17. Базовий елемент кмон тл
(К-МОН; комплементарний метал-оксидний-напівпровідник; англ. CMOS, Complementary-symmetry/metal-oxide semiconductor) — технологія побудови логічних електронних схем. У технології КМОН використовуються МДН- транзистори з ізольованим затвором з каналами різної провідності. Основною особливістю схем КМОН в порівнянні з біполярними технологіями (ТТЛ, І2Л та ін.) є дуже мале енергоспоживання в статичному режимі (в більшості випадків можна вважати, що енергія споживається тільки під час перемикання станів) у випадку послідовного їх з'єднання (наприклад, у вигляді інвертора, чи якоїсь іншої логічної схеми). Другою особливістю структури КМОН в порівнянні з іншими МОН-структурами (N-МОН, P-МОН) є наявність як n-, так і p-канальних польових транзисторів на одній напівпровідниковій підкладці; як наслідок, КМОН-схеми мають вищу швидкодію та менше енергоспоживання, проте при цьому характеризуються складнішим технологічним процесом виготовлення і меншою щільністю упаковки.
Транзисторная логика
Элементы ТЛ строят путем параллельного4 подключения коллекторов транзисторов к общему резистору коллекторной нагрузки Кк. Выходное напряжение снимается с объединенных коллекторов. Если на один из входов поступает высокий уровень напряжения и!Н, то соответствующий транзистор открывается и на выходе устанавливается низкий уровень сигнала С/оі. Высокий уровень напряжения формируется на выходе только в случае подачи на все входы низких уровней ия.
В
схеме ТЛРКС для ускорения переходных
процессов резисторы ЯБ шунтированы
конденсаторами СБ. Их роль описана при
рассмотрении схемы инвертора (см. рис.
2.4). Временные диаграммы работы элементов
ТЛ совпадают с процессами, изображенными
на рис. 2.6.
Интегральная инжекционная логика
Разновидностью транзисторных схем являются элементы интегральной инжек-ционной логики (ИИЛ или И2Л). Схемотехнику И2Л используют для построения микропроцессорных и запоминающих БИС (серии К582, К583, К584 и др.).
Схема логического элемента И2Л показана на рис. 2.10.
Схема включает инжекционные р-п-р транзисторы VT\, VT2, включенные по схеме с общей базой, и входные многоколлекторные п-р-п транзисторы VTi, VT4, включенные по схеме с общим эмиттером. Эмиттеры транзисторов VT\, VT2 называются инжекторами, а протекающий через них дырочный ток — инжекционным. Каждый из транзисторов VTI, VT2 образует вместе с источником питания и внешним резистором R источник тока, который питает индивидуальным током 1Т входы транзисторов VT3, VT4.
Особенностями элементов И2Л являются:
"безрезисторность", характерная для МОП-структур, которая впервые была реализована в схемотехнике И2Л;
соединение областей базы и коллектора инжекционных р-п-р транзисторов соответственно с областями эмиттера и коллектора входных п-р-п транзисторов, а также малое число схемных компонентов и соединений между ними (количество операций маскирования и диффузии в два раза меньше сравнительно с элементами ТТЛ); низкий уровень напряжения UL= 0,01 В снимается с коллектора насыщенного транзистора, а высокий уровень напряжения С7Я= 0,8 В — с коллектора закрытого транзистора, причем этот уровень ограничивается напряжением базы насыщенного транзистора нагрузки; используется режим микротоков, в котором токи коллектора изменяются от десятков до сотен микроампер; работоспособность элементов сохраняется при изменении значения тока в них на несколько порядков;
на коллекторах входного транзистора реализуется инверсия переменной, а на соединенных коллекторах транзисторов V73, VT4 выполняются операции НЕ-ИЛИ.
Входные транзисторы управляются переключением тока на их входах. Если ко входу X, подключен коллектор левого насыщенного транзистора, то ток 1Т замыкается на него и не поступает в базу транзистора VI3, который закрывается и создает на своих коллекторах режим разомкнутых контактов. Если ко входу Хх подключен коллектор левого закрытого транзистора, то ток 1Т втекает в базу V73, насыщает его и обеспечивает на коллекторах режим замкнутых контактов.
Задержка распространения сигнала в элементе И2Л при токе 100 мкА составляет примерно 5-10 не, мощность потребления — до 20 мкВт, работа переключения равна 0,1 пДж (например, в ТТЛШ серии КР1533 работа переключения составляет 6 пДж). Отмеченные свойства элементов И2Л и БИС на их основе придают им технологичность и компактность, они имеют невысокую стоимость при большом быстродействии.