专利名称:用互补型金属氧化物晶体管技术实现的倒相器的制作方法
本发明涉及一种用CMOS技术实现的倒相器，也即用互补绝缘栅场效应晶体管实现的倒相器，该倒相器由两个晶体管，即一个p沟道晶体管和一个n沟道晶体管组成，这两个晶体管的控制电流通路串联在电压源的正、负端之间，这两个晶体管的连接点构成倒相器的输出端，n沟道晶体管的栅极通过第一电容连接至倒相器的输入端，而且n沟道晶体管是第一电流反映电路的输出晶体管(参照权利要求
1的序言部分)。
这种倒相器已在DE-A3008280中作了描述，具体如附图2所示。除去权利要求
1序言部分的上述特点之外，现有技术水平的倒相器中的p沟道晶体管的栅极是直接与倒相器的输入端相连接的，且通过一个高阻值电阻接至倒相器的输出端。
在现有技术的倒相器中，两个晶体管的直流工作点是由电容性地耦合于晶体管的输入信号确定的。因此，电路的低频截止频率是由耦合电容电路的时间常数决定，而且，在一个脉冲通过之后，倒相器的输出端是这样一种状态，即输出端电平大约为电源电压的一半，除非在由时间常数决定的时间内有另一脉冲边沿到来。所以，现有技术倒相器对应于已经通过它的输入信号没有稳定的输出电平。
因此，本发明目的就是要改进现有技术的倒相器，由此一方面在不增加电阻值和/或电容值的情况下降低低频截止频率，而另一方面又不增加高频转换次数，甚至在没有输入信号时倒相器的输出端继续不变地呈现两个二进制电平之一。
这样做的优点是在输入信号的前沿和后沿上，输出脉冲沿的陡度是相应地对称的，所以倒相器内的信号延迟在前沿和后沿上是尽可能一致的。
本发明的倒相器用作作为电压比较器的差分放大器的输出级会是十分有利的。这是因为即使电压比较器的输入端上存在着不同的电压差，但本电路在信号脉冲上升沿和下降沿上的延迟差却仍很小。
现在参照附图，更详细地说明本发明。附图中图1为本发明一个实施例的电路方框图。
图2为一个电路方框图，它说明以上所介绍的本发明与作为电压比较器的差分放大器一起的使用法。
参照图1，倒相器的两个晶体管，也就是p沟道晶体管tp和n沟道晶体管tn，二者的控制电流通路被接在电压源的正端vd与负端vs之间。第一电容c1和第二电容c2分别接在倒相器输入端e与两个晶体管的栅极之间，这样，使得p沟道晶体管也只是电容性地驱动。
两个晶体管tp和tn的工作点由第一、第二和第三电流反映电路s1、s2、s3及参考电流电路sr确定。第一和第二电流反映电路s1和s2可以依据倒相器的输出信号在一个高电流值与一个低电流值之间转换。实行这种转换因而倒相器输出端ag为H电平时，而第一电流反映电路能够传送低值电流，第二电流反映电路能够传送高值电流;而当输出端ag为L电平时，这些状态便颠倒过来。在静态中，仅有低值电流在倒相器中流过，但正是这样才使电流反映电路能够转换到高值电流，以在输入脉冲渡越时供给必要的电荷交换电流。
通过高、低电流之间的这种转换，使由输入信号的一个沿所引起的输出电平能与时间无关地保持到下一输入信号沿，因而，甚至相当低的频率的输入信号也是允许的。
在图1的电路方框图中，高、低电流值之间的转换是由每一电流反映电路中的两个晶体管来完成的，这两个晶体管具有相同的沟道宽-长比系数(即W/L系数)，而且都连接至开关晶体管sp、sn，晶体管sp和sn的栅极与倒相器的输出端ag相连接。因为在电流反映电路中，驱动电流与输出电流的比率等于驱动晶体管与输出晶体管的W/L系数的比值，当相应的开关晶体管sp和sn导通时，s1和s2便转换到低值电流，所以每一电流反映电路中的两个驱动晶体管是以并联形式连接在一起的。因此，当开关晶体管截止时，s1、s2便流过高值电流。象通常的电流反映电路一样，驱动晶体管的栅极直接与有关的源极相连接。
