DE2620187B2 - Monostabile Multivibratorschaltung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine monostabile, mit Feldeffekttransistoren aufgebaute Multivibratorschaltung mit einem Kondensator, einer Ladeanordnung zum Laden des Kondensators, einer Eingangsanordnung zur Steuerung der Ladeanordnung in Abhängigkeit von einem Eingangssignal und mit einer Ausgangsanordnung zur Erzeugung eines Ausgangsimpulses,

In zum Beispiel aus der US-Patentschrift 37 19 835 und aus der GS-Patentschrift 9 39 599 bekannten monostabilen Multivibratorschaltungen der vorgenannten Art wird ein Kondensator über einen Widerstand entladen. Bei der Fertigung der Multivibratorschaltungen entstehen unterschiedliche Widerstandswerte von Schaltung zu Schaltung, wenn derartige Schaltungen in Serienfertigung hergestellt werden. Dies hat den Nachteil, daß entsprechend den unterschiedlichen Widerstandswerten die Ausgangsimpulsbreiten unterschiedlich sind.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine monostabile Multivibratorschaltung aufzuzeigen, in der die vorgenannten Nachteile vermieden werden.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet daß die Ladeanordnung einen ersten, zweiten und dritten Feldeffekttransistor enthält, daß der erste und zweite Feldeffekttransistor jeweils mit seinem Quellen-Senken-Pfad in Serie geschaltet ist und einen Pfad zwischen zwei Anschlüssen einer Energiequelle bildet, daß jeweils die Tor- und die Senkenelektrode der ersten beiden Transistoren miteinander verbunden sind, daß die Torelektrode des dritten Feldeffekttransistors mit einem Punkt in dem genannten Pfad verbunden ist und der dritte Feldeffekttransistor mit seinem Quellen-Senken-Pfad zwischen den ersten Anschluß der Energiequelle und einen ersten Anschluß des Kondensators geschaltet ist, daß die genannte Eingangsanordnung mit einem zweiten Anschluß des Kondensators verbunden ist, daß die Ausgangsanordnung mit dem ersten Anschluß des Kondensators verbunden ist und daß die Schaltung so aufgebaut ist, daß während einer Operation aufgrund eines Eingangssignals, das an die genannte Eingangsanordnung angelegt wird, ein Ausgangsimpuls in der Ausgangsanordnung erzeugt wird und der Quellen-Senken-Pfad des dritten Transistors einen im wesentlichen konstanten Strom liefert wodurch die Ladung des Kondensators beginnt und daß der Ausgangsimpuls beendet wird, wenn die Spannung

an dem Kondensator einen vorbestimmten Wert erreicht

Da bei Schaltungen gemäß der Erfindung der Ladestrom für den Kondensator durch einen Quellen-Senken-Pfad eines Feldeffekttransistors geliefert wird, dessen Torelektrode mit dem Verbindungspunkt zweier in Serie geschalteter Transistoren verbunden ist, bleibt die Entladezeit der Kondensatoren in verschiedenen Multivibratorschaltungen im wesentlichen gleich, obwohl die Transistorenparameter in verschiedenen Kreisen unterschiedlich sind.

Im folgenden wird anhand eines Ausführungsbeispiels die Erfindung im einzelnen mit Hilfe von Zeichnungen beschrieben. In diesen zeigt

Fig. 1 ein Schaltbild der erfindungsgemäßen monostabilen Multivibratorschaltung;

F i g. 2 einen Querschnitt eines Kondensators, der in der Schaltung gemäß F i g. 1 verwendet wird und

Fig.3 verschiedene Wellenformen, die während einer Opertation in der Schaltung gemäß F i g. 1 auftreten können.

Zunächst wird auf F i g. 1 Bezug genommer, in de;· eine Multivibratorschaltung gemäß der Erfindung dargestellt ist, die einen Vorspannungsschaltungsteil 12 und einen Stromsteuerschaltungsteil 14 enthält Eine Inverterstufe 16 enthält einen mit 18 bezeichneten Ladetransistor und einen mit 20 bezeichneten Schalttransistor. Die erste Eingangsverbindungsstelle 22 besteht aus einer Verbindung der Quellenelektrode 23 des Transistors 18 mit der Senkenelektrode 24 des Transistors 20. Ein Zeitgabekondensator 25 liegt zwischen dem genannten ersten Verbindungspunkt 22 und einem zweiten Verbindungspunkt 26. Der Verbindungspunkt 26 ist mit dem Schaltungsteil 14 und mit einem Ausgangsinverter 28 verbunden. Der Ausgangsinverter 28 enthält auch einen Lade- bzw. Lasttransistor 30 und einen Schalttransistor 32. Der Ausgang 34 liegt an einem dritten Verbindungspunkt 36, der die Quellenelektrode 38 des Transistors 30 mit der SenkenelektroHe 40 des Transistors 32 verbindet

Die Schaltung gemäß F i g. 1 ist mit einer nicht gezeigten Energiequelle verbunden, die an den Anschluß 44 eine Spannung mit einem ersten Pegel anlegt, dessen Wert negativer als der Wert einer an den Anschluß 46 angelegten Spannung, die mit einem zweiten Pegel angelegt wird, ist Bei eirem bevorzugten Schaltungsaufbau wird an den Anschluß 44 eine Spannung von —24 Volt und an den Anschluß 46 Massepotential angelegt

Der in F i g. 1 gezeigte Vorspannungsschaltungsteil 12 M enthält einen ersten Transistor 50 und einen zweiten Transistor 51 Der erste Transistor 50 enthält eine Senkenelektrode 54, eine Quellenelektrode 56 und eine Torelektrode 58. Die Senkenelektrode 54 ist mit dem Anschluß 44 verbunden und die Torelektrode 58 mit der Senkenelektrode 54. Der Transistor 52 enthält eine Senkenelektrode 60, eine Quellenelektrode 62 und eine Torelektrode 64. Die Torelektrode 64 ist mit der Senkenelektrode 60 und die Quellenelektrode 56 mit dem Verbindungspunkt 66 verbunden. Die Quellenelektrode 62 des Transistors 52 ist mit dem positiveren Anschluß 46 verbunden.

Am Verbindungspunkt 66 entsteht ein Spannungspegel, der an die Torelektrode 68 eines Transistors 70 im Stromsteuerteil 14 zugeführt wird. Der Transistor 70 enthält eine Senkenelektrode 72 und eine Quellenelektrode 74. Die Quellenelektrode 74 des Transistors 70 ist mit dem Dositiveren Anschluß 46 verbunden. Die

Senkenelektrode 72 liegt am Verbindungspunkt 26.

Der Ladetransistor 18 der Inverterstufe 16 enthält eine Torelektrode 76, die mit der Senkenelektrode 78 des gleichen Transistors verbunden ist Die beiden zuletzt erwähnten Elektroden liegen an dem negativeren Anschluß 44, der mit einer Energiequelle verbunden ist Der Schalttransistor 20 der Inverterstufe 16 enthält eine Torelektrode 80 und eine Quellenelektrode 82. Die Quellenelektrode 82 liegt am positiveren Anschluß 46, der mit dem anderen Pol der Energiequelle verbunden ist An die Torelektrode 80 werden die in Fig.3A gezeigten Eingangsimpulse über einen Anschluß 83 angelegt.

Der Kondensator 25 in F i g. 1 enthält einen ersten Anschluß 90, der mit dem Verbindungspunkt 22 verbunden ist und einen zweiten Anschluß 92, der mit dem Verbindungspunkt 26 verbunden ist

Der Ladetransistor 30 im Ausgangsinverter 28 enthält eine Torelektrode 94, die mit der Senkenelektrode 96 des gleichet, Transistors verbunden ist Beide der genannten Elektroden liegen an &~m negativeren Anschluß 44. Der Schalttransistor 32 des Ausgangsinverters 28 enthält eine Torelektrode 98, die mit der Senkenelektrode 72 verbunden ist Eine Quellenelektrode 100 des Schalttransistors 32 liegt an dem positiveren Anschluß 16 der nicht gezeigten Energiequelle.

Im folgenden wird auf F i g. 3 Bezug genommen, in der eine Anzahl von Wellenformen A bis D gezeigt sind, die in der in F i g. 1 gezeigten Schaltung auftreten können. Die Wellenform A zeigt die Eitigangsimpulse, die an den Anschluß 83 angelegt werden. Die Wellenform B zeigt die bei A gezeigten invertierten Impulse, die am Ausgang des Inverters 16 entstehen.

Während der Zeitperiode, die mit 7Ό beginnt und mit 71 endet, schaltet ein Eingangsimpuls den Transistor 20 durch, und die Spannung am Verbindungspunkt 22 steigt an in Richtung eines Vss-Pegels, der sich 0 Volt nähert Letzterer entsteht am Anschluß 46. Während der Zeitperiode, die mit T\ beginnt und mit Tj/7J endet wird der Transistor durch ein Eingangssignal gesperrt und die SDannung Vdd am Verbindungspunkt 22 fällt in Richtung —24 Volt am Anschluß 44 und erreicht —20 Volt

Die Wellenform C zeigt die am Kondensator bzw. am Verbindungspunkt 26 auftretende Spannung. Die Wellenform D entsteht an dem Ausgang 34.

Im Vorspannungsschaltungsteil 12 wird eine Vorspannung erzeugt die dem Transistor 70 im Stromsteuerteil 14 zugeführt wird, wodurch in diesem ein Strom erzeugt wird, der unabhängig von der am Verbindungspunkt 26 auftretenden Spannung ist und von der Leitfähigkeit der Schaltung. Diese Unabhängigkeit wird dadurch erreicht daß die drei Transistoren 50,52 und 70 auf dt. η gleichen Chip erzeugt werden und die Änderungen in einem Bauteil die in den anderen Elementen vorhandenen Veränderungen kompensieren. Der durch den Vorspannungsschaltungstei) oder in dem Stromspiegel fließende Strom ist auf einen konstanten Wert festgelegt. D^r Stromfluß wird durch die einzelnen Elemente bzw. durch deren Geometrie festgelegt In einem bevorzugten Schaltungsaufbau weist der Transistor 70 eine Torelektrode 68 auf, die einhnndermal kleiner als die Torelektrode 64 des Transistors 52 im Vorspannungsschaltungsteil ist Somit ist der durch den Transistor 70 fließende Strom hundertmal kleiner als der durch den Transistor 52 fließende Strom. In dieser Weise kann ein konstanter Stromfluß durch den Transistor 70 erzeugt werden, der durch die Geometrie

und/oder Größe des Elementes bestimmt wird.

Die Inverterstufe 16 führt eine Invertierungsfunktion durch, in der das am Verbindungspunkt 22 auftretende Signal die Umkehrung des an den Anschluß 83 angelegten Impulses darstellt

Der Kondensator 25 liegt zwischen dem Stromsteuerkreis 14 und dem Verbindungspunkt 22. Die Funktion des Kondensators 25 besteht darin, die Zeitperiode der Atisgangsimpulse festzulegen, basierend auf der Zeit, die benötigt wird, um den Kondensator 25 auf einen vorbestimmten Spannungspegel durch den Stromsteuerleil 14 aufzuladen.

Der Ausgangsinverter 28 erfüllt zwei Funktionen, nämlich die einer Pufferstufe und die einer Ausgangstreiberstufe zur Erzeugung eines Ausgangsimpulses am Verbindungspunkt 36, dessen Zeit zumindest so lang ist, wie das am Verbindungspunkt 26 zur Einschaltung des Transistors 32 vorhandenen Signals.

Der Schalttransistor 32 wird zuerst leitend geschaltet. wexin ein I ingangsimpuls an den Anschluß 8J angelegt wird, durch den der Transistor 20 gesperrt wird; dadurch wird bewirkt, daß die Spannung am Verbindungspunkt 22 auf — 20 Volt gebracht wird, wie aus F i g. 3B ersichtlich ist. Die Spannung an der Torelektrode 98 des Ausgangsschalttransistors 32 steigt nun auf einen Wert an, der bestimmt wird durch die Spannungsteilung zwischen dem Spannungsabstieg am Kondensator 25 und dem Spannungsabstieg an der Torkapazität der Torelektrode 98. Die Spannungsänderung am Verbindungspunkt 26 ist mit der Bezugszahl 101 in der Wellenform gemäß Fig. 3C bezeichnet. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beträgt diese Spannungsänderung ungefähr —14 Volt, die ausreicht, um den Schalttransistor 32 einzuschalten, so daß der Spannungspegel am Verbindungspunkt 36 von —20 Volt auf 0 Volt ansteigt, wie durch die Linie 102 in der Wellenform gemäß F i g. 3D gezeigt ist.

Der Kondensator 25 wird nun, wie durch das Bezugszeichen 104 in Fig. 3C angezeigt ist. geladen. Die Spannung am Verbindungspunkt 26 erreicht den Punkt 106 in Fig. 3C. wodurch der Schwellwertpegel des Schalttransistors 32 erreicht wird und dieser ausgeschaltet wird, wie durch die Linie 108 in Fig. 3D angezeigt ist.

Im folgenden wird auf F i g. 1 und 3 Bezug genommen und der stabile Zustand der Schaltung erläutert. Der Vorspannungsschaltungsteil 12 ist leitend und erzeugt einen vorbestimmten Spannungspegel am Verbindungspunkt 66, der an der Torelektrode 68 des Transistors 70 anliegt Der Transistor 70 leitet nicht, da die Spannung am Verbindungspunkt 26 etwa 0 Volt beträgt.

Die am Anschluß 83 anliegenden Impulse sind in F i g. 3A dargestellt. Der Spannungspegel der Eingangsim pulse beträgt etwa —20 Volt Diese —20 Volt sind ausreichend, um den Transistor 20 einzuschalten, wodurch bewirkt wird, daß Strom zwischen dem negativen Pegel am Anschluß 44 der Energiequelle über den Transistor 18 und den Transistor 20 zu dem mit Masse verbundenen Anschluß 46 der Energiequelle fließt

Die Ausgangsinverterstufe 28 ist ausgeschaltet, da die Torelektrode 98 des Ausgangstransistors 32 mit dem Verbindungspunkt 26 verbunden ist der etwa auf 0 Volt ließt, so daß dadurch der Schalttransistor 32 nicht eingeschaltet werden kann. Es wird nochmals darauf hingewiesen, daß der Transistor 20 leitend ist da an seine Torelektrode 80 ein Signal angelegt wird und der Transistor 32 ausgeschaltet ist da ein Betätigungssignal an seiner Torelektrode 98 nicht vorhanden ist.

Zur Zeit Ti steigt die Spannung, wie in Fig. 3A gezeigt ist, von —20 Volt auf 0 Volt, wodurch der Transistor 20 gesperrt wird. Die Spannung am Verbindungspunkt 22 geht in Richtung negativer Spannungspegel der Energiequelle, und diese Spannung wird unmittelbar durch den Kapazitätswert des Kondensators 25 und der Torkapazität der Torelektrode 98 des Ausgangstransistors 32 geteilt. Die Spannung

ίο am Verbindungspunkt 26 geht auf —14 Volt, die nicht ausreicht um den Schalttransistor 32 einzuschalten, wodurch der Spannungspegel am Verbindungspunkt 36 und am Ausgang 34 ansteigt in Richtung eines Spannungspegels, der durch die positivere Spannung

ι^r) der Energiequelle angezeigt wird.

In dieser Weise wird der Kondensator 25 zwischen die positivere Spannung am Anschluß 46 durch den Transistor 70 und die negativere Spannung am Anschluß 44 durch den Ladetransistor 18 geschaltet.

Der Strom, der nun in diesem den Kondensator 25 enthaltenen Pfad fließt und der den Kondensator ladet, fließt mit einer konstanten Rate infolge des konstanten Stromflusses von dem Stromsteuerteil 14. Dies ist durch die Linie 104 in der Wellenform gemäß F i g. 3C gezeigt.

Wenn die Ladung in dem Kondensator die bei 106 in der Wellenform gemäß Fi g. 3C angedeuteten Wert enthält, schaltet der Transistor 32 ab, und die Ausgangswellenform geht auf —20 Volt herunter, wie durch die Linie 108ar_ie,-iizeigtist.

Die Breite des Ausgangsimpulses kann durch Veränderungen der unterschiedlichen Parameter in dem dargestellten Kreis verändert werden. Der Wert des Stromes in der Kapazität einschließlich der Kapazität des Transistors 32 kann ebenso verändert werden.

Während der Wert des Kondensators 25 verändert werden kann, ist es in mikroelektronischen Schaltungen wünschenswert den Wert auf nur einigen Picofarad zu halten. Um eine Kondensatorkonstruktion verwenden zu können, die einen derart niedrigen Kapazitätswert aufweist und mit der trotzdem Ausgangsimpulse in der Größenordnung von 10 Mikrosekunden erzeugt werden können, sollte der Ladestrom des Kondensators auf einen sehr niedrigen Wert, z. B. 1 Mikroampere, gehalten werden. Ein derart niedriger konstanter Strom

*5 kann durch den Kondensator 70 erzeugt werden, der zusammen mit dem Vorspannungsschaltungsteil 12 eine niedrige Konstantstromquelle bildet

Ein weiterer Vorteil des vorangehend beschriebenen Multivibrators ist es, daß die Ausgangsimpulsbreite im

so wesentlichen unabhängig von der Spannungsänderung der Energiequelle ist, da für den Kondensator 25 eine Konstantstromquelle verwendet wird.

Im folgenden wird anhand von Fig.2, in der im Schnitt der Aufbau des Kondensators 25 gezeigt äst, der Kondensator 25 im einzelnen beschrieben. Der Kondensator 25 besteht aus einem MOS-Kondensator. Er enthält eine P+-Diffusion in einem Substrat 122 und eine Metallschicht 124, die von der P+-Diffusion durch eine Oxidschicht 126 getrennt ist Die Stärke der Oxidschicht 126 kann exakt gesteuert werden, wodurch eine Reduzierung der Ausgangsimpulsbreite des Multivibrators bewirkt wird.

