DE3135723C2 - Integrierte Halbleiterschaltung - Google Patents

Integrierte Halbleiterschaltung

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DE3135723C2
DE3135723C2 DE3135723A DE3135723A DE3135723C2 DE 3135723 C2 DE3135723 C2 DE 3135723C2 DE 3135723 A DE3135723 A DE 3135723A DE 3135723 A DE3135723 A DE 3135723A DE 3135723 C2 DE3135723 C2 DE 3135723C2
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Katsumi Hiratsuka Kanagawa Nagano
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • H03K19/00—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/0175—Coupling arrangements; Interface arrangements
    • H03K19/018—Coupling arrangements; Interface arrangements using bipolar transistors only
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Abstract

Die erfindungsgemäße integrierte Halbleiterschaltung umfaßt eine integrierte Injektionslogikschaltung (20), einen durch eine Hochspannungs-Stromquelle angesteuerten peripheren Schaltkreis (24) und einen zwischen der integrierten Injektionslogikschaltung (20) und dem peripheren Schaltkreis (24) angeordneten Koppel- bzw. Schnittstellenkreis (22). Der Koppelkreis (22) ist mit einer Bezugsspannungsquelle (Vref) verbunden. An der Ausgangsklemme (C1) der integrierten Injektionslogikschaltung (20) erscheint eine derartige Spannung, daß die Kollektor-Emitter-Spannung eines Ausgangstransistors dieser Schaltung (20) niedriger ist als die Kollektor-Durchbruchspannung (Basis offen) des Ausgangstransistors (Q2). Weiterhin besitzt der Koppelkreis (22) eine Aushaltespannung, die höher ist als die Kollektor-Emitter-Durchbruchspannung des Ausgangstransistors (Q2) der integrierten Injektionslogikschaltung (20).

Description

3 4
klemme der I2L-Schaltung mit einem solchta Potential, auftritt. Wenn dagegen an der Eingangsklemme Tm ein
daß die Kollektor-Emitter-Spannung des Ausgangs- Signal des niedrigen Pegels L anliegt, fließt der in den
transistors der I2L-Schaltung niedriger ist als die KoI- Emitter des Transistors Q 1 eingeleitete Injektorstrom
lektor-Emitter-Durchbruchspannung (Basis offen) des über den Kollektor des Transistors Q1 zur Eingangs-
Ausgangstransistors. Außerdem besitzt der Koppel- 5 klemme Tin, so daß die Basisspannung des Transistors
kreis einen Transistor mit einer Kollektor-Emitter- <? 2 auf den niedrigen Pegel L übergeht Infolgedessen
Durchbruchsoannung, die höher ist als die Kollektor- sperrt der Transistor Q 2, so daß an der Ausgangsklem-
Emitter-Durchbruchspannung des Ausgangstransistors me C1 ein Signal des hohen Pegels //auftritt
der I2L-Schaltung. Die logische Operation der I2L-Schaltung erfolgt auf
Mit der erfindungsgemäßen Halbleiterschaltung ist io die vorstehend beschriebene Weise. Wie eingangs er-
die Erzeugung eines Ausgangssignals mit einer logi- wähnt beträgt die genannte Kollektor-Emitter-Durch-
schen Amplitude möglich, welche diejenige eines Aus- bruchspannung (Ausgangsdurchbruchspannung) BVceo
gangssignals der 12L-Schaltung übersteigt des Ausgangstransistor Q 2 bei der üblichen I2L-Schal-
Weiterhin ist es dabei möglich, die I2L-Schaltung mit tung 20 etwa. 2 V, so daß an der Ausgangsklemme Ci
dem peripheren Schaltkreis, z. B. einer TTL-Schaltung, 15 kein Ausgangssignal mit großer logischer Amplitude er-
zu verbinden, wobei dieser Schaltkreis Jurch eine halten werden kann.
Stromquelle angesteuert wird, die eine höhere Span- Die integrierte Halbleiterschaltung ist daher mit einung als die Stromquelle für die I2L-Schaltung liefert nem Koppel- bzw. Schnittstellenkreis 22 versehen, wel-Die I2L-Schaltung findet infolgedessen ein erweitertes eher die Schwierigkeit ausschaltet, daß die logische Am-Anwendungsgebiet 20 plitude infolge der Begrenzung der Ausgangsdurch-
Obzwar die Kollektor-Emitter-Durchbruchspannung bruchspannung BVceo nicht erhöht werden kann,
des Transistors (bei offener Basis) der I2L-Schaltung Der Koppelkreis 22 ist an eine Bezugsspannungsquelherabgesetzt wird, vermag der Koppelkreis mit dem Ie Vref angeschlossen. Nach Maßgabe der Bezugsspanerwähnten Aufbau zusätzlich die I2L-Schaltung zu nungsquelle Vref liefert der Koppelkreis 22 der Ausschützen, so daß letztere miniaturisiert werden kann. 25 gangsklemme C1 der I2L-Schaltung 20 ein solches Po-
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen tential, daß die Kollektor-Emitter-Spannung des Ausder Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik an- gangstransistors Q 2 der 12L-Schaltung 20 niedriger ist hand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Es als die Ausgangsdurchbruchspannung BVceo des Auszeigt gangstransistors Q 2. Weiterhin ist die Ausgangsklem-
F i g. 1 eine graphische Darstellung der Beziehung 30 me des Koppelkreises 22 mit einem peripheren Schalt-
zwischen dem Stromverstärkungsfaktor β und der KoI- kreis 24 verbunden und dabei so ausgelegt, daß die
Iektor-Emitter-Durchbruchspannung (Basis offen) Durchbruchspannung zwischen ihren Ausgangs- und
ÖVcEoeines Ausgangstransistors einer I2L-Schaltung, Eingangsklemmen höher ist als die Ausgangsdurch-
Fig.2 ein Blockschaltbild einer integrierten Halblei- bruchspannung ßVcrodes AusgangstransistorsQZDer
terschaltung zur Erläuterung der Erfindung, 35 mit der Ausgangsklemme des Koppelkreises 22 verbun-
Fig.3 ein Schaltbild einer Ausführungsform der I2L- dene periphere Schaltkreis 24 wird durch eine Hoch-Schaltung und des Koppelkreises, spannungs-Stromquelle Vh angesteuert, um an seiner
F i g. 4 ein F i g. 3 ähnelndes Schaltbild einer anderen Ausgangsklemme T ein Ausgangssignal mit einer logi-
Ausführungsform und sehen Amplitude zu liefern, die größer ist als diejenige
Fig. 5 bis 10 Schaltbilder verschiedener weiterer 40 eines ander Ausgangsklemme Cl der I2L-Schaltung 20
Ausführungsformen der aus einer I2L-Schaltung, einem erscheinenden Signals.
Koppelkreis und einem peripheren Schaltkreis beste- Der in F i g. 3 dargestellte Koppelkreis 22 besteht aus
henden integrierten Halbleiterschaltung. einem npn-Transistor Q 3, dessen Basis mit der eine
F i g. 1 ist eingangs bereits erläutert worden. konstante Spannung liefernden Bezugsspannungsquelle
F i g. 2 zeigt die Anordnung einer integrierien Halb- 45 Vref verbunden ist. Bei der I2L-Schaltung 20 wird der
leiterschaltung, bei welcher eine integrierte Injektions- Injektorstrom durch eine Spannungsquelle von 2 Vbe
logik- bzw. I2L-Schaltung 20 (ILL-Schaltung) aus einem (etwa 1,4 V), entsprechend dem Doppelten der Basis-
pnp-Transistor Qi und einem npn-Transistor Q 2 be- Emitter-Spannung der Transistoren Qi und Q2 gelie-
steht. Der Kollektor des Transistors Q1 und die Basis fert. Diese Spannungsquelle kann als die Bezugsspan-
des Transistors Q 2 sind mit einer Eingangsklemme Tin so nungsquelle Vref benutzt werden, die an die Basis des
verbunden, an die Signale von anderen Schaltkreisen Transistors Q 3 angeschlossen ist. Emitter und Kollek-
anlegbar sind. Emitter und Basis des Transistors Qi tor des Transistors Q3 sind mit der Ausgangsklemme
sind mit einer Strominjektionsklemme Tinj bzw. einer Cl der I2L-Schaltung 20 bzw. der Ausgangsklemme
Masseklemme Tgnd verbunden. Weiterhin sind Emitter Tout des Koppelkreises 22 verbunden,
und Kollektor des Transistors Q 2 an die Masseklemme 55 Wenn ein Signal des hohen Pegels H an die Eingangs-
Tgnd bzw. eine Ausgangsklemme C1 der I2L-Schaltung klemme Tin der I2L-Schaltung 20 angelegt wird, schaltet
20 angeschlossen. Grundsätzlich handelt es sich bei der der Transistor Q 2 auf die vorher erwähnte Weise durch,
logischen Operation der 12L-Schaltung 20 um eine Um- so daß ein Kollektorstrom über den Transistor Q 2
setzoperation, bei der an der Ausgangsklemme Cl eine fließt. In diesem Fall kann die Emitterspannung des
der Spannungsamplitude an der Eingangsklemme Tin 60 Transistors Q3 als Vref— Vbe ausgedrückt werden,
entgegengesetzte Spannungsamplitude erzeugt wird. Wenn die Bezugsspannung Vre/doppelt so groß ist wie
Wenn das Eingangssignal der I2L-Schaltung 20 einen die Basis-Emitter-Spannung Vbe des Transistors Q2,
hohen Pegel H besitzt (d. h. wenn die Eingangsklemme wird die Emitterspannung des Transistors Q 3 konstant
Tin offen ist), fließt der größte Teil des in den Emitter auf etwa 0,7 V gehalten. Die an der Ausgangsklemme
des Transistors Qi eingeleiteten Injektorstroms über 65 Cl der Schaltung 20 gelieferte Spannung bleibt daher
den Kollektor des Transistors Q1 zur Basis des Transi- konstant auf etwa 0,7 V.
