Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Инфрокрасный датчик движения / 2 Специальная часть.doc
Скачиваний:
40
Добавлен:
02.05.2014
Размер:
360.96 Кб
Скачать

2.2 Обоснование выбора элементной базы

Сокращение КМОП - начальные буквы четырех слов из полного определения: комплементарные по­левые транзисторы со структурой металл—окисел— полупроводник. Слово комплементарный переводит­ся как взаимно дополняющий. Так называют пару транзисторов, сходных по абсолютным значениям параметров, но с полупроводниковыми структурами, взаимно отображенными как бы в виде негатива и позитива (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1 – Пара полевых транзисторов

Основная особенность микросхем КМОП - ничтожное потребление тока в статическом режиме - 0,1...100 мкА. При работе на максимальной рабочей частоте потребляемая мощность увеличивается и приближается к потребляемой мощности наименее мощных микросхем ТТЛ. Микросхемы КМОП - технологии имеют малую потребляемую мощность при высокой помехоустойчивости и нагрузочной способности. Так как МОП - транзисторы по сравнению с биполярными имеют меньшие размеры, то это позволяет разместить на единице площади кристалла большее число элементов при более простой технологии. МОП - транзисторы характеризуются каналом проводимости n или р - типа и в зависимости от этого транзисторы с каналом проводимости n - типа выполняются на подложке р - типа и наоборот. МОП - транзисторы существуют двух типов: со встроенным каналом проводимости и с индуцированным. В микросхемах КМОП технологии используются МОП - транзисторы с индуцированным каналом проводимости. Этот канал проводимости появляется при подаче напряжения питания +ЗВ. Это напряжение является пороговым напряжением срабатывания. Максимальное напряжение питания +15В. Таким образом напряжение питания для схем КМОП - технологии от +3 до +15В.

2.3 Описание базового элемента

В основе всех цифровых микросхем КМОП находят­ся элементы ,,и коммутативный ключ (КК). С помощью КК реализуются выходы с третьим состоянием очень большого выходного импеданса Z (практически разомкнуто). Полевые транзисторы можно соединять последовательно «столбиком», поэ­тому элементы,строятся по разным схемам. Для КМОП принято, чтобы 1 отображалась высоким уровнем, а 0 - низким.

Рассмотрим внутреннюю структуру микросхем КМОП на примере двухвходового логического элемента ИЛИ-НЕ (рисунок 2.2). Основу этого элемента составляют два транзистора структуры МОП с индуцированным каналом р-типа VT1 и VT2 и два транзистора с каналом n-типа VT3 и VT4. Резисторы и диоды являются вспомогательными и в нормальной работе элемента участия не принимают.

Рисунок 2.2 - Принципиальная схема элемента ИЛИ-НЕ

При подаче на оба входа напряжения, близкого к нулю (лог. 0), транзисторы VT3 и VT4 закрыты, транзисторы VT1 и VT2 открыты и соединяют выход элемента с источником питания. На выходе элемента напряжение близко к напряжению источника питания (лог. 1). Если на один из входов, например вход 1, подать лог. 1, транзистор VT2 закроется, транзистор VT4 откроется и соединит выход элемента

с общим проводом, на выходе элемента появится лог. 0. Такой же результат будет при подаче лог. 1 на вход 2 или при подаче лог. 1 на оба входа одновременно.

Таким образом, изображенный на схеме рисунка 2.1 элемент выполняет функцию ИЛИ-НЕ на два входа. Для увеличения числа входов элемента увеличивают число последовательно соединенных транзисторов с каналом р-типа и параллельно соединенных транзисторов с каналом n-типа.

Для построения элементов с функцией И-НЕ транзисторы с каналом р-типа соединяют параллельно, с каналом n-типа - последовательно.

На рисунке 2.3 приведена статическая переключательная характеристика инвертирующего МОП-элемента - зависимость его выходного напряжения от входного. Как видно из зависимости, переключение элемента происходит при входном напряжении, близком к половине напряжения питания.

Диоды VD7 и VD8 (рисунок 2.2) являются неотъемлемой частью МОП-транзисторов, диоды VD1 - VD6 и резисторы R1 и R2 специально вводятся в состав элемента для защиты МОП- транзисторов от статического электричества.

Рисунок 2.3 - Статическая переключательная характеристика КМОП инвертора

При превышении входным напряжением напряжения источника питания открываются диоды VD1 - VD4, что исключает подачу на затворы транзисторов напряжения, превышающего напряжение питания. При снижении входного напряжения до уровня, более низкого, чем потенциал общего провода, открываются диоды VD5 и VD6. В микросхемах серии К176 первых выпусков для защиты входов использовались диоды-стабилитроны с напряжением включения порядка 30В, которые устанавливались вместо VD5 и VD6.