DE2657281C3

DE2657281C3 - MIS-Inverterschaltung

Info

Publication number: DE2657281C3
Application number: DE19762657281
Authority: DE
Inventors: W. Wilfried Dipl.-Ing. Gehrig; Wolfgang Dipl.-Ing. 7801 Voerstetten Gollinger; Guenter Lindstedt
Original assignee: Deutsche ITT Industries GmbH
Current assignee: TDK Micronas GmbH
Priority date: 1976-12-17
Filing date: 1976-12-17
Publication date: 1980-09-04
Also published as: DE2657281A1; GB1557508A; FR2374782A1; ES465142A1; DE2657281B2; FR2374782B1; IT1088438B; JPS5375850A

Description

Bekannte MIS-Inverterschaltungen haben den Nachteil, daß bei bestimmten Pegeln der Eingangsspannung sich ein Gleichgewichtszustand ausbilden kann, bei dem die Ausgangsspannung im Undefinierten Bereich zwischen der logischen »0« und der logischen »1« liegt. Bei diesem Gleichgewichtszustand fließt kein Umladestrom zu den Knotenkapazitäten. Auch in der Umgebung des Gleichgewichtszustands sind die Umladeströme sehr klein, so daß dieser kritische Bereich relativ langsam verlassen wird.

Die Erfindung beschäftigt sich mit einer bezüglich eines zweiphasigen Taktsystems getakteten MIS-Inverterschaltung, d.h. mit einer Inverterschaltung, deren logischer Zustand nur während der beiden Taktimpulse des Taktsystems entsprechend einem logischen Eingangssignal sich ändern soll.

In integrierten Schaltungen oder auch bei Schaltungssystemen mit derartigen Schaltungen besteht aber die Schwierigkeit, daß der Eingangsimpuls bezüglich seiner Flankensteilheit und seiner Phasenlage zu den Taktsignalen des Taktsystems nur schwer festlegbar ist, was beispielsweise auf Signallaufzeiten zurückgeführt werden kann.
Die Erfindung betrifft eine MIS-Inverterschaltung zur Erzeugung eines bezüglich eines zweiphasigen Taktsystems synchronisierten Pulses aus einem Eingangspuls gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche MIS-Inverterschaltung war aus der DE-OS 23 15 201 bekannt Bei dieser MIS-Inverterschaltung ist die Zuleitungselektrode des fünften MIS-Feldeffekttransistors über einen Lasttransistor mit der Spannungsversorgung verbunden. Der fünfte MIS-Feldeffekttransistor und der Lasttransistor stellen hierbei einen Inverter dar. Der Ausgang dieses Inverters ist über die Source-Drain-Strecke eines mit dem zweiten Taktsignal gesteuerten MIS-Feldeffekttransistors mit der Gate-Elektrode des zweiten MIS-Feldeffekttransistors verbunden.
Aufgabe der Erfindung ist eine demgegenüber schnellere MIS-Inverterschaltung mit geringerem Schaltungsaufwand zur Erzeugung eines bezüglich eines zweiphasigen Taktsystems synchronisierten Pulses aus einem Eingangspuls, dessen Flankensteilheit und Phasenlage zum Taktsystem beliebig ist

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Schaltungsmaßnahmen gelöst

Die MIS-inverterschaltung nach der Erfindung hat im übrigen gegenüber der bekannten den Vorteil, daß bei

jo der erstgenannten ein quasi-stabiler Gleichgewichtszustand vermieden ist, der sich dann ausbilden kann, wenn die Spannung an der Gate-Elektrode des zweiten MIS-Feldeffekttransistors der Serienschaltung annähernd gleich ist der Spannung an deren Verbindungspunkt.

Die MIS-Inverterschaltung nach der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung erläutert, deren

F i g. 1 die Grundschaltung einer MIS-Inverterschaltung zeigt, von der bei der Erfindung ausgegangen wird, deren

F i g. 2 bis 4 Abwandlungen der MIS-Inverterschaltung gemäß der F i g. 1 betreffen, deren

F i g. 5 die Schaltungsanordnung einer ersten Ausführungsform der MIS-Inverterschaltung nach der Erfindung, deren

F i g. 6 die Schaltungsanordnung einer zweiten Ausführungsform der MIS-Inverterschaltung nach der Erfindung, deren
F i g. 7 die Schaltungsanordnung einer dritten Ausfüh-

5(i rungsform der MIS-inverterschaltung nach der Erfindung zeigen und deren

Fig.8 zur Erläuterung der Funktionsweise der MIS-Inverterschaltung nach der Erfindung dient.
Die Schaltungsanordnung gemäß der F i g. 1 zeigt einen bekannten getakteten Inverter mit den beiden über die Source-Drain-Strecken in Serie geschalteten MIS-Feldeffekttransistoren Γ2 und Γ3. An die Gate-Elektrode des zweiten MIS-Feldeffekttransistors Tl, dessen Source-Elektrode an dem Bezugspotential

Wi Uss bzw. an Masse liegt, wird über die Source-Drain-Strecke eines ersten MIS-Feldeffekttransistors Ti das Eingangssignal bei fangelegt. Das erste Taktsignal Φ 1 liegt an der Gate-Elektrode dieses ersten MIS-Feldeffekttransistors Ti. Mit der Spannungsquelle Udd sind

<v> sowohl die Drain-Elektrode als auch die Gate-Elektrode des als Lasttransistor wirksamen zweiten MIS-Feldeffekttransistors Γ3 der Serienschaltung verbunden. Das zweite Taktsignal Φ 2 erhält die Gate-Elektrode des

vierten MIS-Feldeffekttransistors 74, dessen Source-Drain-Strecke zwischen dem gemeinsamen Verbindungspunkt der beiden die Serienschaltung bildenden MIS-Feldeffekttraiisitors 72 und Γ3 und dem Ausgang A liegt CI bedeutet die Ausgangskapazität der getakteten MlS-Inverterschaltung.

Zu jedem Verhältnis der /}-Werte der beiden MIS-Feldeffekttransistoren 72 und 73

wobei der Source-Drain-Strom

= fiUe-υ,ύ

¹⁰

15

ist, gibt es an der Gate-Elektrode des MIS-Feldeffekttransistors 72 ein Ug, bei dem ein stationärer Fall mit Ua = Ug vorhanden ist, d. h. ein Fall mit vernachlässigbarem Kondensatorladestrom ic- Dabei gilt i\ — h, welche Ströme in der F i g. 1 eingetragen sind. Dieser Zustand wird nur längs? m entsprechend einem Eingangssignal Ue verlassen werden. Hier schafft die MIS-Inverterschaltung nach der Erfindung Abhilfe.

Anstelle der zwischen den gestrichelten Linien 1 und 2 der F i g. 1 dargestellten MIS-Inverterschaltungsteile können auch solche gemäß den Fig.2 bis 4 in der MIS-Inverterschaltung nach der Erfindung mit gewissen Vorteilen verwendet werden. Während bei der Inverterstufe gemäß der F i g. 3 das zweite Taktsignal Φ 2 euch noch an die Gate-Elektrode des an der Spannungsversorgung Udo liegenden dritten MIS-Feldeffekttransistors liegt, wird bei der Schaltungsanordnung gemäß Fig.2 noch ein weiterer MIS-Feldeffekttransistor 76, J5 dessen Gate-Elektrode an der Spannungsversorgung Udo Hegt, zwischen dem dritten MIS-Feldeffekttransistor 73 eingefügt

Die F i g. 4 zeigt einen MlS-Inverterschaltungsteil mit einem komplementären Paar von MIS-Feldeffekttransistören T2 und 73, an dessen gemeinsamen Verbindungspunkt ein Übertragungsgatter mit zwei parallelgeschalteten MIS-Feldeffekttransistoren 77 und 78 liegt, an deren Gate-Elektroden das zweite Taktsignal Φ 2 angelegt wird.

