tussen transistor Tg en T^ is een verdere als last geschakelde transistor T^ van het verarmingstype aangesloten1? b) het verbindingspunt F tussen de transistoren en T^ 8400523 Μ ΕΗΝ 10946 5 * Η dient als uitgang. Het qp uitgang F opgewekt signaal (zie figuur 5) heeft een (kanstant blijvende) maxinum waarde van +7.5 Volt 5

Volt, V = 0), die door het toepassen van de bootstrap techniek wordt

SS

bereikt (Tg spert) en een miniman waarde, die door het kiezen van de 5 grootte-verhcuding van transistor en T^2 instelbaar is. Een dergelijk signaal F is bijvoorbeeld toe te passen als terugstelsignaal (reset-) voor een verschilversterker in een geheugen (bijvoorbeeld C.C.D. geheugen) waarin beide ingangen van de verschilversterker via een (reset-) transistor net een voedingslijn ( 5 Volt) zijn verbonden. De reset-transistoren 10 worden met het signaal F gestuurd. De beide ingangen worden vanwege het hoge niveau van signaal F volledig tot de voedingsspanning qpgeladen en zijn voor een volgende arbeidsslag voorbereid cm het verschil tussen een referentiesignaal en een aangeboden informatiesignaal te kunnen detek-teren. Het laag niveau (bijvoorbeeld 3 Volt) van het signaal F wordt 15 bepaald door de daarbij maximaal op de ingangen van de versterker optredende spanningen, waarbij het signaal F bij voorkeur 0,5 Volt lager wordt gekozen dan een optredend maximum, opdat de reset-transistoren volledig gesperd blijven.

20 25 30 35 8400523

Claims

1. Geïntegreerde logische schakeling met veldeffekttransistoren met geïsoleerde stuurelektrode, welke schakeling een eerste en een * tweede inverterende versterker bevat, waarbij de eerste versterker een eerste en een tweede -tussen een eerste en een tweede voedingsklem in 5 serie geschakelde transistoren bevat, die in antifase worden gestuurd, waarbij een. knooppunt tussen de eerste en tweede transistor via een eerste capaciteit met de stuurelektrode van. de eerste transistor is gekoppeld, welke stuurelektrode verder is verbonden met een uitgang van.de tweede versterker, waarbij de stuurelektrode van de tweede .10 transistor met een stuurelektrode. van een. een ingangssignaal ontvangende derde transistor van de tweede versterker is verbonden, met het kenmerk, dat de. tweede versterker, via een vierde transistor op een eerste voedingsklem is aangesloten, waarvan.de stuurelektrode enerzijds via een als diode geschakelde vijfde transistor met de eerste voedingsklem en 15 anderzijds via een tweede capaciteit met de stuurelektrode van de tweede en derde transistor is. verbonden, waarbij de eerste, tweede, derde,vierde en vijfde transistor van het verrijkingstype zijn.

• 2. Geïntegreerde logische schakeling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de tweede capaciteit door een transistor van het -verarmingstype 20 is gevormd, waarvan de hoofdelektroden met de stuurelektrode van de . tweede en. derde transistor zijn verbonden.

3. Geïntegreerde logische schakeling volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de derde transistor in serie is geschakeld met een zesde transistor, waarbij, de stuurelektrode van-de zesde transistor 25 van het verrijkingstype op de eerste, voedingsklem is aangesloten.

4. Geïntegreerde schakeling volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de vierde transistor via een als last geschakelde zevende en achtste transistor van het verarmingstype met de zesde transistor is verbonden, waarbij op een verbindingspunt tussen de vierde en de achtste 30 transistor een elektrode van de eerste capaciteit is aangesloten, een verbindingspunt tussen de zevende en achtste transistor de uitgang van de schakeling vormt en de stuurelektrode van de eerste transistor met een verbindingspunt tussen de zesde en zevende transistor en mat de stuurelektrode van de zevende transistor is verbonden. 35 8400523