Вопрос 2: ЛЭ на комплементарных МДП-транзисторах

ЛЭ на МДП-транзисторах одного типа проводимости

Логические элементы на МДП-транзисторах

Вопросы:

Схема базового элемента nМОПТЛ

Основа ЛЭ составляет цифровой ключ с общим истоком, в котором один транзистор – ключевой элемент, второй – стоковая нагрузка.

Наибольшее применение в ЦИС получили ЛЭ на МДП-транзисторах с индуцированным каналом n-типа, как наиболее быстродействующие, так как подвижность электронов, являющихся носителями зарядов в n-канальных транзисторах, выше подвижности дырок (в p-канальных). Кроме того элементы nМОПТЛ хорошо согласуются с элементами ТТЛ по напряжению питания и напряжению высокого и низкого уровня.

В этой схеме параллельно соединенные Vt1, Vt2 – ключевые, а VT3 – стоковая нагрузка. VD1, VD2 – стабилитроны, ограничивающие вх.напряжение на безопасном уровне (пробой статическим электричеством).

Принцип действия:

VT3 – всегда открыт (постоянно индуцирован канал n-типа из-за подключения затвора +Uп, а подложки к земле, в результате напряжение между подложкой и затвором выше порогового уровня отпирания транзистора).

1. X1=x2=U⁰ <Uзи пор, VT1, VT2 закрыты, выход = Uп=U¹

2. X1 и(или) Х2 = U¹> Uзи пор, VT1 и (или) VT2 открыт, выход = U⁰

Чтобы выполнялось условия U⁰<Uзи пор транзисторы Vt1, Vt2 должны иметь короткий и широкий канал (сопротивление ед. кОМ), а VT3 – длинный и узкий канал (дес. кОм)

 

 

Выполняемая логическая операция ИЛИ-НЕ

X1	X2	Y

Примеры: серии 132, 565, 1809

 

 

Достоинства:

1. Высокая плотность упаковки за счёт отсутствия резисторов, занимающих большую площадь на кристалле ИС

2. Относительно малая потребляемая мощность

3. Хорошая помехоустойчивость за счёт большого логического перепада (почти = напряжению питания)

Недостаток:

Низкое быстродействие (≈ 100нс), так как при выключении ЛЭ емкость нагрузки заряжается через большое сопротивление канала VT3 с большой постоянной времени.

 

Основной логического элемента является ключ на комплементарной паре МДП-транзисторов с индуцированном каналом (один канал n-типа, другой p-типа). В таких ЛЭ напряжение низкого уровня практически 0, а напряжение высокого практически напряжение питания.

В качестве примера разберем схему базового элемента КМОПТЛ

 

VT1, VT2 – n канальные

VT3, VT4 – p канальные

Принцип действия:

1. Х1=х2=0В= U⁰ VT1, VT2 – закрыт (Uзи1=Uзи2<Uзи пор), VT3,Vt4 – открыты (Uзи1=Uзи2>Uзи пор). Выход = U¹= Uп

2. Х1=х2=U¹ Vt1, Vt2 открыт, Vt3,Vt4 закрыты. Выход U⁰

3. На одном U⁰, на другом U¹. Vt1 или Vt2 открыт и выход ЛЭ подключен к земле, а Vt3 ил Vt4 закрыт и выход ЛЭ отключен от Uп. На выходе 0В

В любом из этих состояний сквозной ток через ЛЭ не протекает.

Выполняемая логическая операция: ИЛИ-НЕ

X1	X2	Y

 

Передаточная характеристика

 

Примеры: серии 164, 176, 561, 564, 1561, 1564

Достоинства:

1. Самая хорошая помехоустойчивость;

2. Высокая плотность упаковки

3. Минимальная потребляемая мощность

4. Относительное малое выходное сопротивление, так как у всех транзисторов короткий и широкий канал, за счет чего быстродействие растёт (ед-дес нс)

Недостаток: *можно считать, что их нет.

 

28022012 Лекция 5

Согласование связей в цифровых устройствах (ЦУ)

Вопросы:

1. Типы выходных каскадов

2. Преобразование уровней

3. Цепи питания

4. Оптоэлектронные развязки