DE2521949A1 - Monolithisch integrierbare mis- treiberstufe - Google Patents

Monolithisch integrierbare mis- treiberstufe

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DE2521949A1 DE19752521949 DE2521949A DE2521949A1 DE 2521949 A1 DE2521949 A1 DE 2521949A1 DE 19752521949 DE19752521949 DE 19752521949 DE 2521949 A DE2521949 A DE 2521949A DE 2521949 A1 DE2521949 A1 DE 2521949A1
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Description

Deutsche ITT Industries GmbH C. Obermeier 4
78 Freiburg, Hans-Bunte-Str. 19 Go/sp
13. Mai 1975
DEUTSCHE ITT INDUSTRIES GESELLSCHAFT MIT BESCHRÄNKTER HAFTUNG
FREIBURG I. BR.
Monolithisch integrierbare MIS-Treiberstufe
Die Erfindung betrifft eine monolithisch integrierbare MIS-Treiberstufe mit einer einen Eingangsfeldeffekttransistor aufweisenden Invertereingangsstufe und einer ausgangsseitig liegenden Gegentakt-Stufe , welche zwei über ihre Source-Drain-Strecken in Serie geschaltete Feldeffekttransistoren und einen Rückkopplungskondensator enthält, der ein schnelles Umschalten des Ausgangspotentials zwischen dem Massepotential und dem Wert U der gemeinsamen Spannungsversorgung gewährleistet. Eine solche monolithisch integrierbare MIS-Treiberstufe war im Prinzip aus der DT-OS 2 243 6 71 bekannt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannte monolithisch integrierbare Treiberschaltung für schnelle und verlustarme Schaltvorgänge zwischen der Versorgungsspannung (UDD) und dem Massepotential weiterzubilden.
609848/0814
Fl 853 C. Obermeier 4
Diese Aufgabe wird bei der bekannten monolithisch integrierbaren MIS-Treiberstufe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein Anschluß des Rückkopplungskondensators am gemeinsamen Schaltungspunkt der Feldeffekttransistoren der Gegentakt-Stufe liegt und der andere Anschluß mit dem gemeinsamen Anschluß zweier Feldeffekttransistoren einer Source-Drain-Serienschaltung verbunden ist, welche Serienschaltung in Reihe mit der Source-Drain-Strecke des Eingangsfeldeffekttransistors eine Invertereingangsstufe bilden, dessen Gate das Eingangssignal erhält und mit dem Gate-Anschluß desjenigen Feldeffekttransistors der Gegentakt-Stufe verbunden ist, dessen Source-Anschluß auf dem Massepotential liegt.
Eine erste Ausführungsform einer monolithisch integrierbaren MIS-Treiberstufe nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß der Gate-Anschluß desjenigen Feldeffekttransistors der Gegentakt-Stufe, dessen Drain-Anschluß an der Spannungsversorgung liegt, mit dem gemeinsamen Schaltungspunkt der Serienschaltung mit dem Drain-Anschluß des Eingangs-Feldeffekttransistors galvanisch verbunden ist.
Bei einer zweiten Ausführungsform der monolithisch integrierbaren MIS-Treiberstufe ist der Gate-Anschluß eines Feldeffekttransistors einer parallel zur Gegentakt-Stufe liegenden Ausgangsinverterstufe, dessen Drain-Anschluß an der Spannungsversorgung liegt, mit dem gemeinsamen Schaltungspunkt der Serienschaltung und dem Drain-Anschluß des Eingangs-Feldeffekttransistors galvanisch verbunden. Diese Schaltung ist besonders gut für höhere Treiberleistungen geeignet. . .'
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, deren Fig. 1 bis 4 die erste Aus führungs form und deren Fig. 4 und 5 die zweite Ausführungsform betreffen, wovon die Ausführungsform der Fig. 4 beide Ausführungsformen vereinigt.
609848/081h " 3 "
Fl 853 C. Obermeier 4
Die monolithisch integrierbare MIS-Treiberstufe arbeitet mit
einem sogenannten "Bootstrap"-Kondensator. Aus der Zeitschrift
"IEEE Journal of Solid-state Circuits", Bd. SC-7, Nr. 3 (Juni 1972), Seiten 217 bis 224, sind solche MIS-Schaltungen mit Bootstrapping bekannt, die mit einem Kondensator zwischen dem Ausgang eines Inverters und dem Gate seines Lasttransistors arbeitet. Sollen aber beispielsweise niederohmige Taktspannungen erzeugt werden, so ist ein solcher R-Verhältnis-Inverter unzweckmäßig wegen seines hohen Verlustleistungsbedarfes; man verwendet dann besser eine Gegentakt-Stufe, wie sie aus der eingangs genannten DT-OS 2 243 671
bekannt war. Um dabei aber das Gate des drainseitigen Transistors auf ein entsprechend hohes Potential zu bringen, um diesen genügend niederohmig zu machen bis zum vollen Un_-Pegel der Versorgungsspannung am Ausgang der Treiberstufe, ist es beispielsweise
erforderlich, die masseseitigen Transistoren der Treiberstufe und der Gegentakt-Stufe verzögert anzusteuern, um zunächst den Bootstrap-Kondensator auf eine hinreichende Spannung aufzuladen. Dies
bedingt Schaltungsaufwand und vor allem erhöhte Verlustleistung
in der Gegentakt-Stufe, da dort während eines Teils der Aufladezeit beide Transistoren leiten. Außerdem ist es schwierig, die erforderliche Verzögerungszeit zu optimieren, da sie auch von der
Lastkapazität der Gegentakt-Stufe abhängt. Durch die Erfindung werden diese Schwierigkeiten umgangen. Die monolithisch integrierbare MIS-Treiberstufe nach der Erfindung erlaubt, an der Gegentakt-Stufe niederohmige Pegel sowohl bei 0 V als auch bei der Versorgungsspannung U zu erhalten. Eine hochohmige Spannung, deren
Wert über der höchsten Versorgungsspannung Unn liegt, dient dabei zur Ansteuerung der Gegentakt-Stufe, kann aber auch zum Betrieb
anderer Schaltungsteile verwendet werden.
Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß bei der Inverter-Eingangsstufe in Reihe zur Source-Drain-Strecke des Eingangs-Feldeffekttransistors 1 nicht ein MIS-Feldeffekttransistor, sondern eine Source-Drain-Serienschaltung zweier Feldeffekttran*-
sistoren 2 und 3 liegt. Diese sind so ausgebildet, daß bei leitendem Eingangs-Feldeffekttransistor.1 - gleichzeitig wird der an
609848/0814 _ 4 _
Fl 853 C. Obermeier 4
Masse liegende Feldeffekttransistor 5 der Gegentakt-Stufe II leitend - die Spannung hauptsächlich an dem sourceseitig der Serienschaltung geschalteten Feldeffekttransistor 2 liegt und an der Source-Drain-Strecke des Feldeffekttransistors, dessen Drain-Anschluß an der Spannungsversorgung ü_ liegt, nur etwa die Schwellspannung abfällt. Dadurch wird auch der Feldeffekttransistor 6 der Gegentakt-Stufe II, dessen Drain-Anschluß ebenfalls an der Spannungsversorgung Unn liegt, gesperrt und der Rückkopplungskondensator C1 auf die maximale Spannung Uc1 C^ U -U _ - Δ U _ aufgeladen, wobei Δ UT3 den sogenannten Substrateffekt der Schwellspannung des Transistors 3 bedeutet. Werden jetzt der Eingangs-Feldeffekttransistor 1 und der masseseitig liegende Feldeffekttransistor 5 der Gegentakt-Stufe II gesperrt, so steigt die Spannung am Schaltungspunkt 9 bzw. am Gate des Feldeffekttransistors 6 der Gegentakt-Stufe II auf den Wert UDE)-DT3 -j4 UT3-UT2 -AU T2 an·
Dadurch wird der an der Spannungsversorgung üD_ liegende Feldeffekt transistor 6 der Gegentakt-Stufe II leitend und die Spannung am Ausgang A beginnt anzusteigen.
Da der Feldeffekttransistor 3 jetzt sperrt, wird der Spannungsanstieg am Ausgang A durch den Rtickkopplungskondensator C. und den leitenden Feldeffekttransistor 2 auf das Gate des Feldeffekttransistors 6 übertragen, das bei ausreichend hoher Betriebsspannung dadurch auf ein genügend hohes Potential gebracht wird, so daß am Ausgang A mit kleinem Innenwiderstand die Spannung UDD erreicht wird. Der vom Rückkopplungskondensator C1 übertragene Spannungshub entspricht praktisch der vollen Versorgungsspannung Unn·
In der Serienschaltung der Feldeffekttransistoren 2 und 3 der Inverter-Eingangsstufe I können die Gate-Anschlüsse galvanisch mit den Drain-Anschlüssen verbunden werden, wie die Fig. 1 und 4 veranschaulichen. Die Ansteuerung von Gate und Drain des Feldeffekt-
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transistors 2 der Serienschaltung der Invertereingangsstufe I kann aber auch von verschiedenen Schaltungspunkten über getrennte Kondensatoren erfolgen. Dabei muß dann das Gate des Feldeffekttransistors 2 mittels eines weiteren Feldeffekttransistors 4 vom Drain des Feldeffekttransistors 2 bzw. von der Spannungsversorgung U D getrennt werden, wie die Fig. 2 und 3 veranschaulichen. Bei der Ausführungsform einer monolithisch integrierbaren MIS-Treiberstufe gemäß den Fig. 4 und 5 ist zur Vergrößerung der Schaltleistung parallel zur Gegentakt-Stufe II eine Ausgangsinverterstufe III vorgesehen.
Wie die Fig. 5 veranschaulicht, kann die Rückkopplung nicht nur von einer Gegentakt-Stufe II, sondern auch von einer dazu parallelgeschalteten Ausgangsinverterstufe II erfolgen, indem der Gate-Anschluß des an der Versorgungsspannung liegenden Feldeffekttransistors 6' mit dem gemeinsamen Schaltungspunkt 9 der Serienschaltung der Feldeffekttransistoren 2 und 3 verbunden wird.
Die Figuren lassen noch weitere Schaltungsvarianten erkennen, welche jedoch nicht unbedingt zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe erforderlich sind. Aus diesem Grunde sollen diese Varianren auch nicht näher beschrieben werden.
Bei den monolithisch integrierbaren MIS-Treiberstufen gemäß den Fig. 1 bis 3 und 5 ist die Anstiegszeit fSchaltgeschwindigkeit) noch abhängig von der am Ausgang A angeschlossenen Lastkapazität. Die monolithisch integrierbare MIS-Treiberstufe nach der Erfindung gemäß der Fig. 4 mit einer vom Ausgang A getrennten Ausgangsinverterstufe II ermöglicht dagegen weitgehend eine Entkopplung zwischen der am Ausgang A liegenden Lastkapazität und der Gegentakt-Stufe II. Sie hat daher den Vorteil einer einfacheren Berechnung und Dimensionierung.
- 6
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Die monolithisch integrierbare MIS-Treiberstufe nach der Erfindung arbeitet in der geschilderten Art und Weise unter der Voraussetzung, daß die Versorgungsspannung U D größer oder gleich ist als die Summe von drei Schwellspannungen und Substrateffekten, was bei den meisten Schaltungen der Fall ist.
4 Patentansprüche
1 Blatt Zeichnung
mit 5 Figuren
609848/081

