Добавил:

Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Национальный исследовательский университет «МИЭТ»

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

Mikroskhemotekhnika_Mindeeva.pdf

Скачиваний:

697

Добавлен:

05.06.2015

Размер:

1.26 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 3536 / 3936 37 38 39 > Следующая >>>

éU

ВЫХ

ВХ

-U

ПОР

)

U 2

ï IC0

= K0

× ê

ВЫХ

×(1

+ h) ,

(1+ h)

KН

ï I

Н =

(UОТС )

1+ h

ï I

= I

éUВЫХ (UВХ -UПОР

)

U 2

ОТС

ВЫХ

× (1

+ h) =

;

(1+ h)

1+ h

(-UОТС )2

ВХ

= U

ПОР0

KН

+ UВЫХ (1+ h) .

2K0

(1+ h)UВЫХ

На этом участке характер зависимости линейногиперболический.

Основные параметры:

U1 = UИП ;

U	0 »			KН (UОТС )2			;
			2K0 (1+ h)UИП

U	П	= U		ПОР0	-U	ОТС		KН	.

								K0

9.6. Передаточная характеристика и параметры комплементарного инвертора

В комплементарном инверторе транзистор Мр р-канальный, т.е. его пороговое напряжение меньше нуля, транзистор Мn n- канальный, т.е. его пороговое напряжение больше нуля (рис.9.17).

184

	UИП
	Mp
	IН ~ f (UВЫХ)
UВХ	UВЫХ
	IС0 ~ f (UВХ,UВЫХ)
	Mn

Рис.9.17. Электрическая схема КМОП-инвертора

U СИ = U ВЫХ ,

U ЗИ = U ВХ , U ПИ = 0 ,

Для Мn →U ПОР = U ПОРn0 .

UСИ = UВЫХ − UИП ,

UЗИ = UВХ − UИП , UПИ = 0 ,

Для Мp → UПОР = UПОР p0 .

На рис.9.18 приведены совместная ВАХ и передаточная характеристики КМОП-инвертора.

185

0 < UВХ < UВХB .

In,Ip						U	= UВХ − UПОР p0
In,Ip		1			U	ВЫХ		1+ η
		UВХ			ВЫХ	A(P1) B C		UВЫХ = UВХ
UВХ0					UВЫ1 Х	A(P1) B C		UВЫХ = UВХ
Ip	D	C	In			PП		UВЫХ =		UВХ − UПОРn0
						D	E	UВЫХ =			1+ η
F,E					0		E	F(P0)
F,E			A,B UВЫХ UВЫХ					U
UВЫ0 Х	UВЫХD	UВЫХC	UВЫ1	Х	UВХ0	UВХBUВХCUВХ D		UВХ1	ВХ
	а					б	UВХ E
	а					б

Рис.9.18. Характеристики КМОП-инвертора: а - совместная ВАХ; б - передаточная

На участке AB

Мn работает в режиме отсечки, Мp - в режиме крутой области. Исходя из режимов работы и условия равенства токов, рас-

пишем систему уравнений и определим выходное напряжение:

ìIn = 0;
ï		é(UВЫХ -UИП )(UВХ -UИП -UПОР p0 )							)2 ù
ï		é(UВЫХ -UИП )(UВХ -UИП -UПОР p0 )			(U	ВЫХ	-U	ИП	)2 ù
íI p = K p (1	+ h)ê			-		ВЫХ		ИП		ú ;
íI p = K p (1	+ h)ê		1+ h	-			2			ú ;
ï		ê	1+ h				2		ú
ï		ë							û
ï
îIn = I p ;
UВЫХ = UВЫХ1		= UИП .
Граничное условие: в точке В транзистор Мn переходит из
режима отсечки в режим пологой области, т.е. UВХB				= UПОРn0 .

Участок BC → UВХB < UВХ < UВХC .

Мn работает в режиме пологой области, Мp - в режиме крутой области.

