Методика проектирования устройств ЭВМ в МОП и КМОП схемотехниках. Привести примеры.

МОП

1. Сначала в соответствии с функцией, которая обязательно должна иметь общую инверсию, реализуем между «землей» и выходом подынверсное выражение с помощью второго и третьего принципов синтеза схем на МОП транзисторах.

2. Между выходом и питанием реализуем общую инверсию в виде нагрузочного МОП транзистора (первый принцип синтеза схем на МОП транзисторах).

КМОП

1. Сначала в соответствии с функцией, которая обязательно должна иметь общую инверсию, реализуем между «землей» и выходом логическую n-канальную часть схемы, соответствующую подынверсному выражению с помощью второго и третьего принципов синтеза КМОП схем на МОП транзисторах.

2. Между выходом и питанием реализуем p-канальную альтернативную часть схемы, реализующую общую инверсию (первый принцип синтеза КМОП схем на МОП транзисторах).

Примеры:

Синтезировать элемент с тремя состояниями в любой схемотехнике кроме ТТЛ.

Схемотехника элементов эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ).

Эмиттерно Связанная Логика - ЭСЛ.

МЭСЛ (маломощная ЭСЛ)

Логика – Л+

x < Eоп	x	Выход 1		Выход 2		Uбэ1 < Uбэ2
	0		1		0
	1		0		1

В данном случае – относительно положительная логика.

То, что немного больше Е_оп – это логическая единица, меньше – ноль.

Зависимую функцию ИЛИ можно реализовать, включив вместо транзистора Т₁ параллельно транзисторы Т₁¹ и Т₁².

Достоинства:

• Функционально полный базис
• Маленький логический перепад

Недостатки:

• Маленькая помехоустойчивость
• Есть сопротивления
• R_вых = [кОм] Þ большое время задержки

С = t ~ (R_вых * C_п)

Чтобы уменьшить R_вых и уменьшить задержку, надо к выходу подключить эмиттерный повторитель.

// Пометим эту схему (*****)

Эмиттерные повторители на выходе позволяют реализовать дополнительную функцию ИЛИ.

Пример:

Вывод: использование эмиттерных повторителей в ЭСЛ дает два преимущества.

1. увеличение быстродействия за счет уменьшения входного сопротивления
2. реализацию дополнительной логической функции монтажное ИЛИ (параллельное соединение эмиттерных повторителей)

Существует и недостаток у этих схем – это два источника напряжения. Поэтому наша задача – уменьшить количество источников питания.

- большое количество источников напряжения (2Е).

Источник опорного напряжения.

Цель: сделать один источник питания.

Вставляем этот кусочек в схему (*****) и получаем:

Еоп(ЭСЛ).

D1, D2 – используются для компенсации температуры в схеме.

Цель: const jc, то R3 – выполняет функцию источника тока.

Рассмотрим от (.) С до (.) В -> до земли.

(.)В – компенсация изменения напряжения на переходах.

t0 (повышается) U (понижается на переходе) и наоборот.

Рассмотрим случай когда диодов нет.

(Uбэ2 + DUpn)+( Uбэ5+ DUpn)-( Uд1+ DUд)-( Uд2+ DUд)

Ток через R7 становится =const. Для того, чтобы чуть-чуть повысить запас помехоустойчивости, используют отрицательное питание.

Принцип:

Если в схеме добавить или уменьшить напряжение (все основные управляющие ,Е, земля, Еоп,U0,U1) на одну и ту же величину Þработа не изменится. От всех напряжений вычитаем Е. Получили схему ЭСЛ с отрицательным питанием.

Чем определяется напряжение питания МОП-вентилей И-НЕ? Как это влияет на другие технические параметры?

Варианты ЭСЛ. Режимы работы.

Токовый ключ – первая модификация ЭСЛ.

У схем ЭСЛ следующая логика: есть некоторое опорное напряжение Еоп, и все, что меньше него, это логический ноль, а все, что больше – логическая единица.

Токовый ключ представляет собой параллельное соединение транзисторов с резистивными нагрузками в коллекторных и общей эмиттерной цепях. На базу одного из транзисторов подается опорное напряжение (Еоп), на базу другого – логический сигнал Х.

С коллектора транзистора (вых2), на базу которого подается Еоп, снимается прямой сигнал (токовый ключ здесь выполняет функцию повторителя), с коллектора другого транзистора (вых1) (на базу которого подается логический сигнал) снимается инверсный сигнал (здесь токовый ключ выполняет функцию инвертора).

а) На входе схемы – логический ноль, то есть напряжение чуть ниже Еоп. Это значит, что Uбэ1 напряжение база-эмиттер транзистора Т1 меньше, чем Uбэ2 напряжение база-эмиттер транзистора Т2. Т.е. первый транзистор Т1 открыть чуть меньше, чем второй Т2.Если считать, что резистор R3 выполняет функцию источника тока с током I и потенциал точки С постоянен, условно примем ток коллектора «менее» открытого тр-ра за 0,01*I, а «более» открытого за 0,99*I.

б)На входе Х – логическая единица, значит, Uбэ1>Uбэ2, то есть в этом режиме «более» открыт транзистор Т1.

При сравнении выходных напряжений делаем вывод: выход первый – инвертирующий, а выход второй – повторяющий.

Схема МЭСЛ – вторая модификация ЭСЛ.

Если в схему токового ключа вместо тр-ра Т1 включить параллельное соединение транзисторов, то будет реализована вспомогательная функция ИЛИ.

Схема ЭСЛ – третья модификация.

Для уменьшения выходного сопротивления используется стандартный прием- подключение к выходу эмиттерных повторителей, выходное сопротивление которых определяется сопротивлением открытого тр-ра.

При объединении выходов эмиттерных повторителей реализуется функция Монтажное ИЛИ.

ЭСЛ с отрицательным напряжением питания – четвертая модификация ЭСЛ.

Данная схема отличается от базовой тем, что шина «земля» подключается к коллекторам эмиттерных повторителей и сопротивлениям R1 и R2, а источник питания с отрицательным напряжением подключается туда, где в базовой схеме была шина «земля». Новое значение источника опорного напряжения равно (Еоп-Е).

В результате получается схема с независимыми от разбросов источников питания напряжениями логических нуля и единицы:

Схема ЭСЛ с одним источником питания – пятая модификация.