Claims (4)

  1. PATENTANSPRÜCHE
    Monolithisch integrierbare MIS-Treiberstufe mit einer einen Eingangs-Feldeffekttransistor aufweisenden Invertereingangsstufe und einer ausgangsseitig liegenden Gegentakt-Stufe, welche zwei über ihre Source-Drain-Strecken in Serie geschaltete Feldeffekttransistoren und einen Rückkopplungskondensator enthält, der ein schnelles Umschalten des Ausgangspotentials zwischen dem Massepotential und dem Wert U der gemeinsamen Spannungsversorgung gewährleistet, dadurch gekennzeichnet,
    daß ein Anschluß des Rückkopplungskondensators (C1) am gemeinsamen Schaltungspunkt (7) der Feldeffekttransistoren (5r 6) der Gegentakt-Stufe (II) liegt und der andere Anschluß mit dem gemeinsamen Anschluß (8) zweier ..Feldeffekttransistoren (2,3) einer Source-Drain-Serienschaltung verbunden ist, welche in Reihe mit der Source-Drain-Strecke des Eingangs-Feldeffekttransistors (1) eine Invertereingangsstufe (I) bilden, dessen Gate das Eingangssignal (E) erhält und mit dem Gate-Anschluß desjenigen Feldeffekttransistors der Gegentakt-Stufe (II) verbunden ist, dessen Source-Anschluß auf dem Massepotential liegt.
  2. 2. Monolithisch integrierbare MIS-Treiberstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gate-Anschluß desjenigen Feldeffekttransistors (6) der Gegentakt-Stufe (II), dessen Drain-Anschluß an der Spannungsversorgung (UDD) liegt, mit dem gemeinsamen Schaltungspunkt (9) der Serienschaltung (2, 3) mit dem Source-Anschluß des Eingangs-Feldeffekttransistors (1) galvanisch verbunden ist (Fig. 1, 2, 3, 4).
  3. 3. Monolithisch integrierbare MIS-Treiberstufe nach Anspruch 1 . oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Gate-Anschluß eines Feldeffekttransistors (61) einer parallel zur Gegentakt-Stu-
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    Fl 853 C. Obermeier 4
    fe (II) liegenden Ausgangs inverters ttife (III) , dessen Drain-Anschluß an der SpannungsVersorgung £UDD) liegt, mit dem gemeinsamen Schaltungspunkt (9) der Serienschaltung (2, 3) und dem Source-Anschluß des Eingangs-Feldeffekttransistors (1) galvanisch verbunden ist (Fig. 4 und 5).
  4. 4. Monolithisch integrierbare MIS-Treiberstufe nach einem der Ansprüche 1 bis 3f dadurch gekennzeichnet, daß die Gate-Anschlüsse der Serienschaltung der Feldeffekttransistoren (2, 3) der Invertereingangsstufe (I) einzeln mit ihren Drain-Anschlüssen galvanisch verbunden sind (Fig. 1 und 4).
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