專利名稱:用互補型金屬氧化物晶體管技術(shù)實現(xiàn)的倒相器的制作方法
本發(fā)明涉及一種用CMOS技術(shù)實現(xiàn)的倒相器，也即用互補絕緣柵場效應(yīng)晶體管實現(xiàn)的倒相器，該倒相器由兩個晶體管，即一個p溝道晶體管和一個n溝道晶體管組成，這兩個晶體管的控制電流通路串聯(lián)在電壓源的正、負(fù)端之間，這兩個晶體管的連接點構(gòu)成倒相器的輸出端，n溝道晶體管的柵極通過第一電容連接至倒相器的輸入端，而且n溝道晶體管是第一電流反映電路的輸出晶體管(參照權(quán)利要求
1的序言部分)。
這種倒相器已在DE-A3008280中作了描述，具體如附圖2所示。除去權(quán)利要求
1序言部分的上述特點之外，現(xiàn)有技術(shù)水平的倒相器中的p溝道晶體管的柵極是直接與倒相器的輸入端相連接的，且通過一個高阻值電阻接至倒相器的輸出端。
在現(xiàn)有技術(shù)的倒相器中，兩個晶體管的直流工作點是由電容性地耦合于晶體管的輸入信號確定的。因此，電路的低頻截止頻率是由耦合電容電路的時間常數(shù)決定，而且，在一個脈沖通過之后，倒相器的輸出端是這樣一種狀態(tài)，即輸出端電平大約為電源電壓的一半，除非在由時間常數(shù)決定的時間內(nèi)有另一脈沖邊沿到來。所以，現(xiàn)有技術(shù)倒相器對應(yīng)于已經(jīng)通過它的輸入信號沒有穩(wěn)定的輸出電平。
因此，本發(fā)明目的就是要改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)的倒相器，由此一方面在不增加電阻值和/或電容值的情況下降低低頻截止頻率，而另一方面又不增加高頻轉(zhuǎn)換次數(shù)，甚至在沒有輸入信號時倒相器的輸出端繼續(xù)不變地呈現(xiàn)兩個二進(jìn)制電平之一。
這樣做的優(yōu)點是在輸入信號的前沿和后沿上，輸出脈沖沿的陡度是相應(yīng)地對稱的，所以倒相器內(nèi)的信號延遲在前沿和后沿上是盡可能一致的。
本發(fā)明的倒相器用作作為電壓比較器的差分放大器的輸出級會是十分有利的。這是因為即使電壓比較器的輸入端上存在著不同的電壓差，但本電路在信號脈沖上升沿和下降沿上的延遲差卻仍很小。
現(xiàn)在參照附圖，更詳細(xì)地說明本發(fā)明。附圖中圖1為本發(fā)明一個實施例的電路方框圖。
圖2為一個電路方框圖，它說明以上所介紹的本發(fā)明與作為電壓比較器的差分放大器一起的使用法。
參照圖1，倒相器的兩個晶體管，也就是p溝道晶體管tp和n溝道晶體管tn，二者的控制電流通路被接在電壓源的正端vd與負(fù)端vs之間。第一電容c1和第二電容c2分別接在倒相器輸入端e與兩個晶體管的柵極之間，這樣，使得p溝道晶體管也只是電容性地驅(qū)動。
兩個晶體管tp和tn的工作點由第一、第二和第三電流反映電路s1、s2、s3及參考電流電路sr確定。第一和第二電流反映電路s1和s2可以依據(jù)倒相器的輸出信號在一個高電流值與一個低電流值之間轉(zhuǎn)換。實行這種轉(zhuǎn)換因而倒相器輸出端ag為H電平時，而第一電流反映電路能夠傳送低值電流，第二電流反映電路能夠傳送高值電流;而當(dāng)輸出端ag為L電平時，這些狀態(tài)便顛倒過來。在靜態(tài)中，僅有低值電流在倒相器中流過，但正是這樣才使電流反映電路能夠轉(zhuǎn)換到高值電流，以在輸入脈沖渡越時供給必要的電荷交換電流。
通過高、低電流之間的這種轉(zhuǎn)換，使由輸入信號的一個沿所引起的輸出電平能與時間無關(guān)地保持到下一輸入信號沿，因而，甚至相當(dāng)?shù)偷念l率的輸入信號也是允許的。
在圖1的電路方框圖中，高、低電流值之間的轉(zhuǎn)換是由每一電流反映電路中的兩個晶體管來完成的，這兩個晶體管具有相同的溝道寬-長比系數(shù)(即W/L系數(shù))，而且都連接至開關(guān)晶體管sp、sn，晶體管sp和sn的柵極與倒相器的輸出端ag相連接。因為在電流反映電路中，驅(qū)動電流與輸出電流的比率等于驅(qū)動晶體管與輸出晶體管的W/L系數(shù)的比值，當(dāng)相應(yīng)的開關(guān)晶體管sp和sn導(dǎo)通時，s1和s2便轉(zhuǎn)換到低值電流，所以每一電流反映電路中的兩個驅(qū)動晶體管是以并聯(lián)形式連接在一起的。因此，當(dāng)開關(guān)晶體管截止時，s1、s2便流過高值電流。象通常的電流反映電路一樣，驅(qū)動晶體管的柵極直接與有關(guān)的源極相連接。
