• Главная
  • rss-лента сайта solo-project.com


Микросхемы серий КМОП

Микросхемы серий КМОП
Описанные в предыдущем разделе цифровые микросхемы ТТЛ-серий – К155, КР1533, К555 (74, 74LS) – обеспечивают построение самых различных цифровых устройств, работающих на частотах до 80 МГц, однако их существенный недостаток – большая потребляемая мощность. Микросхемы этих серий изготовляются по технологии комплементарных транзисторов структуры металл – диэлектрик – полупроводник (КМДП). В качестве диэлектрика использовали окисел кремния, поэтому сокращенным обозначением этих микросхем было КМОП.

Основная особенность микросхем КМОП – ничтожное потребление тока в статическом режиме – 0,1…100 мкА. При работе на максимальной рабочей частоте потребляемая мощность приближается к потреблению наименее мощных микросхем ТТЛ.

В ИМС, выполненных по технологии КМОП, в качестве базового элемента используются ключевые схемы, построенные на комплементарных МОП – транзисторах. На рис. 54, а приведена схема логического элемента «И – НЕ». Эта схема состоит из двух групп ключей на полевых транзисторах VT1, VT2

p-канальных; VT3, VT4 n-канальных. Каждая группа управляется одним сигналом X1 или X2.
При подаче сигналов X1 = X2 = «1» ключи на транзисторах Т1 и Т2 размыкаются, а ключи Т3 и Т4 замыкаются.

Применение полевых транзисторов с изолированным затвором обеспечивает высокое входное сопротивление микросхем КМОП. Благодаря малой входной емкости и высокому сопротивлению микросхемы КМОП чувствительны к статическому электричеству. Пробой изоляции под затвором происходит при напряжении около 30 В, в результате транзистор повреждается. Защита входов ИМС КМОП осуществляется с помощью встроенных диодов или стабилитронов, подключенных к линиям питания ИМС.

Достоинством ИМС КМОП являются малая потребляемая мощность и высокая помехозащищенность в сочетании с высоким быстродействием и нагрузочной способностью. Питание таких ИМС производится от источника напряжения +5…+15 В. По сравнению с ИМС ТТЛ микросхемы имеют следующие достоинства:

– малая потребляемая мощность в диапазоне частот до 3 МГц (мощность в статическом режиме не превышает 1 мкВт);
– большой диапазон напряжения питания (от 3 до 15 В);
– очень высокое входное сопротивление (больше 1 Мом);
– большая нагрузочная способность (коэффициент разветвления больше 50).
К недостаткам ИМС КМОП относятся:
– большое время задержки (до 100 нс);
– повышенное выходное сопротивление (до 1 кОм);
– значительный разброс параметров.
Уровни выходных сигналов зависят от напряжения питания. Уровень логической «1» равен примерно 0,8(2/3)UПИТ, а уровень логического «0» – от 0,3(1/3)UПИТ – 0,3 до 2,5 В.


а) б)

Рис. 54. Схема ЛЭ «ИЛИ – НЕ» (а); передаточная характеристика (б)

Для построения элементов с функцией «ИЛИ – НЕ» транзисторы с каналом р-типа соединяют последовательно, а n-каналом – параллельно. Инвертор КМОП в статическом состоянии ток питания не потребляет, поскольку разомкнуты транзисторы VT1, VT2, либо VT3, VT4, поэтому сквозного тока нет. В этом – замечательное свойство микросхем КМОП: они не потребляют ток питания, если входные сигналы не изменяются. Чем больше частота сигнала, тем больше ток, потребляемый инвертором. Динамический импульс тока потребления складывается из двух частей: во-первых, сквозной ток через VT1 (VT2) и VT3 (VT4), когда один из них «полузакрыт», а другой «полуоткрыт», во-вторых, ток заряда паразитных емкостей.

Сравнив осциллограммы входного напряжения UВХ и импульсов потребляемого тока IПОТ.ДИН, можно сделать вывод, что логический элемент потребляет ток только во время фронта и среза UВХ. Максимальный ток потребления IПОТ = IПОТ.ДИН будет наблюдаться на такой частоте, когда импульсы тока как бы «слипнутся» (1..3 МГц; импульсы тока следуют в два раза чаще).

Для переключения синхронных микросхем КМОП необходимо, чтобы фронт и срез тактового импульса были бы достаточно крутыми (быстрее, чем 5..15 мкс). Пологий фронт импульса долго держит инвертор в линейном режиме, поэтому течет чрезмерный ток потребления.

Современная электроника

В современной терминологии электроника – это наука о взаимодействии электронов с электромагнитными полями, а также крупная отрасль техники...

читать далее

Уровень Ферми при прямом смещении оказывается разным в n- и p- областях, поэтому и осуществляется направленное перемещение...

читать далее

Туннельные диоды

Туннельный и обращенный диоды относятся к группе полупроводниковых диодов с чрезвычайно сильным легированием полупроводника...

читать далее