8.3. Кмоп логические элементы и–не и или –не
Рис 8.3.1. Схема КМОП логического элемента И–НЕ и его таблица истинности
Чтобы открыть оба нижних транзистора надо, чтобы на входе A и входе B была логическая единица, при этом оба верхних транзистора закроются и на выходе Q будет логический ноль. Если хотя бы на одном или на обоих входах будет логический ноль, то хотя бы один из нижних транзисторов закроется, один из верхних откроется, при этом на выходе будет логическая единица.
Рис 8.3.1. Схема КМОП логического элемента ИЛИ–НЕ и его
таблица истинности
Если на входах A или B (или на обоих) логическая единица, то откроется один или оба из нижних транзисторов, при этом закроется один или оба верхних транзистора, тогда на выходе логический ноль. Если на обоих входах логический ноль, то закроются оба нижних и откроются оба верхних транзистора, при этом на выходе логическая единица.
8.4. Двунаправленный ключ кмоп
Рис.8.4.1. Упрощенная схема КМОП двунаправленного ключа
Двунаправленным ключом называют также коммутатор цифровых и аналоговых сигналов, переключатель, ключ коммутации (КК). В состав ключа коммутации входят два инвертора, управляющие двумя параллельно включенными комплементарными транзисторами собственно ключа.
Каждый из этих транзисторов имеет внутреннее сопротивление, существенно зависящее от коммутируемого напряжения, а параллельное их соединение имеет намного меньшую заисимость общего сопротивления от коммутируемого напряжения, как это показано на рис.8.4.2.
Рис.8.4.2. Зависимости внутреннего сопротивления комплементарных транзисторов от напряжения сток–исток, показанные тонкими линиями, и заисимость их общего сопротивления, показанная жирной линией, от напряжения, коммутируемого ключем
Рассмотрим два режима работы ключа коммутации:
1. На управляющем входе EI = 1. На выходе первого управляющего инвертора 0, значит и верхний p–МОП транзистор T1 открыт, при этом на выходе второго инвертора 1, значит и нижний n–МОП транзистор T2 открыт. Следовательно в ключе открыты оба транзистора.
2. На управляющем входе EI = 0. На выходе первого управляющего инвертора 1, значит и верхний p–МОП транзистор T1 закрыт, при этом на выходе второго инвертора 0, значит и нижний n–МОП транзистор T2 закрыт. Следовательно в ключе оба транзистора закрыты.
Для ключа К176КТ1 характерны следующие параметры:
Rоткр. =500 Ом; tзд.р. = 10…25 нс.
При Rнагр. = 10 кОм, fсиг. = 10 кГц развязку между входом и выходом можно определить из: 20 дб ( Uвых.откр. / Uвых.закр.) 65 дб.
Сопротивление открытого ключа К561КТ3 еще меньше, чем ключа К176 КТ1, а именно Rоткр. = 80 Ом.
8.5. Схемотехника КМОП микросхем малой
интеграции
В КМОП логике не один базовый элемент как в ТТЛ ( 4И–НЕ ), а два базовых элемента: инвертор НЕ и ключ коммутации КК. Напряжение между затвором и подложкой МОП транзистора открывает или закрывает канал транзистора, причем открыт или закрыт транзистор не зависит от напряжения на стоке и истоке (лишь бы не открылись диоды структуры полупроводникового кристалла). Это позволяет соединить каналы МОП транзисторов последовательными цепочками, а также подавать на эти каналы любые напряжения (в пределах 0…+Uпит) с уверенностью, что все это не изменит состояние канала, не изменит его сопротивление.
Рис.8.5.1. Схема КМОП "исключающее ИЛИ" К176ЛП2
Для примера построения КМОП микросхем можно рассмотреть микросхему КМОП "исключающее ИЛИ" К176ЛП2. При анализе ее работы следует помнить, что из каждой пары транзисторов верхний p–МОП открывается логическим нулем, нижний n–МОП, – логической единицей. В каждом из трех инверторов один из транзисторов открыт, второй закрыт, в ключе коммутации одновременно открываются или закрываются оба транзистора. При анализе работы схемы основное внимание надо уделить рассмотрению работу инвертора на T5 и T6, поскольку состояния транзисторов этого инвертора зависят не только от потенциалов на их затворах, но и от потенциалов на их истоках .