Устройство согласования уровней напряжения его варианты

(9) ) 4 А 1)Н 03 К 9 0 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(22) 10.10,83 (46) 07.02.85,Бюл, В 5 (72) В.М.Арсеньев и А,В.Полянский (53) 621.374(088.8) (56) 1, Авторское свидетельство СССР М 513502, кл. Н 03 К 19/00, 1974.2. Патент США У 3801831, кл. 307/251, 1974. (54) УСТРОЙСТВО СОГЛАСОВАНИЯ УРОВНЕЙ НАПРЯЖЕНИЯ 1,ЕГО ВАРИАНТЫ), (57) 1. Устройство согласования уровней напряжения, содержащее два р-канальньм нагрузочных МДП-транзистора, затвор каждого из которых перекрестно подключен к стоку противоположного транзистора, и два п-канальных переключающих МДП-транзистора, сток каждого из которых подключен к стоку соответствующего нагрузочного МДП-транзистора и к соответствующему выходу устройства, исток первого переключающего МДПЭтранзистора подключен к входу уст.ройства и к затвору второго переключающего МДП транзистора, истокН которого подключен к общей шине,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,с целью повышения быстродействияи уменьшения потребляемой мощности,в него введены пять дополнительныхМДП-транзисторов, первый и второйдополнительные р-канальные МДП-транзисторы, соединенные параллельно,которые включены между шиной питания и затвором первого переключающего МДП-транзистора, а их затворысоответственно подключены к первомувыходу устройства и к затвору первого переключающего МДП-транзистора,истоки третьего и четвертого дополнительных р-канальных МДП-транзисторов подключены к шине питания, стоки - к истокам соответствующих нагрузочных МДП-транзисторов, а затворы - к затворам соответствующих переключающих МДП-транзисторов, са пятый дополнительный а-канальный МДП-транзистор включен между затвором первого переключающего МДП-транзистора и общей шиной, а его затвор подключен к входу устройства.12.Устройство согласования уровней напряжения, содержащее два р-канальных нагрузочных МДП-транзистора, затвор каждого иэ которых перекрест- но подключен к стоку противополож ного транзистора, и два и-канальных переключающих МДП-транзистора, сток каждого из которых подключен к стоку соответствующего нагрузочного МДП-транзистора и к соответствующему выходу устройства, а исток первого переключающего МДП-транзистора подключен к входу устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения быстродействия и уменьшения потребляемой мощности, в него введены пять дополнительных ИДП-транзисторов, первый и второй дополнительные р-канальные МДП-транзисторы, соединенные параллельно, которые включены между шиной пита 138940ния и затвором первого переключающего ЩП-транзистора, а их затворы соответственно подключены к первому выходу устройства и к затвору первого переключающего МДП-транзистора, истоки третьего и четвертого дополнительных р-канальных ИДТ-транзисторов подключены к шине питания, стоки - к истокам соответствующих нагрузочных МДП-транзисторов, а затворы - к затворам соответствующих переключающих МДП-транзисторов, пятый дополнительный и-канальный МДП-транзистор включен между затвором первого переключающего МДП-транзистора и входом устройства, а его затвор подключен к затвору второго переключающего МДП-транзистора и к общей шине, исток второго переключающего МДП-транзистора подключен к входу устройства.0 20 Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для построения устройств согласования логических уровней ТТЛсхем с КМОП-схемами, а также при переходе от логических уровней напряжений отрицательной полярности к напряжениям положительной полярностиИзвестно устройство согласования уровней, содержащее переключающие и нагрузочные транзисторы с перекрестными связями, а также дополнительный инвертор для согласования с однофазным сигналом 1,Недостатками этого устройства являются низкое быстродействие и большая потребляемая мощность в режиме переключения, а также необходимость использования дополнительных инвертора и источника питания для согласования с уровнями входного сигнала.Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство согласования уровней напряжения, содержащее два р-канапьных нагрузочных МДП-транзистора, затвор каждого из которых перекрестно подключен к стоку противоположного транзистора, и два и-канальных переключающих МДП-транзистора, сток каждого из которых подключен к стоку соответствующего нагрузочного МДП-транзистораи к соответствующему выходу устройства, исток первого переключающегоМДП-транзистора подключен к входуустройства и к затвору второго переключающего МДП-транзистора, истоккоторого подключен к общей шине,истоки нагрузочных МДП.