專利名稱：適應(yīng)電壓寬幅波動(dòng)的數(shù)字基本單元電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到大規(guī)模數(shù)字集成電路中的基本單元電路，尤其是一種以晶體管開關(guān)管作反相器的基本單元電路。
晶體管開關(guān)電路的傳播延遲時(shí)間之所以隨電源電壓Vd的變化而變化，究其原因，需要從其構(gòu)造上來加以探究。因?yàn)樵诰wt2中存在溝道和基片，當(dāng)電源電壓上升時(shí)，溝道或基片中載流子存儲(chǔ)效應(yīng)將會(huì)增強(qiáng)。這種載流子存儲(chǔ)效應(yīng)增強(qiáng)現(xiàn)象是由于t2的輸入電壓高電平高于PN結(jié)的正向?qū)妷?Vf＝1.0伏)而產(chǎn)生的。因此，當(dāng)電源Vd高于1.5伏以上時(shí)，晶體管開關(guān)管的傳播延遲時(shí)間和功率損耗將隨電源電壓Vd的升高而增加。基于這一特性，該晶體管開關(guān)管電源電壓Vd就必須選定在1.0伏至1.4伏之間，這對(duì)電壓Vd設(shè)定的幅度范圍顯得相當(dāng)苛刻。此外，對(duì)某些晶體管開關(guān)管而言，電壓Vd從1.2伏附近急劇上升，這種上升還會(huì)隨基片的狀況表現(xiàn)有所不同，為了保證傳輸，Vd的選定的條件就更加嚴(yán)格了。換句話來說，容許電壓Vd變動(dòng)幅度的范圍非常窄小，從而給電路設(shè)計(jì)帶來困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是對(duì)兩級(jí)晶體管開關(guān)管作倒相器相互直接交鏈的數(shù)字基本單元電路進(jìn)行改進(jìn)，在該電路中，傳播延遲時(shí)間不隨電源電壓的變化而變化，從而使電源電壓有一個(gè)寬幅波動(dòng)的范圍。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是在現(xiàn)有技術(shù)的由兩級(jí)晶體管開關(guān)管作倒相器相互直接交鏈的數(shù)字基本單元電路中，作為后一級(jí)倒相器電路的晶體管開關(guān)管之輸入電壓，也就是前級(jí)倒相器電路的晶體管開關(guān)管之輸出電壓，如果能夠被嚴(yán)格限制在低于PN結(jié)的正向電壓以下，這樣，盡管電源電壓變動(dòng)，但后級(jí)倒相器電路的晶體管開關(guān)管中的載流子存儲(chǔ)效應(yīng)卻不再顯現(xiàn)。而為了使晶體管開關(guān)管之輸入電壓被嚴(yán)格限制在低于PN結(jié)的正向電壓以下，設(shè)想可以通過增加一個(gè)穩(wěn)壓二級(jí)管和固定電壓源的辦法，具體做法是，將晶體管開關(guān)管之輸入端，通過一個(gè)穩(wěn)壓二級(jí)管后接在固定電壓源上。盡管穩(wěn)壓二級(jí)管的正向偏壓會(huì)因穩(wěn)壓二極管的金屬類型不同而有微小的差異，但是，穩(wěn)壓二級(jí)管的正向偏壓一般都在0.6伏左右。當(dāng)正向電壓大于0.6伏時(shí)，穩(wěn)壓二級(jí)管就導(dǎo)通。若固定電壓源電壓Vs設(shè)定為0.4伏左右，且穩(wěn)壓二極管導(dǎo)通良好，則倒相器電路的晶體管開關(guān)管之輸入電壓端就保持在1.0伏左右。換句話說，當(dāng)電壓Vd上升到使晶體管開關(guān)管輸入端電壓超過1.0伏時(shí)，穩(wěn)壓二級(jí)管就導(dǎo)通，這樣使晶體管開關(guān)管之輸入端被控制在小于等于1.0V左右。因此，即使電壓Vd上升，但晶體管開關(guān)管之輸入電壓卻始終被控制在大約不超過PN結(jié)的正向電壓。
由于晶體管開關(guān)管之輸入電壓始終被控制在不超過PN結(jié)的正向電壓1.0v之下，也就不再會(huì)發(fā)生顯著的截流子存儲(chǔ)效應(yīng)，其傳播延遲時(shí)間也就不隨電源電壓變化而變化。
