DE2624547A1 - Verstaerkerstufe zur stromversorgung von i hoch 2 l-schaltungen - Google Patents

Verstaerkerstufe zur stromversorgung von i hoch 2 l-schaltungen

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DE2624547A1 DE19762624547 DE2624547A DE2624547A1 DE 2624547 A1 DE2624547 A1 DE 2624547A1 DE 19762624547 DE19762624547 DE 19762624547 DE 2624547 A DE2624547 A DE 2624547A DE 2624547 A1 DE2624547 A1 DE 2624547A1
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    • H01L27/0203—Particular design considerations for integrated circuits
    • H01L27/0214—Particular design considerations for integrated circuits for internal polarisation, e.g. I2L
    • H01L27/0229—Particular design considerations for integrated circuits for internal polarisation, e.g. I2L of bipolar structures
    • H01L27/0233—Integrated injection logic structures [I2L]
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05F—SYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
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    • G05F3/02—Regulating voltage or current
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    • H—ELECTRICITY
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    • H03K19/018—Coupling arrangements; Interface arrangements using bipolar transistors only
    • H03K19/01806—Interface arrangements
    • H03K19/01818—Interface arrangements for integrated injection logic (I2L)

Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen
Berlin und München VPA 76 P 7 0 5 6 BRD
Verstärkerstufe zur Stromversorgung von I L-Schaltungen.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Verstärkerstufe zur
ρ
Stromversorgung von I L-Schaltungen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
2
I L-Jbgikschaltungen (Integrated Injection Logic) sind bekannt.
Beispielsweise sind solche I L-Schaltungen in der Veröffentlichung "Integrated Injection Logic: A new approach to LSiy K.H. Hart und A. Slob, IEEE Journal of Solid-State-Circuits, Vol. SC-7, Oct. 1972, S. 346 bis 351 beschrieben.
Wenn mehrere solche I L-Schaltungen auf einem Chip angeordnet sind, kann es erforderlich sein, den Ausgang eines I L-Gatters, in das ein niedriger Strom eingespeist wird,
2
mit dem Eingang eines anderen I L-Gatters, das mit einem höheren Strom betrieben wird, zu verbinden. In diesem Fall sind Verstärkerstufen erforderlich. In der Veröffentlichung CM. Hart et al, "Bipolare LSI takes a new direction with integrated injection logic", Electronics, 3. Okt. 1974, S. 111 - 118 sind solche Verstärkerstufen beschrieben. Dabei erfolgt die Verstärkung durch eine Vergrößerung der< Geometrie. .
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Verstärkerstufe zur Stromversorgung von I L-Schaltungen anzugeben, mit deren Hilfe bei geringem Platzbedarf Verstärkungen von mehreren Zehnerpotenzen erreichbar sind.
Diese Aufgabe wird durch eine wie.eingangs bereits erwähnte
709850/0191
VPA 76 E 7064b
28.5.1976-vP 17 Htr
26245A7 . 76 P -7 ο 5 6 BRD
'Λ' if
Verstärkerstufe gelöst, die durch die in dem keimte-i'p^e-ijcU-n Teil des Patentanspruches 1 aufgeführten Merkmale gekennzeichnet ist.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Höhe der Verstärkung durch Layout-Modifikationen einstellbar ist.
Weitere Erläuterungen zur Erfindung gehen aus der Beschreibung und den Figuren hervor.
Die Fig. 1 zeigt das Schaltbild einer erfindungsgemäßen Verstärkeranordnung .
Die Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung einen Querschnitt durch ein CHIL-Gatter.
Die Fig. 3 zeigt eine Aufsicht auf eine Anordnung nach der Fig. 1.
Zu der Erfindung führten die folgenden Überlegungen. Durch die Verwendung von sogenannten CHIL-Schaltungen (Current Hogging Injection Logic) als Zwischengatter in den Verstärkerstufen ergibt sich eine weitere Variationsmöglichkeit zur Kopplung der Stufen und somit zur Beeinflussung der gesamten Stromverstärkung der Verstärkerstufe.
