DE3321553A1

DE3321553A1 - Impulsgenerator als integrierte schaltung

Info

Publication number: DE3321553A1
Application number: DE3321553A
Authority: DE
Inventors: Thomas Alfred 13069 Fulton N.Y. Brown; Marc Andrew 13088 Liverpool N.Y. Dissosway; William 13212 No. Syracuse N.Y. Peil
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1982-06-21
Filing date: 1983-06-15
Publication date: 1983-12-22
Also published as: GB8316148D0; FR2529037A1; JPS5917718A; GB2122445A; US4388536A; GB2122445B; FR2529037B1

Description

9138-35EL-O1578

GENERAL ELECTRIC COMPANY

Impulsgenerator als integrierte Schaltung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Impulsgeneratoren und betrifft insbesondere Impulsgeneratoren, die eine bestimmte Frequenz und ein vorbestimmtes Tastverhältnis haben und als integrierte Schaltung herstellbar sind. Die Erfindung betrifft weiter eine Schwachstromschaltungsanordnung, bei der die komplementäre Efetalioxidhalbleiter(CMDS)-Feldeffekttransistor-Technik angewandt wird.

Es hat sich als notwendig ergeben, daß ein auf einer integrierten Schaltung gebildeter Impulsgenerator einen niedrigen Stromverbrauch, eine steuerbare Frequenz und ein gewähltes Tastverhältnis hat. Die Frequenz sollte von außerhalb der integrierten Schaltung her bei minimaler Komponentenzahl und minimaler Anschlußfleckenzahl steuerbar sein. Der Verwendungszweck erfordert außerdem, daß die Frequenz und das Tastverhältnis einen hohen Grad an Temperaturstabilität haben.

Bei dem in der Praxis vorgesehenen Verwendungszweck der Erfindung beträgt die gewünschte Mittenfrequenz 100 kHz bei einem möglichen Einstellbereich von wenigstens 3 : 1 (60-180 kHz). Das gewünschte Tastverhältnis liegt in der Nähe von 20 %, und eine Temperaturstabilität der Frequenz und des Tastverhältnisses über einem breiten Temperaturbereich (typisch 20-125 ⁰C) wird ebenfalls angestrebt.

Es ist bekannt, daß ein Ringoszillator unter Verwendung der CMOS-Technik leicht herstellbar ist. In dem bekannten Beispiel ist der Oszillator nicht Teil der Arbeitsschaltung, sondern wird zum Testen des Prozesses benutzt, durch den die Arbeitsschaltung auf der integrierten Schaltung hergestellt wird. Typisch enthält er bis zu 19 Stufen, da die Anforderungen an die Leistung und die Chipfläche gering sind. Durch die Erfindung wird der Ringoszillator bei der Schaffung eines Impulsgenerators verwendet, der die gewünschten Leistungskenndaten hat.

Es ist demgemäß Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten Impulsgenerator zu schaffen, der als integrierte Schaltung herstellbar ist.

Weiter soll ein als integrierte Schaltung herstellbarer verbesserter Impulsgenerator geschaffen werden, bei dem die Frequenz leicht wählbar ist.

Weiter soll ein als integrierte Schaltung herstellbarer verbesserter Impulsgenerator geschaffen werden, der ein gewünschtes Tastverhältnis hat.

Außerdem soll ein als integrierte Schaltung herstellbarer verbesserter Impulsgenerator mit niedrigem Stromverbrauch geschaffen werden.

Ferner soll ein als integrierte Schaltung herstellbarer

verbesserter Impulsgenerator geschaffen werden, bei dem sowohl die Frequenz als auch das Tastverhältnis über einem breiten Temperaturänderungsbereich stabil sind.

Demgemäß schafft die Erfindung einen neuen, als integrierte Schaltung herstellbaren impulsgenerator, der eine vorbestimmte Frequenz und ein vorbestimmtes Tastverhältnis hat. In dem Impulsgenerator sind eine positive Klemme zum Anschluß an eine Vorspannungspotentialquelle und eine gemeinsame Quelle vorgesehen. Der Impulsgenerator enthält einen Ringoszillator, der eine ungerade Anzahl von Komplementärmetalloxidhalbleiter (CMOS)-Feldeffekttransistorinverterstufen enthält. Jede Stufe enthält eine p-Kanal-Vorrichtung, deren Sourceelektrode mit der positiven Klemme verbunden ist, und eine n-Kanal-Vorrichtung, deren Drainelektrode mit der Drainelektrode der zugeordneten p-Vorrichtung verbunden ist. Die Drainelektrodenverbindung bildet einen Ausgang dieser Stufe. Die Gateelektroden der p- und η-Vorrichtungen jeder Stufe sind miteinander verbunden. Der Gateelektrodenverbindungspunkt bildet einen Eingang dieser Stufe. Der Eingang jeder Stufe ist mit dem Ausgang der vorangehenden Stufe verbunden, so daß ein Ring gebildet ist.

Darüber hinaus sind die Sourceelektroden der η-Vorrichtungen miteinander verbunden; und ein Widerstand mit vorgewähltem Widerstandswert ist vorgesehen, der die Sourceelektrodenverbindung mit der gemeinsamen Klemme verbindet. Der Wert, der für den Widerstand gewählt wird, bestimmt die Oszillatorfrequenz und, in geringerem Ausmaß, das Tastverhältnis.

Darüber hinaus sind TorSteuereinrichtungen, die auf die elektrischen Zustände in wenigstens zwei Stufen des Ringoszillators ansprechen, vorgesehen, um einen Ausgangsim-

puls zu erzeugen, der das gewünschte Tastverhältnis hat. Die Torsteuereinrichtung hat einen oder zwei Schwellenwerte.

In einer ersten Ausführungsform wird der Ausgangsimpuls eingeleitet, wenn ein Eingangssignal einen Schwellenwert in einer Richtung durchquert, und der Ausgangsimpuls wird beendet, wenn ein Eingangssignal einen Schwellenwert in der entgegengesetzten Richtung durchquert. Die Torsteuereinrichtung spricht auf die Differenz zwischen einer ersten Spannung an der Gateelektrode der i-ten Inverterstufe und einer zweiten Spannung an der Gateelektrode der j-ten Inverterstufe an. Eine Änderung in der ersten Gatespannung bildet, während die zweite Gatespannung im wesentlichen konstant ist, eine Grenze des Ausgangsimpulses, und eine Änderung in der zweiten Gatespannung bildet, während die erste Gatespannung im wesentlichen konstant ist, die andere Grenze des Ausgangsimpulses. In dieser Ausführungsform stellen "i" und "j" benachbarte Inverterstufen dar, die in Aufeinanderfolge aufgeführt sind.

Die Schaltung der Torsteuereinrichtung in der ersten Ausführungsform enthält eine CMOS-Stufe, die eine p-Kanal-Vorrichtung und eine η-Kanal-Vorrichtungsstromsenke enthält. Die Drainelektrode der Torsteuerung-p-Vorrichtung ist mit der Drainelektrode der Stromsenkenvorrichtung verbunden. Die Sourceelektrode der Stromsenkenvorrichtung ist mit Masse verbunden, und die Gateelektrode ist mit der positiven Klemme verbunden. Die Sourceelektrode der Torsteuerp-Vorrichtung ist mit dem Gateelektrodenverbindungspunkt der i-ten Inverterstufe verbunden, und die Gateelektrode der Torsteuer-p-Vorrichtung ist mit dem Gateelektrodenverbindungspunkt der j-ten Inverterstufe verbunden. Das Torsteuerausgangssignal wird an der Drainelektrodenverbindung der Torsteuereinrichtung abgenommen.

/IZ

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung sind Einrichtungen vorgesehen zum Freigeben des Oszillators, die eine n-Vorrichtung aufweisen, welche in eine Reihenverbindung zwischen den Sourceelektroden der Oszillator-n-Vorrichtungen und dem Widerstand eingefügt ist, wobei die Gateelektrode mit einer Steuerpotentialquelle verbunden ist.

Darüber hinaus sind die Substrate von sämtlichen n-Vorrichtungen in dem Ringoszillator mit Masse verbunden, um einen Körpetfcapazitätseffekt (body effect) zu erzeugen, der den Spannungshub an den Ausgangs-Eingangsverbindungen der Ringoszillatorstufen vergrößert.

Der Ringoszillator wird in einer integrierten Schaltung hergestellt, während der Widerstand eine externe Komponente ist. Das gestattet die Wahl der Oszillatorfrequenz nach der Herstellung der integrierten Schaltung durch Wählen des gewünschten Widerstandswertes. Darüber hinaus kann die integrierte Schaltung mit einer wahlweisen Anzahl von zusätzlichen Stufen des Ringoszillators versehen werden, um eine Tastverhältnisveränderung nach der Diffusion der Vorrichtungen auf der integrierten Schaltung (IS) durch die Verwendung einer von zwei wahlweisen Metallisierungen zu gestatten. Eine wahlweise Metallisierung verbindet die zusätzlichen Stufen mit der Ringoszillatorschaltung, während die andere die zusätzlichen Stufen von der Ringoszillatorschaltung trennt.

Der Impulsgenerator wird durch einen Puffer vervollständigt, der die Form einer CMOS-Verstärkerstufe oder eines Hysteresegatters annehmen kann.

In einer zweiten Ausführungsform, die kleinere Vorrichtungen in dem Ringoszillator gestattet, enthält die Torsteuereinrichtung einen ersten und einen zweiten Schwellenwert-

verstärker, von denen einer mit der Gateelektrode der iten Inverterstufe verbunden ist und einen Ausgangsimpuls einleitet, wenn das Signal an der i-ten Gateelektrode einen Schwellenwert durchquert, während der andere mit der Gateelektrode der j-ten Inverterstufe verbunden ist und den Ausgangsimpuls beendet, wenn das Signal an der j-ten Gateelektrode einen Schwellenwert durchquert. Die Buchstaben "i" und "j" sind in Aufeinanderfolge aufgeführt, wobei j die (i + 2n)-te Stufe des m-stufigen Ringoszillators darstellt und wobei η eine ganze Zahl (gewöhnlich 1) ist, die innerhalb der Gesamtstufenzahl m zugelassen ist.

