Быстродействующий преобразователь уровней напряжения на дополняющих мдп транзисторах

и м ю т еЯ ф ъ Й1 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советскик Социалистических Республик(51)М. Кл. Н 03 К 19/02 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий,(54) БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УРОВНЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ НА ДОПОЛНЯЮЩИХ МДП ТРАНЗИСТОРАХИзобретение относится к электронике, в частности к импульсной технике, и может быть использовано в интегральных цифровых схемах,Известно устройство преобразова- зния уровней напряжения, содержащеевходной МДП транзистор и инверторна дополняющих МДП транзисторах,вход и выход которого подключены соответственно к затворам и-канальных 10транзисторов первого и второго дополнительных инверторов, у которыхзатворы р-канальных транзисторовподключены перекрестно к выходамИ 15Недостатком устройства являетсябольшая потребляемая мощность и низкое быстродействие..Известен преобразователь уровнейнапряжения на дополняющих МДП транзисторах, содержащий твухтактныйинвертор на трех транзисторах (двухпоследовательно включенных нагрузочных р-канальных транзисторах и переключающем и -канальном 1 , включенный между первой шиной питания иобщей шиной, и двухтактный повторитель на двух транзисторах, нагрузочном р-канальном и переключающемЬ-канальноМ, затвор которого под ключен к второй шине питания, включенный между первой шиной питания и входной шиной, к которой подключен также затвор переключающего транзистора инвертора, шину прямого выхода, к которой подключены стоки транзисторов повторителя и затвор первого нагрузочного транзистора инвертора, и шину инверсного выхода, к которой подключен затвор нагрузочного транзистора повторителя, сток переключающего траниэистора инвертора и сток второго погрузочного транзистора инвертора, затвор которого подключен ко входной шине 2 .Недостатком известного преобразователя уровней напряжения является низкое быстродействие, которое обусловлено различными размерами переключающих и нагрузочных транзисторов инвертора и повторителя,что необходимо для обеспечения условий работоспособности устройства в статическом режиме.Цель изобретения - повышение быстродействия устройства.Для достижения поставленной цели в быстродействующий преобразователь уровней напряжения на дополняющих МДП транзисторах, содержащий двухтактный инвертор на двух транзисторах, нагрузочном р-канальном и переключающем о-канальном, включенный между первой шиной питания иобщей шиной,и двухтактный понторитель на двух транзисторах,нагруэочном р-канальном и переключающем ь-канальном,затвор которого подключен ко второй шине питания, включенный между первой шиной питания и входной шиной, к которой подключен также затвор переключающего транзистора иннертора, шину прямого выхода, к которой подключены стоки транзисторов повторителя и затвор нагрузочного транзистора инвертора, и шину инверсного выхода, к которой подключены стоки транзисторов инвертора и затвор нагруэочного транзистора повторителя, введены два форсирующих р-канальных транзистора,первый из них подключен параллельно нагрузочному транзистору инвертора, а второй параллельно нагрузочному транзистору повторителя,и два двухвходовых элемента ИЛИ с задержкой по -первому входу, выход первого элемента ИЛИ подключен к затвору первого форсирующего транзистора, а его первый и второй входы - соответственно к шинам инверсного и прямого выхода, выход второго элемента ИЛИ подключен к затвору второго форсирующего транзистора, а его первый и второй входы - соответственно к шинам прямого и инверсного выхода. Кроме того, двухнходоный элемент ИЛИ с задержкой по первому входу содержит дна каскадно включенных однотактных иннертора, подключенных между первой шиной питания и общей шиной, двунаправленный ключ, включенный между вторым входом и выходом элемента,и р-канальный транзистор фиксации уровня, включенный между выходом элемента и первой шиной питания, причем вход первого инвертора подключен к первому входу элемента, его выход - к затворам транзистора фиксации уровня и н-канального транзистора двунаправленного ключа, выход второго иннертора подключен к затвору р-канального транзистора двунаправленного ключа.На фиг. 1 представлена электрическая принципиальная схема быстродействующего преобразователя уровней напряжения на дополняющих мДП транзисторах; на фиг. 2 - то же, элемента ИЛИ.Преобразователь содержит двухтактный инвертор 1 на двух транзисторах, нагрузочном р-канальном транзисторе 2 и переключающем п-канальном транзисторе 3, включенный между первой шиной 4 питания и общей шиной 5, днухтактный повторитель бна двух транзисторах, нагрузочном р-канальном 7 и переключающем и -канальном 8, включенный между шиной 4 и входной шиной 9,к которой подклю.чен также затвор транзистора З,шинупрямого выхода 10, подключеннуюк стокам транзисторов 7 и 8 и кзатвору транзистора 2, шину инверсного выхода 11, подключенную к стокамтранзисторов 2 и 3 и к затворутранзистора 7, параллельно транзисторам 2 и 7 включены соответственно форсирующие транзисторы 12 и 13,затворы которых подключены соот,ветственно к выходу 14 или 15 элементов ИЛИ 16 и 17 с задержкой попервому входу, первый и второй входы 18 и 19 элемента 16 подключенысоответственно к шинам 11 и 10, а15 первый и второй входы 20 и 21 элемента 17 подключены соответственнок шинам 10 и 11. Затвор транзистора8 подключен ко второй шине 22 питания,Що Элемент ИЛИ 16 с задержкой попервому входу 18 содержит два каскадно включенных однотактных инвертора 23 и 24, подключенных междушиной 4 питания и общей шиной 5,двунаправленный ключ 25, включенныймежду вторым входом 19 и выходом14 элемента, и р-канальный транзистор 26 фиксации уровня, включенныймежду выходом 14 и шиной 4, входпервого инвертора подключен к первому входу элемента 18, а его выходк затворам транзистора 26 и-канального транзистора двунаправленногоключа 25, выход второго инвертора24 подключен к затвору р-канальногоЗ 5 транзистора двунаправленного ключа25,Устройство работает следующимобразом,В исходном состоянии напряжение40 на входной шине 9 соответствуетлогическому "О". Тогда транзисторыГ8 и 2 открыты а транзисторы 3 и 7закрыты, напряжение на шине 10 соответствует логическому "0", на шине11 - "1". Поскольку на одном из входон логических элементов 16 и 17 напряжение соответствует логической"1", то такое напряжение поддерживается и на выходах этих элементов,н результате чего формирующие транзисторы 12 и 13 закрыты и не влияютна работу устройства в стационарном состоянии,При изменении напряжения на шине9 с логического "О" на логическую"1" переключающий транзистор 3 открывается, а транзистор 8 закрывается по истоку. В двухтактном повторителе 6 оба транзистора 7 и 8 закрыты, и напряжение на шине 10 не40 изменяется. В двухтактном инверуоре1 переключающий и нагруэочный транзисторы 3 и 2 открыты. Удельная крутизна переключающих транзисторов выбирается значительно большей по от 65 ношению к крутизнам нагрузочныхЗО транзисторов, которые необходимы тоЛЪко для удержания статистического состояния логической "1" на соответствующей выходной шине. Поэтому напряжение на шине 11 достаточно быстро переключается в состояние логического "0", в результате чего открывается нагрузочный транзистор 7,а напряжение на выходе 15 логического элемента 17 также переключаетсяв состояние логического "0", открывая Форсирующий транзистор 13.удельнаякрутизна транзистора 13выбирается значительно больше удельной крутизны транзистора 7, поэтомупереключение напряжения на шине 10в состояние "1" происходит достаточно быстро.После переключения напряженияна шине 10 в состояние "1" черезвермя, определяемое задержкой логического элемента 17 по первому входу 2020, на его выходе 15 устанавливаетсянапряжение, соответствующее логи-ческой "1", и Форсирующий транзистор 13 закрывается,В рассматриваемой стадии переходного процесса после переключения напряжения на шине 11 в состояние логического "0" напряжение наобоих входах 18 и 19 логическогоэлемента 16 также соответствуетлогическому "0". Однако в отличиеот элемента 17 напряжение на выходеэлемента 16 в состояние логического"0" может переключиться только черезвремя, определяемое задержкой элемента по входу 18.Если задержка З 5переключения на шине 10 от моментапереключения напряжения на шине 11меньше, чем задержка логическогоэлемента 16 по первому входу 13,то этот логический элемент в состоянии "О" на выходе 14 не переключается и форсирующий транзистор 12 неоткрывается. Для нормальной работыустройства необходим именно такойрежим.15Таким образом, в преобразователеуровней напряжения задержка по первому входу логических элементов ИЛИнеобходима для того, чтобы в течение времени переключения напряженияна некоторой выходной шине в состояние "1" соответствующий Форсирующийтранзистор оставался открытым, авторой Форсирующий транзистор оставался закрытым.Работа устройства при изменениинапряжения на его входной шине слогической "1" на логический "0"происходит аналогичным образом, стой лишь разницей, что Функции первого и второго Форсирующих транзисторов и первого и второго логических элементов меняются,Практическая реализация двухвходового элемента ИЛИ с задержкой поодному из входов приведена на Фиг. 2, 5 В этом элементе при поступлении навход задержки 18 напряжения, соответствующего логическому "0", двунаправленный ключ 25 открыт, а транзистор 26 Фиксации уро:ня закрыти напряжение со входа 19 на выход14 передается практически без задержки, При напряжении на входе 18,соответствующем логической "1", двунаправленный ключ 25 закрыт, а транзистор 26 открыт и на выходе.14 независимо от состояния на входе 19потенциал соответствует логической"1". Требуемая задержка по входу18 достигается с помощью выбора размеров транзисторов в инверторах23 и 24.В большинстве практических случаев в качестве выходов быстродействующего преобразователя уровнейнапряжения целесообразно испольэоватьвыходы вторых однотактных инверторов логических элементов ИЛИ,При изготовлении по стандартнойКМОЛ технологии с пороговыми напряжениями и -канальных транзисторов0,5-1,0 В при соответствующем расчете устройство обеспечивает достаточно быстрое преобразование уровнялогической "1" величиной Ъ 2,0 В вуровень логической "1" величиной9-15 В (в зависимости от величинынапряжения на первой шине питания).Напряжение на второй шине питаниянеобходимо выбрать не более утроенной величины входного уровня напряжения логической "1".При согласованиис ТТЛ схемами это напряжение можетбыть равно 5 В.Моделирование показывает, чтовведение в известное устройство Форсирующих транзисторов и элементовуправления их работой позволяет покрайней мере в 5 раз повысить егобыстродействие при неизменной площади на кристалле несмотря на большее количество транзисторов ).Формула изобретения1. Быстродействующий преобразователь уровней напряжения на дополняющих МДП транзисторах, содержащий двухтактный инвертор на двух транзисторах, нагрузочном р-канальном и переключающем . и -канальном, включенный между первой шиной питания и общей шиной, и двухтактный повторитель на двух транзисторах, нагрузочном р-канальном и переключающем ь-канальном, затвор которого подключен ко второй шине питания, включенный между первой шиной питания и входной шиной, к которой подключен также затвор переключающего транзистора инвертора, шину прямого выхода, к которой подключены стоки транзисторов повторителя и затвор нагрузочфйс 1 Составитель Л. Петроваолайчук Техред Т.Маточка Корректор И, Муск Редактор И каз 9075/67ВНИИПИ Гпо дела113035, Мо Тираж 995ударственного комитета изобретений и открытий ва, Ж, Раушская наб ПодписноеСССР д. 4/5 П "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 Филиа ного, транзистора инвертора, и шину инверсного выхода, к которой подключены стоки транзисторов инвертора и затвор нагрузочного транзистора повторителя, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены два форсирующих р-канальных транзистора, первый из них подключен параллельно нагрузочному транзистору инвертора, а второй - параллельно нагрузочному транзистору повторителя, и два двухвходовых элемента ИЛИ с задержкой по первому входу, выход первого элемента ИЛИ подключен к затвору первого форсирующего транзистора, а его первый и второй входы соответственно к шинам инверсного и прямого выхода, выход второго элемента ИЛИ подключен к затвору второго форсирующего транзистора, а его первый и второй входы - соответственно к шинам прямого и инверсного выхода.2. Преобразователь по и. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что двухвходовый элемент ИЛИ с задержкой попервому входу содержит два каскадновключенных однотактных инвертора,подключенных между первой шиной питания и общей шиной, двухнаправленныйключ, включенный между вторым входоми выходом элемента, и р-канальныйтранзистор Фиксации уровня, включенный между выходом элемента и первой шиной питания, причем вход первого инвертора подключен к пер- О вому входу элемента, его выход - кзатворам транзистора фиксации уровня и я,-канального транзистора двунаправленного ключа, выход второгоинвертора подключен к затвору р-ка Я нального транзистора двунаправленного ключа. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе щ 1. Авторское свидетельство СССР Р 513502, кл. Н 03 К 19/00, 1974. 2. Авторское свидетельство СССР М 558400, кл. Н 03 К 19/00, 1976.