Микромощный инвертор на дополняющих мдп-транзисторах

Союз СоветскииСоциалистически иреспублик ц 898620(22)Заявлено 14,04.80 (21) 2911666/18-21с присоединением заявки ЮЙио делен изобретений и отирытий(71) Заявитель иевское научно-производственное объе 4) МИКРОМОЩНЦЙ ИНВЕРТОР НА ДОПОЛНЯЮЦИХ МДП-ТРАНЗИСТОРАХ вертора яврная стабилЙствиеИзобретение 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 инляется низкая температу ьность. и низкое быстроде Увеличение быстродействия возможно путем использования в качестве активных элементов МДП-транзисторов со встроенными каналами, что обеспе" чивает получение малых пороговых напряжений и соответственно увеличивает быстродействие устройства.Целью изобретения является улучшение температурной стабильности.Для достижения поставленной цели в микромощный инвертор на дополняющих МДП-транзисторах, содержащий р-канальный и и-канальный МДП-транзисторы, истоки которых подключены соответственно к шине питания и об" щей 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, каждыйиз которых содержит последовательновключенные два нагрузочных резистора и МДП-транзистор, р-канальный упервого и и-канальный у второгопреобразователя уровня напряжения,причем первый преобразователь уровня напряжения включен между первойшиной смещения и шиной питания, авторой - между второй шиной смещения и общей шиной, к выходу первогопреобразователя уровня напряжения,которым является общий вывод резисторов нагрузки, подключены подложкивсех 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 1,: , (т); =п (т);1= ют(т);т=Ч,(т) 5 и к выходной шине 6. Последователь 898620 4транзистора 12, а затвор транзистора16 подключен к затвору транзистора 8и к выходу преобразователя 17 температуры в напряжение. Подложки р-канальных транзисторов 3, 7 и 12 подключены к общему выводу резисторов14 и 15 нагрузки, а подложки и-канальных транзисторов 1,8 и 16 - кобщему выводу резисторов 10 и 11 нагрузки.Устройство работает следующимобразом.Сток - затворная характеристикаИДП-транзистора, работающего в режиме со слабой инверсией поверхностного слоя полупроводника подложки (Ч ( 2%), где М - поверхностный потенциал подложки, а Употенциал ферми), описывается .упро 2 Ощенным выражением при ЧрЪ 4 Чт( Мг - температурный потенциал)р=оехр (ЧР-Чт) /и т)где 1 - ток стока;1 о - тепловой ток стока;25Ч,- напряжение затвор-исток;Ч - пороговое напряжение в микрорежиме;и - фактор, учитывающий рекомбинационные процессы на позоверхности полупроводникаподложки (1 а(3),Основным недостатком микрорежимаМДП-транзистора является сильнаятемпературная зависимость почтиЗ 5 всех параметров, входящих в формулуно включенные р-канальный МДП-транзистор 7 в резистивном включении и и-канальный МДП-транзистор.8 микро- мощного 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 температур 4 о ную зависимость можно путем регулирования потенциала на электроде подложки, что влияет на пороговое напряжение в микрорежиме:Чт=Чт +(гпп Фт -ЧЬ 5 ) - (пп 1 т ) 3 эЩ 4 Фгде Чт - пороговое напряжение приОЧ,=а;Ч - напряжение подложки-исток;У = 2 Мс 1 ь/Сон 31 й,и - безразмерный параметр (пф ),учитывающий на каком уровне9 р 0 отсчитывается пороговоенапряжение,Пусть при увеличении температурыокружающей среды напряжение на выходе температурного преобразователя 17растет. Тогда напряжение на выходевторого преобразователя уровня напря898620 Формула изобретения жения уменьшается, а напряжение нвыходе 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 обеспецивать нормальнуюработоспособность инвертора в диапазоне температуры 0-100 С. Резисторы15 и 11 служат в качестве ограничителей, чтобы при максимальном открывании транзисторов 16 и 12 на подложках МДП-транзисторов не появилисьпрямые, отпирающие биполярные транзисторы, потенциалы, Другим достоинством данного принципа температурной стабилизации является то, цто квыходам преобразователей уровня напряжения можно подключить любое количество параллельно подклюценныхподложек р-канальных и и-канальныхМДП-транзисторов, цто в значительной степени упрощает интегральноеисполнение 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, о т л и ч а ю щ и й с я 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 ипоследовательно с ним включенными-канальным транзистором, а такжедва преобразователя уровня напряжения, каждый из которых содержитпоследовательно включенные два на 16 грузочных резистора и МДП-транзистор, р-канальный у первого и и-канальный у второго преобразователяуровня напряжения, прицем первыйпреобразователь уровня напряжения1 включен межру первой шиной смещенияи шиной питания; а второй - междувторой шиной смещения и общей шиной, к выходу первого преобразователя уровня напряжения, которым явуо ляется общий вывод резисторов нагрузки, подключены подложки всехи-канальных транзисторов устройства,а к выходу второго преобразователяуровня напряжения - подложки всехл р-канальных транзисторов, затворМДП-транзистора первого преобразователя уровня напряжения подключенк стоку и-канального транзистораповторителя напряжения, а затворур МДП-транзистора второго преобразователя уровня напряжения - к затворуи-канального транзистора повторителя напряжения и к выходу преобразователя температуры в напряжение.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Копен П.Дж. Электроника. 1964,т.37, й 32.2. Якимаха А.Л. Микромощные ин 40верторы на МДП-транзисторах.- "Радиотехника", 1980, т.35, И 1,с,21-25. ВНИИПИ Заказ 11974/75Тираж 953 Подписное Филиал ППП "Патент",г,Ужгород,ул.Проектная,4