вход Вход Регистрация



Сайт "Литературка" сайт для инженеров, или тем, кто собирается им стать. Постоянно пополняющаяся база книг станет настоящим помощником студенту, или человеку который только собирается стать инженером.

Наша цель собрать воедино всю информацию, которая разбросана по всему интернету, тем самым сэкономить Вам время в поисках.

Огромный сборник технической литературы, книги на любой вкус


Случайные новости

1.8.2 Инверторы и ЛЭ на n-МОП

Инверторы и естественно логические элементы на транзисторах с n-каналом разработаны позднее элементов на транзисторах с р-каналом. С точки зрения принципов действия между ними нет существенной разницы, однако технология их производства имеет немалые отличия. Изготовление транзисторов с n-каналами сложнее, но их параметры превосходят параметры транзисторов с р-каналами. Во-первых, в транзисторах с n-каналами носители заряда – не дырки, а электроны, подвижность которых в 2...3 раза выше подвижности дырок. Во-вторых, транзисторы с n-каналами выполняют по технологии с самосовмещением затворов, обеспечивающей уменьшение паразитных емкостей также в 2...3 раза. В итоге быстродействие этих схем оказалось в 5...8 раз выше.

В схемотехнике n-канальных элементов получили распространение статические ЛЭ с нагрузочным транзистором, имеющим встроенный канал.

Инвертор с нагрузочным транзистором (Тн), имеющим встроенный канал (по другой терминологии – работающим в режиме обеднения), включает обычный входной транзистор, управляемый переменной х, и нагрузочный транзистор, у которого затвор соединен с истоком (рисунок 1.22, а).

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Рисунок 1.22 – Инвертор (а) и схемы ИЛИ-НЕ (б), И-НЕ (в) на n-МОП

 

Нагрузочный транзистор со встроенным каналом обеспечивает режим, выигрышный в сравнении с нагрузками, реализуемыми транзистором с индуцированным каналом или линейным сопротивлением. Этот транзистор всегда включен и проводит ток, причем в большей части диапазона изменений напряжения работает в области пологой части выходной характеристики, т.е. может быть приближенно представлен источником тока.

При единичном значении входного сигнала включены оба инвертора, и уровень логического нуля на выходе схемы определяется отношением сопротивлений каналов нагрузочного и входного инверторов, т.е. схема, как и инвертор на транзисторах с р-каналами, относится к числу схем «с отношением». Однако специфика параметров транзисторов такова, что требования к отношению площадей каналов здесь намного ниже, чем для инвертора типа р-МОП, и достаточно иметь отношение сопротивлений около 4.

Пороговые напряжения n-канальных транзисторов невелики 1,5...2В, и можно питать выполненные на них схемы напряжением 5В, используемым в широко распространенных элементах ТТЛ, что также является положительным свойством, обеспечивающим совместимость данной схемотехники с другими по напряжению питания.

Логические элементы в данной схемотехнике образуются путем замены в схеме инвертора входного транзистора группой транзисторов, соединенных параллельно, последовательно или смешанно. На рисунке 1.22, б и в показаны соответственно элементы ИЛИ-НЕ и И-НЕ на два входа, причем элементы реализуются весьма компактно.

Схемы типа n-МОП расцениваются как весьма перспективные для создания современных БИС и СБИС. По технологии изготовления они лишь немного сложнее простейших в этом отношении схем типа р-МОП. Компактность n-МОП структур максимальная, для них обеспечивается плотность компоновки в 100...200 ЛЭ/мм?. Задержки распространения составляют 5...25нс, а энергия переключения .

 

1.8.3 Инверторы и ЛЭ на комплементарных МОП-транзисторах (КМОП)

Термин КМОП получил букву К от слова комплементарные (обозначает транзисторы разных типов проводимости).

Инвертор в схемотехнике КМОП (рисунок 1.23, а) построен на двух транзисторах, управляемых одной и той же переменной. Тип проводимости транзисторов противоположный, поэтому один и тот же сигнал по-разному воздействует на VТ1 и VТ2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Рисунок 1.23 – Схема инвертора типа КМОП (а) и ЛЭ ИЛИ-НЕ типа КМОП (б)

 

Если х=1, т.е. входное напряжением имеет высокий уровень, то транзистор VТ1 включен, а VТ2 заперт (для транзистора VТ2 напряжение между затвором и истоком близко к нулю). Выходное напряжение отличается от нуля только падением напряжения на проводящем канале от остаточного тока запертого транзистора, что составляет микровольты и не имеет практического значения. Вполне можно принять, что логический нуль отображается здесь нулевым уровнем напряжения.

Если х=0, то проводящим окажется транзистор VТ2, для которого между затвором и истоком действует напряжение, близкое к . Транзистор VТ1 будет заперт, а выходное напряжение окажется близким к отличаясь от него лишь пренебрежимо малыми напряжениями – микровольты (по тем же причинам, что и для нулевого выходного сигнала). Очевидно, что инвертор типа КМОП можно замещать эквивалентной схемой, составленной из идеальных ключей, работающих в противофазе (вкл. – выкл.).

Этот инвертор: 1) не потребляет статического тока (в любом статическом состоянии один из транзисторов заперт); 2) может быть выполнен на транзисторах с низкоомными каналами, т.е. в быстродействующем варианте из-за отсутствия статического тока; 3) может быть построен на транзисторах с минимальными размерами, поскольку к соотношению сопротивлений их каналов не предъявляется никаких требований.

Кроме того, как показывает анализ, схемы типа КМОП имеют высокую помехоустойчивость (до 45% от питающего напряжения) и сохраняют работоспособность при изменениях питающего напряжения в широких пределах (до 5 раз).

Как видно, элементы типа КМОП имеют большие достоинства. Их недостаток – усложнение технологии изготовления (нужны одновременно транзисторы разных типов), однако в последнее время он сглаживается, и стоимость элементов КМОП снижается.

Логические элементы на структурах типа КМОП строятся по аналогичной схеме: последовательное или параллельное соединения ключа и нагрузочного сопротивления. Например, предположив, что верхняя часть схемы реализуется на транзисторах с р-каналами, а нижняя - на транзисторах с n-каналами, (рисунок 1.23, б). Т.о. получили схему ИЛИ-НЕ. Ее правильность может быть подтверждена наблюдением за состоянием транзисторов при тех или иных наборах переменных на входах. Если среди входных переменных имеется хотя бы одна единица, то в верхней группе последовательно соединенных транзисторов найдется хотя бы один запертый, а в нижней группе параллельно соединенных хотя бы один проводящий. Выходное напряжение в таком случае будет нулевым.

Если среди входных переменных нет ни одной единицы, то все транзисторы верхней группы проводят, а транзисторы нижней группы заперты. Выходное напряжение близко к . Такое функционирование реализует операцию ИЛИ-НЕ.

Схема И-НЕ имеет параллельно соединенные транзисторы в верхней части и последовательно соединенные в нижней.

 

© 2019
  • Сайт "Литературка"
  • мы собираем различную техническую, образовательную, научную литратуру