Während in dem hier beschriebenen Beispiel mit negativen Spannungen und einer entsprechenden P-Kanal-Vorrichtung gearbeitet wurde, ist es selbstverständlich möglich, an deren Stelle positive Spannungen und N-Kanal-Elemente zu verwenden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Monostabile, mit Feldeffekttransistoren aufgebaute Multivibratorschaltung mit einem Kondensator, einer Ladeanordnung zum Laden des Kondensa- s tors, einer Eingangsanordnung zur Steuerung der Ladeanordnung in Abhängigkeit von einem Eingangssignal und mit einer Ausgangsanordnung zur Erzeugung eines Ausgangsimpulses, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladeanordnung einen ersten (52), zweiten (50) und dritten (7'O) Feldeffekttransistor enthält, daß der erste (52) und zweite (50) Feldeffekttransistor jeweils mit seinem Quellen-Senken-Pfad in Serie geschaltet ist und einen Pfad zwischen zwei Anschlüssen (46,44) einer is Energiequelle bildet, daß jeweils die Tor- und die Senkenelektrode der ersten beiden Transistoren (32, 50) miteinander verbunden sind, daß die Torelektrode des dritten Feldeffekttransistors (70) mit einem Punkt (66) in dem genannten Pfad verbunden ist, der dritte Feldeffekttransistor mit seinem Quellen-Senken-Pfad zwischen den ersten Anschluß (46) der Energiequelle und einen ersten Anschluß (92) des Kondensators (25) geschaltet ist, daß die genannte Eingangsordnung mit einem zweiten Anschluß (90) des Kondensators (25) verbunden ist, daß die Ausgangsanordnung (28) mit dem ersten Anschluß (92) des Kondensators (25) verbunden ist und daß die Schaltung so aufgebaut is», daß während einer Operation aufgrund eines Eingangssignals, das ;in die genannte Eingangsanordnung (16) angelegt wird, ein Ausgangiimpuls in der Ausgangsanordnung (28) erzeugt wird und dir Qu. "Jen-Senken-Pfad des dritten Transistors (70) einen im wesentlichen konstanten Strom liefert, wodi ch die Ladung des Kondensators (25) beginnt und daß der Ausgangsiinpuls beendet wird, wenn die Spannung an dem Kondensator (25) einen vorbestimmten Wert erreicht.

2. Monostabile Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingangsanordnung (16) einen vierten (20) und einen fünften (IiB) Feldeffekttransistor enthält, daß der vierte (2y) Feldeffekttransistor mit seinem Quellen-Senken-Pfad zwischen den zweiten Anschluß (90) des Kondensators (25) und den ersten Anschluß (46) der Energiequelle geschaltet ist und daß die Torelektrode (80) mit den Eingangsimpulsen beaufschlagt wird und daß der Quellen-Senken-Pfad des fünften (18) Feldeffekttransistors zwischen den zweiten An- so Schluß (90) des Kondensators (25) und den zweiten Anschluß (44) der Energiequelle geschaltet ist und daß die Senken- und Torelektroden miteinander verbunden sind.

3. Monostabile Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsanordnung (28) einen sechsten (32) und einen siebenten (30) Feldeffekttransistor enthält und daß der sechste (32) Feldeffekttransistor mit seinem Quellen-Senken-Pfad zwischen den ersten Anschluß (46) der Energiequelle und den Schaltungsausgang (34) geschaltet ist und daß die Torelektrode mit dein ersten Anschluß (92) des Kondensators (25) verbunden ist und daß der Quellen-Senken-Pfad des siebenten (30) Feldeffekttransistors mit dem Schaltungsausgang und mit dem zweiten Anschluß (44) der Energiequelle verbunden ist und daß die Senken- und Torelektroden miteinander verbunden sind.

4. Monostabile Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Torelektrode des dritten (70) Feldeffekttransistors kleiner als die Breite der Torelektrode des ersten (52) Feldeffekttransistors ist

5. Monostabile Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Torelektrode des ersten (52) Feldeffekttransistors hundertmal so breit wie die Torelektrode des dritten (70) Feldeffekttransistors ist

6. Monostabile Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bestehend aus einem integrierten Schaltungskreis auf einem Chip, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Feldeffekttransistoren Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren sind und daß der genannte Kondensator (25) ein Metalloxid-Halbleiter-Kondensator ist