圖2所示的線路圖是本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的適應(yīng)電壓寬幅波動(dòng)的數(shù)字基本單元電路。
圖3所示的線路圖是本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的適應(yīng)電壓寬幅波動(dòng)的數(shù)字基本單元電路。
附

圖1中、Vd表示電源電壓，F(xiàn)b表示t2之輸入電壓，t1表示前級(jí)倒相器，t2表示后級(jí)倒相器，r1表示t1輸出電阻、r2表示t2輸出電阻。
附圖2、附圖3中、Vd表示電源電壓，F(xiàn)b表示T2之輸入電壓，T1表示前級(jí)倒相器，T2表示后級(jí)倒相器，R1表示T1輸出電阻、R2表示T2輸出電阻，D1、D2分別表示箝制T1和T2的穩(wěn)壓二級(jí)管，Vs表示固定電壓源。
在第一種實(shí)施例中，因?yàn)榫w管開關(guān)管T1和T2之輸入端通過穩(wěn)壓二級(jí)管D1、D2與固定電壓源Vs相連，因此輸入端電壓大約超過1.0伏左右則穩(wěn)壓二級(jí)管D1、D2導(dǎo)通而使晶體管開關(guān)管輸入端電壓被控制在1.0伏左右。這樣，晶體管開關(guān)管中就不會(huì)發(fā)生顯著的載流子存儲(chǔ)效應(yīng)，阻止了傳播延遲時(shí)間隨電源電壓變動(dòng)而變動(dòng)。
圖4所示的是本發(fā)明的第二種實(shí)施例，在這里，沒有采用固定電壓源Vs，穩(wěn)壓二級(jí)管D1、D2分別被接在晶體管開關(guān)管漏極和輸入端之間，除此以外，第二種實(shí)施例裝置的其余部分的電路結(jié)構(gòu)與圖3所示的第一種實(shí)施例基本相同。T1的輸入端低電平假設(shè)為0.2伏，穩(wěn)壓二級(jí)管D1的正向電壓Vf假設(shè)為0.7伏。當(dāng)電源電壓Vd上升致使T1之輸出電壓大約超過0.9伏，則穩(wěn)壓二級(jí)管D1導(dǎo)通，從而使T1之輸出電壓，也就是T2之輸入電壓被控制在0.9V，于是，晶體管開關(guān)管中不再發(fā)生顯著的截流子存儲(chǔ)效應(yīng)，其傳播延遲時(shí)間也就不再歲電源電壓變動(dòng)而變動(dòng)。
在第二種實(shí)施例中，穩(wěn)壓二級(jí)管D2連接在晶體管開關(guān)管T2漏極和柵極之間，若T2之輸入電壓大約超過0.9伏，則穩(wěn)壓二級(jí)管D2導(dǎo)通而將輸出電壓控制在0.9伏左右。然而穩(wěn)壓二級(jí)管D1、D2的正向電壓直接決動(dòng)數(shù)字基本單元電路輸出波形的高電平和低電平之間電位差，為了增加輸出電平波形幅度，穩(wěn)壓二級(jí)管D1、D2的正向電壓最好選定為大于第一種實(shí)施例中的二極管的正向壓降。無論是第一種還是第二種實(shí)施例，晶體管開關(guān)管T1出電壓-即晶體管開關(guān)管T2的輸入電壓的高電平都是受到限制的。然而，該電壓的低電平是根據(jù)電阻R1的阻值與晶體管開關(guān)管T1的導(dǎo)通電阻之比值來確定的。因此，低電平的確定與高電平無關(guān)。
在第一種和第二種實(shí)施例中，穩(wěn)壓二級(jí)管D1、D2用于限制晶體管開關(guān)管T1的輸出電壓，以便保證晶體管開關(guān)管T1和T2高速工作。若電路不需要高速工作，則可用結(jié)型二極管及其類似的二極管替代穩(wěn)壓二級(jí)管。
第一種和第二種實(shí)施例中的電阻R1和R2是作為倒相器晶體管開關(guān)管T1和T2的負(fù)載的。然而，用晶體管等有源元件也可以用來替代電阻R1和R2。
本發(fā)明的第一種和第二種實(shí)施例適用于晶體管開關(guān)管作倒相器的相互直接交鏈的數(shù)字基本單元電路，但是，也可以應(yīng)用于其它數(shù)字基本電路。