stors Q 2, so daß ietzterer durchschaltet und ein Signal Wenn dagegen an die Eingangsklemme Tin ein Signal
des niedrigen Pegels L an der Ausgangsklemme Ci des niedrigen Pegels L angelegt wird, geht der Transi-
stor Q 2, wie erwähnt, in den Sperrzustand über, so daß sich sein Kollektorstrom auf »Null« verringert und der Ausgangsstrom des Transistors ζ>3 zu »Null« wird. Da der Emitterstrom des Transistors Q 3 zu diesem Zeitpunkt Null beträgt, kann die Emitterspannung des Transistors Q 3 als der Bezugsspannung Vref entsprechend angesehen werden. Außerdem erreicht die Kollektorspannung des Transistors Q 2 die Bezugsspannung Vref. Infolgedessen wird die an der Ausgangsklemme C1 der I2L-Schaltung 20 anliegende Spannung zu Vref= 2 VflE= 1,4V. Durch den Transistor Q3 wird die am Kollektor des Transistors Q 2 der I2L-Schaltung 20 anliegende Spannung unter die Bezugsspannung Vref verringert. Da das logische Signal der I2L-Schaltung 20 in ein Kollektor-Stromsignal des Transistors Q 3 umgewandelt wird, kann der periphere Schaltkreis 24 gemäß F i g. 2 dadurch angesteuert werden, daß er mit der Ausgangsklemme Tout verbunden wird, die ihrerseits an den Kollektor des Transistors Q 3 angeschlossen ist Da der im Koppelkreis 22 verwendete npn-Transistor Q 3 nicht in I2L-Konfiguration vorliegt, kann er so ausgelegt werden, daß seine Ausgangsdurchbruchspannung BVceo etwa 30 V beträgt Auf diese Weise kann ein logisches Signal mit einer Amplitude erhalten werden, die größer ist als die Amplitude des Signals, das an der Ausgangsklemme Cl der I2L-Schaltung 20 erscheint
F i g. 4 veranschaulicht ein anderes Ausführungsbeispiel des Koppelkreises 22. Dabei ist ein Widerstand R1 zum Absorbieren eines Streustroms zwischen Basis und Emitter des Transistors Q 3 geschaltet Der Widerstand R1 verhindert eine Fehlbetätigung des Transistors Q 3 durch einen Streustrom vom Kollektor des Transistors Q 2 der I2L-Schaltung 20, wie er beim Sperren des Transistors Q 2 auftreten kann. Da der zur Emitterseite des Transistors Q 3 fließende Streustrom über den Widerstand R1 zur Bezugsspannungsqueile Vre/fließt, bleibt der Transistor Q 3 im Sperrzustand, wenn ein durch den über den Widerstand R1 fließende Streustrom verursachter Spannungsabfall gering ist Der Streustrom erscheint somit nie an der Ausgangsklemme Tout Weiterhin ist zwischen die Ausgangsklemme Cl der PL-Schaltung und dem Emitter des Transistors Q 3 ein Widerstand R 2 zur Begrenzung eines bei durchgeschaltetem Transistor ζ) 2 erzeugten Ausgangsstroms geschaltet In diesem Fall läßt sich daher der Ausgangsstrom des Transistors Q 3 des Koppelkreises 22 wie folgt ausdrükken:
-^5- (Vref - V„- V„wJl
worin bedeuten:
VcEai = Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung
des Transistors Q 2 und Vbe = Basis-Emitter-Spannung des Transistors
50
55
Die Schaltung gemäß Fig.4 führt ersichtlicherweise dieselbe logische Operation wie die Schaltung gemäß der vorher beschriebenen Ausführungsform durch. An der Ausgangsklemme Tout des Koppelkreises 22 wird somit ein logisches Signal mit einer Amplitude erhalten, die größer ist als die Amplitude des an der Ausgangsklemme Ci der I2L-Schaltung 20 erscheinenden Signals.
Im folgenden sind anhand der F i g. 5 bis 9 verschiedene Ausführungsformen der integrierten Halbleiterschaltung mit dem beschriebenen Koppelkreis erläutert. Die Schaltung gemäß F i g. 5 ist eine nichtinvertierende Pufferschaltung, die einen pnp-Ausgangstransistor QA nach Maßgabe des Ausgangssignals des npn-Transistors Q 3, welcher den Koppelkreis 22 bildet, ansteuert; Der Ausgangstransistor Q 2 der I2L-Schaltung 20 weist melv rere Kollektoren auf. Eine mit dem ersten Kollektor des Transistors Q 2 verbundene erste Ausgangsklemme Cl ist über einen Widerstand R 2 von z. B. 5 kii an den Emitter des Transistors Q 3 angeschlossen. Die Injektionsklemme Tinj der I2L-Schaltung 20 ist über einen Injektor-Widerstand R 3 mit der Bezugsspannungsqueile Vref verbunden. Eine an den zweiten Kollektor des Transistors Q 2 angeschlossene zweite Ausgangsklenv me C2 ist mit der Basis eines npn-Ausgangstransistors Q5 und außerdem über einen Widerstand A4 von z. B1 5 kn mit der Bezugsspannungsquelle Vref verbunden. Kollektor und Basis des Transistors Q 3 des Koppelkreises 22 sind mit der Basis des Ausgangstransistors ζ>4 bzw. der Bezugsspannungsquelle Vref verbunden. Der Ausgangstransistor QA ist mit seiner Basis über einen Widerstand R 5 von z. B. 33 kfi mit einer positiven Stromquelle (Stromquellenklemme) + E verbunden, wobei sein Emitter (ebenfalls) an der positiven Stromquelle + E liegt und sein Kollektor mit dem Ausgangstransistor QS verbunden ist. Die Verzweigung oder Verbindung zwischen den beiden komplementären Transistoren QA und QS ist an die Ausgangsklemme T angeschlossen. Weiterhin sind der Emitter des Ausgangstransistors Q 5 und die Masseklemme Tgnd der I2L-Schaltung 20 mit einer negativen Stromquelle (Stromquellenklemme) — £ verbunden.
