2.3. Переходная характеристика кмоп-схем (отклик схемы во времени на входной импульс).
Длительности переходных процессов в КМОП схемах (величины фронтов) зависят от паразитных емкостей схемы и величины токов их заряда и разряда. Длительность положительного фронта, т.е. роста сигнала от логического "0" до логической "1", определяется зарядом паразитной емкости от осточника питания через р-канальные нагрузочные транзисторы. Длительность отрицательного фронта, т.е. уменьшения сигнала от "1" до "0", определяется разрядом паразитной емкости через п-канальные активные транзисторы на землю. Паразитная емкость включает в себя следующие составляющие:
- емкости сток-подложка активных и нагрузочных транзисторов;
- емкость нагрузки, подключенной к выходу логической схемы;
- емкости межсоединений.
В динамическом режиме микросхемы КМОП потребляют динамическую мощность на периодическую перезарядку парзитных емкостей:
Р дин = f Е2 Сн (9)
где f - частота работы схемы;
Е - напряжение питания;
Сн- паразитная емкость.
2.4. Логические элементы на кмоп-транзисторах.
Логические схемы ИЛИ-НЕ и И-НЕ приведены, соответственно, на рисунках 3 и 4. Как видно из схем, функция ИЛИ реализуется за счет параллельного включения активных (нижних) транзисторов, и функция И - соответственно, за счет последовательного включения. По сравнению со схемами на однотипных (п-канальных) транзисторах КМОП схемы требуют больше транзисторов для реализации логических функций и занимают на кристалле большую площадь за счет создания кармана.
Рис. 3 Логическая схема ИЛИ-НЕ Рис. 4 Логическая схема И-НЕ
на КМОП-транзисторах на КМОП-транзисторах
3. Описание стенда.
Работа выполняется на универсальном стенде в лаборатории электроники кафедры Э и Э. Исследуемые цепи собираются на основе одного из блоков стенда (рис. 5 ) и внешних дополнительных приборов и устройств: вольтметров, амперметров, генератора импульсов, осциллографа.
Рис. 5. Блок стенда, на котором выполняется работа.
4. Рабочее задание.
4.1. Изучение передаточной характеристики кмоп схемы или-не.
Снять передаточную характеристику Uвых =f(Uвх) и зависимость потребляемого тока Iпотр от входного напряжения Uвх по схеме, изображенной на рис. 6.
Напряжение Uвх изменять от 0 до +5 Вольт с шагом не более 0.5 Вольт, в области переключения схемы шаг необходимо делать еще меньше. Измеряются величины:
- величина входного напряжения Uвх;
- величина выходного напряжения Uвых;
- величина потребляемого тока Iпотр.
Особенно внимательно следует снимать зависимость вблизи входного напряжения близкого к половине напряжения питания. В этой области наблюдается резкий рост величины потребляемого тока.
а) б)
Рис.6 . Схема для измерения передаточной (а) и переходной (б)
характеристик КМОП-схемы 2ИЛИ-НЕ.
Измерения заносятся в таблицу:
-
Uвх
Uвых
Iпотр
По данным измерений построить зависимости Uвых=f(Uвх) и Iпотр=f(Uвых).