транзисторов подключены к первой шине питания, а затвор первого переключающего МДП-транзистора - к второй шине питания 2,Недостатками известного устройства являются низкое быстродействие,большая потребляемая мощность, атакже необходимость двух шин питания с различными напряжениями,Цель изобретения - повьппение быстродействия и уменьшение потребляемой мощности,Цель достигается тем, что согласно первому варианту в устройство1138940 а согласования уровней напряжения, содержащее два р-канальных нагрузочных МДП-транзистора, затвор каждого из которых перекрестно подключен к стоку противоположного транзистора, и два и-канальных переключающих МДП-транзистора, стоккаждого из которых подключен к стоку соответствующего нагрузочногоМДП-транзистора и к соответствующему выходу устройства, исток первого переключающего МДП-транзистораподключен к входу устройства и к затвору второго переключающего МДПтранзистора, исток которого подключен к общей шине, введены пять дополнительных МДП-транзисторов, первый и второй дополнительные р-канальные МДП-транзисторы, соединенныепараллельно, которые включены междушиной питания и затвором первогопереключающего МДП-транзистора, аих затворы соответственно подключены к первому выходу устройства и кзатвору первого переключающего МЦПтранзистора, истоки третьего и четвертого дополнительных р-канальныхМДП-транзисторов подключены к шинепитания, стоки - к истокам соответствующих нагрузочных МДП-транзисторов, а затворы - к затворам соответствующих переключающих МДП-транзисторов, пятый дополнительный и-канальный МДП-транзистор включен между затвором первого переключающего МДП-транзистора и общей шиной,а его затвор подключен к входу устройства,н 45 50 55 Согласно второму варианту в устройство согласования уровней напряжения, содержащее два. р-канальных нагрузочных МДП-транзистора, затвор каждого из которых перекрестно подключен к стоку противоположного тра зистора, и два и-канальных переключающих МДП-транзистора, сток каждого из которых подключен к стоку соответствующего нагрузочного МДП- транзистора и к соответствующему выходу устройства, а исток первого переключающего МДП-транзистора подключен к входу устройства, введены пять дополнительных МДП-транзисторов первый и второй дополнительныеФ.р-канальные МДП-транзисторы, соединенные параллельно, которое включены между шиной питания и затвором первого переключающего МДП-тран зистора, а их затворы, соответственно, подключены к первому выходуустройства и к затвору первого переключающего МДП-транзистора, истокитретьего и четвертого дополнительных р-канальных МДП-транзисторовподключены к шине питания, стоки -к истокам соответствующих нагрузочных МДП-транзисторов, а эатворы -к .затворам соответствующих переключающих МДП-транзисторов, пятый дополнительный и-канальный МДП-транзистор включен между затвором первого переключающего МДП-транзистора и входом устройства, а его затворподключен к затвору второго переключающего МДП-транзистора и к общейшине, исток второго переключающегоМДП-транзистора подключен к входуустройства,На фиг,представлена электричеокая принципиальная схема устРойства согласования низких уровней напряжений положительной полярностис высокими уровнями положительнойполярности, например, ТТЛ-схем с1 ИОП-схемами (первый вариант);на фиг. 2 - электрическая принципиальная схема устройства согласования уровней напряжений отрицательной полярности с уровнями напряжений положительной полярности (второй вариант); на фиг. 3 и 4 ; элек"трические принципиальные схемы устройств согласования по первому ивторому вариантам, соответственнов которых исключены третий и четвертый дополнительные р-канальныеМДП-транзисторы и истоки нагрузоч.ных МДП-транзисторов непосредственно подключены к шине питания,5 1 О 15 20 25 30 35 40 В электрической схеме устройства согласования уровней напряжения (фиг, 1) затвор каждого иэ двух. р-канальных нагрузочных МДП-транзисторов 1 и 2 перекрестно подключен к стоку противоположного транзистора, сток каждого из двух и- канальных переключающих МДП-транзисторов 3 и 4 подключен к стоку соответствующего (1 или 2) иагруэочного МДП-транзистора и к соответствующему (5 или 6) выходу устройства, Исток первого переключающего МДП-, транзистора 3 подключен к входу 7 устройства и к затвору второго переключающего МДП-транзистора 4, исток которого подключен к общей5 1шине 8. Первый и второй дополнительные р-канальные МДП-транзисторы 9 и 10, соединенные параллельно, включены между шиной 11 питания и затвором первого переключающего МДП-транзистора 3, а их затворы соответственно подключены к первому выходу 5 и к затвору первогопереключающего МДП-транзистора 3,Истоки третьего и четвертого дополнительных р-канальных МДП-транзисторов 12 и 3 подключены к шине11 питания, стоки - к истокамсоответствующих (1 и 2) нагрузочных МДП-транзисторов, а затворы -к затворам соответствующих (3 и 4)переключающих МДП-транзисторов,Пятый дополнительный и-канальныйМДП"транзистор 14 включен междузатвором первого переключающегоМДП-транзистора 3 и общей шиной 8,а его затвор подключен к входу 7устройства,Пятый дополнительный и-канальный МДП-транзистор 14 (фиг. 2) включен между затвором первого переключающего МДП-транзистора 3 и входом7 устройства, а его затвор подключен к затвору второго переключающегои-канальиого МДП-транзистора 4 ик обшей шине 8,Устройство по первому вариантуработает следующим образом.