Wenn ein Signal des hohen Pegels Wan die Eingangsklemme Tm der I2L-Schaltung 20 angelegt wird, schaltet der Transistor Q 2 durch, so daß der Ausgangstransistor QS in den Sperrzustand übergeht Da der Transistor Q 3 zu diesem Zeitpunkt durchgeschaltet ist, fließt der Kollektorstrom über den Transistor Q 3. Infolgedessen schaltet der Ausgangstransistor Q 4 durch, wobei an der Ausgangsklemme T ein Ausgangssignal des hohen Pegels H geliefert wird. Wenn andererseits ein Signal des niedrigen Pegels L an die Eingangsklemme Tm angelegt wird, sperrt der Transistor Q 2, so daß der Ausgangstransistor Q S durchschaltet In diesem Fall erscheint an der Ausgangsklemme Γ ein Ausgangssignal des Pegels L Unter diesen Bedingungen fließt kein Kollektorstrom über den Transistor <?3, so daß der Ausgangstransistor QA sperrt Da der Ausgangstransistor QS bestrebt ist. Strom aufzunehmen, während der Ausgangstransistor Q 5 Strom abzugeben vermag, kann an der Ausgangsklemme Tder erfindungsgemäßen integrierten Halblel·· terschaltung ein Ausgangssignal mit einer Amplitude geliefert werden, die größer ist als die Amplitude bei einer entsprechenden bisherigen Schaltung.
F i g. 6 veranschaulicht eine andere Ausführungsform der integrierten Halbleiterschaltung, bei der es sich wiederum um eine nicht-invertierende Pufferschaltung handelt Hierbei ist einem Ausgangstransistor QS ein Treibertransistor Q 8 vorgeschaltet um die Stromaufnahmefähigkeit des Ausgangstransistors QS zu verbessern Die I2L-Schaltung 20 besteht aus einer ersten I2L-Schaltungseinheit aus dem pnp-Transistor Qi und dem MehrkolIektor-npn-Transistor Q 2 sowie einer zweiten I2L-Schaltungseinheit aus einem pnp-Transistor Q 6 und einem npn-Transistor Q 7. Der erste Kollektor des Ausj gangstransistors Q 2 der ersten I2L-Schaltungseinheit ist an die Eingangsklemme der zweiten I2L-Schaitungsi
einheit, d. h. die Basis des Transistors Q 7 angeschlossen. An der mit einer zweiten Kollektorklemme verbundenen Ausgangsklemme CZ der zweiten PL-Schaltungseinheit erscheint ein Signal mit einer Phase, welche derjenigen eines an der Ausgangsklemme C1 der ersten I2L-Schaltungseinheit erscheinenden Signals entgegengesetzt ist. Die Ausgangsklemme CZ der I2L-Schaltung 20 ist mit der Basis des Treibertransistors ζ>8 sowie über einen Widerstand R 4 von z. B. 5 kO. mit der Bezugsspannungsquelle Vref verbunden. Der Kollektor des Treibertransistors Q 8 ist an die Basis des Ausgangstransistors Q 5 sowie über einen Widerstand Rb von z. B. 10 kQ. an die positive Stromquelle +E angeschlossen. Der Emitter des Treibertransistors Q 8 ist mit der negativen Stromquelle —E verbunden. Wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsform ist die Ausgangsklemme C1 der I2L-Schaltung 20 mit dem Emitter des npn-Transistors QZ des Koppelkreises 22 über den Widerstand R 2 von z. B. 5 ki2 verbunden. Die Basis des Transistors QZ liegt an der Bezugsspannungsquelle Vref, während sein Kollektor über den Widerstand R 5 von z. B. 33 kQ mit der positiven Stromquelle -I- E sowie mit der Basis eines pnp-Transistors Q 4 verbunden ist. Der pnp-Transistor Q 4 und ein npn-Transistor Q 9 liegen weiterhin in invertierter Darlington-Schaltung vor. Mit anderen Worten: Der Emitter des Transistors QA ist mit dem Kollektor des Transistors Q 9 und der positiven Stromquelle +E verbunden, während sein Kollektor an die Basis des Transistors Q 9 angeschlossen ist. Weiterhin ist der Kollektor des Transistors Q 4 mit dem Emitter des Transistors Q 9 über einen Widerstand R 4 von z. B. 33 kQ und außerdem mit der Ausgangsklemme T sowie dem Kollektor des Transistors Q 5 verbunden. Die Injektionsklemme Γ/π/der I2L-Schaltung 20 ist über den Widerstand R Z an die Bezugsspannungsquelle Vref angeschlossen. Die logische Operation dieser Ausführungsform ist im wesentlichen dieselbe wie bei der Ausführungsform gemäß F i g. 5.
