20 Кмоп логика

КМОП (К-МОП комплементарная логика на транзисторах металл-оксид-полупроводник)— технология построения электронных схем. КМОП-логика (комплементарная МОП-логика) — каждый логический элемент микросхемы состоит из пары взаимодополняющих (комплементарных) полевых транзисторов (n-МОП и p-МОП). В технологии КМОП используются полевые транзисторы с изолированным затвором с каналами разной проводимости. Отличительной особенностью схем КМОП является очень малое энергопотребление в статическом режиме (в большинстве случаев можно считать, что энергия потребляется только во время переключения состояний). Отличительной особенностью структуры КМОП по сравнению с другими МОП-структурами (N-МОП, P-МОП) является наличие как n-, так и p-канальных полевых транзисторов; как следствие, КМОП-схемы обладают более высоким быстродействием и меньшим энергопотреблением, однако при этом характеризуются более сложным технологическим процессом изготовления и меньшей плотностью упаковки.

Подавляющее большинство современных логических микросхем, в том числе, процессоров, используют схемотехнику КМОП.

КМОП логические элементы на комплементарных ключах

а — элемент ИЛИ-НЕ; б — элемент И-НЕ

Основное достоинство КМОП-ключей состоит в том, что изменение выходного напряжения не связано с изменением тока: он остается близким к нулю. Это преимущество — ничтожную потребляемую мощность — сохраняют и КМОП логические элементы.

Закономерность структуры КМОП логических элементов: параллельное соединение одного типа транзисторов сопровождается последовательным соединением транзисторов другого типа. Выполняемая логическая функция определяется включением транзисторов «нижнего этажа». В рассматриваемых схеме — это n-канальные транзисторы. Если изменить полярность питающего напряжения, то в «нижнем этаже» окажутся транзисторы с p-каналом.

21 БиКмоп логика

БиКМОП - логика, включающая как биполярные, так и КМОП структуры. С появлением БиКМОП технологии стало возможным достигнуть значения выходного тока –32/ 64 мА.

Рассмотрим работу БиКМОП-логики на примере простого инвертора, элемента НЕ. В статическом состоянии этот элемент работает как обычным КМОП-инвертор (Т1, Т2), у которого последовательно с каналом каждого из транзисторов включены резисторы R1, R2, сопротивления которых сравнимы с сопротивлениями каналов соответствующих транзисторов в открытом состоянии. Статические токи в КМОП-инверторе отсутствуют, напряжения на резисторах R1 и R2 равны нулю и биполярные транзисторы Т3 и Т4, эмиттерные переходы которых подсоеденины к этим резисторам, закрыты, т.е. биполярные транзисторы в статическом состоянии не влияют на характеристики БиКМОП-вентиля.

• Пусть в исходном состоянии на входе инвертора низкий логический уровень; это соответствует открытому состоянию р-канального транзистора Т1 и высокому уровню на выходе инвертора, т.е. конденсатор нагрузки СН заряжен до уровня Ес. После поступления на вход высокого логического уровня транзистор Т1 запирается, а Т2 отпирается и начинается разряд Сн через транзистор Т2 на параллельно соединенные резистор R2 и эмиттерный переход биполярного транзистора Т4. Протекание части разрядного тока через эмиттерный переход приводит к открыванию Т4 и значительному ускорению перезаряда емкости нагрузки. Процесс переключения при переходе входного сигнала из высокого логического уровня в низкий происходит аналогично.

• Из приведенного описания следует, что использование биполярных транзисторов позволяет нейтрализовать влияние емкости нагрузки, являющейся одним из основных факторов, ограничивающих быстродействие КМОП-ИС.