Главная  Журналы 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 [ 75 ] 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99

с помощью многотактных динамических систем можно устранить ряд недостатков схем первого типа, не прибегая к использованию дополнительной симметрии (см. § 12.3).

во-

-os=a+b "t"s~\v\

о 5=/1 -1-е


Рис. 128. Логический элемент НЕ -ИЛИ, построенный по схеме с интегральной нагрузкой (а и с использованием дополняющих транзисторов (б)

12.1. Логика с интегральной нагрузкой (ИНЛ) [54, 222, 341, 344, 345]

Основным элементом ИНЛ является инвертор, состоящий из активного и нагрузочного транзисторов (см. рис. 105,а,б), статические характеристики различных вариантов схем которого анализировались в § 10.2. Хотя при описании работы будут рассматриваться более широко используемые р-канальные транзисторы, аналогичные устройства могут быть построены и на приборах с п-каналом [346] *.

* При определенных условиях (низкий уровень легирования, достаточно большое напряжение смещения на подложке) п-канальные системы могут обладать большим быстродействием за счет более высокой подвижности носителей в инверсионном слое [347].



Как было показано в § 10.2, преимуществом схемы инвертора с ненасыщенной нагрузкой является, больший вых.одной сигнал при заданном напряжении питания Vdd- Кроме того, в этом случае при запертом активном транзисторе (состояние «1») выходное напряжение не зависит от потенциала отсечки и равно Vdd- Другое преимущество этой конфигурации -меньшее время перехода из состояния «О» в «1» (см. ниже). Основной недостаток схемы с ненасыщенной нагрузкой заключается в необходимости двух источников питания.

12.1.1. Переходные характеристики*. Одной из важнейших характеристик активных элементов является время переключения, определяющее наибольшую тактовую частоту и, соответственно, быстродействие всей ИС. Соб- ственное время переключения МОП-транзистора Тг значительно меньше времени, определяемого емкостями реальной схемы, так что в приближенном анализе переходных процессов величиной т, можно пренебречь.

Инвертор с насыщенной нагрузкой

1. Время включения. В схеме рис. 129, а длительность переходного процесса определяется конденсатором С, который учитывает паразитные емкости, связанные с активным (Qdr) и нагрузочным (Qlo) транзисторами, а также входные емкости других инверторов, подключенных к выходу данной схемы. Если к "затвору Qdr в момент времени =0 прикладывается отпирающий перепад напряжения Vcs, то в интервале i от О до ti, пока Qdr находится в режиме насыщения (см. рис. 129, б), активный транзистор можно рассматривать как генератор тока:

fDR=--{Vas-V-i)- . (12-1)

Этот ток сначала протекает через конденсатор С, а затем по мере уменьшения напряжения v на конденсаторе все большая его часть (/to) ответвляется в нагрузочный транзистор Qlo-

fbo = - (Vdd - Vt - v) (12-2)

(полагаем, что оба транзистора имеют одинаковое пороговое напряжение Vt). Таким образом, дифференциальное уравнение для выходного напряжения v при Oiii имеет вид:

С = (VoD -Vr- v) - (Vgs - Vr); (i2-3)

интегрирование этого уравнения дает возможность определить величину ti-Если в качестве реального примера положить

Vr = -4 В; Kdr = 3-10- Ш\ Vdd = -20 В: /?lo = 3-10-6 А/В Vcs = - 16 В; Кц = KdrIKlo = Ю; С = 4,0.пФ,

* Этот вопрос подробно рассмотрен в монографии Р. Кроуфорда [222], изданной па русском языке, фрим- пер-)



то из (12-1), (12-2) /DE=r-2,16 мА, а /i,o=-24 мкА при t=ti, т. е. можно считать Ilb-O и из (12-3), поскольку v{ti) = Vos-Vt,

JCIVWV не;

KoRiVcs-Vrr

при этом выходное напряжение изменяется .линейно во времени (рис. 130).

При t>ti транзистор Qdr выходит из режима насыщения (рис. 129, б); в этом случае

Idr- - Kdr


Рис. 129, К расчету переходных процессов в инверторе с насыщенной нагрузкой

дифференциальное уравнение для v зашгсывается в виде: Klo dt 2,

, {Vdd~YtY

2

откуда, интегрируя от <=<i до t, можно получить

io Vb\-4«iC, Ъс + fr, + Лб2 4

(12-4)

(12-5)





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 [ 75 ] 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99