ВУЗ:
Составители:
93
Обе схемы содержат по три транзистора, из которых
VT1 выполняет роль
активной нагрузки, a
VT2 и VT3 являются собственно транзисторными ключами,
реализующими логические операции. В схеме рис. 8.11(
а), реализующей логическую
операцию И-НЕ, транзисторы
VT2 и VT3 включены последовательно. Поэтому для
появления на выходе схемы низкого напряжения на затворы обоих транзисторов
необходимо подать высокое напряжение, достаточное для протекания тока активной
нагрузки. В схеме рис. 8.11(
б) транзисторы VT2 и VT3 включены параллельно.
Поэтому при подаче на затвор любого из них высокого напряжения на выходе будет
сформировано напряжение низкого уровня.
Увеличение числа входных переменных элемента требует увеличения
количества последовательно или параллельно включенных транзисторов. Поэтому,
используя описанный принцип с минимальными схемотехническими затратами,
можно легко построить логический элемент с требуемым числом входов.
Схемотехника базовых логических элементов КМОП-типа. Увеличение
быстродействия ИС МДП требует увеличения токов перезаряда емкостей нагрузки.
Однако это ограничивается ростом потребляемой мощности и увеличением
нестабильности выходных логических уровней. Преодолеть указанное противоречие
можно либо технологическим путем, создавая транзисторы с меньшей входной
емкостью, либо схемотехническим путем, применяя схему ключа на транзисторах с
каналами различного типа (комплементарные транзисторы). Подобные ключи, с
одной стороны, позволяют значительно увеличить токи перезаряда емкости нагрузки,
а с другой - максимально уменьшить мощность, рассеиваемую в элементе. Заметим,
что ключ на комплементарных транзисторах при правильном выборе параметров
входящих в него элементов в статическом режиме работы практически не потребляет
мощность от источника питания.
Потребляемая элементом мощность в статическом режиме тождественно
равна мощности, отдаваемой им в нагрузку. А так как нагрузкой элемента являются
входные цепи аналогичных элементов, носящие чисто емкостный характер, то
мощность, отбираемая от источника питания, расходуется только в динамическом ре-
жиме на перезаряд этой емкости, т. е. имеет минимально возможное значение.
Схемотехнически БЛЭ КМОП
-типа повторяют схемы элементов nМОП и
pМОП-типов. Отличие состоит в том, что всегда используются пары транзисторов.
При этом если для реализации заданной логической функции транзисторы с каналом
n-типа включаются последовательно, то парные им транзисторы p-типа включаются
параллельно, и наоборот. В качестве примера на рис. 8.12 приведены
принципиальные электрические схемы, реализующие логические операции 2И-НЕ и
2ИЛИ-НЕ. Для упрощения на приведенных схемах не показаны элементы входных и
выходных цепей ключа.
94
Рис. 8.12. Принципиальные электрические схемы БЛЭ КМОП-типа,
реализующие функции 2И-НЕ (а) и 2ИЛИ-НЕ (б)
К особенностям схем БЛЭ следует также отнести отсутствие дополнительного
нагрузочного транзистора. Его роль выполняет один из транзисторов ключа.
Анализ схем позволяет сделать важный практический вывод о том, что
аналогично БЛЭ ТТЛ для БЛЭ КМОП параллельное включение нескольких их
выходов запрещено.
Следует также отметить, что КМОП-элементы обладают высокой
помехоустойчивостью — до 40% напряжения питания.
В таблице 8.3 приведены наиболее важные параметры БЛЭ КМОП.
Таблица 8.3
Основные параметры БЛЭ КМОП
U
1
вых min
(В)
U
0
вых min
(В)
t
зр ср
(нс)
F
max
(МГц)
I
потр
(мкА)
U
п
(В)
K
раз
C
вх
(пФ)
8 0,3
30 (
C
н
=15 пФ)
100 (
C
н
=100 пФ)
1 0,1
3 … 15
(9)
50 5
8.5. Базовые логические элементы интегрально-инжекционной логики (И
2
Л)
Для повышения технологичности изготовления желательно при разработке ИС
применять схемотехнические решения, использующие только однотипные элементы,
например, транзисторы. Этот путь, как было показано ранее, реализован в ИС МДП,
что наряду с другими достоинствами является причиной их широкого
распространения. Однако, как уже отмечалось, ключ на биполярных транзисторах на
сегодняшний день обладает лучшими как ключевыми, так и частотными свойствами.
Это является предпосылкой к постоянному поиску новых схемотехнических решений
для реализации биполярных ИС. Такой поиск привел к почти одновременной
разработке фирмами Philips и IBM элемента интегральной инжекционной логики
(И
2
Л). Срез топологии и соответствующая ему принципиальная электрическая схема
БЛЭ И
2
Л приведены рис. 8.13 (а, б).
Обе схемы содержат по три транзистора, из которых VT1 выполняет роль
активной нагрузки, a VT2 и VT3 являются собственно транзисторными ключами,
реализующими логические операции. В схеме рис. 8.11(а), реализующей логическую
операцию И-НЕ, транзисторы VT2 и VT3 включены последовательно. Поэтому для
появления на выходе схемы низкого напряжения на затворы обоих транзисторов
необходимо подать высокое напряжение, достаточное для протекания тока активной
нагрузки. В схеме рис. 8.11(б) транзисторы VT2 и VT3 включены параллельно.
Поэтому при подаче на затвор любого из них высокого напряжения на выходе будет
сформировано напряжение низкого уровня.
Увеличение числа входных переменных элемента требует увеличения
количества последовательно или параллельно включенных транзисторов. Поэтому,
используя описанный принцип с минимальными схемотехническими затратами,
можно легко построить логический элемент с требуемым числом входов.
Схемотехника базовых логических элементов КМОП-типа. Увеличение
быстродействия ИС МДП требует увеличения токов перезаряда емкостей нагрузки.
Рис. 8.12. Принципиальные электрические схемы БЛЭ КМОП-типа,
Однако это ограничивается ростом потребляемой мощности и увеличением
реализующие функции 2И-НЕ (а) и 2ИЛИ-НЕ (б)
нестабильности выходных логических уровней. Преодолеть указанное противоречие
можно либо технологическим путем, создавая транзисторы с меньшей входной К особенностям схем БЛЭ следует также отнести отсутствие дополнительного
емкостью, либо схемотехническим путем, применяя схему ключа на транзисторах с нагрузочного транзистора. Его роль выполняет один из транзисторов ключа.
каналами различного типа (комплементарные транзисторы). Подобные ключи, с Анализ схем позволяет сделать важный практический вывод о том, что
одной стороны, позволяют значительно увеличить токи перезаряда емкости нагрузки, аналогично БЛЭ ТТЛ для БЛЭ КМОП параллельное включение нескольких их
а с другой - максимально уменьшить мощность, рассеиваемую в элементе. Заметим, выходов запрещено.
что ключ на комплементарных транзисторах при правильном выборе параметров Следует также отметить, что КМОП-элементы обладают высокой
входящих в него элементов в статическом режиме работы практически не потребляет помехоустойчивостью — до 40% напряжения питания.
мощность от источника питания. В таблице 8.3 приведены наиболее важные параметры БЛЭ КМОП.
Потребляемая элементом мощность в статическом режиме тождественно Таблица 8.3
равна мощности, отдаваемой им в нагрузку. А так как нагрузкой элемента являются Основные параметры БЛЭ КМОП
входные цепи аналогичных элементов, носящие чисто емкостный характер, то U1вых min U0вых min tзр ср Fmax Iпотр Uп Cвх
мощность, отбираемая от источника питания, расходуется только в динамическом ре- Kраз
(В) (В) (нс) (МГц) (мкА) (В) (пФ)
жиме на перезаряд этой емкости, т. е. имеет минимально возможное значение. 30 (Cн=15 пФ) 3 … 15
Схемотехнически БЛЭ КМОП-типа повторяют схемы элементов nМОП и 8 0,3 1 0,1 50 5
100 (Cн=100 пФ) (9)
pМОП-типов. Отличие состоит в том, что всегда используются пары транзисторов.
При этом если для реализации заданной логической функции транзисторы с каналом
n-типа включаются последовательно, то парные им транзисторы p-типа включаются
8.5. Базовые логические элементы интегрально-инжекционной логики (И2Л)
параллельно, и наоборот. В качестве примера на рис. 8.12 приведены
Для повышения технологичности изготовления желательно при разработке ИС
принципиальные электрические схемы, реализующие логические операции 2И-НЕ и
применять схемотехнические решения, использующие только однотипные элементы,
2ИЛИ-НЕ. Для упрощения на приведенных схемах не показаны элементы входных и
например, транзисторы. Этот путь, как было показано ранее, реализован в ИС МДП,
выходных цепей ключа.
что наряду с другими достоинствами является причиной их широкого
распространения. Однако, как уже отмечалось, ключ на биполярных транзисторах на
сегодняшний день обладает лучшими как ключевыми, так и частотными свойствами.
Это является предпосылкой к постоянному поиску новых схемотехнических решений
для реализации биполярных ИС. Такой поиск привел к почти одновременной
разработке фирмами Philips и IBM элемента интегральной инжекционной логики
(И2Л). Срез топологии и соответствующая ему принципиальная электрическая схема
БЛЭ И2Л приведены рис. 8.13 (а, б).
93 94