如上所述，對(duì)于本發(fā)明提出的適應(yīng)電壓寬幅波動(dòng)的數(shù)字基本單元電路，盡管電源電壓變動(dòng)，但是在后級(jí)的晶體管開關(guān)管中不會(huì)出現(xiàn)顯著的截流子存儲(chǔ)效應(yīng)。因而傳播延遲時(shí)間也就不會(huì)因電源電壓的變動(dòng)而變動(dòng)。由于傳導(dǎo)延遲時(shí)間不隨電源電壓的變動(dòng)而變動(dòng)，因此允許電源電壓變動(dòng)的范圍就大了，這就使本發(fā)明數(shù)字基本單元電路能夠適應(yīng)電源電壓的寬幅波動(dòng)。
權(quán)利要求
1.一種適應(yīng)電壓寬幅波動(dòng)的數(shù)字基本單元電路，由兩個(gè)開關(guān)管，兩個(gè)電阻構(gòu)成的倒相器后相互直接交鏈而成，其特征是上述所有開關(guān)管的輸入端，均通過外接一個(gè)穩(wěn)壓元件，將開關(guān)管輸入端的電壓，限制在開關(guān)管輸入端導(dǎo)通電壓之下。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適應(yīng)電壓寬幅波動(dòng)的數(shù)字基本單元電路，其特征是所述的外接一個(gè)穩(wěn)壓元件，其一端連接在開關(guān)管的輸入端，另外一端連接在一個(gè)電壓源上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適應(yīng)電壓寬幅波動(dòng)的數(shù)字基本單元電路，其特征是所述的外接一個(gè)穩(wěn)壓元件，其負(fù)極連接在所有開關(guān)管的輸入端，而其正極連接在開關(guān)管的漏極。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的適應(yīng)電壓寬幅波動(dòng)的數(shù)字基本單元電路，其特征是所述的外接一個(gè)穩(wěn)壓元件，其正極連接在所有開關(guān)管的輸入端，負(fù)極連接一個(gè)具有固定電壓的電壓源Vs上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的適應(yīng)電壓寬幅波動(dòng)的數(shù)字基本單元電路，其特征是所述的外接一個(gè)穩(wěn)壓元件，可以采用穩(wěn)壓二級(jí)管。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的適應(yīng)電壓寬幅波動(dòng)的數(shù)字基本單元電路，其特征是所述的開關(guān)管，其輸出電壓被限制在0.9V。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的適應(yīng)電壓寬幅波動(dòng)的數(shù)字基本單元電路，其特征是所述的穩(wěn)壓二級(jí)管，其正向?qū)妷捍蠹s為0.6伏，固定電壓源大約為0.4伏。
全文摘要
一種適應(yīng)電壓寬幅波動(dòng)的數(shù)字基本單元電路，由兩個(gè)開關(guān)管作倒相器，構(gòu)成輸入級(jí)和輸出級(jí)后相互直接交鏈組成。這種基本單元電路元件數(shù)量少，構(gòu)造簡單，因此被大規(guī)模數(shù)字電路廣泛采用。但在現(xiàn)有技術(shù)中，上述基本單元電路未被改進(jìn)之前，由于開關(guān)管中的溝道或基片載流子存儲(chǔ)效應(yīng)的增強(qiáng)特性，上述基本單元電路傳輸時(shí)間隨電源電壓變化而變化，因此現(xiàn)有技術(shù)的數(shù)字電路對(duì)電源電壓的要求非?？量蹋瑢?duì)電路設(shè)計(jì)帶來困難。本發(fā)明通過增加少量元件，巧妙地將開關(guān)管的輸入電壓限制在其導(dǎo)通電壓之下，從而使得上述基本單元電路的傳輸時(shí)間保持恒定，使改進(jìn)后的數(shù)字基本單元電路能夠適應(yīng)電源電壓寬幅波動(dòng)。
文檔編號(hào)H03K19/082GK1428936SQ01139218
公開日2003年7月9日 申請(qǐng)日期2001年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月26日
發(fā)明者侯耀存 申請(qǐng)人:侯耀存