Микромощный инвертор на дополняющих мдп-транзисторах
Патент 898620
Авторы
Классы МПК
Микромощный инвертор на дополняющих мдп-транзисторах
Иллюстрации
Реферат
Союз Советсиик
Социалистических
Респубики
«и898620 (6l ) Дополнительное н авт. свид-ву— (22)Заявлено 14. О4. 80 (21) 2 11666/13-21 с присоединением заявки Ле (23) Приоритет
Опубликовано 15. 01 ° 82. Бюллетень М.2
Дата опубликования описания 15.01 8> (51)%. Кл.
Гааударстеаеый нанктет
СССР ао делен изобретени0 н открытий () УЛК 621.374 " (О88.8) (72) Автор изобретения
А.Д.Якимаха (71) Заявитель
Киевское научно-производственное обведи (54) МИКРОМОЩНЦЙ ИНВЕРТОР НА ДОПОЛНЯЮЦИХ
МДП-ТРАНЗИСТОРАХ
Изобретение относится к цифровой схемотехнике и может быть использовано в качестве базового вентиля цифровых микросхем большой плотности интеграции со сверхнизким энергетическим потреблением.
Известен микромощный инвертор на дополняющих МДП-транзисторах с индуцированными каналами, МДП-транзисторы которого при переключении работают в режиме с сильной инверсией (11.
Недостатком этого устройства является большая потребляемая мощность при переключении и низкое быстродействие.
Известен микромощный инвертор на дополняющих МДП-транзисторах с индуцированными каналами, работающих в режиме со слабой инверсией приповерхностного слоя полупроводника подложки (21.
Недостатком этого инвертора является низкая температурная стабильность. и низкое быстродействие.
Увеличение быстродействия возможно путем использования в качестве активных элементов МДП-транзисторов со встроенными каналами, что обеспе"
5 чивает получение малых пороговых напряжений и соответственно увеличивает быстродействие устройства.
Целью изобретения является улучшение температурной стабильности.
Для достижения поставленной цели
1О в микромощный инвертор на дополняющих МДП-транзисторах, содержащий р-канальный и и-канальный МДП-транзисторы, истоки которых подключены соответственно к шине питания и общей шине, а затворы и стоки соответ" ственно — ко входной и выходной шинам, введены преобразователь температуры в напряжение, микромощный повторитель напряжения., образованный р-канальным МДП-транзистором в резистивном включении и последовательно с ним включенным и-канальным транзистором, а также два преобразователя уровня напряжения, каждый из которых содержит последовательно включенные два нагрузочных резистора и МДП-транзистор, р-канальный у первого и и-канальный у второго преобразователя уровня напряжения, причем первый преобразователь уровня напряжения включен между первой шиной смещения и шиной питания, а второй - между второй шиной смещения и общей шиной, к выходу первого преобразователя уровня напряжения, которым является общий вывод резисторов нагрузки, подключены подложки всех и-канальных транзисторов устройства, а к выходу второго преобразователя уровня напряжения - подложки всех р-канальных транзисторов, затвор МДП-транзистора первого преобразователя уровня напряжения подключен к стоку и-канального транзистора повторителя напряжения, а затвор МДП-транзистора второго преобразователя уровня напряжения - к затвору и-канального транзистора повторителя напряжения и к выходу преобразователя температуры в напряжение.
На чертеже представлена электрическая принципиальная схема устройства.
Устройство содержит исток и-канального МДП-транзистора 1, который подключен к общей шине 2, а исток р-канального МДП-транзистора 3 подключен к шине 4 питания, затворы и стоки транзисторов 1 и 3 подключены соответственно ко входной шине б 0(Т) п <п(Т) 1г <т(Т)
v,=v,(ò).
5 и к выходной шине 6. Последователь898620 4 транзистора 12, а затвор транзистора
16 подключен к затвору транзистора 8 и к выходу преобразователя 17 температуры в напряжение. Подложки р-канальных транзисторов 3, 7 и 12 подключены к общему выводу резисторов
14 и 15 нагрузки, а подложки и-канальных транзисторов 1,8 и 16 - к общему выводу резисторов 10 и 11 нагрузки.
Устройство работает следующим образом.
