Hintergrund der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein ECL-CMOS-Umsetzer
und insbesondere ECL-CMOS-Umsetzer mit einer einzigen
Speisespannung, die unter Einsatz eines herkömmlichen
VLSI-CMOS-Verfahrens in einen einzigen Chip integrierbar sind.
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Eine Konvertierung aus den Logikpegeln einer logischen Familie
in eine andere logische Familie ist in der Technik
wohlbekannt. Eine Schaltung aus dem Stand der Technik, die zur
Konvertierung von ECL-Logikpegeln zu CMOS-Logikpegeln verwendet
wird, ist in Fig. 1 gezeigt. Der Umsetzer 10 erzeugt die
Konvertierung sowohl für die Daten (ECL DATENEINGANGSSIGNAL)
als auch für den Takt (ECL-TAKT und ). Die ECL-Daten
werden durch Verschiebung des Logikpegels und Vergleich mit
einer Referenzspannung konvertiert. Die Referenzspannung
(BANDABSTAND-REFERENZSPANNUNG) wird von einer externen
bipolaren Schaltung zugeführt. Die Pegelumsetzer 12 und 14
erzeugen eine positive Verschiebung des Logikpegels von vier Volt,
um es dem CMOS-Komparator 20 zu ermöglichen, die beiden Pegel
zu vergleichen und ein CMOS-kompatibles Ausgangssignal zu
erstellen (CMOS-DATENAUSGANGSSIGNAL). Die Taktkonvertierung
erfolgt auf ähnliche Art und Weise, unter Verwendung von
Pegelumsetzern 16 und 18, und CMOS-Komparator 22. In dem
speziellen Fall der Taktkonvertierung wird keine externe
Bandabstand-Referenzspannung benötigt, da abwechselnde Phasen
des Taktsignals die Referenz für den Vergleich geben.
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Im typischen Fall sind die Pegelumsetzer 12, 14, 16 und 18
Zenerdioden und extern von der integrierten Schaltung
vorgesehen, welche die CMOS-Komparatoren 20 und 22 sowie andere
CMOS-Schaltungen enthält. Obwohl CMOS-Schaltungen
üblicherweise mit einer positiven Versorgungsspannung von 5 Volt und
Masse arbeiten, liefert die externe Bandabstand-Referenz-
Spannungsschaltung eine negative Spannung und erfordert daher
eine zusätzliche negative Versorgungsspannung.
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Es wird daher ein CMOS-ECL-Umsetzer gewünscht, bei dem die
Bandabstand-Referenzspannungsschaltung eliminiert wurde und
die Schaltungen zur Verschiebung des Logikpegels in einem
VLSI-CMOS-Verfahren hergestellt werden, was eine Integrierung
des gesamten Umsetzers mit anderen CMOS-Schaltungen auf einem
einzigen Chip, der mit einer einzigen Versorgungsspannung
gespeist wird, ermöglicht.
Zusammenfassung der Erfindung
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Diese Erfindung stellt einen ECL-CMOS-Umsetzer mit einem
Differenz-ECL-Takteingang und einem ECL-Dateneingang zur
Verfügung. Eine Referenzspannung wird erzeugt, indem die in ihrem
Logikpegel verschobenen Differenz-ECL-Taktsignale unter
Verwendung eines Spannungsteilers gemittelt werden. Diese
Referenzspannung und das in seinem Pegel verschobene
ECL-Dateneingangssignal werden vom einem CMOS-Komparator verglichen, um
ein CMOS-Datenausgangssignal zu erzeugen. Alle Pegelumsetzer,
Komparatoren und der Spannungsteiler können in einem
herkömmlichen VLSI-CMOS-Verfahren integriert werden, wodurch es
möglich wird, daß die resultierende integrierte Schaltung nur von
einer einzigen Versorgungsspannung gespeist arbeitet.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1 stellt ein Schaltbild eines ECL-CMOS-Umsetzers aus dem
Stand der Technik dar;
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Fig. 2 zeigt ein Schaltbild eines ECL-CMOS-Umsetzers gemäß
vorliegender Erfindung; und
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Fig. 3 stellt ein Schaltbild einer Schaltung zur Verschiebung
des logischen Pegels dar, die zur Verwendung in der
vorliegenden Erfindung besonders geeignet ist.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Die Schaltung, die zur Umwandlung von ECL-Logikpegeln in CMOS-
Logikpegel gemäß vorliegender Erfindung verwendet wird, ist in
Fig. 2 dargestellt. Der Umsetzer 24 bewirkt eine Umwandlung
sowohl der Daten (ECL-DATENEINGANGSSIGNAL) als auch des Taktes
(ECL-TAKT und ). Die Pegelumsetzer 16 und 18 erzeugen
eine positive Verschiebung der Pegel von vier Volt, um es dem
CMOS-Komparator 22 zu ermöglichen, die beiden in ihrem Pegel
verschobenen Taktsignale zu vergleichen, um einen
CMOS-kompatiblen Takt (CMOS-TAKTAUSGANGSSIGNAL) zu erstellen.