In der Fig. 1 ist schematisch das Schaltbild einer Anordnung mit I L-Schaltungen und CHIL-Gattern dargestellt. Beispielsweise sind, wie in der Patentanmeldung vom gleichen Tage, (unser Zeichen VPA 76 E 7064A) beschrieben ist, mit der In^ektorbahn 98 der Einfachheit halber in der Figur nicht dargestellte I L-Gatter höhere Stromauf nahmen verbunden. An die Injektorbahn 98 ist der injizierende Emitter 93 einer CHIL-Anordnung 9 angeschlossen. Mit einem Eingang 92 der CHIL-Anordnung ist eine weitere Injektorbahn 78 verbunden.
CHIL-Anordnungen sind beispielsweise in IEEE Journal öf Solid-state Circuits, Vol. SC-10, No. 5, Oct. 1975, beschrieben. Die CHIL-Anordnung 9 weist den injzierenden Emitter 93, wenigstens zwei Eingänge 92 und 97 und wenigstens
VPA 76 E 7064B) 709850/0191
^ 76 P 7 O 5 6 BRD
einen Ausgang 96 auf. In der Fig. 2 ist in schematischer Dastellung ein Querschnitt durch eine solche CHIL-Anordnung
9 dargestellt. Dabeisind Einzelheiten der Fig. 2, die bereits im Zusammenhang mit der Fig. 1 beschrieben wurden, entsprechend bezeichnet.
Im folgenden soll kurz die Funktion der CHIL-Anordnung 9 beschrieben werden. Beispielsweise besteht diese aus dem lateralen pnp-Transistor 94 und dem vertikalen npn-Transistor 99. Der injizierende Emitter 93 wird über die Injektorbahn 98 mit einem Strom versorgt. Dadurch bedingt werden von ihm ausgehend Minoritätsträger in die epitaktische Schicht 101 injiziert. Wenn die Diffusionslänge dieser Minoritätsträger beträchtlich größer ist als der Abstand zwischen dem Injektordiffusionsgebiet 93 und dem Eingangsdiffusionsgebiet 92, werden die meisten der Minoritätsladungsträger zu dem Eingangsdiffusionsgebiet 92 gelangen und dieses mit der damit verbundenen Injektorbahn 78 mit Strom versorgen. Ist das Eingangsdiffus ionsgebiet 92 und die damit verbundene Injektorbahn 78 aufgeladen, so fließen von dort aus Minoritätsladungsträger zum Basisdiffusionsgebiet 97 des vertikalen Transistors 99 bzw. zu weiteren dazwischen angeordneten Eingangsdiffusionsgebieten. In dem Diffusionsgebiet 97 ist das Ausgangsdiffusionsgebiet 96 angeordnet. Neben dem Ausgangsdiffusionsgebiet 96 können dort noch weitere Ausgangsdiffusionsgebiete angeordnet sein. Diese stellen Mehrfach-Kollektoren des vertikalen Transistors 99 dar. Das Gebiet
10 stellt den Emitter des vertikalen Transistors 99 und den Basisanschluß des lateralen Transistors 94 dar.
Wie aus der Fig. 1 ersichtlich ist, kann beispielsweise die Injektorbahn 78, in der ein kleinerer Strom fließt als in der Injektorbahn 98,EiIt dem injizierenden Emitter 63 einer CHIL-Anordnung 6 verbunden sein. Die mit dem Eingang 72 der CHIL-Anordnung 6 verbundene Injektorbahn 68 führt dann einen kleineren Strom als die Injektorbahn 78.
Sollen nun Stufen eines höheren InjektorStroms, beispielsweise mit der Injektorbahn 98 verbundene Stufen durch Gatter
VPA 76 E 7064B 709850/0191
2B24547 r 76 P 7 0 5 6 BRD
mit niedrigeren Injektorstrom angesteuert werden, so werden Stromverstärker benötigt. In.der Fig. 1 soll beispielsweise das mit der Injektorbahn 98 des höheren Injektorstromes verbundene Gatter 5 durch das mit der Injektorbahn 68 verbundene Gatter 6 angesteuert werden. Zu diesem Zweck ist eine erfindungsgemäße Verstärkerstufe, die aus
ρ
dem CHIL-Eingangsgatter 7, dem I L-Gatter 8 und dem CHIL-Ausgangsgatter 9 besteht, vorgesehen. Diese drei Gatter sind mit der Injektorbahn 78 verbunden. Das CHIL-Eingangsgatter 7 ist wie das bereits beschriebene CHIL-Ausgangs-
2
gatter 9 aufgebaut. Das I L-Gatter 8 besteht vorzugsweise aus dem lateralen pnp-Transistor 88 und dem vertikalen npn-Transistor 89. Der Eingang des Gatters ist mit 87 bezeichnet. Der Ausgang ist mit 86 bezeichnet. Anstelle eines Ausgangs 86 können auch in bekannter Weise mehrere
2 Ausgänge vorgesehen sein. Der Injektor des I L-Gatters 8, der mit der Injektorbahn 78 verbunden ist, ist mit 83 bezeichnet.
Der Ausgang 66 des CHIL-Gatters 6, der im Beispiel den Eingang 57 des CHIL-Gatters 5 ansteuern soll, ist mit dem Eingang 77 des CHIL-Eingangsgatters 7 der Verstärkerstufe verbunden. Der Ausgang 76 dieses CHIL-Eingangsgatters 7 ist mit dem Eingang 87 des I L-Gatters verbunden. Der Ausgang
2
dieses I L-Gatters 8 ist mit dem Eingang 97 des weiteren, oben bereits ausführlich beschriebenen CHIL-Ausgangsgatters 9 verbunden. Der Ausgang 96 dieses Gatters ist schließlich mit dem Eingang 57 des Gatters 5 verbunden. Durch die erfindungsgemäße Verstärkerstufe 7, 8 und 9 wird der Strom des Ausgangs 66 des Gatters 6 schrittweise über die Gatter 7, und 9 verstärkt. Die Verstärkung zwischen dem CHIL-Gatter
2 1
7 und dem I L-Gatter 8 beträgt j . In dieser Formel bedeutet A den Kopplungsfaktor, der in etwa der Stromverstärkung des lateralen pnp-Transistors der CHIL-Gatter zwischen deren Eingangsinjektor und dem Eingang entspricht. Dabei sind Sättigungseffekte vernachlässigt. Durch die Variation der Breiten 1, 3 und 4 der CHIL-Gatter 7, 8 und und der Anzahl der angeschlossenen Gatter kann der Strom I verändert werden. Ebenso kann die Verstärkung durch die Veränderung der Überlappung 2 zwischen dem injizierenden Emitter
VPA 76 E 7064 B 709850/0191
2624547 76 P 7056 BRD 93 und dem Eingang 92 variiert werden.
T* Wk
Die Gesamtverstärkung ergibt sich dann zu 57 « ? . Der Faktor m ergibt sich aus der Summe aller 66 Breiten der an der Injektorbahn 78 an geschlossenen injizierenden Emittern geteilt durch den Faktor aus der Breite 1 des CHIL-Gatters 7 mal der Breite der Überlappung 2.
Im Beispiel der Fig. 3 ist m « j,'wobei die Breite der injizierenden Emitter 73 und 83 und die Breite des injizierenden Emitters des Gatters 6 einer Längeneinheit entsprechen. Die Breite des CHIL-Gatters 9 entspricht der Breite von 3 Längeneinheiten. Die Breite der Überlappung 2 entspricht einer Längeneinheit. Die Gesamtverstärkung beträgt also 57 «= 6/A.
Durch die Verwendung von erfindungsgemäßen Verstärkerstufen
ο können im Zusammenhang mit beliebig gestalteten I L-Gattern Stufen höheren Injekümstromes mit Gattern niedrigen Injektionsstromes dadurch angesteuert werden, daß der Ausgang eines Gatters mit dem niedrigeren Injektorstrom mit dem Eingang einer erfindungsgemäßen Verstärkerstufe verbunden wird und das der Ausgang der erfindungsgemäßen Verstärkerstufe mit dem Eingang des Gatters mit dem höheren Injektorstrom verbunden wird.
Das Gatter 8 kann beispielsweise auch aus wenigstens einem
2
I L-Gatter oder aus wenigstens einem CHIL-Gatter und aus
wenigstens einem I L-Gatter bestehen, wobei jeweils der Ausgang eines Gatters mit dem Eingang des nächsten dieser Gatter verbunden ist. Sämtliche injizierenden Emitter des Gatters Sind mit der Injektorbahn 78 verbunden.