Сток - затворная характеристика
ИДП-транзистора, работающего в режиме со слабой инверсией поверхностного слоя полупроводника подложки (VZ < 2Ч ), где < — поверхностный потенциал подложки, а У потенциал ферми), описывается .упро2О щенным выражением при Ч 2 Ъ4 Чг. (г — температурный потенциал) р= оехр (Ч%5 Чг) п "т) где lg — ток стока;
1о — тепловой ток стока;
Ч, - напряжение затвор-исток;
V — пороговое напряжение в мик рорежиме;
m - фактор, учитывающий рекомбинационные процессы на позо верхности полупроводника подложки (1im<3) .
Основным недостатком микрорежима
МДП-транзистора является сильная температурная зависимость почти всех параметров, входящих в формулу но включенные р-канальный МДП-транзистор 7 в резистивном включении и и-канальный МДП-транзистор.8 микромощного повторителя напряжения включены между шинами 4 и 2. Между первой шиной 9 смещения и шиной 4 питания включен первый преобразователь уровня напряжения„ образованный последовательно включенными резистором 10 нагрузки, резистором 11 нагрузки и р-канальным МДП-транзистором 12. Второй преобразователь уровня напряжения, включенный между второй шиной 13 смещения и общей шиной
2, содержит последовательно включенные резистор 14 нагрузки, резистор
15 нагрузки и и-канальный МДП-транзистор 16.
Затвор, сток транзистора 7 и сток транзистор:. 8 подключены к затвору
Компенсировать данную температур4о ную зависимость можно путем регулирования потенциала на электроде подложки, что влияет на пороговое напряжение в микрорежиме:
V =V> +((п1п т ЧЬ5 ) (п<п 1Т )
Щ 45. где Ч вЂ” пороговое напряжение при
Ч 5 =01
Ч - напряжение подложки-исток;
3" = 2 1с1 4! C ox )
1а.
n - безразмерный параметр (пф ), учитывающий на каком уровне
g 0 отсчитывается пороговое напряжение.
Пусть при увеличении температуры окружающей среды напряжение на выходе температурного преобразователя 17 растет. Тогда напряжение на выходе второго преобразователя уровня напря898620
Формула изобретения жения уменьшается, а напряжение н» выходе первого преобразователя уровня напряжения увеличивается. Увеличение напряжения на подложках и-канальных МДП-транзисторов и уменьшение напряжения на подложках р-канальных МДП-транзисторов приводит к компенсации изменения токов стока, вызванных изменением температуры. Данный принЦип температурной стабилизации может обеспечивать нормальную работоспособность инвертора в диапазоне температуры 0-100 С. Резисторы
15 и 11 служат в качестве ограничителей, чтобы при максимальном открывании транзисторов 16 и 12 на подложках МДП-транзисторов не появились прямые, отпирающие биполярные транзисторы, потенциалы. Другим достоинством данного принципа температурной стабилизации является то, что к выходам преобразователей уровня напряжения можно подключить любое количество параллельно подключенных подложек р-канальных и и-канальных
МДП-транзисторов, что в значительной степени упрощает интегральное исполнение микромощных устройств.
Микромощный инвертор на дополняющих МДП-транзисторах, содержащий рканальный и и-канальный МДП-транзисторы, истоки которых подключены, соответственно к шине питания и к общей шине, а затворы и стоки соответственно - ко входной и выходной шинам, отличающийся тем, что, с целью улучшения температурной стабильности, в него введены преобразователь температуры в напряжение, микромощный повторитель напряжения, образованный р-канальным МДП-транзистором в резистивном включении и последовательно с ним включенным и-канальным транзистором, а также два преобразователя уровня напряжения, каждый из которых содержит последовательно включенные два наlO грузочных резистора и МДП-транзистор, р-канальный у первого и и-канальный у второго преобразователя уровня напряжения, причем первый преобразователь уровня напряжения
МДП-транзистора первого преобразователя уровня напряжения подключен к стоку и-канального транзистора повторителя напряжения, а затвор уо МДП-транзистора второго преобразователя уровня напряжения — к затвору и-канального транзистора повторителя напряжения и к выходу преобразователя температуры в напряжение.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе
1. Копен П.Дж. Электроника. 1964, т ° 37, <г 32.
2. Якимаха А.Л. Микромощные ин40 верторы на МДП-транзисторах.- "Радиотехника", 1980, т.35, <т 1, с.21-25.
ВНИИПИ Заказ 11974/75
Тираж 953 Подписное филиал ППП "Патент", г,ужгород,ул.Проектная,4