При входном напряжении высокого уровня переключающий транзистор4 устанавливается в проводящеесостояние и передает потенциал общей шины 8 на выход 6, одновременно устанавливая нагрузочный транзистор 1 в проводящее состояние,через который устанавливается высокий уровень напряжения на выходе 5.При этом дополнительный транзистор14 устанавливается в проводящее состояние и передает потенциал общейшины 8 к затворам дополнительноготранзистора 12 и переключающего транзистора 3, устанавливая его в закры,тое состояние, а дополнительныйтранзистор 12 - в проводящее состояние,При входном напряжении низкого уровня переключающий транзистор 4 закрывается, также закрывается дополнительный транзистор 4, при этом потенциал на затворе переключающего транзистора 3 стремится к потенциалу шины 1 питания и устанавлива 38940 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ет переключающий транзистор 3 в проводящее состояние, на выходе 5 устанавливается низкий уровень напряжения, дополнительный нагруэочныйтранзистор 12 закрывается. На. выходе 6 устанавливается высокий уровеньнапряжения через нагрузочный транзистор 2 и дополнительный транзистор13, находящиеся в проводящем состоянии. Кроме того, низкий потенциал,поступающий с выхода 5 на затвордополнительного транзистора 9 ускоряет повышение потенциала на затворе переключающего транзистора 3.Так как потенциал на затворе переключающего транзистора 3 стремится к максимальному положительномузначению, то переключающий транзистор 3 устанавливается в проводящеесостояние с минимальным сопротивлением. Таким образом, благодаря ускоряющей связи через дополнительныйтранзистор 9, снижается сопротивление открытого переключающего транзистора 3 в момент переключения иускоряется процесс переключения сигнала на выходе 5. Кроме того, снижение сопротивления переключающеготранзистора 3 ускоряет условия переключения устройства, так как при этомснижается суммарное сопротивлениепереключающей ветви, состоящей изсопротивления переключающего транзистора 3 и внутреннего сопротивленияисточника входного сигнала.1Управление дополнительными транзисторами 12 и 13 позволяет изменитьсопротивление нагрузочных ветвейдо начала переключения по цепям перекрестных связей, поэтому уменьшаются сквозные токи и мощность потребления в режиме переключения,а также повышается быстродействие,Благодаря использованию управляемых дополнительных транзисторов 12и 13 становится возможным увеличитькрутизну транзисторов в нагрузочныхветвях и сделать ее соизмеряемойс крутизной переключающих транзисторов 3 и 4, что в свою очередь повышает быстродействие и выравнивает процесс переключения устройстваиз одного состояния в другое,Дополнительный транзистор 10предназначен для фиксации начального потенциала на затворах переключающего транзистора 3 и дополнительного транзистора 12,устройство по второму варйанту работает аналогичным образом,При входном напряжении отрицательной полярности высокого уровня (отрицательная логика) переключение устройства происходит через цепь переключающего транзистора 4,При входном напряжении низкого уровня переключающий транзистор 4 и дополнительный транзистор 14 находятся в закрытом состоянии, При этом переключение устройства происходит через цепь переключающего транзистора 3, на затвор которого поступает потенциал шины 11 питания через дополнительный транзистор 1 О, а через дополнительный транзистор 9 ускоряется процесс установления этого потенциала, включение пере-. ключающего транзистора 3 и выключение дополнительного транзистора 12. Таким образом, технико-экономический эффект заключается в повышении быстродействия к уменьшении 10 потребляемой мощности благодаря введению положительной обратной связи на дополнительных транзисторах , а также благодаря введению дополнительных транзисторов, которые по зволяют уменьшить мощность потребления, ускорить процесс переключения и повысить надежность в работе,дакто каз 10706/45 нт", г, Ужгород, ул. Проектная, 4 иал Тираж 872 ВНИИПИ Государстве по делам изобрет 113035, Москва, ЖПодпиго комитета СССРй и открытийРаушская наб., д