Jeder Schwellenwertverstärker enthält eine p-Kanal-Vorrichtung und eine η-Kanal-Vorrichtungsstromsenke. Die Gateelektrode der p-Kanal-Vorrichtung ist mit dem Gateelektrodenverbindungspunkt der geeigneten (i-ten oder j-ten) Inverterstufe verbunden. Die Drainelektrode der p-Kanal-Vorrichtung ist mit der Drainelektrode der zugeordneten n-Kanal-Vorrichtung verbunden, und die Sourceelektrode der n-Kanal-Vorrichtung ist mit Masse verbunden. Das Torsteuerausgangs signal jedes Schwellenwertverstärkers wird an der Drainverbindung abgenommen.

Gemäß noch einem weiteren Aspekt der zweiten Ausführungsform besteht die leitende Verbindung der Sourceelektroden der p-Kanal-Vorrichtungen der Oszillatorinverterstufen mit der positiven Klemme aus einer Diode. Da die Sourceelektroden der Schwellenwert-p-Kanal-Vorrichtungen mit der positiven Klemme verbunden sind, werden die Gate-Sourcepotentiale der Schwellenwertverstärker vergrößert und der Grad ihres Leitens wird für einen bestimmten Schwingungsgrad verstärkt.

Es ist außerdem eine Ausgangsstufe vorgesehen, die ein p-Kanal-Vorrichtung und eine η-Kanal-Vorrichtung enthält. Die Sourceelektrode der Ausgangs-p-Kanal-Vorrichtung ist mit

der Drainelektrode der Schwellenwert-p-Kanal-Vorrichtung, die mit der i-ten Inverterstufe verbunden ist, verbunden. Die Gateelektroden der Ausgangs-p-Kanal- und -n-Kanal-Vorrichtungen sind mit der Drainelektrode der Schwellenwert -p-Kanal-Vorrichtung verbunden, die mit der j-ten Inverterstufe verbunden ist. Die Sourceelektrode der Ausgangsn-Kanal-Vorrichtung ist mit der gemeinsamen Klemme verbunden. Ein im wesentlichen rechteckiger Ausgangsimpuls wird an den miteinander verbundenen Drainelektroden der Ausgangs-p-Kanal- und -n-Kanal-Vorrichtungen abgenommen.

Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1A ein elektrisches Schaltbild

einer ersten Ausführungsform eines als integrierte Schaltung herstellbaren neuen Impulsgenerators mit einem nicht 50 % betragenden Tastverhältnis und mit einem Ringoszillator mit wahlweise 5 oder 7 Stufen, einer Torsteuerstufe und einem Ausgangspuffer,

Fig. 1B eine Modifizierung der Ausfüh

rungsform nach Fig. 1A, wobei ein Hysteresegatter statt des Ausgangspuffers verwendet wird,

Fig. 2 ein elektrisches Schaltbild

einer zweiten Ausführungsform des neuen Impulsgenerators,

Fig. 3A Wellenformen der Spannung an den

Gateelektroden von einzelnen Stufen in dem Ringoszillator der Ausführungsform nach Fig. 1,

Fig. 3B eine Wellenform mit niedrigem

Tastverhältnis, wie sie an dem Ausgang der Vorsteuerstufe vor dem Anlegen an den Ausgangspuffer erscheint, und

die Fig. 4 bis 8 Leistungskurven der als Versuchsschaltung ausgebildeten Ausführungsform nach Fig. 1B unter Verwendung von diskreten Vorrichtungen .

Fig. 1A zeigt einen neuen Impulsgenerator, der als integrierte Schaltung ausgebildet ist und eine Wellenform erzeugt, die eine Zeitasymmetrie (ein Tastverhältnis von 20 %) und eine steuerbare Frequenz hat, welche mit Vorrichtungen außerhalb der integrierten Schaltung eingestellt werden kann. Der Impulsgenerator enthält einen Ringoszillator mit wahlweise fünf (T25-T29; T35-T39) oder sieben Stufen (T23-T29; T 33-39), eine Freigabestufe T42, die den Ringoszillator freigibt oder sperrt, eine Torsteuerstufe T30, T40, die auf elektrische Zustände an dem Ringoszillator anspricht, um eine impulsförmige Wellenform zu erzielen, aus der das gewünschte Tastverhältnis gewonnen werden kann, und eine Ausgangspufferstufe T31, T41, die die Ausgangswellenform mit dem gewünchten Tastverhältnis in einem der Rechteckform näherkommenderen Format erzeugt. Der Pufferausgang ist von dem Ringoszillator und der Torsteuerstufe im wesentlichen isoliert. Ein Widerstand R1 außerhalb der integrierten Schaltung dient zum Festlegen der Folge-

-X-

oder Wiederholfreguenz der Ausgangswellenform.

Der Impulsgenerator wird nun unter der Annahme beschrieben, daß der Ringoszillator für fünfstufigen Betrieb geschaltet ist und daß die beiden wahlweisen Stufen in Ruhe sind, unter diesen Umständen sind die wahlweisen Verbindungen OP1, 0P3 und 0P6 geschlossen und die wahlweisen Verbindungen 0P2, 0P4 und 0P5 sind offengelassen. Gemäß der Darstellung in der Zeichnung ist der Ringoszillator eine ungeradzahlige (z.B. 5, 7) Aufeinanderfolge von invertierenden komplementären Feldeffekttransistorstufen. Jede Stufe enthält eine p-Kanal-Vorrichtung T25-T29 und eine η-Kanal-Vorrichtung T35-T39.

Die Vorrichtungen sind durch eine lange vertikale Linie, die den Kanal darstellt, und durch zwei kurze horizontale Linien nahe dem oberen und unteren Ende des "Kanals", die die Source- bzw.die Drainelektrode darstellen, veranschaulicht. Ein Pfeil zwischen den Elektroden zeigt von dem Kanal weg, wenn die Vorrichtung eine p-Kanal-Vorrichtung ist (η-leitendes Material in dem Kanal), und in den Kanal, wenn die Vorrichtung eine η-Kanal-Vorrichtung ist (p-leitendes Material in dem Kanal). Die kurze vertikale Linie links von dem Kanal stellt die isolierte Gateelektrode dar, die die Eingangs- oder Steuerelektrode der Vorrichtung ist.

In einer p-Kanal-Vorrichtung sind sowohl die Source- als auch die Drainelektrode kleine P -Diffusionen in einem ndotierten Substrat, das mit den Elektroden versehen wird. Da die Source- und die Drainelektrode vertauscht werden können, indem die Vorspannungsverbindung vertauscht wird, ist es üblich, in einer p-Kanal-Vorrichtung den am positivsten vorgespannten Kontakt als "Source" oder Sourceelektrode und den weniger positiv vorgespannten Kontakt als "Drain" oder Drainelektrode zu bezeichnen. Das Leiten zwi-

sehen Source- und Drainelektrode ergibt sich durch das Hervorrufen eines p-Kanals in dem η-Material unmittelbar unter der isolierenden Gateelektrode. Das Leiten erfolgt, wenn die Gateelektrode in bezug auf die Sourceelektrode in einem Ausmaß negativgeht, das über einem Vorrichtungsschwellenwert liegt und das Leiten durch die Erzeugung von Majoritätsladungsträgern (positiven Löchern) zwischen der Source- und der Drainelektrode gestattet. Das wird als Anreicherungsbetrieb bezeichnet.

Die η-Kanal-Vorrichtungen werden in einer größeren P-Wanne gebildet, die zwei N+-Elektrodengebiete enthält, die die Source- bzw. die Drainelektrode bilden und gegenseitigen Abstand aufweisen, so daß eine isolierte Gateelektrode über dem Gebiet zwischen den beiden Diffusionen angeordnet werden kann. Wie in dem Fall der p-Kanal-Vorrichtung können auch die Elektroden einer η-Kanal-Vorrichtung vertauscht werden. Die Sourceelektrode ist die am negativsten vorgespannte Elektrode, und die Drainelektrode ist die weniger negativ vorgespannte Elektrode. Die η-Kanal-Vorrichtung wird durch Anlegen eines positiven Potentials an die Gateelektrode eingeschaltet, das Majoritätsladungsträger (Elektronen) in dem η-Kanal hervorruft. Das Leiten erfolgt, wenn das an die Gateelektrode angelegte positive Potential, gemessen gegen die Sourceelektrode, den Vorrichtungsschwellenwert übersteigt.

In der hier beschriebenen CMOSFET-Konfiguration enthält jede invertierende Stufe (z.B. T25-T35) eine p-Kanal-Vorrichtung (T25) und eine n-Kanal-Vorrichtung (T35). Die Sourceelektrode und das Substrat der p-Kanal-Vorrichtung sind mit der +7,5-Volt-Vdd-VorSpannungsleitung verbunden, während die Drainelektrode der p-Kanal-Vorrichtung mit der Drainelektrode der n-Kanal-Vorrichtung verbunden ist. Das Substrat der n-Kanal-Vorrichtung ist auf der integrier-

ten Schaltung mit Masse verbunden, während die Sourceelektrode über ein Freigabegatter T42 und einen externen Widerstand R1 mit Masse verbunden ist (was im folgenden noch ausführlicher beschrieben ist). Die Gateelektroden der beiden Transistoren T25 und T35 sind miteinander verbunden und bilden den Eingang der Stufe. Die Drainelektroden der beiden Transistoren sind miteinander verbunden und bilden den Ausgang der Stufe.

Jede Stufe arbeitet als Inverter. Wenn angenommen wird, daß die Gateelektroden auf niedrigem Potential sind (d.h. Vgs (Gate-Sourcepotential) nahe null), ist das Freigabegatter T42 leitend und verbindet die n-Vorrichtungssourceelektroden über den externen Widerstand R1 mit Masse, die n-Vorrichtung ist abgeschaltet und die p-Vorrichtung ist eingeschaltet, wodurch der Ausgang ein hohes Potential erhält (nahe Vdd). Wenn angenommen wird, daß die Gateelektroden auf einem hohen Potential (nahe Vdd) sind, ist die η-Vorrichtung eingeschaltet, die p-Vorrichtung ist abgeschaltet, und der Ausgang ist auf einem niedrigen Potential. Wenn angenommen wird, daß die Gateelektroden einer Stufe auf einem Zwischenp'otential sind und abschalten, sind die Drainelektroden auf einem Zwischenpotential, wobei beide Vorrichtungen leiten und einschalten.

