DE2643020A1

DE2643020A1 - Schmitt-trigger

Info

Publication number: DE2643020A1
Application number: DE19762643020
Authority: DE
Inventors: Kenneth Alexander Monson Arton; Alexander Douglas Odell; John Michael Young
Original assignee: International Standard Electric Corp
Current assignee: International Standard Electric Corp
Priority date: 1975-09-25
Filing date: 1976-09-24
Publication date: 1977-04-07
Also published as: ES451831A1; FR2326078A1; AU1788976A; CH607453A5; US4063119A; AU502829B2; IT1072786B; BE846417A; GB1480984A

Description

26A3020

Patentanwalt
Dipl.-Phys. Leo Thul

Stuttgart'

A.D.Odell-J.M.Young-K.A.M.Arton 27-2-1

INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, NEW YORK

Schmitt-Trigger

Die Erfindung betrifft einen Schmitt-Trigger.

.Der Aufbau eines Schmitt-Triggers mittels MOS-Transistoren bringt die Schwierigkeit mit sich, daß die gewünschten Triggerspannungen, die den "Ein"- bzw. "Aus"-Zustand verursachen, nicht gleichzeitig ohne weiteres festgelegt werden können, da die Spannungsübertragungscharakteristik eine Hystereseform aufweist. Die Triggerspannungen zur Umsteuerung in den "Ein"- bzw."Aus"-Zustand werden von den Verstärkungsfaktoren und Impedanzen der beteiligten MOS-Transistoren bestimmt. Es kann daher ohne weiteres vorkommen, daß eine Schaltung mit geeigneten Eingangstriggerspannungen unbefriedigende Ausgangsspannungen aufweist.

9.9.I976
Fk/Mr

709*14/0943

26A3020

A.D.Odell et al 27-2-1

Dies ist insbesondere von Nachteil, wenn MOS-Schaltungen angesteuert werden sollen, die niedrige Schwellenspannungen an ihren Gate-Anschlüssen haben, d.h., wenn der Schmitt-Trigger z.B. als Übergangs_estufe von TTL-Logik zu MOS-Logik benutzt werden soll.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung einen Schmitt-Trigger so zu konstruieren, daß bei einstellbaren "Ein"- bzw. "Aus"-Triggerspannungen eine sehr niedrige Ausgangsspannung zur Verfügung steht.

Dies wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Mittel gelöst.

Die Erfindung wird nun anhand von Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig.l das Schaltbild des erfindungsgemäßen Schmit t -Triggers ,

Fig.2 ein Blockschaltbild einer Anordnung,in der Schmitt-Trigger nach Fig.l zur Steuerung von MOS-Koppelelementen einer Fernsprechvermittlungsstelle verwendet werden,

Fig.3 die Anordnung der Bauteile nach Fig.2 auf einem Chip als integrierte Schaltung-.

Der in Fig.l dargestellte erfindungsgemäße Schmitt-Trigger enthält 6 N-Kanal Transistoren Tl bis T6, die zwischen einem Versorgungsanschluß PT, Erde, einem Eingang IT und einem Ausgang OT angeordnet sind.

7098U/0943

A.D.Odell et al 27-2-1

Die Transistoren Tl und T2 bilden einen invertierenden Verstärker mit Rückkopplung. Der Rückkopplungskreis ist:
Punkt a, Transistor T4, Punkt b, Transistor T2. Die Größe der Rückkopplungsspannung hängt vom Stromfluß im Transistor Τ4 ab, der seinerseits vom Zustand des Transistors T2 ("ein" oder "aus") bestimmt ist. Die Rückkopplungsspannung entsteht durch Spannungsabfall über dem Transistor T3. Die zum Einschalten bzw. Ausschalten erforderlichen
EingangsSpannungen am Eingang IT hängen von den Verstärkungsfaktoren und Impedanzen der Transistoren Tl bis T4 ab.
Würde das Ausgangssignal zwischen den Transistoren Tl und T2 (am Punkt a) abgenommen, könnte eine nachteilige Ausgangscharakteristik entstehen, da der Punkt a im Rüekkopplungskreis liegt. Dies wird erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß mittels eines weiteren invertierenden Verstärkers
(Transistoren T5 und T6) der Ausgang vom Rückkopplingskreis getrennt wird. Die über T3 erzeugte Rückkopplungsspannung liegt auch an diesem Verstärker an.

Verstärkungsfaktor und Impedanz dieses Verstärkers können entsprechend der gewünschten Ausgangsspannung eingestellt werden, ohne daß dadurch der Rückkopplungskreis und damit die Eingangstriggerspannung wesentlich beeinflußt werden.

Die Arbeitsweise dieses Schmitt-Triggers soll nun kurz beschrieben werden:

Zunächst sei der Transistor T2 durch ein entsprechendes Eingangssignal durchgeschaltet ("ein"). Mit fallender Eingangsspannung (=Gatespannung) sperrt der Transistor T2 ("aus"). Dies hat zur Folge, daß das Potential im Punkt a sieh dem

7098U/09U

A.D.Odell et al 27-2-1

Potential am Versorgungsanschluß PT nähert, übersteigt dieses Potential die Schwellspannung des Transistors T4, schaltet dieser durch ("ein")_s da dessen Gate mit dem Punkt a verbunden ist. Daraufhin wird der Punkt b auf Nullpotential gelegt.

Mit fallender Eingangsspannung am Eingang IT, sperrt auch der Transistor T6 ("aus"), wodurch die Ausgangsspannung auf den Wert der Versorgungsspannung ansteigt. Im umgekehrten Fall (Transistor T2 gesperrt), schaltet mit steigender Eingangsspannung der Transistor T2 durch ("ein"), das Potential in a fällt ab, damit fällt die Gatespannung des Transistors T4 und dieser sperrt ("aus"). Das Potential in b steigt, der Transistor Τ6 schaltet durch ("ein"), die Ausgangsspannung fällt.

Dieser Schmitt-Trigger kann dazu verwendet werden, um von TTL-Logikbauteilen (ein-aus-Spannungen 0,8-2,*! Volt) auf MOS-Bauteile überzugehen (Schwellspannung V, =0,7^0,2 Volt, Versorgungsspannung +5VoIt).

Dabei haben die verwendeten Transistoren Tl...T6 folgendes w/1-Verhältnis (Länge/Breite des Kanals):

Tl-O,1; T2-1.0; T3"2,O; T4-10.0; T5~O,2; T6-10,0.

Mehrere derartige Schmitt-Trigger können in der Steuerschaltung von MOS-Koppelelementen einer Pernsprechvermittlungsstelle eingesetzt werden. Eine typische Ausführungsweise besteht aus 2 4x4-Koppelmatrizen, bestehend aus MOS-Koppelelementen, die zusammen mit der Steuerung in einem Clip integriert sind. Aus mehreren derartigen Moduln können dann größere Koppelmatrizen aufgebaut werden.

7098U/09A3

A.D.Odell et al 27-2-1

Fig.2 zeigt eine solche Anordnung. Zur Ansteuerung der Koppelelemente KO...K15 dient ein l6-Bit Schieberegister D0...DI5. Die Gate-Anschlüsse zusammengehöriger Koppelelemente (a-Ader, b-Ader einer Verbindung) sind parallel geschaltet, die Ansteuerung erfolgt über Leitungen AO...A15 (Koppelelemente der a-Matrix) bzw. BO...BI5 (Koppelelemente der b-Matrix). Die Dateneingabe in das Schieberegister und die Verbindung der Gateanschlüsse mit dem Schieberegister werden über Aktivierungs- und Reseteingänge gesteuert.

Erfindungsgemäße Schmitt-Trigger ST sind der Aktivierungsund Resetsteuerung, der Taktsteuerung, dem Taktgeber und der Dateneingabe zugeordnet.

Wenn das Aktivierungssignal E niedriges Potential hat, werden die internen Taktimpulse (|$ und φ j erzeugt, damit ist die Dateneingabe in das Schieberegister und die Datenausgabe möglich. Die Koppelelemente sind vom Schieberegister getrennt und bleiben in ihrem letzten Zustand.

