вход Вход Регистрация



Для старейших элементов типа р-МОП характерно применение нагрузочных транзисторов с индуцированным каналом. В этом случае нагрузку называют нелинейной, если транзистор включен по схеме на рисунке 1.20, а, или квазилинейной – по схеме на рисунке 1.20, б.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Рисунок 1.20 – Схемы инверторов с нелинейной (а)

и квазилинейной нагрузками (б)

 

Если напряжение между затвором и истоком превышает пороговое, то в транзисторе возникает проводящий канал между стоком и истоком. В противном случае проводимость участка сток–исток близка к нулю. Логическая единица отображается отрицательным напряжением, модуль которого превышает пороговое значение, а логический нуль - малым отрицательным напряжением, модуль которого не достигает модуля порогового напряжения. Как видно, в элементах типа р-МОП используется соглашение отрицательной логики.

При х=1 проводит активный транзистор Та. Нагрузочный транзистор Тн также включится, так как между его затвором и истоком действует напряжение, превышающее пороговое значение, если модуль выходного напряжения мал. А в данном режиме это так, поскольку при включении Та модуль выходного напряжения снижается. Следовательно, при х=1 выходное напряжение снимается с делителя образованного сопротивлениями каналов проводящих транзисторов Та и Тн, и равно

 

,

 

где и - сопротивления каналов соответствующих транзисторов.

должно составлять малую долю напряжения , и необходимо условие <<. Это неравенство выполнимо лишь при изготовлении транзисторов с разными размерами каналов. У нагрузочного транзистора увеличивают длину канала, у активного – его ширину (сопротивления каналов могут отличаться в 25 раз).

При рассмотрении статического состояния инвертора при х=1 видны характерные недостатки р-МОП схем.

Во-первых, необходимость иметь определенное соотношение между сопротивлениями каналов (схемы этого типа называют иногда схемами «с отношением») увеличивает расход площади кристалла и, следовательно, стоимость элемента. Действительно, при возможности использовать идентичные транзисторы размер каждого составил бы всего .

Во-вторых, через оба транзистора от источника питания на общую точку течет статический ток (при х=1). Это исключает применение низкоомных каналов из-за роста рассеиваемой элементом мощности. Высокоомность каналов влечет потерю быстродействия, поскольку нагрузочные емкости не могут быстро перезаряжаться через высокоомные каналы.

Вариант с квазилинейной нагрузкой отличает применение второго источника питания , причем модуль превышает модуль напряжения не менее чем на пороговое напряжение. В этом случае свойства нагрузочного транзистора приближаются к свойствам линейного сопротивления, что в некоторой мере улучшает характеристики элемента.

Элементы типа р-МОП имеют задержки распространения сигнала в сотни или десятки наносекунд, потребляют мощность в десятки или единицы милливатт, имеют напряжения питания в 3...6 раз превышающие напряжение питания элементов ТТЛ (типичное значение напряжения питания схем с нелинейными нагрузками – 27В).

Ясно, что подобные параметры не позволяют использовать эти элементы в БИС или СБИС и вообще являются проигрышными в сравнении с параметрами других типов элементов. Однако нельзя считать элементы р-МОП устаревшими и бесполезными. Они хорошо отработаны, имеют высокий процент выхода годных схем при производстве, широкую номенклатуру функциональных разновидностей и невысокую стоимость. Их применение целесообразно в случаях, когда обеспечиваемые ими параметры приемлемы.

Если в инверторе заменить активный транзистор группой параллельно или смешанно включенных транзисторов, управляемых входными переменными, то получатся логические элементы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Рисунок 1.21 – ЛЭ на р-МОП, схема ИЛИ-НЕ (а), схема И-НЕ (б)

 

Логический элемент ИЛИ-НЕ (рисунок 1.21, а) содержит группу параллельно включенных транзисторов Т1...Тm, для него справедливо соотношение

.

 

При последовательном соединении входных транзисторов получают элемент И-НЕ (рисунок 1.21, б). Здесь логический нуль на выходе вырабатывается только при проводящем состоянии всех транзисторов, т.е. напряжение - сумма напряжений на цепочке из ми транзисторов, и по сравнению с аналогичным напряжением схемы ИЛИ-НЕ имеет повышенное значение. Для получения того же значения в элементе И-НЕ нужно применить транзисторы, у которых ширина канала в m раз больше, чем у схемы ИЛИ-НЕ. Поэтому элемент ИЛИ-НЕ в данном случае предпочтителен и является базовым.

Быстродействие схем на МОП- транзисторах ограничивается временами перезаряда нагрузочных емкостей. Особенно велика емкостная нагрузка выходного узла схемы, поскольку в нем суммируются емкости нескольких входов последующих элементов, подключенных к выходу данного. Вследствие этого рассмотренные схемы часто дополняют специальными буферными каскадами с повышенной нагрузочной способностью.

© 2017
  • Сайт "Литературка"
  • мы собираем различную техническую, образовательную, научную литратуру