Betrachtet man den Ringoszillator als Ganzes, so sind die Ausgangsdrainelektroden der Stufe (T25, T35) mit den Eingangsgateelektroden der folgenden Stufe (T26, T36) verbunden, deren Ausgangsdrainelektroden mit den Eingangsgateelektroden der Anfangsstufe T25, T35 zurückverbunden sind. Sämtliche Sourceelektroden der η-Vorrichtungen (T35, T39) sind mit der Drainelektrode des Freigabetransistors (T42), einer n-Kanal~Vorrichtung, verbunden. Das Substrat von T42 ist mit Masse verbunden und die Sourceelektrode ist mit dem Anschlußflecken P1 am Rand der integrierten Schaltung verbunden. Der Anschlußflecken P1 ist durch den externen Wi-

derstand R1 mit einer Masse außerhalb des Chips verbunden. Die Masse außerhalb des Chips ist mit den Substratmassen elektrisch verbunden, die auf der integrierten Schaltung gezeigt sind.

Wenn angenommen wird, daß die Preigabestufe T42 eingeschaltet ist, sind die Sourceelektroden der η-Vorrichtungen mit Masse über den externen Widerstand R1 verbunden und der Ringoszillator ist für den Betrieb freigegeben. Die Eingangs-Ausgangs verb indungen, die bis hierher beschrieben worden sind, bilden einen Ring, von welchem sich der Name des Oszillators ableitet. Wenn angenommen wird, daß der Betrieb mit der erforderlichen Verstärkung weitergeht, wird jede Stufe die folgende Stufe in einen entgegengesetzten Zustand schalten, und der Prozeß wird bis zur letzten Stufe des Ringes weitergehen und dann wieder bei der ersten Stufe des Ringes beginnen.

Die Frequenz der Schwingungen des Ringoszillators und ebenso des Impulsgenerators ist eine Funktion der Zeitspanne, die jede Stufe benötigt, um zu invertieren und dann zu reinvertieren, und der Anzahl der Stufen. Wenn angenommen wird, daß die Gateelektroden an dem Verbindungspunkt G1 niedriges Potential haben und beginnen, potentialmäßig auf das Potential B+ anzusteigen, ist die p-Vorrichtung T25 gut leitend, und die η-Vorrichtung T35 ist beinahe nichtleitend. Die Drainelektroden von T25, T35 sind mit den Gateelektroden von T26, T36 verbunden, wobei T26 beinahe nichtleitend und T36 gut leitend ist. In diesem Zustand gibt es eine vernachlässigbare induzierte Ladung in dem p-Kanal unter der Gateelektrode von T26 {da sowohl das Substrat als auch die Gateelektrode nahe dem Potential B+ sind, und es gibt eine induzierte positive Ladung in dem η-Kanal unter der Gateelektrode der η-Vorrichtung T36. Die p-Vorrichtung T25 wird freigegeben, sie leitet aber

to

wenig Strom, da die η-Vorrichtung T36 eine isolierte Gateelektrode hat. Wenn angenommen wird, daß die n-Vorrichtung T36 einschaltet, wird Strom aus der Gateelektrode von T26 gezogen (was sie veranlaßt, sich aufzuladen) und außerdem aus der Gateelektrode von T36 gezogen fräs sie veranlaßt, sich zu entladen). Der Prozeß des Ladens und Entladens der beiden Gateelektroden benötigt eine kontrollierte Zeitspanne, und die Geschwindigkeiten des Ladens und Entladens sind von der Kapazität der Gateelektroden und von der Größe des gelieferten Stroms abhängig. Während dieser Inversion ist die Schaltgeschwindigkeit außerdem von dem Widerstand R1 und von dem Potential Vdd abhängig. Der Effekt des Wirkleitwertes und des Gegenwirkleitwertes des η-Kanals ist vernachlässigbar.

In dem anderen Zustand, in welchem T25 beinahe nichtleitend und T35 gut leitend ist, wird eine andere Zeit benötigt, um den Zustand der Stufe zu ändern. Als Ergebnis der obigen Annahmen ist T26 gut leitend und T36 beinahe nichtleitend, und das Potential an den Gateelektroden von T25, T35 nimmt so gerichtet ab, daß T25 eingeschaltet und T35 abgeschaltet wird. Im Startzeitpunkt hat die Gateelektrode von T26 eine Ladung, da die Gateelektrode niedriges Potential hat und das Substrat auf dem Potential B+ ist,und die Gateelektrode von T36 hat eine vernachlässigbare Ladung, da die Gateelektrode auf niedrigem Potential ist und das Substrat (die P-Wanne) nahe Massepotential ist. Der Transistor T35 wird freigegeben, er nimmt aber einen vernachlässigbaren Strom auf, da T25 beinahe nichtleitend ist und die Gateelektroden von T26 und T36 isoliert sind. Wenn T25 zu leiten beginnt, beginnt er die Gateelektrode von T26 zu entladen und die Gateelektrode von T36 auf den B+ Bus aufzuladen. Der Prozeß des Ladens und Entladens der Gateelektroden benötigt eine

)A -

kontrollierte Zeitspanne. Hier sind wiederum die Geschwindigkeiten des Ladens und Entladens von der Kapazität der Gateelektroden und von der Größe des gelieferten Stroms abhängig. Während dieser Inversion ist die Schaltgeschwindigkeit hauptsächlich von dem Wirkleitwert und dem Gegen-,wirkleitwert des p-Kanals abhängig, sie ist aber auch in geringerem Ausmaß von R1 abhängig. Die beiden Inversionsgeschwindigkeiten werden verschieden sein, wobei die erste aufgrund der Asymmetrie der Leitfähigkeiten, die sich aus dem Reihenwiderstand R1 ergibt, mehr Zeit benötigt. Ein Bereich der Frequenzeinstellung, der größer als 3:1 ist, wobei R1 verändert wird, ist praktisch möglich.

Die obige vereinfachte Erläuterung beschreibt ungefähr die Wellenformen, die in dem Ringoszillator beobachtet werden können, und den Frequenzsteuermechanismus. Wenn die Schleife geschlossen ist, wird dieselbe Wellenform im allgemeinen am Eingang jeder Stufe erscheinen und wird sich bis zu der letzten Stufe fortsetzen und dann zu der ersten Stufe zurückkehren und sich wiederholen. Auf der Basis einer Versuchsschaltungs- oder "Brotbrett"-Version der integrierten Schaltung, die mit 100 kHz arbeitet, ist der mittlere Wert der Wellenform bei ungefähr 2 Volt unter der Spannung Vdd symmetrisch und schwingt auf Massepotential und auf Vdd. Die Größe der Spannungshübe in dieser praktischen Ausführungsform beträgt etwa 5 Volt, bei Vdd = 7,5 V. Wenn die Vorrichtungen eine größere Verstärkung haben, wird der Spannungshub etwas größer sein, und wenn sie eine kleinere Verstärkung haben, wird der Spannungshub etwas kleiner sein. Die Vorrichtungen in jeder Stufe handhaben sehr schwache Ströme, und eine Last, die an irgendeiner Stufe vorhanden ist, wird die Betriebsgrenzen dieser Stufe nennenswert beeinflussen.

Da jede Stufe eines fünfstufigen Ringoszillators eines Im-

77 ·; ^::::. ::^::332^;1533

pulsgenerators im Betrieb die gleiche Schaltfolge durchläuft, ist zu erwarten, daß ein Fühler, der zum Abfühlen einer Wellenform in derselben Stufe des Ringoszillators angeordnet wird, gleiche Intervalle (d.h. 1/2-1/2) erkennt, während der Fühler, der Wellenformen in aufeinanderfolgenden Stufen des Ringoszillators abfühlt, ungleiche Intervalle erkennt (d.h. 1/5-4/5? 1/7-6/7). Die Torsteuerstufe T30-T40 wirkt mit dem Ringoszillator zusammen und erfüllt die Zeitsteuerfunktion für den Impulsgenerator. Sie fühlt zwei aufeinanderfolgende Wellenformen (G5, G1) ab und erzeugt eine Brpilsausgangswellenform, die in der prinzipiellen Ausführungsform ein Tastverhältnis von ungefähr 20% hat.

Die Torsteuerstufe T30, T40 des Impulsgenerators ist folgendermaßen geschaltet: T30 ist eine p-Kanal-Vorrichtung, deren Sourceelektrode mit der Gateverbindung G5 der fünften Stufe T29, T39 verbunden ist, die außerdem der Ausgangsdrainverbindung der vierten Stufe T28, T38 ist. Die Drainelektrode von T30 ist mit der Drainelektrode der η-Vorrichtung T40 verbunden. Das Substrat von T30 ist mit dem Vdd-Bus verbunden. Das Substrat und die Sourceelektrode von T40 sind mit Masse verbunden. Die Gateelektrode von T30 ist mit der Ausgangsdrainverbindung der fünften Stufe T29, T39 und außerdem mit der Gateverbindung G1 der ersten Stufe T25, T35 verbunden. Die Gateelektrode von T40 ist mit dem Vdd-Bus verbunden. Das Torsteuerausgangssignal ist eine Wellenform, die ungefähr das gewünschte Tastverhältnis von 20 .% hat. Es erscheint an den Drainelektroden von T30, T40.

Das Leitungsintervall der Torsteuerstufe T30, T40 und deshalb die Ausgangsspannung an der Drainverbindung D6 ist bei Vernachlässigung der Belastung, von StörSignalen und der sich verändernden Korperkapazitätseffekte vor T30 hauptsächlich eine Funktion der Differenz in der Spannung, die an der Gateelektrode und der Sourceelektrode von T30 anliegt. In geringerem Ausmaß repräsentiert die D6-Wellenform eine Be-

lastung der Stufen des Oszillators durch die Torsteuerstufe, neue Lade- und Entladestrecken für die parasitären Kondensatoren des Oszillators und eine Änderung im Körperkapazitätseffekt, wenn das Potential an der Sourceelektrode von T30 unter Vdd fällt, auf dem das Substrat von T30 gehalten wird. In geringerem Ausmaß ist deshalb die Ausgangswellenform ein Funktion des Leitungszustands der Oszillatorstufe (T29, T39), des Leitungszustands von T40, der zwischen D6 und Masse geschaltet ist,und des Leitungszustands von T30 und T28 der Oszillatorstufe (T28, T38), die in Reihe zwischen D6 und den Vdd-Bus geschaltet sind.(Dieser letztgenannte Stromweg kann von D6 über die Drainelektrode von T30, die Sourceelektrode von T30, den G5-Gateverbindungspunkt, die Drainelektrode von T28 und die Sourceelektrode von T28 zu dem Vdd-Bus führen.)

Eine Überprüfung der Wellenformen in den Fig. 3A und 3B ergibt eine ausführlichere Erläuterung des Ringoszillatorbetriebes und der Art des Erzielens eines besonderen Tastverhältnisses für das Impulsausgangssignal. Die Wellenformen in Fig. 3 sind Oszilloskopwellenfonnen, die an der Gateverbindung G1, G2, G3, G4 bzw. G5 des Ringoszillators gemacht worden sind. In Fig. 3A hat die vertikale Skala eine Teilung von 5 V pro Teilstrich. Die Wellenfor-Eien in Fig. 3A repräsentieren aufeinanderfolgende Inversionen längs des Oszillatorringes. Die Wellenform bei G1 hat ungefähr die Hälfte der Amplitude der anderen Wellenformen (G2-G5) aufgrund der Belastung der Torsteuerstufe T30, T4 0.

Die Wellenform in Fig. 3B stellt ebenfalls zwei Perioden einer Wellenform dar, die an dem Drainelektrodenverbindungspunkt D6 der Torsteuerstufe (T30-T40) erscheint. Die horizontale Skala hat eine Teilung von 2 με pro Teilstrich,,

- yi -

und die vertikale Skala hat eine Teilung von 2 V pro Teilstrich. Die Wellenform in Fig. 3B ist gegenüber den WeI-lenformen in Fig. 3A um ungefähr eine kleine Teilung (0,4 με) nach links verschoben.

Die Torsteuerstufe erzeugt eine Wellenform mit einem Tastverhältnis von ungefähr 20 % auf folgende Weise. Die Wellenformen nach den Fig. 3A und 3.B sind für die folgende Erläuterung von Nutzen. Der Transistor T40 ist eine Schwachstromvorrichtung, dessen Gateelektrode immer freigegeben ist, was bedeutet, daß die Drainelektrode von T4 0 auf einem niedrigen Potential (fast Massepotential) ist, wenn T30 nicht leitet; sie kann aber auf einem hohen Potential (nahe Vdd) sein, wenn T30 leitend ist.

Es sei angenommen, daß die Drainelektroden von (T29, T39) (G1) am Anfang begonnen haben, vom Potential Vdd abzufallen, und daß die Drainelektroden (T28, T38) (G5) nahe Vdd sind. Wenn G1 auf ungefähr 1,5 Volt unter Vdd fällt, wird T30, dessen Sourceelektrode durch die Verbindung mit G5 nahe Vdd gehalten wird, leitend, was den D6-Ausgangsimpuls einleitet. Wenn der Zyklus weitergeht, nähert sich der G5-Ausgang der Stufe (T28, T38) dem Zustand hohen Potentials (Vdd) und beginnt, langsam von Vdd abzunehmen. Daher nimmt die Sourceelektrode von T30 eine weniger positive Spannung als das Substrat an,und der Körperkapazitätseffekt bewirkt eine Verringerung des Einschaltschwellenwertes von T30. Wenn die Spannung an G5 weit genug in bezug auf die Spannung an G1 abgefallen ist, um den erniedrigten Schwellenwert zu übersteigen, wird T30 abschalten, und die D6-Wellenform wird von dem Spitzenwert absinken. Da T30 den Oszillator belastet,rührt die anfängliche Abwärtsneigung der D6-Wellenform teilweise von der Tatsache her, daß die Leitfähigkeit von T28 etwas früher zu fallen begonnen hat, während G4 anstieg. Die relativ steile Abwärtsneigung der D6-Wellenform ist haupt-

ZS

- yr -

sächlich auf T40 zurückzuführen, wobei T30 "aus" ist.

Das Ausgangssignal der Torsteuerstufe ist der Strom, der die Drainelektrode von T30 verläßt und über T40 zur Masse fließt. Der Transistor T40 wandelt diese Stromwellenfonn in eine Spannungsimpulswellenform um, die der Pufferstufe entnommen wird, welche das letzte Element des Impulsgenerators ist. Die Pufferstufe ist bei T31, T41 gezeigt. Es ist eine zusätzliche CMOS-Stufe, die eine p-Kanal-Vorrichtung T31 und eine n-Kanal-Vorrichtung T41 enthält. Die Sourceelektrode und das Substrat von T31 sind mit dem Vdd-Bus verbunden, während die Drainelektrode von T31 mit der Drainelektrode von T41 verbunden ist. Das Substrat und die Sourceelektrode von T41 sind mit Masse verbunden. Die Gateelektroden von T31, T41 sind mit dem Ausgang D6 der Torsteuerstufe T30, T40 verbunden. Das Ausgangssignal des Puffers, dessen Polarität gegenüber dem an dem Eingang invertiert ist und das rechteckiger ist, erscheint an den Drainelektroden des Puffers, d.h. an der Ausgangsklemme 01.

Fig. 1B zeigt ein Hysteresegatter als Alternative zu dem Puffer (T31, T41). Das Hysfcerasegatter kann zwischen den D6-Ausgang der Torsteuerstufe und den 01-Ausgang des Impulsgenerator s geschaltet sein. Das Hysteresegatter kann ein Schmitt-Trigger sein, der denselben Aufbau hat wie der in dem Schaltkreis RCA 40106 verwendete. Der Schmitt-Trigger hat unterschiedliche Einschalt- und Abschaltschwellenwerte und vermeidet ein gleichzeitiges Leiten, während er eine fast augenblickliche Änderung in den Ausgangszuständen erzeugt. Der Schmitt-Trigger verringert den Stromverbrauch gegenüber dem einfachen Puffer, was ein Vorteil ist, der bei gewissen Verwendungszwecken durch seine größere Komplexität aufgewogen wird.

Der Strom, der durch den Transistor T28 und die Gatekapazität von T3Ö aufgenommen wird, wird, wie weiter oben er-

,\ ta t. W 1

wähnt, die Symmetrie des Oszillatorringes stören. Die Treibervorrichtungen können so skaliert werden, daß dieser Effekt minimiert oder im wesentlichen eliminiert wird, oder es kann der Vorrichtung T30 eine minimale Größe gegeben werden.

Die Arbeitsweise des Impulsgenerators kann ausführlicher anhand der Zeitsteuerung erläutert werden. Die Wellenform G1 stellt die Spannung an dem G1-Verbindungspunkt des Ringoszillators dar. Die gesamte folgende Zeitsteuerung ist angenähert. 0,4 \is vor T (der zentralen vertikalen Koordinatenachse ) ist die Gatespannung an Gl langsam auf ungefähr 1,5 Volt unter dem Maximum abgesunken, wodurch das Einschalten von T25 und das Abschalten von T35 eingeleitet worden sind. In diesem Augenblick (0,4 με vor T) beginnt die Spannung an G2 anzusteigen, was schnell erfolgt. Wenn die Spannung an G2 auf 1,5 Volt unter dem Maximum ansteigt (0,4 με nach T ), schaltet T36 ab und T26 ein. Dadurch wird die Spannung an G3 beeinflußt. Die Wellenform G1 nimmt weiter ab, bis sie ihren Minimalwert erreicht. Zu einer Zeit 2,0 \ls nach T beginnt die G1-Wellenform (schnell) anzusteigen. Wenn G1 1,5 Volt unter dem Maximum erreicht, wird T25 abgeschaltet und T35 eingeschaltet. 2,4 με nach T beginnt die Gatespannung an G2 langsam abzunehmen. 4 με nach T hat G2 langsam 1,5 Volt unter dem Maximum abgenommen, was bewirkt, daß T26 einschaltet und T36 abschaltet, wodurch wieder G3 beeinflußt wird. " Die Wellenform G2 beginnt daher von dem Minimalwert aus anzusteigen, wenn G1 um 1,5 Volt unter dem Maximum gesunken ist, und die Wellenform G2 beginnt von dem Maximalwert aus abzunehmen, wenn G1 um 1,5 Volt unter dem Maximum angestiegen ist.

Ebenso beginnt die Wellenform G3 ab dem Minimalwert anzusteigen, wenn die Wellenform G2 um 1,5 Volt unter dem Maxi-

mum abgefallen ist, und die Wellenform G3 beginnt von dem Maximalwert aus abzunehmen, wenn die Wellenform G2 um 1,5 Volt unter dem Maximum angestiegen ist. Ebenso beginnt die Wellenform G4 ab dem Minimalwert anzusteigen, wenn die Wellenform G3 um 1,5 Volt unter dem Maximum abgefallen ist,und G4 beginnt ab dem Maximalwert abzunehmen, wenn die Wellenform G3 um 1,5 Volt unter dem Maximum angestiegen ist» Ebenso beginnt die Wellenform G5 ab dem Minimum anzusteigen, wenn die Wellenform G4 um 1,5 Volt unter dem Maximum abgefallen ist,, und G5 beginnt ab dem Maximum abzunehmen, wenn die Wellenform G4 um 1,5 Volt unter dem Maximum angestiegen ist- Schließlich erzeugt die G5-Wellenform aufgrund der Ringverbindung von (T29, T39) mit G1 die Wendepunktein der Wellenform GI₁, die bereits angenommen worden sind,. Jede Oszillatorwellenform in Fig. 3A zeigt klar, daß der Spannungsabfall langsam erfolgt und daß der Spannungsanstieg schnell erfolgt.

Das gestattet nun Rückschlüsse auf die Parameter, die die Frequenz beeinflussen. Die Frequenz des Ringoszillators wird durch die Geschwindigkeitt gesteuert, mit der die Gatekapazität jeder Vorrichtung svjischen Vdd und dem Schaltschwellenwert (d.h. 1,5 Volt unter Vdd) geladen und entladen wird. Während des schnellen Spannungsanstiegs hat der externe Widerstand R1 eine kleine Auswirkung, während der p-Kanal-Vorrichtungswirkleitwert und -gegenwirkleitwert die Geschwindigkeit begrenzen, mit der der Spannungsanstieg erfolgt» Da das Einschalten der FET-Vorrichtung durch Ändern der Gatespannung erfolgt, ist der betreffende Parameter der Gegenwirkleitwert sowie der Wirkleitwert des Feldeffekttransistors. Während des langsameren Spannungsabfalls ist der externe Widerstand R1 in dem Stromkreis und verringert die Geschwindigkeit, mit der die Spannung abfällt. Wenn R1 vergrößert wird, wird infolgedessen die Frequenz verringert.

