КМОП-схемы

January 12, 2012 by admin Комментировать »

При изучении транзисторов мы узнали о пользе большого входного сопротивления полевых транзисторов. Они применяются для повышения быстродействия в семействе логических схем на комплементарных МОП-транзисторах (КМОП-логика) серии 74НС (аналог: серия 1554. — Примеч. перев.). Ток, потребляемый КМОП-схемой в состоянии покоя, обычно меньше 1 мкА (сравните с 400 мкАу ТТЛШ), а большое входное сопротивление фактически исключает проблемы нагрузки, приводя к бесконечной нагрузочной способности на низких частотах. Однако при переключениях с высокой частотой, которая обычно больше 10 МГц, необходимо учесть входную емкость; кроме того, из-за более частого заряда и разряда емкостей увеличивается ток, потребляемый от источника питания, и его величина становится сравнимой с величиной тока, потребляемого ТТЛШ-схемой при работе на ее максимальной частоте порядка 40 МГц.

Рис. 13.15. Основная схема КМОП-инвертора.

Рис. 13.16. Основные логические схемы КМОП-серии: а — схема И-НЕ; б — схема ИЛИ-НЕ.

На рис. 13.15 показана базовая схема КМОП-инвертора с простым комплементарным двухтранзисторным выходным каскадом (также называемым «тотемным столбом»; см. подразд. 13.9.2. — Примеч. перев.). В условиях покоя, когда на входе поддерживается высокий или низкий уровень, один из МОП-транзисторов заперт, так что ток покоя крайне мал.

На рис. 13.16 показано, как наращивается конструкция КМОП-схем с целью создания 2-входовой схемы И-НЕ (например, 74С00) и 2-входовой схемы ИЛИ-НЕ (74С02).

Родоначальником цифровых логических КМОП-схем была серия 4000, которая обладала большим временем задержки на логический элемент — порядка 100 не против 10 не у схем ТТЛ и ТТЛШ. Хотя низкое быстродействие может показаться недостатком, эти схемы достаточно быстры для многих прикладных логических задач, и их достоинством является высокая помехоустойчивость, поскольку они слабо реагируют на высокочастотные помехи. По этой причине многие логические схемы из КМОП-серии 4000 до сих пор применяются в устройствах управления.

Однако сегодня промышленным стандартом является КМОП-серия 74НС, в которой используются кремниевые логические элементы, выполненные по (2—3)-микронной технологии, позволяющей достичь времени задержки на элемент 10 не, как у ТТЛ-схем, и обеспечивающей работу схем с частотой до 40 МГц. С еще большим быстродействием работают ИС усовершенствованной КМОП-серии 74АС, у которой время задержки на элемент 5 не и тактовая частота доходит до 120 МГц. Серия 74LV создана для работы от батарей с напряжением 3,3 В и сохраняет работоспособность при изменениях напряжения источника питания от 3,6 до 2,7 В. Сейчас имеется тенденция перехода на питание логических схем напряжением 3,3 В, поскольку это позволяет уменьшить размеры элементов, применяя даже 0,5-мик- ронную технологию без риска внутреннего электрического пробоя.

Так же, как любой МОП-транзистор и интегральную микросхему, выполненную по микронной технологии, КМОП-схему легко повредить во время работы с ней из-за статического электричества. Чтобы уменьшить эту опасность, обычно включают защитные диоды, но выводы ИС желательно держать замкнутыми между собой проволокой или проводящим пластиком, до тех пор пока не закончен их монтаж. Металлический монтажный стол, паяльник и даже оператор должны быть надежно заземлены. Защитные диоды сами подвержены пробою, если входному напряжению на схеме позволить подняться выше напряжения питания VDD. Поэтому нужно быть внимательным при выключении питания КМОП-схем: сначала необходимо снять напряжения со всех входов.

Литература: М.Х.Джонс, Электроника — практический курс Москва: Техносфера, 2006. – 512с. ISBN 5-94836-086-5

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты