17 Схема и характеристики инвертора кмоп

Кроме элементов ТТЛ выпускают элементы КМОП (КМДП). КМОП – комплементарные металл-оксидные полупроводники (полевой транзистор с изолированным затвором). Важнейшим свойством полевых транзисторов является их большое входное сопротивление по постоянному току (R_вх=10¹² – 10¹⁴ Ом). Благодаря этому полевые транзисторы в статических режимах практически не потребляют тока во входных цепях; тем самым обеспечивается возможность построения ключевых элементов с большой нагрузочной способностью. Главным недостатком полевых транзисторов по сравнению с биполярными является относительно невысокое быстродействие. Приведем для рассмотрения схему построения инвертора на полевых транзисторах (рис.7.1).

Рисунок 7.1 – Принципиальная схема инвертора КМОП

Схемы такого типа могут быть повреждены при воздействии статических зарядов и потенциале более 100 В. Статистический анализ показал, что около 65% всех отказов МДП-приборов обусловлен воздействием статистических зарядов. Непосредственно в КМДП-элементах для такой защиты вводят дополнительные элементы (рис.7.1): диод VD₁ между входом и одной из шин питания; два диода между входом и каждой из шин; поликремниевый резистор с двумя диодами VD₂ и VD₃. Использование диодов снижает вероятность пробоя, но не дает абсолютной защиты схемы. Диоды срабатывают с некоторой задержкой и за это время возможен пробой МДП-вентиля. Диоды VD₄ и VD₅ предназначены для защиты последующих каскадов. Диод VD₆ защищает от отрицательного напряжения питания.

подключены два эмиттерных повторителя VT4 и VT5.

При подаче на все входы или на один из них, например, первый, сигнала UВХ1=U1, транзистор VT1 открывается и через него протекает ток I0, а транзистор VT3 закрывается.

Таким образом, по первому выходу данная схема реализует логическую операцию ИЛИ-НЕ, а по второму – операцию ИЛИ.

18 Сравнительные характеристики логических элементов изготовленных по разным технологиям

Для удобства сведем характеристики ЛЭ в таблицу 7.1. (Все параметры приведены в статическом режиме, логический элемент находится в одном из двух устойчивых состояний “0” или “1”)

Параметр	Старые разработки		Новые разработки
	ТТЛ серия К155	КМОП серия КП6	ЭСЛ серия 500	ТТЛ серия КР1533	КМОП серия КР155
I0вх	-1.6 мА	-0,1 мкА	0,5 мкА	-0,1мА	-0,1 мкА
I1вх	0,04 мА	0,1 мкА	0,25...0,5мА	20 мкА	0,1 мкА
U0вых не больше, В	0,4	0,3	-1,63	0,4	0,1
U1вых не менее, В	2,4	8,2	-0,9	2,4	Uпит-0,1
Uпит , В	+5	+9	-5,2	5	2...6
t10зд.р., нс	22	200...500	2,9...3,4	15	9,5 при Uпит=4,5В
t01зд.р., нс	15	200...500	2,9...3,4	9	8,5 при Uпит=4,5В
I0потр	16,5 мА	0,3 мкА	21 мА	4 мА	40 мкА
I1потр	6 мА	0,3 мкА	21 мА	1,8 мА	40 мкА

В таблице приняты следующие обозначения:

• I⁰_вх – входной ток интегральной микросхемы при уровне логического нуля на входе.

• I¹_вх – входной ток интегральной микросхемы при уровне логической единицы на входе.

• U⁰_вых – напряжение получаемое на выходе при уровне логического нуля на входе.

• U¹_вых – напряжение получаемое на выходе при уровне логической единицы на входе.

• U_пит – напряжение питания.

• t¹⁰_зд.р. – время задержки переключения из “1” в “0” (время между переключениями на входе и на выходе).

• I⁰_потр – ток потребления при нуле на выходе логического элемента. ЭСЛ самые быстродействующие и имеют малое время задержки. Чем меньше I_потр , тем лучше.

Чем меньше ток на входе, тем лучше. ЭСЛ – эмиттерно-связанная логика работает в линейном режиме. КМОП и ТТЛ работают в ключевом режиме. Статический режим – это режим у которого отсутствуют переключения или их очень мало. Чем больше время переключения элемента, тем больше треугольник на рис.7.2 (то есть больше сквозные токи возникающие при переключении КМОП), так как ток будет протекать дольше при открытии и закрытии. Чем чаще происходят переключения, тем больше потребление тока. В динамическом режиме потребление тока возрастает.