3.3.7 «Пожарные» мдп-цепочки

Хранение и передачу информации можно осуществить при помощи цепочки, состоящей из МДП транзисторов и МДП-конденсаторов, которые получили название «пожарных цепочек». На рисунке. 3.42,а показана схема части пожарной цепочки. Элемент, выделенный штриховыми линиями, представляет собой МДП- транзистор с емкостной связью электродов затвора и стока. Необходимая емкостная связь обеспечивается перекрытием этих электродов (рис. 3.42, б). Каждый элемент нагружен на аналогичный, поэтому емкости узлов А, Б, В одинаковы. Для анализа передачи цифровой информации от одного элемента к другому полагается, что логическому нулю соответствует нулевое напряжение, логической единице — напряжение U¹ ≤ (Еф – Uо), где Еф — амплитуда фазного тактового импульса.

На рисунке 3.43 изображены временные диаграммы перезаписи логического состояния из узла А в узел Б подачей одного тактирующего сигнала последовательности Ф1 с уровнем Еф>Uо.

Рисунком 3.43, а иллюстрируется передача состояния лог. 0 (U⁰ = 0) из узла А в узел Б при подаче тактирующего сигнала Ф1. В результате, после завершения тактирующего сигнала, в узел Б переместится низкий уровень U⁰ из узла А. В узле А установится уровень U¹ = Еф – Uo.

Аналогично на рисунке 3.43, б изображена передача состояния лог.1 (U¹ = Еф – Uo) из узла А в узел Б по подаче тактирующего сигнала Ф1. Транзистор ячейки Б в этом случае тактирующим сигналом не открывается из-за высокого напряжения (U¹ = Еф – Uo) в узле А. В отсутствие тока через транзистор ячейки Б узлы А и Б эквипотенциальны и напряжения на них равны U¹ = Еф – Uo.

В процессе действия тактирующего импульса транзистор ячейки Б закрыт, а напряжение на узле Б элемента повышается и уменьшается на величину Еф, не изменяя исходного состояния, равного U¹. В результате на выходе элемента Б фиксируется требуемая информация (логическая единица). После окончания тактового импульса конденсатор, подключенный ко входу передающей ячейки Б, всегда оказывается заряженным до напряжения (Еф – Uо) независимо от исходного информационного состояния, содержащегося на входе элемента.

Выход рассматриваемого элемента Б является входом последующего, именно по этой причине при рассмотрении работы элемента полагалось, что, независимо от того, передается логическая единица или логический нуль, в узле Б до прихода импульса Ф1 действует напряжение (Еф – Uо).

Информация, хранящаяся на выходе элемента в виде порции заряда на конденсаторе Сбф, может быть передана следующим элементом во время действия тактового импульса Ф₂ в узел В и т.д., вдоль всей цепочки элементов.

Минимальная частота работы элементов здесь определяется постоянной времени разрядной цепи, образованной сопротивлениями обратносмещенного стокового р-n-перехода, закрытого канала транзистора и емкостью конденсатора ячейки.

Ток обратносмещенного р-n-перехода ограничен скоростью генерации электронно-дырочных пар в его обедненной области. Следовательно, ограничения максимального времени хранения информации в ПЗС, ТЗС и пожарных цепочках имеют одну и ту же физическую природу.

В отличие от структуры трехтактных ПЗС (см. рис. 3.27, 3.28) у элементов пожарных цепочек присутствуют диффузионные области, обеспечивающие электрическую связь между элементами.

Потенциал приповерхностного слоя полупроводника в зазоре между элементами в пожарной цепочке контролируется благодаря имеющейся диффузионной области, и в этом смысле работа этих элементов не критична к расстоянию между элементами.

Генерация заряда для транспортировки в пожарных цепочках осуществляется рассмотренными ранее способами. Детектирование выходного сигнала осуществляется на сопротивлении нагрузки МДП-транзистора, подключенного к выходной ячейке по схеме с общим истоком.

В отличие от ПЗС элементы пожарной цепочки можно моделировать из отдельных транзисторов и конденсаторов.