DE2756777B2 - Digitalschaltungselement - Google Patents
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Description
die Spannung V88 deutlich kleiner ist als die Spannung
Vcc also beispielsweise Vbb - 1 V und Vcc- 2 V.
Die Pig.3 und 4 zeigen eine Schaltung, in der der
Transistor T2 drei N-Emitter hat. Zwei von ihnen, die
Emitter £i und E2, können an eine Spannung mit zwei
Werten gelegt werden, von denen die eine dem Zustand 1 entspricht und größer als 1 V ist, während die andere
dem Wert 0 oder Massepotential entspricht
Der Emitter £ί ist mit der P-Basis eines Transistors T3
verbunden, dessen Emitter an Masse liegt und dessen Kollektor einen der Ausgänge der Schaltung bildet
Die Schaltung arbeitet folgendermaßen: Die beiden Emitter E\ und E2 sind die Eingänge der Schaltung,
während der Kollektor Cihr Ausgang ist
Wenn einer der Eingänge E\ oder E2 an Masse liegt
(Wert 0) schließt sich der Strom /= //»+(Ι-Λρ) Ice,
wobei otp die Verstärkung des Transistors 71 in
Basisschaltung ist, über den entsperrten Basis-Emitter-Übergang des Transistors T2 zur Masse und es fließt
kein Strom in der Basis des Transistors T3. Wenn der
Emitter des letzteren an Masse liegt, ist er gesperrt und
der Ausgang Cführt den Wert 1.
Dasselbe gilt, wenn die beiden Eingänge den Wert 0 führen. Wenn keiner der Eingänge den Wert 0 führt, d. h.
wenn alle beide den Wert 1 führen, schließt sich der Strom Ibb zur Masse über den Basis-Emitter-Übergang
des Transistors T3, der leitend sein wird und dessen
Ausgang Cden Wert 0 führen wird.
Die vorstehende Schaltung weist eine weitere Besonderheit auf:
Wenn die beiden Eingänge den Wert 0 führen, wird jeder eine Hälfte des von dem Transistor T2 gelieferten
Stroms empfangen, d. h. wenn dieser Ausgangsstrom / ist, gilt/= /ei + IE2.
Es gilt daher folgende Wahrheitstabelle:
Ib
0
0
1
1
0
1
1
0
1
0
1
0
0
0
0
Die Verteilungen der Ströme in den Eingängen Ex und
E2 und der Basis des Transistors T3, alt ο /ei, Ie2 und /*
sind:
/κι + /e2 + Ib = [Ibb + (1 -λρ) Ice] α»
wobei »ρ und <xn die Verstärkungen in Basisschaltung der
Transistoren 71 bzw. T2 sind.
Da <%„ sehr nahe bei 1 und up sehr nahe bei 0 liegt, wie
weiter oben ersichtlich geworden ist, kann daher geschrieben werden:
h + Ie\ + Ie2 = Ibb + Ice
Es ist somit zu erkennen, daß die Summe dieser drei Ströme konstant ist, was erklärt, daß eine Einrichtung
zur Verteilung des Emitterstroms zur Verfügung steht, die gestattet, Stromsignale mit dsm Wert 1/2 und dabei'
drei Stromwerte für die Ströme der Emitter £Ί und E2 zu
haben.
Es können beliebig viele Emitter vorgesehen werden, wodurch sich von l/n bis 1 abgestufte Werte mit Stufen
von l/n ergeben, was die Möglichkeit eröffnet, Analog/Digital-Wandler herzustellen. Hinsichtlich des
Ausgangs C und der Eingänge E\ und E2 arbeitet die
ίο Schaltung wie eine komplementierte UND-Schaltung,
d. h. wie eine NAND-Schaltung.
Die F i g. 4 und 5 zeigen im Schnitt bzw. in Draufsicht
zwei Ausführungsbeispiele von integrierten Schaltungen, die die Schaltung von F i g. 3 als Ersatzschaltung
haben.