Die erfindungsgemäße Verstärkerstufe ist vorteilhafterweise in einer n+-dotierten Siliziumschicht 10 und in einer darauf aufgebrachten η-leitenden epitaktischen Schicht 101 angeordnet. Dabei wird die epitaktische Schicht 101 beispielsweise durch Trenndiffusionen in einzäne Wannen aufgeteilt, in denen die einzelnen Gatter angeordnet sind.
7 Patentansprüche 709 8 50/0191
3 Figuren '
VPA 76 E 7064B

Claims (7)

  1. 76 P 7 0 5 6 BRD
    f1J Verstärkerstufe zur Versorgung von I L-Schaltungen mit unterschiedlichen Strömen, wobei erste I L-Schaltungen über ihre injizierenden Emitter mit einer ersten Injektorbahn verbunden
    2
    sind, wobei weitere I L-Schaltungen über ihre injizierenden Emitter mit einer weiteren Injektorbahn verbunden sind, wobei in den Injektorbahnen unterschiedliche Ströme fließen, wobei ein Ausgang einer ersten I L-Schaltung mit einem Eingang der Verstärkerstufe verbunden ist, und wobei ein Ausgang der Ver-
    2 stärkerstufe mit einem Eingang der weiteren I L-Schaltung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet , daß die Verstärkerstufe ein CHIL-Eingangsgatter (7), wenigstens ein weiteres Gatter (8) und ein CHIL-Ausgangsgatter (9) aufweist, daß das CHIL-Eingangsgatter (7) und das weitere Gatter
    (8) mit ihren injizierenden Emittern (73, 83) mit der ersten Injektorbahn (78) verbunden sind, daß das CHIL-Ausgangsgatter
    (9) mit seinem injizierenden Emitter (93) an die weitere Injektorbahn (98) und mit seinem Eingang (92) an die erste Injektorbahn (78) angeschlossen ist, daß der Ausgang (76) des CHIL-Eingangsgatters (7) mit dem Eingang (87) des weiteren Gatters (8) verbunden ist und daß der Ausgang (86) des weiteren Gatters (8) mit dem Eingang (97) des CHIL-Ausgangsgatters (9) verbunden ist, daß der Strom des Ausganges (66) der I L-Schaltung (6) schrittweise über das CHIL-Eingangsgatter (7), das weitere Gatter (8) und das CHIL-Ausgangsgatter (9) verstärkt wird.
  2. 2. Verstärkerstufe nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet , daß das weitere Gatter (8) wenigstens aus einem Ιτ,-Gatter besteht.
  3. 3. Verstärkerstufe nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η
    zeichnet , daß das weitere Gatter (8) aus wenigstens
    einem CHIL-Gatter und aus wenigstens einem I L-Gatter besteht«
  4. 4. Stufe nach einem der Ansprüche 1 bis .3, dadurch ge kennzeichnet , daß das Eingangsgatter (7) und das Ausgangsgatter (9) jeweils aus einem lateralen pnp-VPA 76 E 7O6AB 709850/0191
    76 P 70 56 BRD
    Transistor (74, 94) und aus einem vertikalen npn-Transistor (79, 99) bestehen. .
  5. 5. Stufe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge
    ρ kennzeichnet , daß die I L-Schaltungen aus einem lateralen pnp-Transistor (88) und aus einem vertikalen npn-Transistor (89) bestehen.
  6. 6. Stufe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge kennzeichnet , daß sie in einer n+- (p+)-dotierten Siliziumschicht (10) und einer darauf angeordneten n- (p)-leitenden epitaktischen Schicht (101) angeordnet ist, wobei die epitaktische Schicht (101) in einzelne Wannen unter teilt ist, in der die einzelnen Gatter angeordnet sind.
  7. 7. Stufe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet , daß die Stromverstärkung der Stufe durch die Bemessung der Breiten (1, 3, 4) des Eingangsgatters (7), des weiteren Gatters (8) und des Ausgangsgatters (9) und durch die Überlappung (2) des injizierenden Emitters* (93) des Ausgangsgatters (9) mit dem Eingang (92) des Ausgangsgatters (9) veränderbar ist.
    VPA 76 E 7064B
    709850/0191
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