DE2252130B1

DE2252130B1 - Schaltungsanordnung mit Spannungshysterese (Schmitt-Trigger)

Info

Publication number: DE2252130B1
Application number: DE2252130A
Authority: DE
Inventors: Albrecht Dipl.-Phys.Dr. 7830 Emmendingen Gerlach; Wolfgang Dipl.-Ing. 7801 Gundelfingen Gollinger; Guenter 7800 Freiburg Lindstedt
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1972-10-24
Filing date: 1972-10-24
Publication date: 1974-04-25
Also published as: FR2204079A1; FR2204079B1; US3873856A; IT995951B; JPS4975251A; DE2252130C2; GB1447379A

Description

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Das in Fig. 1 gezeigte Ausführungsbeispiel der Widerstand geschaltet ist, indem sein Gatt mit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung enthält die Betriebsspannungsquelle U_B verbunden ist.
gleichartigen Isolierschicht-Feldeffekttransistoren 7Ί Die Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel und Γ 2, deren Kollektor-Emitter-Strecken in Serie der Erfindung, wiederum mit komplementären Isogeschaltet sind und die einen Inverter bilden. Hier- 5 lierschicht-Feldeffekttransistoren. Hierbei ist der gebei ist der Transistor Γ2 dadurch als Lastwiderstand steuerte Schalters nach Fig. 2 durch den zusätzdes Transistors Tl geschaltet, daß sein Gatt mit der liehen Transistor T 3' ersetzt, der von den Transisto-Betriebsspannungsquelle U_B verbunden ist. Dem ren Γ5 und Td gesteuert wird, während der Gatt des Transistors Π wird das Eingangssignal Widerstand/? durch den weiteren Transistor Γ4' über den Eingang E zugeführt. io ersetzt ist. Die Transistoren Γ5 und Γ 6 bilden eine

In erfindungsgemäßer Weise ist nun diese Inverter- weitere und gleichartige Inverterstufe, d. h. die Transtufe durch den Widerstand/? und den gesteuerten sistoren TV und TS sind von der einen Leitungsart, Schalter.!? ergänzt. Hierbei liegt der Widerstand/Ϊ während die Transistoren Γ2 und Γ 6 von der dazu derart im Emitterkreis des Transistors Tl, daß der komplementären Leitungsart sind.
Emitter über den Widerstand R mit dem Schaltungs- 15 Die Gatts der Transistoren T5 und Γ6 sind mitnullpunkt verbunden ist. Über den gesteuerten Schal- einander verbunden und liegen am Ausgang A der ter 5" wird in erfindungsgemäßer Weise ein zusatz- aus den Transistoren Γ1' und Γ2 gebildeten Inverlicher Strom dem Verbindungspunkt von Wider- terstufe. Der Ausgang der weiteren Inverterstufe, der stand/? und Transistor Tl zugeführt, der einen er- mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Tranhöhten Spannungsabfall am Widerstand/? bewirkt. 20 sistoren Γ5 und Γ6 identisch ist, steuert nun das Dieser zusätzliche Strom kann beispielsweise durch Gatt des zusätzlichen Transistors Γ3', dessen Lei-Einfügen eines hochohmigen Widerstandes zwischen tungsart zu der des Treibertransistors TV komple-Schalter S und Verbindungspunkt bewirkt werden. mentär ist. Der Emitter und das Substrat des zusätz-Eine andere Möglichkeit zur Erzeugung des zusatz- liehen Transistors Γ3' liegen an der Betriebsspanlichen Stromes ist weiter unten erläutert. 25 nungsquelle U_B, während dessen Kollektor zum

Der gesteuerte Schalter S wird nach der Erfindung Emitter des Treibertransistors TV führt,
derart gesteuert, daß er nach jedem durch das Ein- Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ersetzt der gangssignal bedingten Sperren des Transistors Tl weitere Transistor TA', der von derselben Leitungsgeschlossen wird und sich nach jedem öffnen des art wie der Treibertransistor TV ist, den WiderTransistors Γ1 ebenfalls wieder öffnet. In Fig. 1 30 stand/?. Emitter und Substrat sind daher mit dem sind als Transistoren solche mit p-leitendem Kanal Schaltungsnullpunkt verbunden, während das Gatt gezeigt, deren η-leitendes Substrat mit dem Schal- an der Betriebsspannungsquelle U_B angeschlossen ist. tungsnullpunkt verbunden ist, der hier dem positiven Die prinzipielle Wirkungsweise der erfindungs-PoI der Betriebsspannungsquelle entspricht. gemäßen Schaltungsanordnung zur Realisierung des