In diesem Fall ist das Substrat ein P-leitendes Substrat Auf dieses Substrat ist durch Epitaxie eine
N-Zone aufgebracht worden und für jedes Bauelement sind eine vergrabene N+-Schicht sowie P+-Isolierwände
vorgesehen. Die anderen Element? werden durch Diffusion oder Implantation in der Schicht N über
SiOi-Masken erhalten, wenn das Substrat aus Silicium
besteht
Die Schaltung von Fig. 6 unterscheidet sich von der
von F i g. 3 durch die Tatsache, daß sie zwei symmetrische Schaltungselemente enthält, die den gleichen
Aufbau wie das von F i g. 3 haben, wobei das eine aus
einem PNP-Transistor 711 und einem NPN-Transistor
T2i mit mehreren Emittern besteht, während das andere
aus Transistoren Tn und T22 besteht, bei welchen es sich
um die gleichen Typen wie bei den Transistoren 711 bzw.
T21 handelt
Zwei Emitter, die zu den Transistoren 7Ji bzw. T22
gehören, sind mit dem Punkt B, d. h. mit der Basis des
Transistors T3 verbunden, der wie in F i g. 3 geschaltet
ist Die Spannungen Vss und Vcc werden an die Basen
und an die Emitter der Transistoren Tn bzw. Ti2
angelegt
Die Wahrheitstabelle dieser Schaltung sieht offenbar folgendermaßen aus:.
0
0
1
1
1
0
1
0
0
1
0
Es gilt nämlich im wesentlichen folgende Gleichung:
Ib + /ei + ki = 2/tt
Ib + /ei + ki = 2/tt
Die logische Beziehung ist eine NOR-Verknüpfung. Die Schaltung von F i g. 5 kann verallgemeinert werden,
indem an jedem Transistor T2\ oder Tu mehrere
Eingänge A1, A2, Bu B2 benutzt werden. Es ergibt sich
dann eine integrierte Schaltung wie sie in F i g. 7 in Draufsicht dargestellt ist.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
1. Digitalschaltungselement, das auf einem ge- d, h. einen Transistor, in welchem der Strom parallel zu
meinsamen Substrat als integrierte Schaltung 5 der Oberfläche des Substrats fließt, und einen
aufgebaut ist, mit einem ersten, lateralen Transistor transversalen oder vertikalen Transistor, <L h. einen
gegebenen Leitungstyps (pnp bzw. npn), dessen Transistor, in welchem der Strom senkrecht zu dieser
Basis und Emitter auf konstante Potentiale gelegt Oberfläche fließt Ein solcher Schaltungsaufbitü in z. B.
sind, und einem zweiten, vertikalen Transistor in Electronics, Feb. 6,1975, S. 84,85, beschrieben,
komplementären Leitungstyps (npn bzw. pnp), 10 Diese Digitalschaltungselemente haben einen großen
dessen Basis mit dem Kollektor des ersten Nachteil; die Verstärkung des lateralen Transistors ist
Transistors und dessen Kollektor mit der Basis des immer klein und, um dem abzuhelfen, ist man
ersten Transistors verbunden sind, wobei der zweite gezwungen, auf gewisse Hilfsmittel zurückzugreifen,
Transistor mehrere Emitter aufweist, gekenn- nämlich beispielsweise vergrabene N+-Schichien zu
zeichnet durch folgende Merkmale: 15 ve.-wenden, da der laterale Transistor im allgemeinen
a) mindestens einer der Emitter (E1, E2) des ^in PNP-Transistor ist, um den vertikalen Strom zu
zweiten Transistors (T2) bildet mit Masse den begrenzen, der in diesen Transistoren eine der
Eingang einer digitalen Verknüpfungsschal- Hauptursachen für seine geringe Verstärkung ist
tur)g. Ziel der Erfindung ist es, ein Digitalschaltungselement
b) ein andfer?r Emitter des zweiten Transistors (T2) 20 dieser Art zu schaffen, bei dem die geringe Verstärkung
ist mit der Basis eines dritten Transistors (T3) des teterden Transistors durch weitere Verstärkung
gleichen Leitungstyps wie der erste Transistor kompensiert werden kann, ohne den Stromverbrauch
(Ti) verbunden- wesentlich zu steigern. Ferner soll mit diesem
c) der Emitter des dritten Transistors (T3) liegt an Digitalschaltangselement eine vorteilhafte digitale VerMasse-und M knflp'uigsscnaltung geschaffen werden.
d) der Kollektor (C) des dritten Transistors (T3)
Das erfindungsgemäße Digitalschaltungselement ist
bildet mit Masse den Ausgang der digitalen im Anspruch 1 gekeniEeichnet
Verknüpfungsschaltung. . Υοηα^ Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sich aus den Unteransprüchen.