第一電流反映電路s1的驅(qū)動電流is1是第三電流反映電路s3的輸出電流ia3，而且第三電流反映電路s3的驅(qū)動電流是參考電流反映電路sr的第一輸出電流iar1。第二電流反映電路s2的驅(qū)動電流is2是參考電流反映電路sr的第二輸出電流iar2。參考電流ir的值可通過晶體管tr選擇，晶體管tr如同一電阻那樣接在電路中。參考電流反映電路sr的和端與電壓源的負(fù)端vs相連接，第三電流反映電路s3的和端與電壓源的正端vd相連接。
驅(qū)動電流流過驅(qū)動晶體管ts1、ts1′、ts2、ts2′ts3、tsr，而輸出電流流過輸出晶體管ta3、tar1、tar2、tp、tn。
在最佳實施例中，這樣來選定所有電流反映電路晶體管的W/L系數(shù)，使得第一電流反映電路s1的高電流值等于該電流反映電路低電流值的二倍，而其它電流反映電路的所有電流都等于該低電流值。靜態(tài)情況下，即無輸入信號時，參考電流ir便流經(jīng)晶體管tp與tn的串聯(lián)線路。此外，第一電流反映電路s1中的兩個并聯(lián)晶體管ts1、ts1′與第二電流反映電路s2中的兩個并聯(lián)晶體管ts2、ts2′的W/L系數(shù)是相等的。
n溝道晶體管tn和p溝道晶體管tp的柵極經(jīng)過第一電阻r1和第二電阻r2分別連接至第一電流反映電路s1和第二電流反映電路s2的驅(qū)動輸入端，因而也分別連接至第三電流反映電路和參考電流反映電路的輸出端。
本發(fā)明的一個優(yōu)點是，第一電阻r1和第二電阻r2分別由一個附加的n溝道晶體管tr1和一個附加的p溝道晶體管tr2構(gòu)成。n溝道晶體管tr1的控制電流通路是第一晶體管tn的柵極和第一電流反映電路s1之間的連接電路，而p溝道晶體管tr2的控制電流通路是第二晶體管tp和第二電流反映電路s2之間的連接電路。晶體管tr1和tr2的柵極分別與電壓源的正、負(fù)端vd和vs相連接。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點是，每一個附加晶體管tr1和tr2的電流通路分別加上與tr1和tr2屬同一種導(dǎo)電類型的晶體管tr1′和tr2′的并聯(lián)分流通路，差分輸出信號v1加到n溝道并聯(lián)晶體管tr1′的柵極，而倒相的差分輸出信號v1加到p溝道并聯(lián)晶體管tr2′的柵極，差分時間常數(shù)短于所處理的輸入脈沖持續(xù)時間。使用這種電路，比起只使用附加晶體管tr1和tr2時，倒相器可更快地回到靜態(tài)。高頻信號輸入(10MHz至20MHz)時尤為如此。
圖2是說明以上所介紹的圖1中的倒相器同一個作為電壓比較器的差分放大器k一起的最佳用法的電路圖。該差分放大器k由差分放大器晶體管td1、td2組成，td1和td2的源極通過公共晶體管tk接至電壓源的vs端，tk作為恒流源，其柵極與參考電流源sr的兩個晶體管的互聯(lián)的柵極相連接，差分放大器晶體管td1的柵極構(gòu)成比較器的第一個輸入端e1，而差分放大器晶體管td2的柵極構(gòu)成比較器的第二個輸入端e2。差分放大器的兩個負(fù)載電阻由第四電流反映電路s4的驅(qū)動晶體管ts4和輸出晶體管ta4構(gòu)成，驅(qū)動晶體管ts4的控制電流通路與差分放大器晶體管td1串聯(lián)，而輸出晶體管ta4的控制電流通路與差分放大器晶體管td2的電流通路串聯(lián)。由上面最后提到的兩個晶體管ta4和td2的連接點構(gòu)成的輸出端接至兩個電容c1和c2。