Die F i g. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der er- 35 Schaltverhaltens einer Schmitt-Trigger-Schaltung soll

fin dungsgemäßen Schaltungsanordnung, das jedoch nun an Hand der F i g. 4 erläutert werden. Zunächst

im Gegensatz zu der Anordnung nach F i g. 1 Iso- sei angenommen, daß das Eingangssignal am Ein-

lierschicht-Feldeffekttransistoren von zueinander gang E einen hohen positiven Wert aufweist. In die-

komplementärer Leitungsart enthält. Das Ausfüh- sem Fall ist der Treibertransistor TV leitend und der

rungsbeispiel nach Fig. 2 ist somit geeignet, mittels 40 dazu in Serie geschaltete Transistor Γ2 gesperrt,

der sogenannten C-MOS-Technik realisiert zu wer- Damit ist jedoch die Ausgangsspannung am Aus-

den. Der Vorteil dieser Technik besteht darin, daß gang A gleich Null, so daß der Treibertransistor Γ5

in den einzelnen Schaltungsteilen keine Gleichströme der weiteren Inverterstufe gesperrt und der zugehö-

fiießen, da die einzelnen Inverter aus zueinander rige komplementäre Transistor T6 geöffnet ist. Am

komplementären Isolierschicht-Feldeffekttransistoren 45 Gatt des zusätzlichen Transistors Γ3' liegt somit

bestehen. So zeigt der Inverter nach Fig. 2 den ebenfalls eine hohe Spannung, so daß dieser Tran-

n-Kanal-Transistor TV, dessen Substrat mit dem sistor gesperrt ist.

Schaltungsnullpunkt verbunden ist, der hier mit dem Fällt nun die Eingangsspannung unter die oben negativen Pol der Betriebsspannungsquelle U_B iden- definierte Schwellspannung des Treibertransistors tisch ist, und den p-Kanal-Transistor T 2, dessen 50 TV, so wird dieser gesperrt und der zugehörige Substrat mit der Betriebsspannungsquelle verbunden Transistor Γ2 leitend. Dadurch kehren sich die eben ist. Das Gatt des Transistors TI ist ebenso wie das angegebenen Spannungsniveaus an den anderen Gatt des n-Kanal-Transistors TV mit dem Eingang E Schaltungspunkten um, so daß der zusätzliche Tranverbunden, sistor Γ3' leitend wird und dem Verbindungspunkt

Die Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der An- 55 der Transistoren TV und Γ4' ein zusätzlicher Strom Ordnung nach Fig. 1, wobei durch die zeichnerische zugeführt wird. Dadurch wird der Betrag des Emit-Darstellung (Weglassen der Substratpfeile) angedeu- terpotentials des Treibertransistors TV derart angetet ist, daß dieses Ausführungsbeispiel sowohl mit n- hoben, daß beim Ansteigen des Eingangssignals ein als auch mit p-Kanal-Transistoren, also jeweils mit erneutes Einschalten erst erfolgt, wenn die Ampli-Isolierschicht-Feldeffekttransistoren derselben Lei- 60 tude des Eingangssignals die Summe aus der Schwelltungsart realisierbar ist. Der Schalter S nach der spannung des Treibertransistors TV und der zusätz-F i g. 1 ist in F i g. 3 durch den zusätzlichen Tran- liehen Spannung übersteigt. Somit weist die erfinsistor T3 realisiert, dessen Gatt mit dem Ausgang A, dungsgemäße Schaltungsanordnung das bezweckte dessen Kollektor mit der Betriebsspannungsquelle U_B Hystereseverhalten auf und kann somit als Schmitt- und dessen Emitter mit dem Emitter des Treiber- 65 Trigger-Schaltung bezeichnet werden,
transistors Tl verbunden ist. Für den Fall, daß die von der zusätzlichen Spanin Fig. 3 ist ferner der Widerstand R nach Fig. 1 nung infolge der sogenannten Substrateffektes bedurch den weiteren Transistor Γ4 ersetzt, der als dingte Erhöhung der Schwellspannung des Treiber-