Wenn das Aktivierungssignal E hohes Potential hat, werden keine Taktimpulse φ$ mehr erzeugt (die Taktimpulse Έ\ haben dann keinen Einfluß). Das Schieberegister behält damit die Informationen (= Bitfolge), die vorher eingegeben wurden.

Die Gate-Anschlüsse der Koppelelemente sind mit dem Schieberegister verbunden; wenn ein Schieberegisterausgang hohes Potential besitzt (="1"), wird das zugeordnete Koppelelementpaar durchgeschaltet ("ein"). Wenn das Resetsignal R niedriges Potential aufweist, beeinflußt es nicht die Ar-

709 814/0945

A.D.Odell et al 27-2-1

beitsweise der Schaltung, wenn es hohes Potential aufweist, wird das Aktivierungssignal E auf hohes Potential gebracht, d.h., Taktimpulse φ; werden nicht erzeugt und der Ausgang Q nimmt hohes Potential an. Alle Schieberegisterstufen werden in den Zustand A_n=O, B =1 gesetzt und damit werden alle Koppe Ie leine rite gesperrt ("aus"). Wenn das Resetsignal E wieder niedriges Potential annimmt,
bleibt dieser Zustand erhalten, bis das Aktivierungssignal E wieder hohes Potential annimmt.

7098U/0943

Claims

A.D.Odell et al 27-2-1 . Patentansprüche

1. Schmitt-Trigger, gekennzeichnet durch zwei Inverter, bestehend aus je zwei MOS-Transistoren (Tl, T2 und T5, T6) wobei der erste Inverter (Tl, T2) mit einem weiteren MOS-Transistor (T3) zur Erzeugung einer Spannungsrückkopplung verbunden ist, die beide Inverter beeinflußt, und durch den Ausgang des zweiten Inverters (T5, T6) als Ausgang des Schmitt-Trigger.

2. Schmitt-Trigger nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Versorgungsspannungsanschluß (PT), einen Referenzanschluß, einen Signaleingang (TT) und einen Signalausgang (OT), durch einen ersten MOS-Transistor (Tl), einen zweiten MOS-Transistor (T2) und einen dritten MOS-Transistor (T3), deren Source-Drain-Strecken zwischen dem Versorgungsspannungsanschluß (PT) und dem Referenzanschluß (Erde) in Serie geschaltet sind,- wobei die Gate-Anschlüsse des ersten und dritten Transistors ebenfalls mit dem Versorgungsspannungsanschluß (PT) und der Gate-Anschluß des zweiten Transistors (T2) mit dem Signaleingang (IT) verbunden sind, durch einen vierten MOS-Transistor (T4), dessen Drain-Source-Strecke zwischen dem Versorgungsspannungsanschluß (PT) und einem ersten Verbindungspunkt (b) zwischen dem zweiten und dritten MOS-Transistor (T2, T3) liegt, und dessen Gate-Anschluß mit einem aweiten Verbindungspunkt (a) zwischen dem ersten und zweiten MOS-Transistor (Tl, T2) verbunden ist, durch einen fünften und sechsten MOS-Transistor (T5, Τ6), deren Drain-Source-Strecken in Serie zwischen dem Versorgungsspannungsanschluß (PT) und dem ersten Verbindungs-

7QIfU/09 43

A.D.Odell et al 27-2-1

punkt (b) liegen, wobei der Gate-Anschluß des fünften MOS-Transistors (T5) mit dem VersorgungsSpannungsanschluß (PT), der Gate-Anschluß des sechsten MOS-Transistors (Τ6) mit dem Signaleingang (IT)₃ und der Signalausgang (OT) mit einem Verbindungspunkt zwischen den Drain-Source-Strecken des fünften und des sechsten MOS-Transistors (T5, T6) verbunden ist.

3· Schmitt-Trigger nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch seine Verwendung zur Steuerung von MOS-Koppelelementen einer Pernsprechvermxttlungsstelle.

4. Schmitt-Trigger nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch seine wahlweise Zuordnung zur Aktivierungssteuerung, zur Resetsteuerung, zur Taktsteuerung und zur Dateneingabesteuerung innerhalb einer aus integrierten Bauteilen aufgebauten Koppelmatrix und deren zugeordneten Schieberegister.

709114/0943