186

In =

(UЗИ -UПОР

(UВХ

-UПОР

;

(1+ h)

é(UВЫХ -UИП )(UВХ -UИП -UПОР p0 )

(UВЫХ -UИП )2 ù

= K

(1+ h)ê

ú ;

1+ h

= I

(UВХ

-UПОР

(1+ h)

é(UВЫХ -UИП )(UВХ -UИП

-UПОР p0 )

ВЫХ

-U

ИП

)2 ù

K p (1+ h) ê

ú,

1+ h

ВХ

-U

ПОРn0

)2 -

2K p

(1+ h)2 ´

é(UВЫХ -UИП )(UВХ -UИП -UПОРp0

)

ВЫХ

-U

ИП

´ ê

= 0 .

1+ h

(9.13)

На участке ВС передаточная характеристика имеет квадратичную зависимость.

Граничное условие: в точке С транзистор Мp переходит из режима крутой в режим пологой области:

UСИ = UЗИ −UПОР

1+ η

или

UВЫХС −UИП =			UВХ	С	−UИП		−UПОР	p0	,
UВЫХС −UИП =					1+ η				,
					1+ η
UВХ	С	+ ηUИП −UПОР				p0
UВЫХС =	С					p0	.
UВЫХС =		1+ η					.	(9.14)
		1+ η

Решив совместно уравнения (9.13) и (9.14), получим:

187

ВХС

-U

ПОРn0

K p

ВХС

-U

ИП

-U

ПОР p0

)2 = 0 ;

UВХС =

UИП +UПОР

+UПОР

K p

Участок CD → UВХC < UВХ < UВХD .

Мn и Мp работают в режиме пологой области.

(UЗИ -UПОР

(UВХ

-UПОР

;

+ h)

(1+ h)

K p

(UЗИ -UПОР p0 )

K p

(UВХ -UИП -UПОР p0

)

ï I p

;

(1+ h)

= I

(UВХ -UПОР

K p (UВХ

-UИП

-UПОР p0

;

(1+ h)

U 2

(1-

K p

) - 2U

ВХ

éU

ПОРn0

K p

ПОР p0

ИП

)ù

ВХ

+ U 2

K p

ПОР p0

ИП

)2 = 0 .

ПОРn0

(9.15)

Получили вертикальную прямую на передаточной характе-

ристике. При этом выходное напряжение изменяется от UВЫХС

до UВЫХD .

Граничное условие: в точке D транзистор Мn переходит из режима пологой в режим крутой области:

UСИ = U ЗИ − U ПОР

1 + h

или

188

UВХD < UВХ < U ВХE .

UВЫХD =

UВХ

-UПОР

1+ h

После подстановки этого условия в уравнение (9.15) полу-

чим:

U ИП -

K p

U ПОРn0

+ U ПОРp0

U ВЫХD =

(1 + h)ç1 +

C одной стороны точка переключения РП принадлежит уча-

стку CD, а с другой стороны в этой точке

UИП +UПОРn0 +UПОР p0

UВЫХ = UВХ = UП =

K p

Участок DE →

Мn работает в режиме крутой области, Мp - в режиме пологой области.

éUВЫХ (UВХ -UПОР

)

ïIn

= Kn

× ê

ВЫХ

× (1+ h) ;

1+ h

K p (UВХ -UИП -UПОР p0

ïI p

;

(1+ h)

ï I

= I

Kn ×

éU

ВЫХ (UВХ

-UПОР

)

ВЫХ

2 ù

× (1+ h) =

1+ h

K p (UВХ -UИП -UПОР p0 )2

;

(1+ h)

189

UВЫХ

UВХ -UПОР

1+ h

ВХ

-U

ПОРn0

(UВХ -UИП -UПОР

(1+ h)2

На этом участке характер зависимости квадратичный.

Граничное условие: в точке E транзистор Мp переходит из

режима пологой области в режим отсечки:

UВХE

Þ UЗИ p = UПОР p0 ,

UВХE

-UИП = UПОР p0 ,

UВХE

= UИП +UПОР p0 .

Участок EF → UВХE < UВХ < U ВХF = UИП.

Мn работает в режиме крутой области, Мp - в режиме отсечки.

= K

éUВЫХ (UВХ -UПОРn0 )

UВЫХ2

× ê

×(1+ h);

+ h)

= 0 ;

í I

= I

U ВЫХ = 0 = U 0 .

Основные параметры:

U1 = UИП ;

U 0 = 0;

UП =

UИП +UПОР

+UПОР

K p

190

9.7. Переходные характеристики логических элементов на полевых транзисторах

Быстродействие логических элементов на МОПтранзисторах ограничивается сравнительно большими нагрузочными емкостями, которые определяются входными емкостями нагрузочного элемента (затвор-исток, затвор-сток). Повышение быстродействия требует увеличения рабочих токов, а следовательно крутизны, т.е. ширины канала и площади, занимаемой транзистором. Поэтому интегральные логические элементы на МОП-транзисторах обладают меньшим быстродействием, чем элементы на биполярных транзисторах.

В КМОП-логических элементах заряд нагрузочной емкости происходит через открытый нагрузочный транзистор, работающий в крутой области, что повышает быстродействие.

	UИП
IН	ZН	IЗАРЯДА

IС0		UВЫХ
	IРАЗРЯДА
UВХ	M0	СН

Рис.9.19. Обобщенная схема инвертора с емкостной нагрузкой

Для объяснения переходной характеристики рассмотрим подробнее процесс перезаряда нагрузочной емкости СН (рис.9.19):

∙разряд СН происходит при изменении UВЫХ 1→0, когда UВХ переключается 0→1 током IЗАРЯДА = IС0, протекающим через транзистор М0 (рис.9.20);

191

∙заряд СН происходит при изменении UВЫХ 0→1, когда UВХ переключается 1→0 током IЗАРЯДА = IН, протекающим через нагрузку (рис.9.20).

		U 1
IС0,IН		ВХ
IЛИН
IТСТ		IРАЗРЯДА	IС0
IНЕЛИН	IКВ	I
IНЕЛИН		ЗАРЯДА

UИП − UПОР UИП UВЫХ

1 + η

Рис.9.20. Совместная ВАХ различных инверторов для анализа переходной характеристики

Для обеспечения наименьшего уровня логического нуля

U0 ~ KН

K0 выбирают KН << K0, поэтому ток разряда больше тока заряда (IС0 >> IН). Таким образом, переходной процесс для п-МОП логических элементов несимметричный, т.е. t10 << t01, tС << tФ

(рис.9.21).

		U 1
IС0,IН		ВХ
IЛИН
IТСТ		IРАЗРЯДА	IС0
IНЕЛИН	IКВ	I
IНЕЛИН		ЗАРЯДА

UИП − UПОР UИП UВЫХ

1 + η

Рис.9.20. Совместная ВАХ различных инверторов для анализа переходной характеристики

192

<<< < Предыдущая 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 3536 / 3936 37 38 39 > Следующая >>>

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

#
05.06.2015247.3 Кб29metod.doc
#
13.09.201993.18 Кб6Metodicheskie_ukazania_k_vypolneniyu_vypusknykh...doc
#
08.12.201893.7 Кб3Metodich_rekomendatsii.doc
#
06.11.2018320 Кб9Metod_kurs_diplom.doc
#
26.09.20191.07 Mб10Metod_ukaz_2012.doc
#
05.06.20151.26 Mб697Mikroskhemotekhnika_Mindeeva.pdf
#
27.03.20162.4 Mб111mir_ek (1).doc
#
02.05.2019474.11 Кб10Molekulyarnaya_fizika_i_termodinamika.doc
#
16.09.2019246.27 Кб12Moyo_dz_bzhd.doc
#
18.11.2019657.51 Кб32mppz_m1_mrtus_mrtus_ed_niy38.docx
#
21.07.2019137.7 Кб8networks_test_3.rtf