Alternierende Phasen des Taktsignals ergeben die Referenz für den
Vergleich durch den Komparator 22. Die alternierenden Phasen
des Taktsignals ergeben ebenfalls Eingangssignale an eine
Spannungsteilerschaltung, die aus Widerständen 26 und 28
besteht. Das Ausgangssignal des Spannungsteilers ergibt eine
Referenzspannung, die an einem Punkt auf halbem Weg zwischen
dem Wert der in ihrem Pegel verschobenen ECL-Hochspannung und
dem Wert der in ihrem Pegel verschobenen ECL-Niederspannung
liegt.
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Ist die Referenzspannung erst einmal erzeugt worden, können
die CMOS-Daten erzeugt werden. Die ECL-Daten werden von
Pegelumsetzer 12 vier Volt positiv in ihrem Pegel verschoben. Diese
verschobenen Daten werden vom CMOS-Komparator 20 mit der
erzeugten Referenzspannung verglichen. Das resultierende
Datenausgangssignal (CMOS-DATENAUSGANGSSIGNAL) stellt ein
CMOS-kompatibles Datensignal bereit. Die erzeugte
Referenzspannung kann ebenfalls in einer integrierten Schaltung für
mehrere ECL-Dateneingangssignale verwendet werden. Durch die
Verwendung dieser erzeugten Referenzspannung durch die gesamte
integrierte Schaltung hindurch verbessert sich die Gesamt-
Störungsunempfindlichkeit.
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Damit der erfindungsgemäße ECL-CMOS-Umsetzer in einen einzigen
integrierten Chip integriert hergestellt werden kann, ist es
wünschenswert, daß der aus den Widerständen 26 und 28
bestehende Spannungsteiler, die Komparatoren 20 und 22, und
die Schaltungen 12, 16 und 18 zur Verschiebung des Logikpegels
unter Anwendung eines herkömmlichen VLSI-CMOS-Verfahrens
hergestellt werden. Daher sollten die Widerstände 26 und 28
idealerweise unter Verwendung eines Paares integrierter
Schaltungs-Widerstände wie N-Wanne, P-Wanne oder Polysilizium
hergestellt werden. Die Komparatoren 20 und 22 sollten unter
Verwendung herkömmlicher CMOS-Transistoren mit N- und P-Kanälen
hergestellt werden. Die Auslegung des Komparators ist so
gewählt, daß sie den Betriebsspezifikationen des Umsetzers 24
oder der integrierten Schaltung, von der der Umsetzer 24 ein
Teil ist, entspricht.
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Um den ECL-CMOS-Umsetzer mit nur einer Spannungsquelle zu
betreiben, sollten die Schaltungen 12, 16 und 18 zur
Verschiebung des Logikpegels vorzugsweise von der in Fig. 3
dargestellten Art sein, die im Stand der Technik bekannt ist. Der
dargestellte Pegelumsetzer besteht aus vier CMOS-Transistoren
32, 34, 36 und 38 mit P-Kanal. Die Transistoren 32 und 34
bilden einen Widerstandsteiler, der eine Vorspannung zum
Vorspannen des Gates von Transistor 36 erzeugt. Transistor 36 ist
somit im Sättigungsbereich, was eine entsprechende konstante
Drain-Spannung erzeugt, vorgespannt. Der Gate- und der Drain-
Anschluß des Transistors 38 sind auf eine "als Diode
geschaltete", Art miteinander gekoppelt, die in Verbindung mit dem
Drain-Strom des Transistors 36 die positive Pegelverschiebung
von vier Volt zwischen dem ECL-EINGANGSSIGNAL an Anschluß 40
und dem PEGELVERSCHOBENEN AUSGANGSSIGNAL bei 42 erzeugt. Es
ist wichtig zu bemerken, daß während der Anschluß 40 mit ECL-
Pegel-Spannungen gekoppelt ist (ca. -1,8 bis -1 Volt), der
Pegelumsetzer in einem herkömmlichen CMOS-Verfahren integriert
werden kann, das zwischen Masse und einer Versorgungsspannung
von fünf Volt arbeitet. Es werden im Höchstfall nicht mehr als
fünf Volt zwischen dem Source- und dem Drain-Anschluß eines
jeden beliebigen Transistors in der Schaltung abfallen, und
nur acht Volt werden über dem Source- oder dem Drain-Anschluß
zur N-Wanne oder dem Substratübergang abfallen. Diese
Spannungen
liegen innerhalb des Bereiches, in dem ein zuverlässiger
Betrieb einer integrierten CMOS-Schaltung gewährleistet ist.
Falls erwünscht, kann zur Erhöhung der Stabilität der
Spannungsversorgung ein zusätzlichen diodengeschalteter Transistor
mit P-Kanal zwischen dem Source-Anschluß des Transistors 32
und der Spannungsquelle von fünf Volt geschaltet werden.
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Somit läßt sich ein erfindungsgemäßer ECL-CMOS-Umsetzer ohne
separate Bandabstand-Spannungsreferenz oder ohne externe
Pegelumsetzer herstellen. Der ECL-CMOS-Umsetzer gemäß
vorliegender Erfindung kann unter Anwendung eines herkömmlichen
CMOS-Verfahrens in einer einzigen integrierten Schaltung, die
von einer einzigen Spannungsquelle mit fünf Volt gespeist
wird, hergestellt werden.