DE2101211C3 - Bipolarer elektronischer Schalter - Google Patents
Bipolarer elektronischer SchalterInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen bipolaren elektronischen Schalter, bestehend aus einem Feldeffekt-Transistor.
Dieser Schalter liefert einen Ausgangsimpuls am Drain-Anschluß des Transistors, wenn am Source-Anschluß
des Transistors ein Eingangsimpuls zugeführt wird. Dieser Impuls wird unabhängig davon übertragen,
ob ein separates Eingangssignal an den Gate-Anschluß des Transistors angelegt wird oder nicht.
Es sind verschiedene Anwendungsfälle für derartige Schalter vorhanden. Beispielsweise gibt es Anwendungsfälle,
bei denen eine Kapazität durch einen Impuls über einen Feldeffekt-Transisior aufgeladen werden
soll. Anschließend soll diese Kapazität entladen oder nicht entladen werden, je nachdem ob ein zusätzliches
Eingangssignal an den Gate-Anschluß des Transistors angelegt ist oder nicht. Konventionelle Schalter mit
Feldeffekt-Transistoren sind nicht in der Lage, diese Funktionen durchzuführen, wenn nur ein einzelner
Feldeffekt-Transistor verwendet wird. Es ist das Ziel der Erfindung, einen Schalter mit den genannten Funktionen
anzugeben, bei dem lediglich ein Feldeffekt-Transistor erforderlich ist.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine Impulsquelle an die über eine Kapazität
mit dem Gate verbundene Source angeschlossen ist, derart, daß durch Impulse der Impulsquelle der
Transistor unabhängig von einem zusätzlichen, dem Gate zugefiihrten Eingangssignal leitend wird und die
Impulse zur Drain überträgt.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung der in
der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele. Es zeigt
F i g. 1 das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Schaltung,
F i g. 2 das Schaltbild einer einzelnen Schieberegister-Speicherzelle,
in der die erfindungsgemäße Schaltung verwendet ist, und
Fig.3 das Schnittbild einer in integrierter Form ausgeführten Schaltung gemäß F i g. 2.
ίο Nachstehend wird angenommen, daß sämtliche
Feldeffekt-Transistoren dem n-Kanal-Typ angehören. Es können auch Feldeffekt-Transistoren mit p-Kanal
eingesetzt werden; es ist dann lediglich erforderlich, daß anstelle der positiven Signale negative Signale an die
Gate-Anschlüsse der Feldeffekt-Transistoren angelegt werden. Außerdem ist angenommen, daß die Anordnung
mit negativer Substratspannung betrieben wird, so daß die Transistoren im Anreicherungs-Betrieb arbeiten.
Transistor Π weist einen Source-Anschluß Sl,
einen Drain-Anschluß DI und einen Gate-Anschluß G i auf. Eine Kapazität C1 ist mit ihrem einen Anschluß
IO an den Source-Anschluß 51 und mit ihrem anderen Anschluß 12 an die Gate-Elektrode G i des Transistors
Ti gelegt. Eine Impulsquelle fist über eine Leitung 14
und die Kapazität Cl mit dem Source-Anschluß Sl
verbunden. Eine Signalquelle 16 steht über eine Leitung 18 mit dem Gate-Anschluß G 1 in Verbindung. Über
eine Leitung 22 ist an den Drain-Anschluß D i ein geeigneter Ausgangs- bzw. Lastkreis 20 angeschlossen.
jo Im Betrieb wird ein von der Impulsquelle ^gelieferter
und dem Ausgang 20 zuzuführender Impuls an den Source-Anschluß S1 des Transistors Ti angelegt. Über
die Kapazität Cl gelangt dieser Impuls auch an den Gate-Anschluß G 1 des Transistors. Damit am Drain-Anschluß
D1 ein Ausgangsimpuls auftritt, muß der von der Impulsquelle P gelieferte Impuls eine Amplitude
aufweisen, die über dem Schwellenwert des Transistors 7" I liegt und damit diesen in den leitenden Zustand
bringen kann.
-to Fig. 2 zeigt eine einzelne Speicherzelle eines Schieberegisters, bei dem die erfindungsgemäße Schaltung
zur Anwendung gelangt. Wie bei der Schaltung gemäß Fig. 1 ist ein Feldeffekt-Transistor Π mit den
entsprechenden Anschlüssen versehen. Die Kapazität Cl ist wiederum zwischen dem Source-Anschluß Sl
und dem Gate-Anschluß G 1 angelegt. Ebenfalls ist über die Leitung 14 die Impulsquelle P mit dem Source-Anschluß
Sl verbunden. Außerdem ist ein zweiter Feldeffekt-Transistor T2 vorgesehen, dessen Source-Anschluß
S2 mit dem Drain-AnschiuB DX des
Transistors Ti verbunden ist. Eine Kapazität CO ist über ihren einen Anschluß 15 mit dem Gate-Anschluß
G 2 des Transistors T2 und über ihren anderen Anschluß 17 mit dem Source-Anschluß S2 des
Transistors T2 verbunden. Der Drain-Anschluß D 2 des Transistors T2 liegt an dem Anschluß 19 einer
Kapazität C2, deren weiterer Anschluß 21 mit Masse verbunden ist. Eine Dateneingangsklemme 23 ist über
eine Leitung 24 an den Gate-Anschluß G 1 angeschlos-
bo sen. Die Datenausgangsklemme 26 ist über eine Leitung
28 mit dem Anschluß 19 der Kapazität C2 verbunden. Eine Leitung 30 verbindet eine Taktimpulsquelle Φ mit
dem Gate-Anschluß G 2 des Transistors T2. Der Transistor T2 dient als Schalter zwischen Transistor 72
hi und Kapazität C2.
Die Kapazität C2 bildet am Ausgang der Schaltung eine Speicherkapazität Die Kapazität Cl dient sowohl
als Speicherkapazität als auch als Kopplungskapazität,
21 Ol
über die der Wechselstromanteil eines der Source-Elektrode
51 des Transistors Ti zugeführten Signals an den Gate-Anschluß G1 übertragen wird. Damit wird
Transistor Ti in den leitenden Zustand gebracht, wenn die Speicherkapazität Ci keine von Eingangsdaten
herrührende Ladung aufweist. Die Impulse der Impulsquelle P laden über die Transistoren 7*1 und T2 die
Speicherkapazität C2 auf. Im Betrieb wird ein Impuls an den Source-Anschluß SI und über die Kapazität C2 an
den Gate-Anschluß G 1 des Transistors Ti gelegt. Auch
wenn die Kapazität Ci nicht bereits durch ein am Gate-Anschluß G i liegendes Datensignal geladen ist,
wird der Impuls der Impulsquelle P trotzdem zum Drain-Anschluß D1 geleitet. Ist die Kapazität C i
aufgrund eines Datensignals bei Auftreten des Impulses der Impuslquelle P bereits geladen, so wird dieser
Impuls ebenso über den Tansistor Π weitergeleitet. Die Kapazität CO speichert den Impuls der Impulsquelle
P zeitweilig, wenn sich dieser Impuls und ein Impuls der Taktimpulsquelle nicht zeitlich überlappen.
Der Taktimpuls der Taktimpulsquelle Φ bringt über
den Gate-Anschluß G 2 den Transistor T2 in den leitenden Zustand und lädt die Kapazität CO zusätzlich
auf. Wird von der Kapazität Cl keine durch Eingangsdaten bedingte Ladung dem Gate-Anschluß
G i des Transistors Ti zugeführt, so wird die Ladung
der Kapazität CO über den leitenden Transistor 7"2 zur
Kapazität C2 übertragen. Liegt am Gate-Anschluß G i eine Ladung, die das Vorhandensein eines Daten signals
anzeigt, so wird Transistor TX leitend. Die Ladung der
Kapazität CO kann über den Transistor Tl nach Masse abfließen. Außerdem kann eine Ladung der Kapazität
Cl über die leitenden Transistoren 7*2 und Π nach
Masse abfließen.
Es zeigt sich, daß die Schaltung gemäß F i g. 2 als Inverter arbeitet. Ein am Gate-Anschluß G1 des
Transistors Ti liegendes Datensignal wird in invertierter Form von der Kapazität C2 gespeichert.
Überlagern sich die Impulse der Impulsquelle P und der Taktimpulsquelle Φ zeillich, so erübrigt sich die
Kapazität CO in der Schaltung gemäß Fig. 2, da die Impulse der Impulsquelle P dort nicht zeitweilig
gespeichert werden müssen.