第一电流反映电路s1的驱动电流is1是第三电流反映电路s3的输出电流ia3，而且第三电流反映电路s3的驱动电流是参考电流反映电路sr的第一输出电流iar1。第二电流反映电路s2的驱动电流is2是参考电流反映电路sr的第二输出电流iar2。参考电流ir的值可通过晶体管tr选择，晶体管tr如同一电阻那样接在电路中。参考电流反映电路sr的和端与电压源的负端vs相连接，第三电流反映电路s3的和端与电压源的正端vd相连接。
驱动电流流过驱动晶体管ts1、ts1′、ts2、ts2′ts3、tsr，而输出电流流过输出晶体管ta3、tar1、tar2、tp、tn。
在最佳实施例中，这样来选定所有电流反映电路晶体管的W/L系数，使得第一电流反映电路s1的高电流值等于该电流反映电路低电流值的二倍，而其它电流反映电路的所有电流都等于该低电流值。静态情况下，即无输入信号时，参考电流ir便流经晶体管tp与tn的串联线路。此外，第一电流反映电路s1中的两个并联晶体管ts1、ts1′与第二电流反映电路s2中的两个并联晶体管ts2、ts2′的W/L系数是相等的。
n沟道晶体管tn和p沟道晶体管tp的栅极经过第一电阻r1和第二电阻r2分别连接至第一电流反映电路s1和第二电流反映电路s2的驱动输入端，因而也分别连接至第三电流反映电路和参考电流反映电路的输出端。
本发明的一个优点是，第一电阻r1和第二电阻r2分别由一个附加的n沟道晶体管tr1和一个附加的p沟道晶体管tr2构成。n沟道晶体管tr1的控制电流通路是第一晶体管tn的栅极和第一电流反映电路s1之间的连接电路，而p沟道晶体管tr2的控制电流通路是第二晶体管tp和第二电流反映电路s2之间的连接电路。晶体管tr1和tr2的栅极分别与电压源的正、负端vd和vs相连接。
本发明的另一个优点是，每一个附加晶体管tr1和tr2的电流通路分别加上与tr1和tr2属同一种导电类型的晶体管tr1′和tr2′的并联分流通路，差分输出信号v1加到n沟道并联晶体管tr1′的栅极，而倒相的差分输出信号v1加到p沟道并联晶体管tr2′的栅极，差分时间常数短于所处理的输入脉冲持续时间。使用这种电路，比起只使用附加晶体管tr1和tr2时，倒相器可更快地回到静态。高频信号输入(10MHz至20MHz)时尤为如此。
图2是说明以上所介绍的图1中的倒相器同一个作为电压比较器的差分放大器k一起的最佳用法的电路图。该差分放大器k由差分放大器晶体管td1、td2组成，td1和td2的源极通过公共晶体管tk接至电压源的vs端，tk作为恒流源，其栅极与参考电流源sr的两个晶体管的互联的栅极相连接，差分放大器晶体管td1的栅极构成比较器的第一个输入端e1，而差分放大器晶体管td2的栅极构成比较器的第二个输入端e2。差分放大器的两个负载电阻由第四电流反映电路s4的驱动晶体管ts4和输出晶体管ta4构成，驱动晶体管ts4的控制电流通路与差分放大器晶体管td1串联，而输出晶体管ta4的控制电流通路与差分放大器晶体管td2的电流通路串联。由上面最后提到的两个晶体管ta4和td2的连接点构成的输出端接至两个电容c1和c2。
在两个输入端e1与e2上的不同的电压差别只引起两个可能的脉冲沿延迟的微小差别，这一点当图2所示的电路是用作将三态数字信号转换为二进制信号的转换器而又工作于10MHz至20MHz频率范围内时，就显得格外重要。
权利要求
1.用CMOS技术实现的倒相器及其所包括的两个晶体管，也就是p沟道晶体管(tp)和n沟道晶体管(tn)。所述两个晶体管的控制电流通路串联在电压源的正端(vd)和负端(vs)之间，而这两个晶体管的连接点构成倒相器的输出端(ag)，该n沟道晶体管(tn)的栅极通过第一电容(c1)连接到倒相器输入端(e)，而该n沟道晶体管(tn)也就是第一电流反映电路(s1)的输出晶体管，所述倒相器及其所包括的两个晶体管其特征在于以下特点该p沟道晶体管(tp)的栅极通过第二电容(c2)连接到倒相器的输入端(e)；该p沟道晶体管(tp)就是第二电流反映电路(s2)的输出晶体管；第一电流反映电路(s1)的输出电流和第二电流反映电路(s2)的输出电流根据倒相器的两个输出电平(H，L)，在高值电流和低值电流之间转换，这样，在H电平时，第一电流反映电路(s1)能够有低值电流，在L电平时，(s1)能够有高值电流；而第二电流反映电路(s2)则在H电平时能够有高值电流，在L电平时，能够有低值电流。第一电流反映电路(s1)的驱动电流(is1)是第三电流反映电路(s3)的输出电流(ia3)，而第三电流反映电路(s3)的驱动电流(is3)又是参考电流反映电路(sr)的第一输出电流(iar1)；第二电流反映电路(s2)的驱动电流(is2)是参考电流反映电路(sr)的第二输出电流(iar2)，该n沟道晶体管(tn)的栅极通过第一电阻(r1)连接到第一电流反映电路(s1)的驱动输入端，而p沟道晶体管(tp)的栅极通过第二电阻(r2)连接到第二电流反映电路(s2)的驱动输入端。
2.如权利要求
1中要求的倒相器，其特征在于第一和第二电流反映电路(s1，s2)的高电流值等于相应电流反映电路低电流值的二倍，而其它电流反映电路(s3、sr)的所有电流都等于低电流值。
3.如权利要求
1或2中所要求的倒相器，其特征在于第一电阻(r1)和第二电阻(r2)分别由附加n沟道晶体管(tr1)和附加p沟道晶体管(tr2)构成，附加n沟道晶体管(tr1)的控制电流通路是第一晶体管(tn)的栅极与第一电流反映电路(s1)之间的连接电路，附加p沟道晶体管(tr2)的控制电流通路是第二晶体管(tp)的栅极与第二电流反映电路(s2)之间的连接电路，最后，这两个附加晶体管的栅极分别连接至电压源的正端vd和负端vs。
4.如权利要求
3中所要求的倒相器，其特征在于两个附加晶体管(tr1、tr2)各自的电流通路被与tr1、tr2同导电类型的晶体管(tr1′，tr2′)的并联电流通路分流，差分输出信号(v1)加到n沟道并联晶体管(tr1′)的栅极，而倒相的差分输出信号(
V1)则加到p沟道并联晶体管(tr2′)的栅极，而差分时间常数短于所处理的输入脉冲持续时间。
5.如权利要求
1至4中的任何一个所要求的倒相器的用法，即倒相器用作作为电压比较器的差分放大器(k)的输出极。
专利摘要
本发明倒相器的两个晶体管(tn、tp)是通过两个电容(c1、c2)纯粹容性地驱动的，(tn、tp)的直流工作点通过来自参考电流源(sr)的输出电流的驱动电流来确定。由此对输入信号的正、负脉冲沿给出相同的延迟，这样，与作为电压比较器的差分放大器(k)一起的最佳应用能在10～20MHz频率范围内达到良好的高频响应。
文档编号G05F3/08GK86103472SQ86103472
公开日1986年12月24日 申请日期1986年5月22日
发明者沃夫冈·格林格 申请人:德国Itt工业有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan