DE2837519A1

DE2837519A1 - Monolithische integrierte halbleiter- schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE2837519A1
Application number: DE19782837519
Authority: DE
Inventors: Rolf Dipl Ing Heuser; Hans-Ulrich Dipl Ing Scholz
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 1978-08-28
Filing date: 1978-08-28
Publication date: 1980-03-20
Also published as: IT1122819B; FR2435167A1; IT7925280A0; JPS5533098A; GB2030401A

Description

PHILIPS BATENTVEKMLfiA^jäföpik; 3teandamin 94, 2 Hamburg 1

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Monolithische integrierte Halbleiter-Schaltungsanordnung

Die Erfindung betrifft eine monolithische integrierte Halbleiter-Schaltungsanordnung mit mindestens einer Inj ektionslogikschaltung und mindestens einer weiteren Schaltung.

s Injektionslogikschaltungen sind bekannt, z.B. aus dem Aufsatz "Intergrierte Injektionslogik, ein neuartiges Prinzip für Digitalschaltungen" in VALVO-Berichte, Band XVIII, Heft 1/2, Seiten 215-226.
Die Fig» 1 zeigt in prinzipieller Darstellung einen Schnitt durch ein eine solche Injektionslogikschaltung enthaltendes Halbleiterbauelement und die Fig. 2 das zugehörige Ersatzschaltbild. Die Injektionslogikschaltung besteht aus einem_f den Injektor bildenden PNP-Transistor T1 und mindestens einem invers betriebenen, von dem Injektor gespeisten NPN-Transistor T2. T1 -wird ein Strom Ig zugeführt. Infolge der lateralen Transistorwirkung zwischen den Zonen 1, 2 und 3 in Fig. 1 fließt ein Strom I. in die Basis des Inverters T2.

Es ist üblich, solche Injektionslogikschaltungen isoliert neben anderen Schaltungsteilen in einer monolithisch integrierten Halbleiter-Schaltungsanrdnung vorzusehen. Dies hat den Vorteil, logische Schaltungen mit linearen Schaltungen, wie Operationsverstärkern, Impulsformern, Oszillatoren Leistungsausgängen usw. in einer monolithischen Schaltungsanordnung zu vereinen. In vielen Fällen handelt es sich bei

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den linearen Schaltungen um Interface-Einheiten, die von außen kommende Signale an die internen Logikpegel anpassen, bzw. umgekehrt.

Fig. 3 zeigt in prinzipieller Darstellung die Draufsicht auf eine monolithisch integrierte Halbleiter-Schaltungsanordnung, in der eine Logikschaltung A mit einer Wehrzahl von weiteren Schaltungen B kombiniert ist. Sowohl die Injektionslogikschaltung, als auch die weiteren Schaltungen, benötigen für ihren Betrieb mehr oder weniger genau definierte Stromquellen bzw. -senken (arbeitspunktbestimmende Stromgeneratoren). Diese Ströme werden von einer Versorgungsschaltung■■". C, die an der Peripherie der Anordnung ihren Platz hat, über hier nicht dargestellte Leitungen den einzelnen Schaltungen zugeführt.

Mit zunehmender Komplexität des zu integrierenden Systems führt dieses Verfahren der Stromversorgung zu zwei Schwierigkeiten:

.

1. Es wird immer aufwendiger, diese Ströme über Leitungen von einem Ort an der Peripherie der Anordnung zu allen weiteren Schaltungen zu führen.

2. Die zum Betrieb der Interface-Schaltungen benötigten Generatorströme liegen im allgemeinen in der Größe des auf einen Inverter der Injektionslogikschaltung entfallenden In j ektorstromes. Mit größer werdendem Logikteil . wird also das Verhältnis des gesamten Injektorstromes zu den einzelnen Generatorströmen der gesamten Schal— tungsanordnung immer größer. Bei der Entwicklung geeigneter Stromversorgungsschaltungen zeigt sich, daß es immer schwieriger wird, Ströme in einem festen Verhältnis zueinander zu erzeugen, je größer dieses Verhältnis ist.

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Um diese Schwierigkeiten etwas zu verringern, ist es bekannt, mehrere in einer monolithisch integrierten Halbleiter-Schaltungsanordnung vorhandene Injektionslogikschaltungen hinsichtlich ihrer Versorgungsströine in Serie zu schalten. Dabei wird die gesamte vorzusehende Logik auf mehrere Injektionslogikschaltungen, d.h. auf mehrere Inseln verteilt und der Injektorstrom, der über eine Leitung den Injektoren der ersten Injektionslogikschaltung zugeführt wird, wird aus diese heraus, über eine weitere Leitung den Injektoren der zweiten Injektionslogikschaltung zugeführt usw.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine monolithisch integrierte Halbleiter-Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß die Leitungsführung vereinfacht wird und daß die relative Streuung zwischen den Stromniveaus der Inverter der Injektionslogikschaltungen und den Generatorströmen der weiteren Schaltungen verringert wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Generatorströme der weiteren Schaltungen aus der Injektionslogikschaltung abgeleitet werden.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile sind insbesondere darin zu sehen, daß die Schwierigkeiten mit langen Generatorstromleitungen verringert werden. Ferner wird die relative Streuung zwischen den Stromniveaus der Injektionslogikschaltungen und den der so versorgten v/eiteren Schaltungen, verringert. Dies bedeutet, daß die Ausgangsinverter der Injektionslogikschaltungen die die zu schaltenden Ströme der weiteren Schaltungen übernehmen, sicher dimensioniert werden können.