2. Digitalschaltungselement nach Anspruch t, 30 Mehrere Ausfühnuigsbeispiele der Erfindung werden
dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) ein im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
P-Halbleiter ist, auf dem zwei N-Zonen gebildet sind, näher beschrieben. Es zeigt
die jeweils von dem Substrat durch eine vergrabene F i g. 1 das Schaltbild einer Einrichtung, die das
N+-Schicht getrennt sind, und daß die N-Zonen und Verständnis der Erfindung erleichtert,
die N+-Schichten voneinander uirch Wände aus 35 F ig. 2 im Vertikalschnitt die Einrichtung von F ig.l,
P+-Zonen getrennt sind. F i g. 3 das Prinzipschaltbild des Digitalschaltungsele-
3. Digitalschaltungselement nach Anspruch 1 oder ments nach der Erfindung,
2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Transi- Fig.4 im Vertikalschnitt das Digitalschaltungsele-
stor (T2) drei Emitter aufweist, von denen zwei die ment nach der Erfindung,
Eingänge einer NAND-Schaltung bilden. "o F i g. 5 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungs-
4. Digitalschaltungselement nach einem der form des Digitalschaltungselements nach der Erfindung,
vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, F i g. 6 ein Beispiel einer Digitalschaltung, in welcher
daß ein vierter und ein fünfter Transistor (Ti2, Tn)
das Digitalschaltungselement nach der Erfindung
vorgesehen sind, die analog dem Aufbau des ersten benutzt wird, und
und zweiten Transistors (Ti, T2) aufgebaut und 43 Fig. 7 dia Digitalschaltung von F ig. 6 in Draufsicht
geschaltet sind, und daß ein Emitter des fünften Die F i g. 1 und 2 zeigen eine Anordnung aus einem
Transistors (Ta) ebenfalls mit der Basis des dritten PNP-Transistor Tt und einem NPN-Transistor T2, die in
Transistors (T3) verbunden ist . der abgegebenen Weise miteinander verbunden sind,
5. Digitalschaltungselement nach einem der wobei die N-Basis des Transistors Ti mit dem Kolirktor
vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ihre 50 gleichen Leitungstyps des Transistors T2 verbunden ist
Verwendung als Analog/Digital-Wandler, wobei der und wobei der P-Kollektor des Transistors Ti mit der
zweite Transistor (T2) eine Mehrzahl von Emittern Basis des Transistors T2 verbunden ist Die Anordnung
aufweist ist auf einem P-Substrat 1 integriert. Der Emitter des
Transistors Ti ist eine P+-leitende Zone, die gleichzeitig
33 mit einer Schicht 3 gleichen Leitungstyps und gleicher
Dotierung diffundiert worden ist
Diese beiden Diffusionen sind in einer N-Zone 4
Die Erfindung betrifft ein Digitalschaltungselement gebildet, von welcher ein Teil als Basis des Transistors
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. T1 und der andere Teil als Kollektor des Transistors T2
Digitalschaltungselemente dieser Art sind bekannt 60 dient
(vgl. Complementary Transistor Micrologic Integrated Schließlich sind in die Zone 3 eine N+ -leitende Zone
Circuits, Fairchild, Datenblatt, September 1967, Seite 1 5, die als Emitter des Transistors T2 dient, und eine Zone
bis 2, und CTpL 9952 Dual 2-lnput NOR Gate, Fairchild, 6 gleichen Leitungstyps, die als Kontakt an der Zone 4
Datenblatt, Dezember 1967, Seite 1 bis 2) und werden dient, implantiert worden. Die aus dem Transistor T,
als Konstantstromquellen zur Speisung von digitalen t>> und den Spannungsquellen Vbb und Vcc gebildete
Verknüpfungsschaltungen verwendet. Anordnung arbeitet in bekannter Weise als Stromquel-
Bekanntlich können gewisse Digitalschaltungsele- Ie.
mente mit Hilfe von komplemen'iiren Transistoren Die Spannungen Vbb und Vcc werden so gewählt, daß
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