При использовании КМОП элементной базы р-канальные транзисторы включаются по правилу обратной логики (рис.9.28).

Рис.9.28. Логические элементы на КМОП: а - 2И-НЕ; б - 2ИЛИНЕ

Поскольку удельная крутизна p-канальных транзисторов меньше n-канальных, то для выравнивания фронта и среза необходимо увеличивать топологические размеры W p-МОП.

9.9. Определение эквивалентной крутизны группы переключающих транзисторов

Так как крутизна измеряется в [мА/В2], то ее можно определить как проводимость при единичном напряжении.

Для определения напряжения уровня логического нуля необходимо знать эквивалентную крутизну группы переключающих транзисторов (рис.9.29).

198

UИП

ZН

Выход

MЭКВ

Вход

Рис.9.29. Схема логического элемента с эквивалентнымтранзистором

При последовательном соединении переключающих транзисторов, имеющих крутизны k1, k2, …, kn, эквивалентная крутизна этой группы будет определяться как

если k1 = k2 = …= kn = k, то получим kЭКВ = kn ,

где n - число последовательно включенных транзисторов в переключающей группе.

При параллельном соединении переключающих транзисторов, имеющих крутизны k1, k2, …, kn, эквивалентная крутизна этой группы будет определяться как

kЭКВ = k1 + k2 + ... + kn ;

если k1 = k2 = …= kn = k, то получим kЭКВ = k × n ,

где n - число параллельно включенных транзисторов в переключающей группе.

199

9.10. Расщепление передаточной характеристики. Определение наихудшего случая

для уровня логического нуля

Рассмотрим логические элементы И-НЕ (рис.9.30), ИЛИ-НЕ (рис.9.31) и определим крутизну эквивалентного транзистора.

UИП

ZН IН

F

IA= IB

UA1 MА

UB1 MВ

Рис.9.30. Сквозной ток, протекающий в логическом элементе 2И-НЕ

Рис.9.31. Сквозной ток, протекающий в логическом элементе 2ИЛИ-НЕ

200

В логическом элементе И-НЕ сквозной ток протекает через нагрузку и открытые транзисторы МА, МВ, имеющие одинаковую крутизну k только при UА,В = 1. Тогда IН = IА = IВ, и уровень логи-

kЭКВ = k2 .

В логическом элементе ИЛИ-НЕ сквозной ток протекает через нагрузку и открытые транзисторы МА, МВ, имеющие одинаковую крутизну k, в трех случаях:

Рассмотрим совместную ВАХ и передаточную характеристики (рис.9.32).

Рис.9.32. Расщепление уровня логического нуля U0: а - совместная ВАХ; б - передаточная характеристика

Более высокий уровень логического нуля соответствует наихудшему случаю.

201

Таким образом, наихудшим случаем для определения уровня логического нуля U0 в элементе ИЛИ-НЕ является условие kЭКВ = k.

Пример. Определить максимальную и минимальную эквивалентную крутизну для переключающих транзисторов логического элемента (рис.9.33). Транзисторы все одинаковые и имеют крутизну k.

Составим таблицу истинности:

202

UИП

Рис.9.33. Электрическая схема логического элемента

Распишем более подробно расчет эквивалентной крутизны для случая, отмеченного (*):

kCD = k / 2;

Следовательно, в наихудшем случае наибольшее значение уровня логического нуля соответствует наименьшей эквивалентной крутизне, определяемой самой длинной последовательной цепочкой переключающих транзисторов kmin = k/3.

203