2*

--ZT -

Die Fig. 4-8 veranschaulichen die Auswirkung von gewissen Parametern auf den Betrieb des Impulsgenerators. Die Daten dieser Figuren wurden einer Versuchsschaltungsversion der Ausführungsform nach Fig. 1B entnommen/ in welcher die Stromsenke T40 durch einen 62 K Ohm Widerstand ersetzt war und ein Schmitt-Trigger-Inverter benutzt wurde.

Fig. 4 zeigt ein Diagramm, das die Auswirkung einer Widerstandsänderung auf die Frequenz und das Tastverhältnis veranschaulicht. Die horizontale Koordinate ist der Versorgungsstrom in Mikroampere des Impulsgenerators, und die vertikalen Koordinaten sind die Frequenz bzw. das Tastverhältnis. Es wird angenommen, daß die Spannung Vdd auf 7,5 Volt konstant gehalten wird. Das Diagramm zeigt eine im wesentlichen lineare Abhängigkeit der Frequenz und des Tastverhältnisses vom Stromverbrauch.

Fig. 5 ist ein zweites Diagramm, das die Auswirkung des Versorgungsstroms in Mikroampere (horizontale Koordinate) auf die Frequenz und das Tastverhältnis (vertikale Koordinaten) zeigt. Bei diesem Diagramm ist angenommen, daß der Widerstand konstant gehalten wird und daß die Spannung Vdd verändert wird. Die Fig. 4 und 5 führen zu dem Schluß, daß der Strom (und somit die Frequenz) entweder durch eine Verstellung von Vdd oder durch eine Veränderung des Wertes von R1 gesteuert werden kann.

Fig. 6 veranschaulicht die Abhängigkeit der Frequenz und des Tastverhältnisses von dem Wirkleitwert von T1. Fig. 7 veranschaulicht die Abhängigkeit der Frequenz und des Tastverhältnisses von der Spannung Vdd.

Fig. 8 veranschaulicht den Grad der TemperaturStabilität sowohl der Frequenz als auch des Tastverhältnisses. Bei

einem Temperaturbereich von 120 ⁰C beträgt der Frequenzabfall ungefähr 7 % (von 100,5 kHz auf 93,5 kHz), und die Veränderung des Tastverhältnisses beträgt etwa 9,5 % (von 19,2 % auf 21,0 %) in demselben Temperaturbereich.

Die Zeitsteuerung der D6-Wellenform der Torsteuerstufe des Impulsgenerators basiert hauptsächlich auf der Zeitsteuerung der Wellenformen G5 und G1 des Ringoszillators und sekundär auf der G4-Wellenform. Die DS-Wellenform ist auf null (dem normalen Zustand) und beginnt auf das Potential Vdd in dem Zeitpunkt anzusteigen, in welchem das Potential an G1 auf ungefähr 1,5 Volt unter der maximalen Spannung abfällt. Das erfolgt ungefähr 0,4 με (D6 korrigiert) links von dem mittleren Zeitteilstrich T_Q in Fig. 3B„ Mittlerweile ist die Gateverbindung G5 nahe der Spannung Vdd und bleibt für ein Intervall auf dieser Spannung, das ungefähr 2,8 us früher als T beginnt und 1,2 με nach T endet. Die G5-Wellenform fällt langsam ab, was 1,2 με nach T beginnt. Aufgrund des größeren Körperkapazitätseffekts, wenn die Sourcespannung (G5) von T30 unter Vdd abfällt, wobei G1 im wesentlichen konstant bleibt, wenn es sich seinem Minimalwert nähert, wird der Abschaltschwellenwert von T30 verringert. In einem Zeitpunkt nahe 1,6 με nach T_Q wird der erniedrigte Schwellenwert durchquert, und T30 beginnt abzuschalten, wodurch das Abschalten der D6-Wellenform beginnt. Mittlerweile beginnt die Gate-G4-Wellenform, die seit 0,8 με vor T_Q niedrig gewesen ist, einen schnellen Anstieg auf Vdd bei etwa 1,2 με nach T , wodurch das Abschalten von T30 beginnt. Das Abschalten von T30 beschleunigt den Abfall der Ausgangswellenform (D6) auf deren Nullzustand. Die Wellenform ist asymmetrisch, denn sie steigt steiler an als sie abfällt.

Die Asymmetrie der D6-Wellenform ist auf die Differenz in der Leitfähigkeit von T30 und T40 und in kleinerem Ausmaß auf die anderen Schaltungselemente zurückzuführen. Wenn

3ο

- rf

Τ40 einen viel niedrigen Wirkleitwert als T30 hat und wenn sowohl T30 als auch T40 wesentlich kleiner als die Vorrichtungen in den Stufen des Ringoszillators (insbesondere T28/ T38) sind, dann wird die Differenz in der Steigung auftreten, wobei T40 die langsamere Abfallzeit und T30 die schnellere Anstiegszeit festlegt. Im Interesse der Zulässigkeit von Prozeßveränderungen ist es vorzuziehen, den Pufferschaltbetrieb von dem Pufferschwellenwert weniger abhängig zu machen, d.h. den Schaltbetrieb dynamisch statt statisch zu machen.

In der Pufferstufe (T31, T41) des Impulsgenerators werden ebenfalls kleinere Vorrichtungen als in dem Oszillator benutzt und die Pufferstufe erzeugt eine Ausgangswellenform mit steileren Flanken und mit einem Tastverhältnis, das nahe bei dem der D6-Wellenform liegt, aber 1 bis 2 % größer als dieses ist. Die Ausgangswellenform des Puffers (und deshalb des Impulsgenerators) ist an der Ausgangsklemme 01 dargestellt. Der Puffer, in welchem die Sourceelektrode und das Substrat von T41 mit Masse verbunden sind, arbeitet in bezug auf Masse und Vdd symmetrisch. Wenn D6 weniger als 1,5 Volt über dem Massepotential ist, wird T31 eingeschaltet und T41 abgeschaltet. Wenn D6 mehr als 6,0 Volt über dem Massepotential ist, wird T31 abgeschaltet und T41 eingeschaltet. In dem Gebiet zwischen +1,5 Volt und +6,0 Volt sind sowohl T31 als auch T41 leitend und werden eine Ausgangswellenform erzeugen, deren Breite ungefähr der Breite der Eingangswellenform (D6) bei 3,75 Volt, dem Mittelpunkt des Spannungshubes, entspricht. Wenn die Wellenform D6 an ein Hysteresegatter angelegt wird, kann die Spannung in dem ansteigenden Teil der Wellenform höher (z.B. 4,5 V) und in dem abfallenden Teil dieser Wellenform niedriger (z.B. 3 V) sein. Es wird kein gleichzeitiges Leiten geben, und das Umschalten des Ausgangssignals wird sehr schnell erfolgen, wo-

durch ein minimaler Versorgungsstrom aufgenommen wird.

Die Ausführungsform des Impulsgenerators nach Fig. 1A enthält zwei Stufen, die wahlweise in die Ringoszillatorschaltung geschaltet werden können, um das Tastverhältnis auf etwa 15 % zu verringern. Diese Stufen bestehen aus einer ersten Stufe T23, T33 und einer zweiten Stufe T24, T34, die in jeder Hinsicht den Stufen des fünfstufigen Ringoszillators gleichen. Um entweder einen fünfstufigen oder einen siebenstufigen Betrieb zu gestatten, sind die wahlweisen Verbindungen OPI, 0P2, 0P3, 0P4, 0P5 und 0P6 vorgesehen. Im normalen fünfstu-. figen Betrieb bildet 0P1 eine geschlossene Verbindung, die die Gateelektroden von T23 und T33 an Masse legt, wodurch diese Stufe unwirksam gemacht und T24, T34 in einem festen Zustand gehalten werden. Zur selben Zeit werden 0P2, 0P4 und 0P5 offengehalten, und 0P6 wird geschlossen gehalten, wodurch die beiden wahlweisen Stufen abgetrennt iferden. Außerdem wird 0P3 geschlossen, wodurch der Ausgang der letzten Gegenstufe mit G1 zurückverbunden wird. Im siebenstufigen Betrieb werden die Wahlmöglichkeiten entgegengesetzt wahrgenommen-An 0P1 werden die Gateelektroden von T23 und T33 von Masse isoliert, und 0P2 wird geschlossen, während 0P3 geschlossen wird. 0P2 und OP 3 schließen den Ring durch Zurückverbinden des Ausgangs der letzten Stufe (T29, T39) mit dem Gateverbindungspunkt der neuen ersten Stufe (T23, T33). 0P4 wird geschlossen, um die Drainelektroden von T24, T34 mit dem Gateverbindungspunkt G1 zu verbinden, und 0P5 wird geschlossen und 0P6 geöffnet, um die Sourceelektroden der zusätzliehen η-Vorrichtungen mit den Bus zu verbinden, der mit der Drainelektrode von T42 verbunden ist. flenn der vorgenannte Oszillator auf sieben Stufen vergrößert wird, wird das Tastverhältnis von ungefähr 20 % auf ungefähr 15 % verringert. Diese Art der Tastverhältnisänderung bewahrt die grundsätzliche Stabilität des Oszillators, ohne daß der

22/

- 2-f-

Schwellenwertbetrieb nachteilig beeinflußt wird. Die vorgenannte Wahlmöglichkeit wird geschaffen, indem die für siebenstufigen Betrieb erforderlichen Vorrichtungen gebildet werden und dann eine andere Metallmaske benutzt wird, je nachdem, ob 5 oder 7 aktive Stufen erwünscht sind.

Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, in welcher Änderungen in dem Ringoszillator und in der Art und Weise des Entnehmens eines Tastsignals aus demselben vorgenommen worden sind. Außerhalb des Ringoszillators erfolgt die Torsteuerung von zwei nichtbenachbarten Stufen (Verbindungspunkte G3, G5) in dem Ringoszillator aus, und das Torsteuerausgangssignal wird an zwei Gateelektroden von zwei gesonderten Verstärkerstufen (T51, T52) angelegt, deren Ausgangssignal an einen zwei Transistoren enthaltenden CMOS-Puffer (T53, T54) angelegt wird. Die Ausgangsschaltungsanordnung wird durch Stromsenken T55, T56, T57 vervollständigt, die T51 und T52 zugeordnet sind. Statt dessen können zwei Vorrichtungen mit langem Kanal von geeigneter Geometrie für die "pull down"-Funktion benutzt werden, wodurch R2 und T57 eliminiert werden.