In Fig.7 ist noch eine andere Ausführungsform der integrierten Halbleiterschaltung dargestellt, bei der es sich um eine nicht-invertierende Pufferschaltung handelt, welche in Darlington-Schaltung angeordnete npn-Transistoren Q10 und Q 11 mittels des grundsätzlichen Schaltkreises nach F i g. 3 ansteuert Die Ausgangsklemme C1 der I2L-Schaltung 20 ist mit dem Emitter des npn-Transistors QZ verbunden, welcher den Koppelkreis 22 bildet Die Basis des Transistors Q 3 ist an die Bezugsspannungsquelle Vref angeschlossen, während sein Kollektor über einen Widerstand RS von z.B. 100 kQ mit der positiven Stromquelle +E sowie mit der Basis des Transistors Q10 verbunden ist Die Kollektoren der Transistoren Q10 und Q11 sind an die Ausgangsklemme Γ sowie über einen Widerstand R 10 von z. B. 1 kQ an die positive Stromquelle +E angeschlossen. Der Emitter des Transistors Q HO ist mit der Basis des Transistors Q11 sowie mit der negativen Stromquelle —E über einen Widerstand R 9 von z. B. 33 kQ verbunden. Die Injektionsklemme Tinj der PL-Schaltung 20 ist über den Widerstand R 3 an die Bezugsspannungsquelle Vref angeschlossen, während ihre Masseklemme Tgnd an der negativen Stromquelle — E liegt Wenn ein Eingangssignal des hohen Pegels H an der Eingangsklemme Tin anliegt schaltet der Transistor Q 2 durch, so daß Strom über den Kollektor des Transistors O 3 fließen kann. Infolgedessen wird die Kollektorspannung des Transistors QZ verringert um die in Darlington-Schaltung angeordneten Transistoren QlO und ζ) 11 sperren zu lassen. An der Ausgangsklemme T erscheint somit ein Signal des hohen Pegels H. Wenn andererseits ein Signal des niedrigen Pegels L an der Eingangsklemme Tin anliegt, geht der Transistor Q 2 in den Sperrzustand über. Infolgedessen steigt das Kollektorpotential des Transistors QZ an, so daß die Ausgangstransistoren QiO und QU durchschalten, und an der Ausgangsklemme T erscheint ein Signal des niedrigen Pegels L.
Die weitere Ausführungsform gemäß F i g. 8 ist eine invertierende Pufferschaltung, die zwei in Emitterfolgerschaltung angeordnete, komplementäre Ausgangstransistoren Q12 und Q13 mittels des npn-Transistors QZ ansteuert, welcher den Koppelkreis 22 bildet Die Ausgangsklemme C1 der I2L-Schaltung 20 ist mit dem Emitter des Transistors QZ verbunden. Die Basis des Transistors QZ ist an die Bezugsspannungsquelle Vref angeschlossen, während sein Kollektor mit der Basis des Transistors Q13 und außerdem mit der Basis des Transistors Q12 und der einen Seite einer Konstantstromquelle /1 von z. B. 100 μΑ über einen Widerstand R 10 von z. B. 10 ki2 verbunden ist Die andere Seite der Konstantstromquelle /1 ist an die positive Stromquelle +E angeschlossen. Der Kollektor des Transistors Q12 liegt an der positiven Stromquelle +E, während sein Emitter mit dem Emitter des Transistors QiZ und der Ausgangsklemme T verbunden ist Der Kollektor des Transistors Q13 und die Masseklemme Tgnd der PL-Schaltung 20 sind mit der negativen Stromquelle —E verbunden. Weiterhin ist die Injektionsklemme Tinj der Schaltung 20 über den Widerstand R Z an die Bezugsspannungsquelle Vre/angeschlossen. Wenn an der Eingangsklemme Tin ein Eingangssignal des hohen Pegels H anliegt, schaltet der Transistor Q 2 durch, so daß der Kollektorstrom über den Transistor QZ fließt. Infolgedessen verringert sich unter Durchschaltung des Ausgangstransistors Q13 dessen Basispotential. An der Ausgangsklemme Γ erscheint somit ein Ausgangssignal des niedrigen Pegels L Wenn dagegen ein Signal des niedrigen Pegels L an die Eingangsklemme Tin angelegt wird, sperrt der Transistor Q 2, so daß kein Kollektorstrom über den Transistor Q Z fließt Infolgedessen erhöht sich das Basispotential des Ausgangstransistors Q12, so daß dieser Transistor Q12 durchschaltet und ein Signal des hohen Pegels H an der Ausgangsklemme Γ erscheint
Die in F i g. 9 dargestellte weitere Ausführungsform ist eine invertierende Pufferschaltung, die zusätzlich einen Treibertransistor Q14 aufweist der zur Erhöhung der Ausgangsstromleistung der invertierenden Pufferschaltung gemäß Fig.8 mit dem Ausgangstransistor QiZ verbunden ist Die Ausgangsklemme Cl der aus dem pnp-Transistor Qi und dem npn-Transistor Q 2 bestehenden PL-Schaltung 20 ist an den Emitter des den Koppelkreis 22 bildenden npn-Transistors QZ angeschlossen. Die Basis des Transistors QZ liegt an der Bezugsspannungsquelle Vref, während sein Kollektor über einen Widerstand /?8 von z.B. 10OkQ mit der positiven Stromquelle +fund außerdem mit der Basis des Treibertransistors Q14 verbunden ist Der Kollektor des Treibertransistors (?14 ist an die negative Stromquelle —E angeschlossen, während sein Emitter mit der Basis des Ausgangstransistors Q13 sowie der Kathode einer Diode D 2, die mit einer Diode D1 in Reihe geschaltet ist verbunden ist Die Anode der Diode D1 ist mit der Basis des Transistors Q12 sowie mit der positiven Stromquelle +E über eine Konstantstromquelle /2 von z. B. 1 mA verbunden. Die Ausgangstransistoren Q12 und Q13 sind in Emitterfolgerschaltung angeordnet Mit anderen Worten: Der KoI-
9
lektor des Ausgangstransistors Q12 ist mit der positi- Schaltungseinheit 2031, welche die Schaltung 30 der ven Stromquelle +E verbunden, während sein Emitter dritten Schicht bildet, angeschlossen ist. Bei einer bishean den Emitter des Ausgangstransistors <?13 ange- rigen Schaltung dieser Art ist die Ausgangsdurchschlossen ist. Der Kollektor des Ausgangstransistors bruchspannung BVceo des Ausgangstransistors Q 2 der Q13 liegt an der negativen Stromquelle — E Die Masse- 5 die Schaltung 26 der ersten Schicht bildenden PL-Schalklemme Tgndder I2L-Schaltung 20 ist mit der negativen tungseinheit 2011 zu niedrig, um die Ausgangsklemme Stromquelle —E verbunden, während die Injektions- Cl(ll)der PL-Schaltungseinheit 2011 zur Ansteuerung klemme Tinj über den Widerstand R 3 an die Bezugs- der Schaltung 30 der dritten Schicht unmittelbar mit der Spannungsquelle Vref angeschlossen ist. Diese Schal- Eingangsklemme 7/n(31) der Schaltung 30 der dritten tung führt im wesentlichen dieselbe logische Operation 10 Schicht verbinden zu können. Aufgrund des beschriebe1 wie die Schaltung gemäß F i g. 8 durch. nen Koppelkreises 22 kann jedoch die PL-Schaltungs-
Die vorstehend anhand der F i g. 5 bis 9 beschriebe- einheit 2031 der Schaltung 30 der dritten Schicht ohne nen integrierten Halbleiterschaltungen liefern ein Aus- weiteres durch die I2L-Schaltungseinheit 2011 der gangssignal mit einer logischen Amplitude, die größer Schaltung 26 der ersten Schicht angesteuert werden, ist als diejenige eines von einer I2L-Schaltung geliefer- 15 Obgleich die in F i g. 10 dargestellte I2L-Schaltung eiten Ausgangssignals. Mittels des Koppelkreises kann ne dreilagige Stapelkonfiguration besitzt, kann eine I2L-außerdem die I2L-Schaltung mit einem peripheren Schaltung in einer höheren Lage oder Schicht entspre-Schaltkreis verbunden werden, der durch eine Hoch- chend einem Signal von einer 12L-Schaltung einer tiefespannungs-Stromquelle angesteuert wird, die eine hö- ren Schicht ungeachtet einer größeren Schicht- bzw. here Spannung als die Treiberstromquelle für die I2L- 20 Lagenzahl angesteuert werden, wenn die Spannung Schaltung liefert Beispielsweise kann die 12L-Schaltung zwischen der gemeinsamen Masseklemme der in der zusammen mit einer TTL- bzw. Transistor-Transistor- höheren Schicht angeordneten Schaltung und der ge-Logikschaltung verwendet werden. meinsamen Injektionsklemme der in der tieferen
In F i g. 10 ist noch eine weitere Ausführungsform der Schicht befindlichen Schaltung niedriger ist als die Ausintegrierten Halbleiterschaltung dargestellt, die eine 25 gangsdurchbruchspannung BVceo des Transistors Q3, Stapel-I2L-Schaltung darstellt, welche aus einer ersten der nicht in PL-Konfiguration vorliegt.
