Цифровые ис на кмоп-структурах (принципиальная схема инвертора и его работа; принципиальная схема элемента или-не и его работа). Особенности применения ис кмоп.
1. Цифровые ис на кмоп-стуктурах
«Комплементарные» – означает, что в схемах используются транзисторы разных типов проводимости (рис. 2.15).
Рис. 2.15. Схема инвертора
Положительная логика: «1» ≈ U В, «0» ≈ 0 В.
Если X = «1», то VT1 открыт, а VT2 закрыт, т.к. Uзи близко к нулю. Выходное напряжение отличается от нуля только падением напряжения на проводящем канале от остаточного тока закрытого транзистора VT2.
Сопротивление в таком состоянии 10МОм, открытом ≈10 Ом.
При X= «0» VT1 закрыт, VT2 открыт, т.к. Uзи VT2 ≈ Uп и Uвых ≈ Uп.
В статике элемент почти не потребляет тока. Потребление большое при переключении.
Рис. 2.16. Схема ИЛИ-НЕ
Если среди входных переменных имеется хотя бы одна «1», то в верхней группе последовательно соединённых транзисторов этот транзистор будет заперт, а в нижней группе – открыт. Выходное напряжение Uвых≈0В.
Если среди входных переменных нет «1», то все верхние открыты, а все нижние транзисторы закрыты =>Uвых ≈Uп.
Затвор МОП транзистора и подложка, разделённые тонким слоем диэлектрика, образуют конденсатор. Его ёмкость мала(≈3-5пФ), а сопротивление утечки ≈1012 Ом, что создаёт условие для накапливания статических зарядов. Слой диэлектрика под затвором (толщина 70-100 нм), поэтому диэлетрическая прочность не превышает 180В. На теле человека за счёт электроизоляции могут возникать заряды с потенциалами несколько киловольт. Такой заряд способен вызвать необратимый пробой в этом слое. Поэтому, для защиты интегральных схем от повреждения статическим электричеством, каждый вход К-МОП ИС снабжают защитной цепочкой. Эти цепи являются неотъемлемой частью ИС, изготавливаются в едином технологическом процессе, и не отображаются в справочниках.
Для предотвращения нежелательных явлений, напряжение питания всегда следует подавать раньше любых входных сигналов. Выключение в обратном порядке. В противном случае возможно КЗ источника питания. Из-за паразитных биполярных транзисторов, которые образуются при изготовлении элемента. Неиспользуемые входы К-МОП должны подключаться либо к Uпит, либо к земле. Свободные входы запрещены.
При монтаже, для исключения случайного пробоя статическим электричеством нужно уравнять потенциалы монтируемой платы, паяльника и тела монтажника. Передавать ИС из рук в руки нельзя. Пайку выводов ИС ведут в определённой последовательности : «+»; общий; контакты.
Рис. 2.17. Полная схема инвертора
Достоинства и недостатки ис кмоп. Согласование ис ттл-уровней с ис кмоп, ис кмоп с ис ттл-уровней.
1. Достоинства и недостатки ис кмоп
Достоинства:
• потребляет очень маленький ток в статическом режиме;
• может быть выполнен на транзисторах с низкоомными каналами, что повысит быстродействие;
• может быть построен на транзисторах с минимальными размерами, поскольку к сопротивлениям проводящих каналов не предъявляется никаких требований;
• имеют высокую помехоустойчивость (45% от Uп – помехи не влияют на работу схемы);
• сохраняют работоспособность при изменении Uп до 5 раз (от 3 до 15 В);
• на их основе возможно построение памяти с разными режимами работы: режим ожидание с напряжением питания 3 В и активный режим с напряжением питания от 3 до 15 В.
Недостатки:
• сложная технология изготовления, отсюда высокая цена.