Innerhalb des Ringoszillators sind zwei Änderungen vorgenommen .worden. Die erste Änderung besteht darin, daß zwei Kapazitäten C1, C2 hinzugefügt worden sind, die unerwünschte Zeitsteuereffekte kompensieren, welche den Ringoszillator aus gangs verbindungen zuzuschreiben sind. Die zweite Änderung besteht darin, daß der Sourcebus des Ringoszillators von dem Vdd-Bus getrennt und über eine Diode D1 mit dem Vdd-Bus verbunden worden ist. Durch die letztgenannte Schaltungsänderung wird die Vorspannung an den Gateelektroden der Ausgangsverstärker T51 und T52 vergrößert, was sich zu dem Oszillatorsignal addiert, so daß die Ausgangsverstärker stärker eingeschaltet werden. Die Diode D1 wird geschaffen, indem eine Verbindung mit einer "P-Wanne" benutzt wird, die normalerweise bei der Herstellung von n-

Kanal-Vorrichtungen in der CMOS-Technik der integrierten Schaltungen benutzt wird.

Vor der weiteren Funktionsbeschreibung der Äusführungsform nach Fig. 2 wird nun die Schaltung ausführlicher beschrieben. Der Ringoszillator, der die Vorrichtungen T25 bis T29 und T35 bis T39 enthält, entspricht dem der ersten Äusführungsform, mit Ausnahme des Einführens der Streukapazität C1 an dem Gateverbindungspunkt G2 und der Streukapazität C2 an dem Gateverbindungspunkt G1 und der oben bereits erwähnten Änderung der Verbindung des p-Kanal-Source-Busses. Die Kapazitäten C1 und C2 werden an zwei Gateelektroden hinzugefügt, an denen kein Ausgangssignal abgenommen wird. Eine derartige zusätzliche Kapazität ist bei dem Layout der integrierten Schaltung als eine Nebenwirkung von Überkreuzungen in dem Verbindungsnetzwerk üblich. Die zusätzliche Kapazität, die auf die Ausgangsverbindungen an den Verbindungspunkten G3 und GS zurückzuführen ist, tendiert dazu, das Tastverhältnis von 20 % zu verbreitern, und die beiden kleinen Kapazitäten werden so gewählt, daß die Auswirkung auf das Tastverhältnis korrigiert wird, während die Frequenz des Oszillators verringert wird. Die Frequenz kann dann auf den gewünschten Wert erhöht werden, indem der externe Widerstand R1 eingestellt wird.

Bei der anderen Änderung werden die Sourceelektroden der p-Kanal-Vorrichtungen (T25-T29) in der Ausführungsform nach Fig. 2 mit der Katode der Diode D1 verbunden, deren Anode mit dem Vdd-Bus verbunden wird. Das ergibt eine Verringerung der an die Ringoszillatorstufen angelegten Spannung von ungefähr 0,4 Volt, was durch Wahl eines kleineren Wertes von R1 kompensiert werden kann. Der Haupteffekt der Änderung besteht darin, daß eine direkte Verbindung der Ausgangsdrainelektrode zur Eingangsgateelektrode für die Ver-

stärkerstufen T51, T52 gestattet wird, während ein von null verschiedener Wert für die Gate-Source von T51, T52 gebildet wird.

In der ersten Ausgangsverstärkerstufe wird eine p-Kanal-Vorrichtung T51 der Größe 100/10 benutzt, deren Source- und deren Drainelektrode mit dem Vdd-Bus verbunden sind und deren Drainelektrode mit der Stromsenke T56 verbunden ist. Die Gateelektrode von T51 ist mit dem Gateverbindungspunkt G3 des Ringoszillators verbunden. Für die Stromsenke wird eine η-Kanal-Vorrichtung T56 mit 10/10-Geometrie benutzt, deren Sourceelektrode und deren Substrat mit Masse verbunden sind, während deren Drainelektrode mit der Drainelektrode von T51 verbunden ist. Der Strom von T56 wird durch die als Diode geschaltete η-Kanal-Vorrichtung T57 von 10/10-Geometrie gesteuert, deren Substrat und deren Sourceelektrode mit Masse verbunden sind und deren Gateelektrode mit der Drainelektrode verbunden ist. Die Gate-Drain-Verbindung ist über einen eine geringe Leitfähigkeit aufweisenden FET R2 von 200 K Ohm mit Vdd verbunden. Die Gate-Drain-Verbindung von T57 ist mit der Gateelektrode von T56 verbunden und sorgt für die Stromeinstellung der Stromsenken.

In der anderen Verstärkerstufe wird eine p-Kanal-Vorrichtung T52 der Größe 100/10 benutzt, deren Sourceelektrode und deren Substrat mit dem Vdd-Bus verbunden sind und deren Drainelektrode mit der Stromsenke T55 verbunden ist. Die Gateelektrode von T52 ist mit dem Gateverbindungspunkt G5 des Ringoszillators verbunden. Für die Stromsenke wird eine η-Kanal-Vorrichtung (T55) von 20/10-Geometrie benutzt, deren Sourceelektrode und deren Substrat mit Masse verbunden sind und deren Drainelektrode mit der Drainelektrode von T52 verbunden ist. Der Strom der Stromsenke wird durch T57 über die Verbindung der Gateelektrode von T55 mit der

Gate-Drainverbindung von T56 gesteuert.

Die Ausgangssignale der Verstärker T51, T52 erscheinen an den Drainelektroden derselben und werden an die Ausgangspufferstufe angelegt, die die p-Kanal-Vorrichtung T53 und die n-Kanal-Vorrichtung T54 enthält. Zum Anlegen des ersten Ausgangssignals aus dem Ringoszillator ist die Sourceelektrode von T53 mit der Drainelektrode von T51 verbunden. Das Substrat von T53 ist mit der Drainelektrode von T54 verbunden. Das Pufferausgangssignal erscheint an der Drainverbindung. Das Substrat und die Sourceelektrode von T54 sind mit Masse verbunden. Die Gateelektroden von T53 und T54 sind miteinander verbunden, und der zweite Ausgang des Ringoszillators, der an der Drainelektrode von T52 abgenommen wird, ist mit diesen Gateelektroden verbunden.

Der Schaltungsbetrieb stellt, wie weiter oben erwähnt, eine minimale Belastung für den Ringoszillator dar, da der Ausgang mit den Gateelektroden der Ausgangsverstärker T51, T52 verbunden ist. (Die Oszillatorvorrichtungen T25-T29, T35-T39 sind typisch 100/1O-Vorrichtungen.) Der Strom, der in den Stromsenken T55 und T56 eingestellt ist, bildet einen Entladungsweg für Ladung, die in der Kapazität der Drainelektroden von T51, T52 und der Gateelektroden von T53, T54 gespeichert ist. Deshalb wird die Stromeinstellung von T57, die die von T55, T56 steuert, die maximale Frequenz des richtigen Betriebes festlegen. Die vorgenommenen Einstellungen von 30 μΑ werden ein Frequenzmaxiimim von ungefähr 200 kHz ergeben.

Der Abfall der Spannung der Sourceelektroden der p-Kanalvorrichtungen (T25, T29) von 0,4 Volt unter die Spannung an dem Vdd-Bus gestattet einen gleichen Anstieg der Ansteuerspannung, die an den Ausgangsverstärkern (T51, T52) verfügbar ist, was gestattet, sie durch das aus dem Ring-

oszillator angelegte Signal stärker einzuschalten. Bei einer geeigneten Einstellung für diese Ausführungsform beträgt der Spannungshub an den Gateverbindungspunkten ungefähr 2 Volt, was einem niedrigeren Vdd entspricht. Da die Gateelektrode von T53 (und T54) an Masse liegt (T52 ist nichtleitend), wird ein hohes Ausgangssignal nahe Vdd an dem Ausgang 02 eingeleitet. Wenn die abfallende Spannung an dem Verbindungspunkt G5 T52 einschaltet, wird T53 durch das Anliegen von Vdd an seiner Gateelektrode abgeschaltet, und T54 wird durch dasselbe Anliegen von Vdd an seiner Gateelektrode eingeschaltet. Durch das Leiten von T54 wird der hohe Ausgangssignalzustand an dem Ausgang 02 beendet und schnell auf den Massepotentialwert zurückgebracht.

Das dynamische Herabziehen (pull-down) von T54 gewährleistet eine fast senkrechte Steigung an der Vorderflanke der Ausgangswellenform, und die große Verstärkung des Verstärkers ergibt eine beinahe senkrechte Vorderflanke der Ausgangswellenform. Bei vielen Verwendungszwecken braucht die Ausgangspufferung nicht notwendig zu sein. Wenn sie notwendig ist, kann eine Hystereseausgangsstufe (wie in Fig. 1B gezeigt) oder eine andere Puffereinrichtung hinzugefügt werden.

Die beiden Abtastwege der vorgenannten Anordnung, T51 und T52, sind so ausgelegt, daß ein Tastverhältnis von 20 % bei gleichen Zeitverzögerungen am Beginn und am Ende des Ausgangsimpulses erzielt wird. Das Tastverhältnis von 20 % wird festgesetzt, indem die Spannung an den Gateverbindungspunkten G3 und G5 eines fünfstufigen Ringoszillators abgetastet wird. In der Anordnung erzeugt ein Durchlaufen der fünf Stufen 180° in der ankommenden Wellenform, zwei Durchläufe durch den Ring oder zehn Stufen erzeugen 360°, wobei eine Stufe 36° oder 10 % Verzögerung erzeugt. Zum Erzielen eines Tastverhältnisses von 20 % müssen bei Abtastproben von gleichen Teilen der

3>

sich fortpflanzenden Wellenform die Abtastproben in einem Abstand von zwei Stufen genommen werden (2x10%=20%).

Die Anordnung nach Fig. 2 ist so ausgelegt, daß an dem abfallenden Wellenforinteil der G3- und G5-Wellenformen geschaltet wird. Bei den Wellenformen nach Fig. 3A (die Darstellungen der ersten Ausführungsform und deshalb weder in der Wellengestalt noch in der Amplitude präzise genau sind) liegt der Einschaltzeitpunkt von T51 ungefähr 1,0 Volt unterhalb von dem Maximalwert an der Abwärtsflanke der G3-Wellenform nahe T . Der Einschaltzeitpunkt von T52 liegt ebenfalls etwa 1,0 Volt abwärts von dem Maximum auf der G5-Wellenform nahe +2 με bei der dargestellten Wellenform. In der Ausführungsform nach Fig. 2 liegen die Einschalt- und Abschaltzeitpunkte des Ausgangsimpulses an ungefähr 2 \xs auseinander (bei einer Impulsfolgefrequenz von 10 us). Die Abwärtsflanken der Wellenformen an den Verbindung spunk ten G3 und G5 in der Ausführungsform nach Fig. 2 werden sich von den in Fig. 3A dargestellten unterscheiden. Das ist auf Unterschiede im Layout und/oder auf zusätzliche Effekte und auf Differenzen in der Belastung durch die Ausgangsverstärker T51, T52 zurückzuführen.

Das richtige Arbeiten der Ausgangsstufen erfordert einen Stromabfall zum Entladen der Kapazität an dem Ausgang des Verstärkers T51, T52 und an dem Eingang des Puffers T53, T54. Die Kapazität an dem T52-Ausgangsverbindungspunkt ist größer als die Kapazität an dem T51-Ausgangsverbindungspunkt, weshalb T55 in der Geometrie größer als T56 gemacht wird. Wenn diese Schaltungspunkte nicht vollständig entladen werden, kommt es zu einer Verformung der Wellenform oder sogar zu einer Funktionsstörung. Die Senke T55 ist so ausgelegt, daß die Sourcekapazität von T52 und die Gatekapazitäten von T53, T54 erniedrigt werden, während T56

2S

nur die Sourcekapazität von T51 entladen muß. Die Wahl der Größe drei zu eins ist unter diesen Umständen geeignet.

Die Feldeffekttransistoren, die in den Ringoszillatoren der beiden dargestellten Ausführungsformen enthalten sind, sind normalerweise größer als diejenigen, die üblicherweise in Digitalschaltungen benutzt werden. Das ist erwünscht, um eine größere Verstärkung für diese Vorrichtungen zu erzielen, damit eine Schwingung bei dem Vorhandensein einer Belastung aufrechterhalten wird. In einer Versuchsschaltung der Ausführungsform nach Fig. 1 hatten die Vorrichtunen in dem Oszillator ein Verhältnis von Breite zu Länge von ungefähr 1000/10. T40 ist eine Vorrichtung mit "langem Kanal", typisch mit 10/100 B/L. T31 und T41 müssen 10/10-Vorrichtungen sein. T30 kann eine 100/10-Vorrichtung sein. In der Ausführungsform nach Fig. 2 sind die Vorrichtungen T25-T29 und T35-T39 in der Größe auf 100/10 reduziert, und die Stromsenken T55, T56 und T57 sind 30/10, 10/10 bzw. 10/10. Die Vorrichtungen T51 und T52 sind 100/10, und die Ausgangsvorrichtungen T53, T54 sind 10/10. Der Feldeffekttransistor mit niedrigem Leitwert, der als R2 wirkt, ist eine Vorrichtung mit langem Kanal der 10/100-Geometrie.

In jeder Stufe des Ringoszillators sind die Substrate der n-Vorrichtungen mit Masse verbunden, während die Sourceelektroden der η-Vorrichtungen über einen Reihenwiderstand R1 und die η-Vorrichtung (T42) mit Masse verbunden sind. Somit werden die Sourceelektroden der η-Vorrichtungen auf einem im wesentlichen positiven Potential (z.B. 3 V) in bezug auf das Substrat gehalten. Der Einschaltschwellenwert eines Feldeffekttransistors ist eine Funktion sowohl der Gate-Sourcespanmrng als auch der Gate-Substratspannung. Wenn die Sourceelektrode auf einem Potential ist, das größer als das des Substrats ist, wird der Einschaltschwellen-

wert der Vorrichtung ansteigen. Dieser Schwellenwertanstieg ist der "Körperkapazitätseffekt·¹.

Eine Auswirkung des Anstiegs des TastschwellenwerHzes ist, daß das Ausmaß des gemeinsamen Leitens mit der zugeordneten P-Vorrichtung und somit der Stromverbrauch in dem Ringoszillator verringert wird. Ein positiveres Abschalten der η-Vorrichtungen wird ebenfalls erzeugt. Die Verringerung des Stroms in den Vorrichtungen in dem Ring hat keine große Auswirkung, da der Strom dort im Verhältnis zu dem Stromverbrauch (typisch 100 μΑ) der Inverterstufe klein ist (30 μΑ bei 100 kHz).

Die Körperkapazitätseffektkonfiguration erzeugt einen größeren Spannungshub. Wenn ein Ringoszillator angenommen wird, der ansonsten dieselbe Ausbildung hat, der aber keinen Körperkapazitätseffekt aufgrund der Verbindung des Substrats mit der Sourceelektrode hat, beträgt der Spannungshub an dem Ringoszillator etwa 2 V gegenüber dem Spannungshub von 5 V mit dem Körperkapazitätseffekt. Beide Auslegungsvarianten erfordern, daß der Reihenwiderstand R1 so gewählt wird, daß er die Gateelektroden in dem Ring auf den Schaltschwellenwert in einer gewissen Zeitspanne entlädt, um die Frequenz festzulegen. Wenn angenommen wird, daß die gewählte Frequenz 100 kHz beträgt, so erfordert die Konfiguration mit dem Körperkapazitätseffekt einen Widerstand R1 von 110 K Ohm, während die Konfiguration ohne Körperkapazitätseffekt einen Widerstand R1 von 330 K Ohm erfordert.

Eine Konsequenz der Notwendigkeit eines großen Widerstandswertes für R1 in der Konfiguration ohne Körperkapazitätseffekt ist, daß eine beträchtliche Verringerung des Ausgangssignals, das an die Oszillatorbelastung (z.B. T40) ab-

gebbar ist, bewirkt wird. An der Last hat die Konfiguration mit dem Körperkapazitätseffekt ungefähr das Vierfache (7,5 V) der Ausgangsspannung (ungefähr 2 V) der Konfiguration ohne den Körperkapazitätseffekt. Zum Vergrößern der Ausgangsspannung in der Konfiguration ohne den Körperkapazitätseffekt wird der Leitwert von T40 normalerweise um einen Faktor von zwei reduziert, so daß die Ausgangsspannung (ungefähr 4 V) der Konfiguration ohne den Körperkapazitätseffekt auf 1/2 der Ausgangsspannung der Konfiguration mit dem Körperkapazitätseffekt vergrößert werden kann. Wenn das Signal (D6), das an dem Ausgang der Torsteuerschaltung erscheint, an den Puffer (T31, T41) angelegt wird, erzwingt der kleinere Leitwert von T40, daß die Abfallzeit der D6-Wellenform viel länger ist als in dem Fall, in welchem der Leitwert höher ist. Die Auswirkung einer allmählicher schaltenden Wellenform an D6 ist, daß eine größere Stromentnahme aus dem Puffer (T31, T41) verursacht wird. Ein Stromanstieg hier ist bedeutsamer als in dem Oszillator wegen der höheren Stromstärke (100 μΑ) des Puffers, was somit nahelegt, einen Schmitt-Puffer zu bevorzugen.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß die Konfiguration mit dem Körperkapazitätseffekt einen größeren Temperaturspielraum hat, bevor es zu einer nennenswerten Veränderung des Tastverhältnisses kommt, als die Konfiguration ohne den Körperkapazitätseffekt. Die Konfiguration mit dem Körperkapazitätseffekt, die eine größere verfügbare Leistung zum Gewinnen einer brauchbaren Schaltwellenform für einen bestimmten Stromverbrauch und eine bestimmte Versorgungsspannung erzeugt, gestattet ein temperaturstabileres Tastverhältnis unter Verwendung einer bestimmten Ausgangsstufe (z.B. T31, T41) und ist deshalb zu bevorzugen.

Die prinzipiellen Ausführungsformen sind zwar entweder bei

■332*55-3

einem fünf- oder bei einem siebenstufigen Ringoszillator benutzt worden, es kann jedoch eine größere Anzahl von Stufen (z.B. 9, 11, 13, 15 usw.) benutzt werden, um die Eigenfrequenz des Oszillators «u verringern oder das Tastverhältnis zu ändern.

Die erste Ausführungsform beschränkt sich außerdem auf eine Konfiguration, in der die Torsteuerstufe so angeschlossen ist, daß sie auf benachbarte Stufen anspricht. Die erste Ausführungsform .kann ohne weitere Modifizierung arbeiten, wenn der Torsteuereingang mit den Stufen 3 und 5 oder 5 und 7 verbunden wird. Das Eigentastverhältnis ist unter diesen Umständen kleiner.

Die zweite Ausführungsform kann so geschaltet werden, daß das Ansprechen auf nichtbenachbarte Stufen erfolgt, die dieselbe Phase haben, wobei 3-5 Verbindungen für ein Tastverhältnis von 20 % geeignet sind. Auch hier kann die Anzahl der Stufen und das Intervall zwischen den Stufen andere werte haben, wenn andere Tastverhältnisse erwünscht sind (z.B. 3, 7, falls "m" geeignet groß ist, usw.).

Wenn ein Tastverhältnis von mehr als 20-30 % erwünscht ist, kann die Wellenform invertiert werden. Wenn ein Tastverhältnis näher bei 50 % in der Ausführungsform nach Fig. 1 verlangt wird, können die in den Fig. 4, 5 und 6 dargestellten Parameter eingestellt werden. Allgemein wird mit der Erfindung nicht versucht, das Problem eines Tastverhältnisses von 50 % zu lösen, weil es direkt aus der Oszillatoreigenschwingung erhalten werden kann.

In der zweiten Ausführungsform sind die Wellenformen, die beiden Pufferverstärkern T51, T52 zugeführt werden, vollständig symmetrisch, denn jeder empfängt genau die gleiche

Wellenform, aber zeitlich verzögert um die Größe der gewünschten Äusgangsimpulsbreite. Jede analoge Störung, wie beispielsweise die Spannung oder der Strom oder die Temperatur, beeinflußt beide gleichermaßen, soweit es die zeitliche Verzögerung betrifft. Infolgedessen wird die Impulsbreite konstant, d.h. auf 20 % gehalten und ist von anderen Variablen fast unabhängig. Das steht im Gegensatz zu
der ersten Ausführungsform, wo die beiden Anzapfungen an
dem Ringoszillator benachbart sind und somit eine Zeitverzögerung von 10 % ergeben, wobei aber die Wellenformdifferenzen an den beiden Anzapfungen (eine ist positivgehend, eine ist negativgehend) ein tatsächliches Tastverhältnis
von 20 % ergeben.

Leerseite

Claims

Ansprüche :

b) einen Ringoszillator, der eine ungerade Anzahl m von Komplementär mßtalloxidhalbleiter (CMOS) -Feldef fekttransistorinverterstufen (T23-T29; T33-T39) enthält,

i) wobei jede Stufe eine ρ-Kanal-Vorrichtung (T23-T29), deren Sourceelektrode mit der positiven Klemme leitend verbunden ist, und eine n-Kanal-Vorrichtung (T33-T39) aufweist, deren Drainelektrode mit der Drainelektrode der zugeordneten p-Kanal-Vorrichtung verbunden ist, wobei die Drainverbindung einen Ausgang dieser Stufe bildet ,

ii) wobei die Gateelektroden der p- und der n-Kanal-Vorrichtung jeder Stufe miteinander verbunden

sind und wobei der Gateverbindungspunkt einen Eingang dieser Stufe bildet,

iii) wobei der Eingang jeder Stufe mit dem Ausgang einer vorangehenden Stufe verbunden ist, um einen Ring zu bilden;

c) wobei die Sourceelektroden der η-Kanal-Vorrichtungen miteinander verbunden sind und wobei ein Widerstand (R1) mit vorgewähltem Widerstandswert die Sourceverbindung mit der gemeinsamen Klemme verbindet, wobei der Widerstandswert die Oszillatorfrequenz festlegt, und

d) eine Torsteuereinrichtung (T30, T40), die auf elektrische Zustände in wenigstens zwei Stufen des Ringoszillators hin einen Ausgangsimpuls erzeugt, der das gewünschte Tastverhältnis hat.
2. Impulsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Torsteuereinrichtung (T30, T4 0)

i) wenigstens einen Schwellenwert hat, bei dem ein Ausgangsimpuls eingeleitet wird, wenn ein Eingangssignal einen Schwellenwert in einer Richtung durchquert, und ein Ausgangsimpuls beendet wird, wenn ein Eingangssignal einen Schwellenwert in der entgegengesetzten Richtung durchquert.
3. Impulsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Torsteuereinrichtung (T30, T40) auf die Differenz zwischen einer ersten Spannung an der Gateelektrode der i-ten Inverterstufe und einer zweiten Spannung an der Gateelektrode der j-ten Inverterstufe anspricht, wobei eine Änderung der ersten Spannung, während die zweite Gatespannung im wesentlichen konstant ist, eine Grenze des Ausgangsimpulses festlegt und wobei eine Änderung der zweiten Spannung, während die erste Spannung

im wesentlichen konstant ist, die andere Grenze des Ausgangs impulses festlegt.
4. Impulsgenerator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß "i" und "j" benachbarte Inverterstufen (T23-T29; T33-T39) darstellen, die hintereinander angeordnet sind.
5. Impulsgenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Torsteuereinrichtung (T30, T40) eine CMOS-Stufe aufweist, die eine p-Kanal-Vorrichtung (T30) und eine n-Kanal-Vorrichtungsstromsenke (T40) enthält,

i) wobei die Drainelektrode der Torsteuer-p-Kanal-Vorrichtung mit der Drainelektrode der Stromsenkenvorrichtung, die Sourceelektrode der Stromsenkenvorrichtung mit Masse und die Gateelektrode der Stromsenkenvorrichtung mit der positiven Klemme verbunden ist,

ii) wobei die Sourceelektrode der Torsteuer-p-Kanal-Vorrichtung mit der Gateelektrode der i-ten Inverterstufe und die Gateelektrode der Torsteuerp-Kanal-Vorrichtung mit der Gateelektrode der jten Inverterstufe verbunden ist;

iii) wobei das Torsteuerausgangssignal an der Drainverbindung abgenommen wird.
6. Impulsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch

e) eine Einrichtung zum Freigeben des Oszillators, die eine η-Kanal-Vorrichtung (T42) enthält, welche in eine Reihenverbindung zwischen den Sourceelektroden der n-Kanal-Vorrichtungen (T33-T39) des Oszillators und dem Widerstand (R1) eingefügt ist, wobei die Drainelektrode der η-Kanal-Freigabevorrichtung mit den Sourceelektroden der η-Kanal-Vorrichtungen verbunden ist, wobei die Sourceelektrode derselben mit dem Widerstand (R1) verbunden ist

und wobei die Gateelektrode derselben mit einer Steuerpotentialquelle verbunden ist.
7. Impulsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrate von sämtlichen n-Kanal-Vorrichtungen (T33-T39) in dem Ringoszillator mit Masse verbunden sind, um einen Körperkapazitätseffekt zu erzeugen, der den Spannungshub an den Ausgangs-Eingangsverbindungen des Ringoszillators vergrößert.
8. Impulsgenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringoszillator in einer integrierten Schaltung hergestellt ist und daß sich der Widerstand (R1) außerhalb derselben befindet, um das Wählen der Oszillatorfrequenz nach der Herstellung der integrierten Schaltung durch Wahl des Wertes des Widerstands zu gestatten.
9. Impulsgenerator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die integrierte Schaltung mit wahlweise zusätzlichen Stufen (T23, T24, T33, T34) für den Ringoszillator versehen ist, um eine Tastverhältnisveränderung nach der Diffusion der Vorrichtungen auf der integrierten Schaltung durch die Verwendung einer von wenigstens zwei wahlweisen Metallisierungen zu gestatten, wobei jede Metallisierung die gewählte Anzahl von Stufen mit dem Ringoszillator verbindet und die unbenutzten Stufen abtrennt und unwirksam macht.
10. Impulsgenerator nach einem der Ansprüche 5 bis 9, gekennzeichnet durch:

e) einen Puffer, der eine CMOS-Stufe aufweist, die eine p-Kanal-Vorrichtung (T31) und eine η-Kanal-Vorrichtung (T41) enthält,

i) wobei die Sourceelektrode und das Substrat der p-Kanal-Vorrichtung mit der positiven Klemme verbunden sind,

ii) wobei die Sourceelektrode und das Substrat der n-Kanal-Vorrichtung mit der gemeinsamen Klemme verbunden sind,

iii) wobei die Gateelektroden der Puffervorrichtungen miteinander und die Drainelektroden der Puffervorrichtungen miteinander verbunden sind, und

iv) wobei eine Einrichtung vorgesehen ist zum Verbinden des Ausgangs der Torsteuereinrichtung (T30, T40) mit der Gateverbindung und wobei das Ausgangssignal des Impulsgenerators an der Drainverbindung (D6) abgenommen wird.
11. Impulsgenerator nach einem der Ansprüche 5 bis 9, gekennzeichnet durch:

e) einen Puffer, der ein Hysteresegatter enthält, dessen Eingang mit der Drainverbindung (D6) der Torsteuereinrichtung (T30, T40) verbunden ist, wobei das Ausgangssignal des Impulsgenerators an dem Ausgang (01) des Hysteresegatters abgenommen wird.
12. Impulsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Torsteuereinrichtung

d) einen ersten und einen zweiten Schwellenwertverstärker (T51, T52) enthält, von denen einer mit der Gateelektrode der i-ten Inverterstufe verbunden ist und einen Ausgangsimpuls einleitet, wenn das Signal an der i-ten Gateelektrode einen Schwellenwert durchquert, während der andere mit der Gateelektrode der j-ten Inverterstufe verbunden ist und einen Ausgangsimpuls beendet, wenn das Signal an der j-ten Gateelektrode einen Schwellenwert durchquert.
13. Impulsgenerator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß ^wi" und "j" hintereinander aufgeführt sind, wobei j die (i + 2n)-te Stufe des m-stufigen Ringoszillators

darstellt und wobei η eine ganze Zahl ist, die innerhalb der Gesamtstufenzahl m zugelassen ist.
14. Impulsgenerator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Schwellenwertverstärker

d) eine p-Kanal-Vorrichtung (T51, T52) und eine n-Kanal-Vorrichtungsstromsenke (T55, T56, T57) enthält;

i) wobei die Gateelektrode der p-Kanal-Vorrichtung mit dem GateVerbindungspunkt der geeigneten fiten, j-ten) Inverterstufe verbunden ist; ii) wobei die Drainelektrode der p-Kanal-Vorrichtung mit.der Drainelektrode der η-Kanal-Vorrichtung verbunden ist und die Sourceelektrode der n-Kanal-Vorrichtung mit Masse verbunden ist,

iii) wobei das Torsteuerausgangssignal jedes Schwellenwertverstärkers an der Drainverbindung abgenommen wird.
15. Impulsgenerator nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Verbindung der Sourceelektroden der p-Kanal-Vorrichtungen (T51, T52) der Inverterstufen mit der positiven Klemme eine Diode (D1) ist und daß die Sourceelektroden der Schwellenwert-p-Kanal-Vorrichtungen mit der positiven Klemme verbunden sind, um die Gate-Sourcepotentiale der Schwellenwertverstärker zu vergrößern und den Grad des Leitens derselben bei einem bestimmten elektrischen Zustand des Oszillators zu verbessern.
16. Impulsgenerator nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch: e) eine Ausgangsstufe (T53, T54), die eine p-Kanal-Vorrichtung (T53) und eine η-Kanal-Vorrichtung (T54) enthält,

i) wobei die Sourceelektrode der Ausgangs-p-Kanal-Vorrichtung mit der Drainelektrode der Schwellen-

wert-p-Kanal-Vorrichtung verbunden ist, die mit der i-ten Inverterstufe verbunden ist,

ii) wobei die Gateelektroden der Ausgangs-p-Kanal- und -n-Kanal-Vorrichtungen mit der Drainelektrode der Schwellenwert-p-Kanal-Vorrichtung verbunden sind, die mit der j-ten Inverterstufe verbunden ist,

iii) wobei die Sourceelektrode der Ausgangs-n-Kanal-Vorrichtungen mit der gemeinsamen Klemme verbunden ist, und

iv) wobei die Drainelektroden der Ausgangs-p-Kanal- und -n-Kanal-Vorrichtungen miteinander verbunden sind und einen im wesentlichen rechteckigen Ausgangsimpuls liefern.