Schaltung 26 einer ersten Schicht mit mehreren I2L-
Schaltungseinheiten 2011 bis 2013, einer Schaltung 28 Hierzu 7 Blatt Zeichnungen
einer zweiten Schicht mit mehreren I2L-Schaltungseinheiten 2022 und 2023 sowie einem Koppelkreis 22 und einer Schaltung 30 einer dritten Schicht mit mehreren I2L-Schaltungseinheiten 2031 und 2032 aufgebaut ist Die jeweiligen Masseklemmen sowie die jeweiligen Injektionsklemmen Tinj(n) dieser I2L-Schaltungseinheiten sind zusammengeschaltet Eine gemeinsame Masseklemmenleitung 32 der Schaltungen 26 der ersten Schicht liegt an Masse, während eine gemeinsame Injektionsklemmenleitung 34 der Schaltungen 26 der ersten Schicht mit einer gemeinsamen Masseklemmenleitung 36 der Schaltung 28 der zweiten Schicht verbunden ist Eine gemeinsame oder Sammel-Injektionsklemmenleitung 38 der Schaltung 28 der zweiten Schicht ist mit einer gemeinsamen Masseklemmenleitung 14 der Schaltung 30 der dritten Schicht verbunden, während eine gemeinsame bzw. Sammel-Injektionsklemmenleitung 42 der Schaltung 30 der dritten Schicht an eine Injektionsstromquelle 44 angeschlossen ist die ihrerseits an der positiven Stromquelle (Stromquellenklemme) +E liegt Wenn die bei durchgeschalteten Ausgangstransistoren Q 2 erhaltene Basis-Emitterspannung der jeweiligen Ausgangstransistoren Q 2 der PL-Schaltungseinheiten 2011 bis 2032 VF entspricht, betragen das Potential der gemeinsamen Massenklemmenleitung 36 der Schaltung 28 der zweiten Schicht VF, das Potential der gemeinsamen Massenklemmenleitung 40 der Schaltung 30 der dritten Schicht 2 V>und das Potential der gemeinsamen Injektionsklemmenleitung 42 der Schaltung 30 der dritten Schicht 3 VF.
Die Ausgangsklemme Cl(Il) der PL-Schaltungseinheit 2011, welche die Schaltung 26 der ersten Schicht bildet, ist bei dieser Ausführungsform mit dem Emitter des npn-Transistors Q 3 verbunden, welcher den in der Schaltung 28 der zweiten Schicht ausgebildeten Koppelkreis 22 bildet Weiterhin ist die Basis des Transistors Q 3 mit der gemeinsamen bzw. Sammei-Injektionskammleitung 38 der Schaltung 28 der zweiten Schicht mit einem Potential von 2 Vp verbunden, während sein Kollektor an die Eingangsklemme 77n(31) der I2L-

Claims (4)

1 2 über einen Widerstand (R2) mit dem Ausgang (Q) Patentansprüche: der I2L-Schaltung (20) verbunden ist, während sein Kollektor an den peripheren Schaltkreis (24) ange-
1. Integrierte Halbleiterschaltung, mit schlossen ist und seine Basis mit der Bezugsspaneiner einen Ausgangstransistor (Q2) aufweisenden 5 nungsquelle (Vref) und mit dem Emitter über einen und mit einem Injektorstrom beaufschlagten I2L- Widerstand (R2, A4,) verbunden ist
Schaltung (20),
einem peripheren Schaltkreis (24), und
einem zwischen der I2L-Schaltung (20) und dem peripheren Schaltkreis (24) angeordneten Koppelkreis 10
(22), der einen Transistor (Q3) mit einer die Kollek- Die Erfindung betrifft eine integrierte Halbleiter-
tor-Emitter-Durchbruchspannung des Ausgangs- schaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches
transistors (Q2) übersteigenden Kollektor-Emitter- 1.
Durchbrucbspannung besitzt und mit einer Bezugs- Eine I2L-Schaltung ist im allgemeinen so ausgelegt, spaanungsquelle (Vref) verbunden ist, die den Aus- 15 daß die im folgenden auch kurz als »Ausgangsdurchgang der I2L-Schaltung (20) mit einer solchen Span- bruchspannung« bezeichnete Kollektor-Emitternung versorgt, daß die Kollektor-Emitter-Spannung Durchbruchspannung (Basis offen) BVceo ihres Ausdes Ausgangstransistors (Q2) niedriger ist als dessen gangstransistors begrenzt ist, um den Stromverstär-Kollektor-Emitter-Durchbruchspannung, wobei die kungsfaktor /?des Transistors zu erhöhen. F i g. 1 veran-Bezugsspannungsquelle (Vref) den Injektorstrom in 20 schaulicht ein Beispiel für die Beziehung zwischen dem die I2L-Schaltung (20) einspeist, Stromverstärkungsfaktor β und der Ausgangsdurch-
bruchspannung BVceo des Ausgangstransistors (Transi-
dadurchgekennzeichnet, stör Ql gemäß der noch zu erläuternden F i g. 2) der
I2L-Schaltung. Diese Spannung BVceo beträgt im Fall
daß der Ausgangstransistor (Q2) Mehrfach-Kollek- 25 von/? = 10 etwa 10 V und im Fall von/? = 100 etwa 2 V. toren hat, die mit einem ersten und einem zweiten Eine übliche I2L-Schaltung ist so ausgelegt, daß die Aus-Ausgangsanschluß (Q, C2) verbunden sind, von de- gangsdurchbruchspannung BVceo 2 V oder weniger benen der erste Ausgangsanschluß (C\) mit dem Kop- trägt In diesem Fall ist es nicht möglich, die I2L-Schalpelkreis (22) verbunden ist, tung ein Ausgangssignal mit großer logischer Amplitudaß der periphere Schaltkreis (24) aus einem ersten 30 de liefern zu lassen.
