1 цифровые электронные схемы 2


Название1 цифровые электронные схемы 2
страница6/17
Дата публикации06.08.2013
Размер1.01 Mb.
ТипДокументы
userdocs.ru > Информатика > Документы
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   17
^

1.7 ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ НА КМОП-СТРУКТУРАХ



Комплементарная логика — это широко применяющееся семейство со стандартными техническими характеристиками, которые соблюдаются всеми фирмами-изготовителями. КМОП — это сокращение от слов комплементарный, металл, окисел, полупроводник, отражающих тот факт, что в одной и той же схеме присутствуют как n-канальные, так и p-канальные МОП-транзисторы. Все транзисторы в этих схемах нормально закрытые. КМОП-вентиль состоит из двух частей, одна из которых понижает потенциал на выходе при определенных условиях на входе, а другая, наоборот, повышает уровень выходного сигнала при других сигналах на входе. Обе части выполнены в виде схем с непосредственной связью.

На рис. 11 показан КМОП-инвертор. «Понижающая» часть инвертора представлена n-канальным нормально закрытым МОП-транзистором, сток которого соединен с выходом, а исток — с землей. «Повышающая» часть представлена p-канальным нормально закрытым МОП-транзистором, сток которого соединен с выходом, а исток — с линией положительного питающего напряжения VDD . Вход инвертора соединен с затворами обоих транзисторов.



Рисунок 11 - КМОП-инвертор.

n-канальный транзистор открывается, когда напряжение на входе превышает пороговую величину для вентиля VТ. Тем самым на выходе устанавливается низкий потенциал. В противном случае этот транзистор имеет большое сопротивление и не влияет на уровень выхода. p-канальный транзистор работает при потенциале истока более высоком, чем потенциал стока. Он открывается, когда потенциал затвора в достаточной мере меньше потенциала истока, равного VDD . Таким образом, всякий раз, когда потенциал на входе ниже VDD на величину, превышающую пороговое напряжение вентиля VT , этот транзистор открывается, благодаря чему на выходе устанавливается высокий потенциал. В противном случае p-канальный транзистор имеет большое сопротивление и не влияет на уровень выходного сигнала. Легко убедиться, что в рамках положительной логики при логической 1 на входе инвертора нижний транзистор обеспечивает логический 0 на выходе, а при логическом 0 на входе верхний транзистор повышает уровень на выходе до логической 1.

В качестве еще одного примера КМОП-элементов рассмотрим вентиль ИЛИ-НЕ с двумя входами, изображенный на рис. 12. «Понижающая» часть вентиля состоит из двух n-канальных МОП-транзи­сторов, соединенных параллельно, с заземленными истоками. Затвор каждого из этих транзисторов соединен с одной из двух входных линий. Когда потенциал па какой-либо входной линии превышает пороговое напряжение VT , соответствующий транзистор открывается и на выходе устанавливается низкий потенциал. В противном случае оба эти транзистора действуют как резисторы с большим сопротивлением и не влияют на уровень выходного сигнала.



Рисунок 12 - Двухвходовой КМОП-вентиль ИЛИ-НЕ.
«Повышающая» часть вентиля представлена двумя p-канальными МОП-транзисторами, соединенными последовательно. Затвор каждого из этих транзисторов соединен с одним из входов. Когда на обоих входах потенциал ниже VDD на величину, превышающую пороговое напряжение вентиля VT , оба транзистора открываются и поднимают уровень потенциала на выходе. В противном случае они действуют как резисторы с высоким сопротивлением и не влияют на уровень выходного сигнала.

В рамках положительной логики при логической 1 на любом входе нижняя часть схемы понижает уровень на выходе до логического 0, а когда на оба входа подан логический 0, верхняя часть схемы обеспечивает логическую 1 на выходе. Таким образом, вентиль реализует логическую операцию ИЛИ-НЕ. В табл. 4 описано поведение вентиля. Как видно из таблицы, нижняя часть схемы формирует на выходе логический 0, а верхняя — логическую 1.
Таблица 4 - Поведение КМОП-вентиля ИЛИ-НЕ с двумя входами

А В

Выход нижней

части

Выход верхней

части

Выход

0 0

0 1

1 0

1 1

-

0

0

0

1

-

-

-

1

0

0

0


КМОП-вентили, реализующие операцию И-НЕ, можно построить, соединив последовательно n-канальные транзисторы «понижающей» части и параллельно соединив p-канальные транзисторы «повышающей» части. Вентиль подобного типа изображен на рис. 13.



Рисунок 13 - КМОП-вентиль И-НЕ с двумя входами.
Вообще говоря, можно построить КМОП-вентили, реализующие любое булево выражение при соблюдении ограничений, присущих n-МОП-вентилям. Сначала формируется «понижающая» часть вентиля в виде последовательно-параллельной конфигурации n-канальных транзисторов, в которой ИЛИ реализуется путем параллельного соединения, а И — последовательного. Затем в противоположной манере формируется «повышающая» часть схемы путем последовательного соединения р-канальных транзисторов для операции ИЛИ и параллель­ного для операции И. На выходе значение полученного выражения инвертируется.

КМОП-логика обладает несколько более сложной структурой, чем n-МОП и р-МОП, и поэтому на ее основе нельзя достичь столь же высокой плотности. Однако эта структура даст одно примечательное преимущество над всеми другими распространенными логическими семействами. В этих схемах нет постоянных проводящих путей между линией питания и землёй. Вследствие этого мощность, потребляемая в периоды постоянства входных сигналов, незначительна. Последнее свойство очень важно для тех применении, когда питание поступает от батарей.

Существенная мощность потребляется, однако, во время переключений. Это происходит по двум причинам. Первая связана с наличием емкостей в схеме, возникающих преимущественно между электродами MOII-транзисторов. Эти емкости должны перезаряжаться всякий раз при переключении вентиля. Вторая причина заключается в том, что во время изменении входных сигналов и «понижающий», и «повышающая» части схемы в определенной степени открыты. В результате между линией VDD и землей кратковременно возникает «сквозной ток». Рассеиваемая вентилями мощность возрастает с повышением частоты переключении.

Коэффициент разветвления по выходу у КМОП-вентилей очень высок, так же как и для n-МОП и p-МОП-вентилей, поскольку полевые транзисторы имеют чрезвычайно высокое входное сопротивление. Однако существенные емкости в выходных цепях, присущие КМОП-вентилям, снижают их быстродействие. Дело в том, что МОП-транзисторы имеют существенное сопротивление в открытом состоянии, и это ограничивает ток, заряжающий или разряжающий емкости выходных цепей.

КМОП-вентили могут работать в широком диапазоне питающего напряжения. В частности, VDD может иметь любое значение в пределах от 3 до 15В для стандартных КМОП-элементов, потому что уровень потенциала на выходе колеблется от почти 0В для логического 0 до величины, близкой к VDD , для логической 1. Благодаря этому КМОП-логику можно совмещать с ТТЛ, выбрав VDD равным +5В. В этом случае один КМОП-вентиль может управлять двумя входами стандартных ТТЛ-вентилей. С другой стороны, уровень выхода ТТЛ для логической 1 недостаточно высок, чтобы управлять входом КМОП-вентиля. Это затруднение можно обойти, подключив нагрузочный резистор около 2 кОм между входом ТТЛ-вентиля и линией питания с напряжением +5В, в результате чего уровень логической 1 в ТТЛ-вентиле приблизится к +5В. В этом случае один ТТЛ-вентиль сможет управлять большим количеством входных линий КМОП-вентилей.

1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   17

Похожие:

1 цифровые электронные схемы 2 iconПрограмма для 10 класса «Оператор пк»
Построение таблиц истинности для логических функций. Законы алгебры логики. Логические элементы и основные логические устройства...
1 цифровые электронные схемы 2 icon1. Определить состав ядра атома (число протонов и нейтронов) для...
Составить электронные схемы, электронные и электронно-графические формулы атома магния и атома хлора
1 цифровые электронные схемы 2 icon2 Электронные таблицы
Электронные таблицы (табличные процессоры) – это прикладное программное обеспечение общего назначения, предназначенное для обработки...
1 цифровые электронные схемы 2 iconТипы промышленных зданий по объемно-планировочным решениям и их схемы
Железнодорожный транспорт. Три схемы организации внешнего железнодорожного транспорта
1 цифровые электронные схемы 2 iconРабочая программа -2012 г по курсу «Электротехника, электроника и схемотехника»
...
1 цифровые электронные схемы 2 iconСтабилизаторы напряжения (СН)
Изменения напряжения источника питания могут вызвать изменения напряжения на выходе питаемой схемы, неотличимые от тех изменений,...
1 цифровые электронные схемы 2 iconЦифровые показатели работы по циклу акушерства

1 цифровые электронные схемы 2 iconЭлектронные часы с календарем и будильником
Электронные часы предназначены для индикации теку­щего времени суток (минуты и часы), дней недели (по­недельник — воскресенье), месяца...
1 цифровые электронные схемы 2 icon1. Понятие электрической цепи, электрической схемы, схемы замещения,...
Электрическая цепь  — совокупность устройств, элементов, предназначенных для протекания электрического тока, электромагнитные процессы...
1 цифровые электронные схемы 2 iconПараллельное и последовательное соединение аккумуляторов что это такое?
При параллельном соединении, аккумуляторы соединяют так, чтобы положительные клеммы всех аккумуляторов были подключены к одной точке...
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2020
контакты
userdocs.ru
Главная страница