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Äusführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Injektionslogikschaltung nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 das Ersatzschaltbild der Injektionslogikschaltung nach Fig. 1,

Fig. 3 die Draufsicht auf eine monolithisch integrierte Halbleiter-Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art nach dem Stand der Technik,

Fig. 4 das Ersatzschaltbild eines Teils einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung,

Fig. 5+6 zwei Ausführungsbeispiele für die Transistor- . strukturen T3 und T4 in Fig. 4,

Fig. 7 das Ersatzschaltbild einer weiteren Aüsführungsform einer Schalt ungsanordnung nada der Erfindung,

Fig. 8 das Ersatzschaltbild einer weiteren Ausführungsform einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung.

Fig. 4 zeigt das Ersatzschaltbild eines Teils einer Halbleiter-Schaltungsanordnung nach der Erfindung, in dem dargestellt ist, wie bei z.B. drei in Serie geschalteten In-

^3Q jektionslogikschaltungen, ^_e hier schematisch angedeutet und mit TU, T12 und T13 bezeichnet sind, mit Hilfe des Injektorstromes Ig Stromquellen gebildet sind, mit denen weitere Schaltungen B gespeist werden können. Dazu sind weitere Injektor-Transistorstrukturen T3 und T4 vorgesehen, die den Injektoren einer Injektionslogikschaltung T11 parallelgeschaltet sind.

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Die Fig. 5 und 6 zeigen Ausführungsformen solcher Injektor-Transistor struktur en. Fig. 5a zeigt einen Schnitt durch den entsprechenden Teil der Halbleiteranordnung und Fig. 5b eine Draufsicht auf diesen Teil. Zur Bildung der Stromquelle ist neben dem Emitter 1 des Injektors T1 der Injektionslogikschaltung T11 eine weitere Zone 4 vom gleichen Leitungstyp vorgesehen, die mit dem Injektor eine weitere Injektor-Transistorstruktur bildet und aus der der gewünschte Vorsorgungsstrom I für einen weiteren Schaltungsteil B entnommen werden kann. Aus der Geometrie dieser Anordnung läßt sich erkennen, daß der Quellenstrom I bei Vernachlässigung des Early-Effektes die gleicte Größe wie der Basisstrom eines logischen Inverters hat. Durch den Early-Effekt wird der Quellenstrom I etwas größer, er bleibt aber immer in einem festen Verhältnis zum Basisstrom des Inverters. Legt man Wert auf einen Quellenstrom mit geringen Streuungen^ wird eine Ausbildung der Stromquelle gemäß Fig. 6 gewählt. Hier umgibt die Kollektorzone 4 die Injektor-Emitterzone 1 ringförmig.

Fig. 7 zeigt das Prinzipschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung. Hierbei wird der Generatorstrom I von einem Inverter T20 bzw. T21 der Injektionslogikschaltung T11 bestimmt_o Der Inverter kann dabei, wie der Inverter T21, die weitere Schaltung B direkt speisen oder er kann wie der Inverter T20 als Stromspiegel geschaltet sein.

Fig. 8 zeigt eine weitere Schaltungsanordnung nach der Erfindung. Der logische Zustand des Schaltungsteils C wird durch den Generatorstrom I und den Steuerstrom I . des Inverters T₂₂ bestimmt. Der Stromspiegel T₂^ sorgt dafür, daß das Verhältnis des AiasteuaVabronF^ zum Strom I' unabhängig von dem Injektorstrom I_ und größer als 1 ist.

Damit ist eine definierte Aussteuerung des Schaltungsteils C gewährleistet.

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Leerseite

Claims

PHILIPS PATENTVEEvi^LTO(;r SiSBIl," Qteinaamm 94, 2 Hamburs 1

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Patentansprüche:

Qy Monolithische integrierte Halbleiter-Schaltungsanordnung mit mindestens einer Injektionslogikschaltung und mindestens einer v/eiteren Schaltung, dadurch gekennzeichnet, daß die Versorgungsströme der weiteren Schaltungen aus der Injektionslogikschaltung abgeleitet sind.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Versorgungsstrom aus der Kollektorzone einer Injektor-Transistor sstruktur entnommen wird.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektorzone die Injektor-Emitterzone mindestens teilweise umgibt.
is 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Inverter den Versorgungsstrom bestimmen (Stromsenke).
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Inverter als Stromspiegel geschaltet sind.
6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Injektionslogikschaltungen bezüglich ihrer Speiseströme in Serie geschaltet sind.

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