• 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.

Зона проводимости

В верхней, так называемой зоне проводимости (ЗП), подавляющее число электронов фактически оторвано от атомов...

читать далее

Ударная ионизация атомов электронами

Такой пробой вызывается ударной ионизацией атомов электронами, вырванными из ковалентной связи под действием сильного...

читать далее

Обращенный диод

Разновидностью туннельного диода является обращенный диод, у которого туннельный эффект имеет место только в обратной...

читать далее