transistors Tl' unerwünscht ist, kann der Treibertransistor TV in ein von den übrigen Transistoren isoliertes Substrat gelegt werden, das dann mit dem Emitter des Treibertransistors Tl' verbunden werden muß.

Das den Schalter S steuernde Signal, also beispielsweise die den zusätzlichen Transistor Γ 3 bzw. Γ 3' steuernde Spannung braucht nicht unbedingt von einer der Schaltung direkt zugeordneten weiteren Inverterstufe zu stammen, sondern kann auch von einer in der gesamten integrierten Schaltung an sich schon enthaltenen Logikschaltung abgeleitet werden. Ferner ist es nicht erforderlich, für mehrere in einer integrierten Schaltung vorgesehene erfindungsgemäße Schaltungsanordnungen mit Spannungshysterese jeweils den weiteren Inverter mit den Transistoren TS und Γ 6 vorzusehen. Vielmehr kann für mehrere solcher Schaltungen ein einziger weiterer Inverter vorgesehen werden, der dann sämtliche zusätzliche Transistoren T2> steuert.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung Patentansprüche: mit Spannungshysterese (Schmitt-Trigger) zur Reali sierung als monolithisch integrierte Schaltung mit

1. Schaltungsanordnung mit Spannungshyste- Isolierschicht-Feldeffekttransistoren (MOS-Schaltung) rese (Schmitt-Trigger) zur Realisierung als mono- 5 unter Verwendung einer Inverterstufe, die aus einem lithisch integrierte Schaltung mit Isolierschicht- Treibertransistor und einem dazu in Serie geschalte-Feldeffekttransistoren (MOS-Schaltung) unter ten Transistor besteht.

Verwendung einer Inverterstufe, die aus einem Bei integrierten Schaltungen mit Isolierschicht-Treibertransistor und einem dazu in Serie ge- Feldeffekttransistoren, den sogenannten MOS-Schalschalteten Transistor besteht, dadurch ge-io tungen, ist man bestrebt, mit möglichst wenigen kennzeichnet, daß zwischen Treibertran- Schaltungsgrundeinheiten auszukommen. Eine solche sistor (Tl) und Schaltungsnullpunkt ein Wider- Schaltungsgrundeinheit ist die Inverterstufe, die aus stand (R) eingefügt ist und daß nach jedem einem Treibertransistor besteht, an dessen Gatt das Sperren des Treibertransistors dem Verbindungs- zu verarbeitende Signal anliegt, und aus einem zu punkt von Widerstand und Treibertransistor ein 15 dessen Kollektor-Emitter-Strecke in Serie geschaltezusätzlicher Strom mittels eines gesteuerten ten Transistor, der als Lastwiderstand geschaltet Schalters (5) zugeführt wird, der nach dem Ein- oder dessen Betriebsspannung eine Gleich- oder schalten des Treibertransistors wieder abgeschal- Impulsspannung (Taktspannung) sein kann, vgl. zu tetwird. diesen Sachverhalten die Zeitschrift »Elektronik«,