und einem zweiten komplementären Transistor (Qin Eine integrierte Halbleiterschaltung der eingangs ge- Qs) besteht, deren Emitter-Kollektor-Strecken in nannten Art ist aus der DE-OS 27 56 535 bekannt. Bei Reihe zueinander liegen, dieser bekannten Halbleiterschaltung liegt ein Koppeldaß der erste und der zweite Transistor (Q*, Qs) mit kreis aus zwei Transistoren zwischen zwei Transistoreiner ersten und einer zweiten Spannungsquelle 35 strukturen, um so eine Kopplung von I2L-Transistoren ( + £", — E) mit zueinander umgekehrter Polarität mit weiteren Transistoren zu ermöglichen, die eine viel verbunden sind, höhere Leistung als die I2L-Transistoren liefern können, daß die Basis des ersten Transistors (Q*) mit dem Weiterhin beschreibt die US-PS 41 00 431 eine Schalersten Ausgangsanschluß (Ci) über den Koppelkreis tungsanorrinung, bei der ein Transistor, der einen Kop-(22) verbunden ist um entsprechend einem Signal 40 pelkreis bildet und zwischen einer I2L-Schaltung und vom ersten Ausgangsanschluß (C\) ansteuerbar zu einer linearen Schaltung liegt, ein Bezugspotential an sein, einen von zwei Kollektoren des Ausgangstransistors daß die Basis des zweiten Transistors (Qs) mit dem der I2L-Schaltung abgibt.
zweiten Ausgangsanschluß (C2) verbunden ist, um Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine inte-
entsprechend einem Signal vom zweiten Ausgangs- 45 grierte Halbleiterschaltung der eingangs genannten Art
anschluß (C2) ansteuerbar zu sein, und anzugeben, die ein Ausgangssignal mit großer Amplitu-
daß an einem Verbindungsstück (T) der Emitter- de liefern kann, die sich nach positiven und negativen
Kollektor-Strecke des ersten und des zweiten Tran- Werten zu ändern vermag, wobei die in dieser Halblei-
sistors (Qt, Qs) ein Ausgangssigna] mit einer Ampli- terschaltung enthaltene I2L-Schaltung vor hohen Span-
tude abgreifbar ist, die größer ist als die Amplitude 50 nungen geschützt ist.
des Ausgangssignales der I2L-Schaltung (20). Diese Aufgabe wird bei einer integrierten Halbleiter-
2. Halbleiterschaltung nach Anspruch 1, dadurch schaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 gekennzeichnet, daß einer der Mehrfach-Kollekto- erfindungsgemäß durch die in dessen kennzeichnenden ren mit dem zweiten Ausgangsanschluß (Q, C3) über Teil enthaltenen Merkmale gelöst.
eine weitere 12L-Schaltung (Q6, Q7) verbunden ist, 55 Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben
und daß der erste und der zweite Ausgangsanschluß sich aus den Patentansprüchen 2 bis 5.
(Ci, C3) ein Signal mit zueinander entgegengesetzter Durch die Erfindung wird eine einfach aufgebaute
Phase abgeben. integrierte Halbleiterschaltung erhalten, die eine I2L-
3. Halbleiterschaltung nach Anspruch 1 oder 2, Schaltung mit einem mit Hochspannung angesteuerten dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (Q3) des 60 peripheren Schaltkreis unter Lieferung eines Ausgangs-Koppelkreises ein npn-Transistor ist, dessen Emitter signals großer logischer Amplitude zu verbinden vermit dem Ausgang (Q) der I2L-Schaltung (20) ver- mag.
bunden ist, während sein Kollektor an den periphe- Die integrierte Halbleiterschaltung gemäß der Erfin-
ren Schaltkreis 24 angeschlossen ist und seine Basis dung ist so ausgewählt, daß eine 12L-Schaltung und ein
ander Bezugsspannungsquelle(Vrer)liegt. 65 durch eine Hochspannungs-Stromquelle angesteuerter
4. Halbleiterschaltung nach Anspruch 1 oder 2, peripherer Schaltkreis durch einen Koppelkreis miteindadurch gekennzeichnet, daß der Transistor (C^des ander verbunden sind. Letzterer ist mit einer Bezugs-Koppelkreises ein npn-Transistor ist, dessen Emitter stromquelle verbunden, und er versorgt die Ausgangs-
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