Fig.3 zeigt eine Verwirklichung der Schaltung gemäß F i g. 2 in integrierter Technik. Die Oberfläche 36
eines Halbleitersubstrats 32 ist mit einer Isolationsschicht 34 beschichtet. Source und Drain des Transistors
Ti sind durch Diffusionen 38 und 40 verwirklicht. Das Gate des Transistors Ti besteht aus einer die
Kanalzone 43 zwischen den Diffusionszonen 38 und 40 überdeckenden Metallschicht 42. Auch der Anschluß 12
der Kapazität CI wird von der Metallschicht 42 gebildet. Der andere Anschluß 10 der Kapazität Cl fällt
mit der Diffusionszone 38 zusammen. Ein Teil 44 der Isolationsschicht 34 zwischen der Metallschicht 42 und
der Diffusionszone 38 bildet das Dielektrikum der Kapazität Cl. Die Metallschicht 42 ist mit der
Dateneingangsklemme 23 verbunden. Die Diffusionszone 38 liegt an der Impulsquelle P.
Die Diffusionszone 40 bildet gleichzeitig die Drain des Transistors 7Ί, die Source des Transistors Γ2 und
den Anschluß 17 der Kapazität CO. Der andere Anschluß 15 der Kapazität CO wird vom über der
Diffusionszone 40 liegenden Teil 46 der metallischen Leitung 48 gebildet. Die metallische Leitung 48 stellt
gleichzeitig den Gate-Anschluß G 2 des Transistors T2 dar. Die Diffusionszone 50 bildet die Drain des
Transistors T2.
Der Anschluß 19 der Kapazität C2 besteht aus der Metallisierung 52, die über den metallischen Kontakt 54
mit der Diffusionszone 50 verbunden ist. Der andere Anschluß 21 der Kapazität C2 fällt mit der Diffusionszone 58 zusammen. Die Metallisierung 52 fällt
gleichzeitig mit der nicht dargestellten Datenausgangsklemme 26 zusammen.
Die erfindungsgemäße Schaltung enthält lediglich ein aktives Element, nämlich einen Feldeffekt-Transistor, an
dessen Drain-Anschluß ein Ausgangsimpuls erscheint, wenn an den Source-Anschluß und über eine Kapazität
an den Gate-Anschluß ein gemeinsamer Impuls angelegt wird. Dieser Vorgang ist unabhängig davon, ob
dem Gate des Transistors ein zusätzliches Eingangssignal zugeführt wird oder nicht.
Eine derartige Schaltung gestattet es beispielsweise,
eine an den Drain-Anschluß angeschlossene Kapazität über den Feldeffekt-Transistor aufzuladen und dann
über denselben Transistor zu entladen oder nicht zu entladen, je nachdem ob dem Gate ein zusätzliches
Eingangssignal zugeführt wird oder nicht. Dabei verhindert die Schaltung, daß infolge des zusätzlichen
Eingangssignals ein Strom vom Gate zur Source des Transistors fließen kann.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Schaltung kann über einen einzigen Feldeffekt-Transistor eine Ausgangskapazität
aufgeladen werden, zeitweilig aufgeladen bleiben oder anschließend über denselben Transistor
entladen werden.
Hierzu I Blatt Zeichnungen
Claims (6)
1. Bipolarer elektronischer Schalter, bestehend aus einem Feldeffekt-Transistor, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Impulsquelle (P) an die über eine Kapazität (Ci) mit dem Gate (Gl)
verbundene Source (Si) angeschlossen ist, derart,
daß durch Impulse der Impulsquelle (P) der Transistor unabhängig von einem zusätzlichen, dem
Gate (G 1) zugeführten Eingangssignal leitend wird und die Impulse zur Drain (D 1) überträgt.
2. Bipolarer elektronischer Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an das Gate
(G 1) eine zusätzliche Signalquelle angeschlossen ist.
3. Bipolarer elektronischer Schalter nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß
der Transistor ein Feldeffekt-Transistor mit isoliertem Gate ist.
4. Oipolarer elektronischer Scnalter nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
beiden Anschlüsse der Kapazität der Gate-Metallisierung bzw. der Source-Diffusionszone entsprechen.
5. Bipolarer elektronischer Schalter nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als
Ausgangskreis eine Kapazität (C2) an die Drain (D 1) des Transistors angeschlossen ist.
6. Bipolarer elektronischer Schalter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden
Anschlüsse der Kapazität (C2) dem Drain-Anschluß bzw. einer von der Drain-Zone durch eine
Isolationsschicht getrennten Metallschicht entsprechen.
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