在兩個輸入端e1與e2上的不同的電壓差別只引起兩個可能的脈沖沿延遲的微小差別，這一點當(dāng)圖2所示的電路是用作將三態(tài)數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制信號的轉(zhuǎn)換器而又工作于10MHz至20MHz頻率范圍內(nèi)時，就顯得格外重要。
權(quán)利要求
1.用CMOS技術(shù)實現(xiàn)的倒相器及其所包括的兩個晶體管，也就是p溝道晶體管(tp)和n溝道晶體管(tn)。所述兩個晶體管的控制電流通路串聯(lián)在電壓源的正端(vd)和負(fù)端(vs)之間，而這兩個晶體管的連接點構(gòu)成倒相器的輸出端(ag)，該n溝道晶體管(tn)的柵極通過第一電容(c1)連接到倒相器輸入端(e)，而該n溝道晶體管(tn)也就是第一電流反映電路(s1)的輸出晶體管，所述倒相器及其所包括的兩個晶體管其特征在于以下特點該p溝道晶體管(tp)的柵極通過第二電容(c2)連接到倒相器的輸入端(e)；該p溝道晶體管(tp)就是第二電流反映電路(s2)的輸出晶體管；第一電流反映電路(s1)的輸出電流和第二電流反映電路(s2)的輸出電流根據(jù)倒相器的兩個輸出電平(H，L)，在高值電流和低值電流之間轉(zhuǎn)換，這樣，在H電平時，第一電流反映電路(s1)能夠有低值電流，在L電平時，(s1)能夠有高值電流；而第二電流反映電路(s2)則在H電平時能夠有高值電流，在L電平時，能夠有低值電流。第一電流反映電路(s1)的驅(qū)動電流(is1)是第三電流反映電路(s3)的輸出電流(ia3)，而第三電流反映電路(s3)的驅(qū)動電流(is3)又是參考電流反映電路(sr)的第一輸出電流(iar1)；第二電流反映電路(s2)的驅(qū)動電流(is2)是參考電流反映電路(sr)的第二輸出電流(iar2)，該n溝道晶體管(tn)的柵極通過第一電阻(r1)連接到第一電流反映電路(s1)的驅(qū)動輸入端，而p溝道晶體管(tp)的柵極通過第二電阻(r2)連接到第二電流反映電路(s2)的驅(qū)動輸入端。
2.如權(quán)利要求
1中要求的倒相器，其特征在于第一和第二電流反映電路(s1，s2)的高電流值等于相應(yīng)電流反映電路低電流值的二倍，而其它電流反映電路(s3、sr)的所有電流都等于低電流值。
3.如權(quán)利要求
1或2中所要求的倒相器，其特征在于第一電阻(r1)和第二電阻(r2)分別由附加n溝道晶體管(tr1)和附加p溝道晶體管(tr2)構(gòu)成，附加n溝道晶體管(tr1)的控制電流通路是第一晶體管(tn)的柵極與第一電流反映電路(s1)之間的連接電路，附加p溝道晶體管(tr2)的控制電流通路是第二晶體管(tp)的柵極與第二電流反映電路(s2)之間的連接電路，最后，這兩個附加晶體管的柵極分別連接至電壓源的正端vd和負(fù)端vs。
4.如權(quán)利要求
3中所要求的倒相器，其特征在于兩個附加晶體管(tr1、tr2)各自的電流通路被與tr1、tr2同導(dǎo)電類型的晶體管(tr1′，tr2′)的并聯(lián)電流通路分流，差分輸出信號(v1)加到n溝道并聯(lián)晶體管(tr1′)的柵極，而倒相的差分輸出信號(
V1)則加到p溝道并聯(lián)晶體管(tr2′)的柵極，而差分時間常數(shù)短于所處理的輸入脈沖持續(xù)時間。
5.如權(quán)利要求
1至4中的任何一個所要求的倒相器的用法，即倒相器用作作為電壓比較器的差分放大器(k)的輸出極。
專利摘要
本發(fā)明倒相器的兩個晶體管(tn、tp)是通過兩個電容(c1、c2)純粹容性地驅(qū)動的，(tn、tp)的直流工作點通過來自參考電流源(sr)的輸出電流的驅(qū)動電流來確定。由此對輸入信號的正、負(fù)脈沖沿給出相同的延遲，這樣，與作為電壓比較器的差分放大器(k)一起的最佳應(yīng)用能在10～20MHz頻率范圍內(nèi)達(dá)到良好的高頻響應(yīng)。
文檔編號G05F3/08GK86103472SQ86103472
公開日1986年12月24日 申請日期1986年5月22日
發(fā)明者沃夫?qū)じ窳指?申請人:德國Itt工業(yè)有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan