Схемотехника КМОП-вентилей.

Принцип синтеза КМОП схем.

1. Общую инверсию реализует альтернативная схема
2. Зависимую (подинверсную) функцию умножения реализует последовательное соединение n-канальных транзисторов или подсхем.
3. Зависимую (подинверсную) функцию сложения реализует параллельное соединение n-канальных транзисторов или подсхем.

Пример:

Синтезировать КМОП вентиль, выполняющий функцию:

Спроектировать в базисе И2Л 2-х разрядный сумматор с переносом в старший разряд.

КМОП-инвертор. Принципиальная схема, работа, математическая модель, варианты топологий и структур.

КМОП инвертор представляет собой пару последовательно включенных между «землей» и питанием n- и p-канальных МОП транзисторов с объединенными затворами, на которые подается входной сигнал.

а) На вход Х подается логический ноль, это низкий уровень напряжения. На затворе n-канального транзистора Т1 по отношению к его стоку нулевое смещение напряжения, канал отсутствует, транзистор Т1 закрыт.

На затворе p-канального транзистора Т2 – низкий уровень напряжения, на истоке +Е, это значит, что и на затворе по отношению к истоку – большое отрицательное напряжение, формирующее p-канал транзистора Т2. Транзистор Т2 – открыт. На выходе ~E – логическая единица.

б) На входе Х – логическая единица, n-канальный тр-р Т1 открыт, канал сформирован большим положительным напряжением на его затворе по отношению к стоку.

Тр-р Т2 закрыт, так как на его затворе ~E, на истоке Е. Канала нет. На выходе примерно 0В – логический ноль.

Так как в КМОП схемах присутствуют транзисторы обоих типов, то требуются изолирующие карманы для изоляции транзисторов одного типа от транзисторов другого типа. Это увеличивает площадь элементов в сравнении с МОП схемами, а также их стоимость из-за возрастания количества технологических операций.

Для того, чтобы изолирующие карманы выполняли функцию изоляции, соответствующие им p-n переходы должны быть закрыты.

Для этого в область n-типа изолирующего кармана необходимо подавать самый большой положительный потенциал схемы (для схем с положительным питанием это напряжение источника питания Е), а в область p-типа – самый отрицательный потенциал (в схемах с положительным питанием – нулевой потенциал шины «земля»).

Синтезировать и проанализировать структуры инжекционного инвертора с общей выходной областью. Принципиальная схема, работа, математическая модель, варианты топологий и структур.

Логический элемент И-НЕ на КМОП-транзисторах. Принципиальная схема, работа, математическая модель, варианты топологий и структур.

У всех n-канальных транзисторов (Т1, Т2) логической части подложки подключены к шине «земля», а подложки p-канальных тр-ров (Т3, Т4) альтернативной части схемы подключены к питанию.

а) На оба входа А и В подаются напряжения логического нуля, на стоках и затворах n-канальных тр-ров – низкий уровень напряжения, тр-ры Т1 и Т2 закрыты. Транзисторы Т3 и Т4 открыты, так как на затворах p-канальных тр-ров более отрицательный потенциал, чем на их истоках. 

б) На вход А подается логический ноль, на вход В подается логическая единица. Тр-р Т1 закрыт, канала нет, следовательно, открыт тр-р Т3, его комплементарная пара. Тр-р Т2 открыт по напряжению, канал есть, а его комплементарная пара, тр-р Т4 закрыт. Логическая часть закрыта. Альтернативная часть открыта. На выходе ~Е – логическая единица.

в) На вход В подается логический ноль, на вход А подается логическая единица. Тр-р Т1 открыт по напряжению, его комлементарная пара – тр-р Т3 закрыт. Тр-р Т2 закрыт, канала нет, следовательно, его пара – тр-р Т4 открыт. Логическая часть закрыта. Альтернативная часть открыта. На выходе ~Е – логическая единица.

г)На входы А и В подается напряжение логической единицы. Это напряжение формирует каналы в транзисторах последовательной логической цепи (Т1 и Т2), их комплементарные пары Т3 и Т4 закрыты (альтернативная часть схемы закрыта). На выходе низкий уровень напряжения – логический ноль.