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 20 Januar und Februar 1969, S. 3 bis 6 und 47 bis 52. mit Isolierschicht-Feldeffekttransistoren dersel- Da bei integrierten Schaltungen mit Feldeffektben Leitungsart, dadurch gekennzeichnet, daß als transistoren das yon Schaltungen mit bipolaren Trangesteuerter Schalter ein zusätzlicher Transistor sistoren her bekannte Prinzip des Schmitt-Triggers (T 3) dient, dessen Emitter am Emitter des Trei- aus den erwähnten Gründen der möglichst ausbertransistors (Tl) angeschlossen ist, dessen 25 schließlichen Verwendung von Inverterstufen nicht Kollektor an der Betriebsspannungsquelle (U_B) realisierbar ist, hat sich die Erfindung die Aufgabe liegt und dessen Gatt mit dem Ausgang (A) der gestellt, eine Schaltungsanordnung mit Spannungs-Inverterstufe (Tl, T2) verbunden ist, und daß hysterese, also eine Schaltungsanordnung mit dem der Widerstand durch einen weiteren Transistor Schaltverhalten eines Schmitt-Triggers, anzugeben, (T 4) ersetzt ist, dessen Gatt mit der Betriebs- 30 die in integrierten Schaltungen mit Isolierschichtspannungsquelle verbunden ist. Feldeffekttransistoren leicht realisiert werden kann.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 mit Dies wird erfindungsgem'äß dadurch erreicht, daß komplementären Isolierschicht-Feldeffekttran- zwischen Treibertransistor und Schaltungsnullpunkt sistoren der Inverterstufe, dadurch gekennzeich- ein Widerstand eingefügt ist und daß nach jedem net, daß dem Ausgang (A) der Inverterstufe 35 Sperren des Treibertransistors dem Verbindungs- (Tl', T 2) eine weitere gleichartige Inverterstufe punkt von Widerstand und Treibertransistor ein zu- (T 5, T 6) nachgeschaltet ist, deren Ausgang den sätzlicher Strom mittels eines gesteuerten Schalters Schalter (S) steuert. zugeführt wird, der nach dem Einschalten des Trei-

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, da- bertransistors wieder abgeschaltet wird.

durch gekennzeichnet, daß als gesteuerter Schal- 40 Durch die erfindungsgemäße Schaltungsausbildung ter ein zusätzlicher Isolierschicht-Feldeffekttran- wird erreicht, daß der Treibertransistor durch das sistor (Γ3') dient, dessen Leitungsart zu der des Eingangssignal erst wieder eingeschaltet werden Treibertransistors (Tl') komplementär ist, dessen kann, wenn die Amplitude des Eingangssignals Kollektor am Verbindungspunkt von Widerstand gleich der Summe aus der Schwellspannung des und Treibertransistor, dessen Emitter und dessen 45 Treibertransistors und der vom zusätzlichen Strom Substrat an der Betriebsspannungsquelle (U_B) an- am Widerstand hervorgerufenen zusätzlichen Spangeschlossen sind und dessen Gatt vom Ausgang nung ist. Unter Schwellspannung soll dabei die der weiteren Inverterstufe gesteuert wird. Summe aus der technologisch bedingten eigentlichen

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3 Schwellspannung und der im Betrieb durch den oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wider- 50 Substrateffekt entstehenden Erhöhung verstanden stand (R) durch einen weiteren Transistor (T 4') werden.

ersetzt ist, der von derselben Leitungsart wie der Einzelheiten und vorteilhafte Ausführungsformen

Treibertransistor (Tl') ist und dessen Gatt mit der Erfindung werden nun an Hand der in der Zeich-

der Betriebsspannungsquelle verbunden ist. nung dargestellten Figuren näher erläutert und sind

6. Schaltungsanordnung nach einem der An- 55 in den Unteransprüehen gekennzeichnet.

sprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für F i g. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfin-

mehrere in einer Gesamtschaltung vorgesehene dungsgemäßen Schaltungsanordnung mit Isolier-

Schaltungen mit Spannungshysterese nur eine ein- schicht-Feldeffekttransistoren derselben Leitungsart,

zige weitere Inverterstufe (T5, T6) vorgesehen Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der erfinist. 60 dungsgemäßen Schaltungsanordnung mit Isolier-

7. Schaltungsanordnung nach einem der An- schicht-Feldeffekttransistoren von zueinander komsprüche 1 bis 6, dadurch· gekennzeichnet, daß das plementärer Leitungsart,

Steuersignal für den gesteuerten Schalter (S) aus Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel mit

einer in der gesamten integrierten Schaltung an Isolierschicht-Feldeffekttransistoren derselben Leisich schon enthaltenen Logikschaltung stammt. 65 tungsart und

F i g. 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Isolierschicht-Feldeffekttransistoren von komplementärer Leitungsart.