material1 / different / ЦИС

Как видно из таблицы и из работы схемы, последний ключ реализует передачу

информации со входа на выход с инверсией. Потребляемая мощность в динамических элементах:

Pдин ≈ CUИПf.

Разновидностью динамических схем являются схемы «домино». Способы применения динамических вентилей.

КОМБИНАЦИОННЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ ТИПА «ДОМИНО».

U

ϕп

Схема требует четкой синхронизации. Входные сигналы должны поступать ДО тактовых сигналов ϕ = 1. Нужно обязательно предзарядить С до определенного

состояния. Работа схемы:

•первый такт, предзаряд, при ϕ = 0 UC = «1», Uвых = «0»,

•установка входных переменных,

•При ϕ = 1 – передача логической информации, реализация логической функции, Uвых = 0/1 – «развал домино».

Мультиплексоры. Логическая функция мультиплексора 2в1: С = Аϕ +В ϕ.

Проходные ключи сохраняют информацию на выходной емкости длительное время, поэтому могут работать как запоминающие элементы, на которых, в частности, можно построить регистр сдвига информации.

Вобычных проходных ключах информация искажается при передаче через

несколько элементов, поэтому необходимо ввести инверторы, усиливающие (регенерирующие) логический сигнал.

ВC2MOS – схемах дополнительных элементов не нужно, формирование сигнала происходит как в обычном КМДПвентиле, только с измененной эквивалентной крутизной переключающего транзистора.

Uвых1

Uвых2

Проходные КМДПсхемы отличаются отсутствием усиления по мощности, низкими уровнями токов, они не могут работать на большую емкостную нагрузку. Классические КМДПсхемы работают в миллиамперном диапазоне токов, но

скорость перезаряда нагрузочных емкостей невелика, кроме того эти элементы

добавляют собственные большие емкости во входные и выходные узлы схемы, поэтому не отличаются высоким быстродействием. При работе на большие емкостные нагрузки используют преимущества биполярных транзисторов, усиливающих токи в βΝ раз и быстро перезаряжающих емкости, а также преимущества микромощных КМДПсхем, не потребляющих мощности в статическом состоянии. Схемы на активных приборах двух типов называются -

Би-КМОП – КЛЮЧИ.

Базовая Би-КМОП -схема. Состоит из КМОПключа, на который подается

входной сигнал и пары п-р-п – биполярных транзисторов, через которые перезаряжается нагрузочная емкость. Оба биполярных транзистора работают в

НАР, поскольку переходы Б-К у них зашунтированы МДПтранзисторами. При низком напряжении на входе открывается р -МДП транзистор Т2 и своим током отпирает транзистор Т3, который работает как эмиттерный повторитель.

Через открытую верхнюю пару транзисторов выходной потенциал растет до

Uвых ≈ UИП – UБЭ ≈ 4 В.

Выходной уровень «1» определяется емкостным делителем выходной емкости и емкости базового узла Т3.

При росте входного потенциала (снижении выходного), открываются транзисторы Т1, Т4. нагрузочная емкость разряжается через открытый Т1. Если принять, что сопротивление канала открытого транзистора мало, то по схеме

видно, что выходной потенциал примерно равен падению напряжения на р-п- переходе Б-Э Т4, и он определяется емкостным делителем выходной емкости и

емкости З-И Т1 (базового узла Т4).

Uвых ≈ 0,2 - 0,4 В.

Типовые значения ширин каналов п- МДПтранзисторов - 20 мкм, у р-

транзисторов – такие же или в 1.5 раза больше, βΝ - около 50

Базовая Би-КМОП – схема:

5 В

ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТНЫЕ СХЕМЫ.

Более общее название устройств, преобразующих входную информацию –

АВТОМАТЫ.

Конечный детерминированный автомат задается следующими переменными:

Α = (Χ, Ζ, S, ϕ, f, ai),

X – входное слово, входной алфавит Z – выходное слово,

S – множество состояний,

ϕ - функция выходов, f – функция переходов,

ai – начаольное состояние автомата.

ϕ {Ζ} ϕ{S} – автомат Мура, схема, имеющая внутренние состояния, схема с памятью определенного состояния.

Самым распространенным схемотехническим запоминающим элементом является триггер.

Классификация триггеров.

ТРИГГЕРЫ

Статические Динамические синхронизация

Одноступенчатые 2-х ступенчатые

Однотактные

Многотактные

Основные характеристики триггеров: логическая функция F и рабочая частота f или период тактового сигнала T.

КЛЮЧИ НА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

Полевые транзисторы предназначены для мощных ВЧ схемных применений.

Существуют два основных типа ПТ: с затвором в виде р-п- перехода и с затвором

в виде перехода металл-полупроводник (МП, например, с диодами Шотки). Принцип работы ПТ: в управлении толщиной проводящего слоя канала между

истоком и стоком при помощи поля, изменяющего ширину ОПЗ диода затвора. Канал и сам транзистор располагаются в пленке полупроводника

(эпитаксиальной), лежащей на полуизолирующей (π-типа) или изолирующей подложке (сапфир или окисел кремния).

Основные выражения:

пороговое напряжение Uпор и напряжение отсечки канала UP

! Во избежание инжекции р-п- перехода входное напряжение на затворе не

должно превышать 1 В! контактная разность потенциалов в типовых переходах таких структур составляет примерно 0,5 В.

Выражение для ВАХ транзистора в пологой области аппроксимируется почти как для МДП - транзистора:

Здесь a – толщина канала. Для контроля носителей в канале необходимо выполнение условия:

LK / a > 1.

Концентрация примеси в подложке – примерно 5 1017см-3, Минимальная длина канала LKmin ≈ 0.1 мкм,

что дает диапазон частот до fT= 100 Ггц.

ПТ с затвором МП (Шотки).

Отрицательное смещение на затворе увеличивает ОПЗ, канал сужается. Транзистор предназначен для мощных ВЧ схем:

При длине канала 1 мкм и толщине канала а=0,2 мкм величина погонного тока

составляет Imax ≈ 3 A/см !

Топологически мощные транзисторы выполняют в виде меандров,

многоканальных структур.

Эти приборы отличаются высокой температурной стабильностью (отрицательный температурный коэффициент).

Эмпирические соотношения для расчета ВАХ:

-3 -2 -1

Iобр 2-4нА 0,8 В UЗИ

Логика на нормально закрытых транзисторах:

(А+В)

Применяют в основном схемы с активной нагрузкой:

«0» «1»

Uлог = 0,6 В