Bei der ersten Ausführungsform der MIS-Inverterschaltung nach der Erfindung gemäß der F i g. 5, bei der von der MIS-Inverterschaltung der F i g. 1 ausgegangen wird, ist der gemeinsame Verbindungspunkt der beiden MIS-Feldeffekttransistoren 72 und 73 mit der Gate-Elektrode eines fünften MIS-Feldeffekttransistors T5 verbunden, dessen Source-Drain-Strecke zwischen der Gate-Elektrode des zweiten MIS-Feldeffekttransistors 72 der Serienschaltung 72 und 73 und dem Bezugspotential Uss liegt Durch diesen fünften MIS-Feldeffekttransistor 75, der als Entladetransistor am Gate des zweiten MIS-Feldeffekttransistors wirksam ist, erhält die MIS-Inverterschaltung gemäß der F i g. 1 eine Vorzugslage.

Bei bevorzugter Anwendung mit einer nachfolgenden bo digitalen Differenzierschalt-T.g .;'?>d folgende Bedingungen einzuhalten:

a) Der Ausgangswiderstand des am Eingang E liegenden Inverters G1 muß so klein sein, daß trotz des leitenden MIS-Feldeffekttransistors 75 der MIS-Feldeffekttransistors 72 eine zum Durchschalten genügend hohe Eingangsspannung erhält.

b) Der aus den MIS-Feldeffekttransistoren 72, 73, 74 und 75 bestehende Schaltungsteil muß schnell genug ausgelegt sein, so daß er innerhalb der Taktimpulsdauer den Endzustand der logischen »0« oder logischen »1« annimmt

Die MIS-Inverterschaltung nach der Erfindung gemäß der F i g. 5 kann unter Verwendung der in den Fig.2 bis 4 gezeigten MIS·Invertei-schaltungsteile abgewandelt werden. Am Ausgang A ist der mit dem Taktsignal Φ 1 gesteuerte Ausgangsinverter G 2 geschaltet

Bei der Schaltungsanordnung gemäß der Fig.5 ist nach der obengenannten Bedingung a) ein Inverter G1 mit kleinem Ausgangswiderstand erforderlich. Dieser Nachteil wird bei der Schaltungsanordnung gemäß der F i g. 6 durch Einfügung eines MIS-Feldeffekttransistors 76, an dessen Gate-Elektrode das Taktsignal Φ 2 angelegt wird, in Serienschaltung zum fünften MIS-Feldeffekttransistors TS vermieden. Damit ist die Verwendung eines einfachen Standard-Inverters geringer Leistung für den Inverter Gl möglich, da keine Ladung abfließen kann, während der zwischen dem Inverter Gl und der Gate-Elektrode des zweiten MIS-Feldeffekttransistors 72 liegenden MIS-Feldeffekttransistor 71 leitend ist Die bei er MIS-Inverterschaltung nach der Erfindung bewirkte Mitkopplung wird daher erst wirksam wenn der MIS-Feldeffekttransistor 76 leitend ist

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß der F i g. 7 einer MIS-Inverterschaltung nach der Erfindung sind die Gate-Elektroden der beiden MIS-Feldeffekttransistoren 72 und 73 des Inverterschaltungsteils über den Inverter G 3 verbunden. Dies hat den Vorteil, daß die über den fünften MIS-Feldeffekttransistor 75 erzielte Mitkopplungswirkung am schnellsten wirksam wird. Dieser Inverter G 3 wird vorzugsweise in Form einer Serienschaltung zweier weiterer MIS-Feldeffekttransistoren in üblicher Weise realisiert

Obwohl bei der Schaltungsanordung gemäß der F i g. 6 ein relativ hochohmiger Inverter G1 am Eingang E verwendet werden kann, ist eine MIS-Inverterschaltung gemäß der F i g. 5 schneller, da die Mitkopplungswirkung des SchaUungsteils mit den MIS-Feldeffekttransistoren 72, 73 und 75 schon bei Beginn des Taktsignals Φ 1 einsetzt

Zur Erläuterung der bei der MIS-Inverterschaltung nach der Erfindung erzielten Mitkopplung sind in der F i g. 8 die beiden Taktsignale Φ 1 und Φ 2 des Taktsystems in zeitlicher Reihenfolge aufgetragen. Darunter ist ein Eingangssignal Ue mit relativ geringer Flankensteilheit eingezeichnet, dessen Vorderflanke noch in den Taktbereich des Taktsignals Φ 1 fällt so daß ein Signal an der Gate-Elektrode des MIS-Feldeffekttransistors 72 auftritt. Dadurch wird das Potential am gemeinsamen Verbindungspunkt der beiden MIS-Feldeffekttransistoren 72 und 73 zwar abgesenkt an dem gemeinsamen Verbindungspunkt liegt aber solange keine eindeutige logische »0« an, als die Schwellspannung des MIS-Feldeffekttransiators 75 nicht unterschritten und dieser damit sperrend wird. Von der Gate-Elektrode E' des MIS-Feldeffekttransistors 72 kann daher die während des Taktimpulses Φ1 im ansteigenden Teil des Eingangssignals Ue noch aufgebrachte Ladung wieder abfließen, so daß sich ein Ausgangssignal Ua mit einer eindeutigen logischen »0« gemäß der F i g. 8 solange einstellt bis sich der nächste Puls des Taktimpulssignals Φ 1 einstellt.

Aufgrund dieses Verhaltens ist eine MIS-Inverterschaltung nach der Erfindung von besonderem Vorteil bei digitalen Differenzierschaltungen, da die Flanke eines Eingangssignals Ue im »Graubereich« zwischen einer logischen »0« und einer logischen »1« nicht differenziert wird.

Die MIS-Inverterschaltung nach der Erfindung kann in jeder zur Herstellung von integrierten M IS-Schaltungen geeigneten Technik, der MOS-, der CMOS- oder auch der Siliciumgate-Technik, realisiert werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. MlS-Inverterschaltung zur Erzeugung eines bezüglich eines zweiphasigen Taktsystems synchronisierten Pulses aus einem Eingangspuls, der über die Source-Drain-Strecke eines ersten MIS-Feldeffekttransistors, an dessen Gate-Elektrode das erste Taktsignal liegt, an die Gate-Elektrode eines zweiten an dem Bezugspotential liegenden MIS-Feldeffekttransistors der Serienschaltung mindestens zweier MIS-Feldeffekttransistoren eines MIS-Inverterschaltungsteils gelegt wird, bei der der synchronisierte Puls am gemeinsamen Verbindungspunkt der beiden MIS-Feldeffekttransistoren über die Source-Drain-Strecke eines vierten MIS-Feldeffekttransistors, an dessen Gate-Elektrode das -zweite Taktsignal liegt, abgegriffen wird, der gemeinsame Verbindungspunkt über einen fünften MIS-Feldeffekttransistor, dessen Source-Drain-Strecke die Gate-Elektrode des zweiten MIS-Feldeffekttransistors mit dem Bezugspotential verbindet und dessen Gate-Elektrode mit dem Verbindungspunkt verbunden ist, auf die Gate-Elektrode des zweiten MIS-Feldeffekttransistors rückgekoppelt ist, und die Spannungsversorgung über einen dritten MIS-FeIdeffekttransistor der Serienschaltung erfolgt, d a durch gekennzeichnet, daß eine der beiden Zuleitungselektroden der Drain-Source-Strecke des fünften MIS-Feldeffekttransistors (TS) unmittelbar mit der Gate-Elektrode des zweiten MIS-Feldeffekttransistors (T2) verbunden ist

2. MIS-Inverterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Source-Drain-Serienschaltung zum fünften MIS-Feldeffekttransistor (TS) ein sechster MIS-Feldeffekttransistor (TS) geschaltet ist, dessen Source-Elektrode auf dem Bezugspotential (Uss) Hegt und an dessen Gate-Elektrode das Taktsignal Φ 2 angelegt wird.

3. MIS-Inverterschaltung nach Anspruch 1 und/ oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gate-Elektroden der beiden MIS-Feldeffekttransistoren (T2 und Γ3) der Serienschaltung des Inverterschaltungsteils über einen Inverter (G 3) verbunden sind.