CMOS mikrosxemalarining mantiqiy darajasi. TTL va CMOP mikrosxemalarining asosiy tavsiflarini taqqoslash

Diqqat! Teglarni qo'shish tartibi muhim! Eng muhimi bilan qo'shishni boshlang. Iloji boricha mavjud teglardan foydalaning

Raqamli mikrosxemalar. Mantiqiy turlar, to'siqlar

Xo'sh, avval aytaylik: mikrosxemalar ikkita katta turga bo'linadi: analog va raqamli. Analog mikrosxemalar analog signal bilan, raqamli navbati bilan raqamli signal bilan ishlaydi. Raqamli mikrosxemalar haqida alohida gaplashamiz.

Aniqrog'i, hatto mikrosxemalar haqida emas, balki mikrosxemaning ichida "yashirin" bo'lishi mumkin bo'lgan raqamli texnologiyalar elementlari haqida gaplashamiz.

Ushbu elementlar nima?

Siz eshitgan ismlarning ba'zilari, ba'zilari, ehtimol yo'q. Ammo ishoning, bu nomlar har qanday madaniy jamiyatda ovoz chiqarib talaffuz qilinishi mumkin - bu mutlaqo munosib so'zlar. Shunday qilib, biz o'rganadigan narsalarning taxminiy ro'yxati:

• Triggerlar
• Hisoblagichlar
• Scramblers
• Dekoderlar
• Multipleksorlar
• Komparatorlar

Barcha raqamli mikrosxemalar raqamli signallar bilan ishlaydi. Bu nima?

Raqamli signallar - bu ikkita barqaror darajaga ega bo'lgan signallar - mantiqiy nol darajasi va mantiqiy bitta darajasi. Turli xil texnologiyalardan foydalangan holda ishlab chiqarilgan mikrosxemalar uchun mantiqiy darajalar bir-biridan farq qilishi mumkin.

Hozirda ikkita texnologiya eng ko'p qo'llanilmoqda: TTL va CMOS.

TTL - Transistor-tranzistorli mantiq;
CMOS - Bepul metall-oksid-yarim o'tkazgich.

TTL uchun nol darajasi 0,4 V, birlik darajasi 2,4 V ga teng.
CMOS mantig'i uchun nol darajasi nol voltsga juda yaqin, bir darajasi taxminan besleme zo'riqishiga teng.

Har jihatdan, bitta - kuchlanish yuqori bo'lsa, nol - past bo'lsa.

AMMA! Mikrosxemaning chiqishidagi nolinchi kuchlanish chiqishi "havoda osilgan" degani emas. Aslida, u faqat erga ulangan. Shuning uchun bir nechta mantiqiy xulosalarni to'g'ridan-to'g'ri bog'lab bo'lmaydi: agar ular ustida turli darajalar bo'lsa, qisqa tutashuv paydo bo'ladi.

Mantiqning turlari signal darajalaridagi farqlardan tashqari, quvvat sarfi, tezligi (chastota chegarasi), yuk ko'tarish qobiliyati va boshqalar bilan ham farqlanadi.

Mantiqning turini mikrosxemaning nomi bilan tanib olish mumkin. Aniqrog'i - mikrosxemaning qaysi seriyasiga tegishli ekanligini ko'rsatadigan ismning birinchi harflari bo'yicha. Har qanday ketma-ketlikda faqat bitta texnologiyadan foydalangan holda ishlab chiqarilgan mikrosxemalar bo'lishi mumkin. Sizga o'tishni osonlashtirish uchun - bu erda kichik burilish jadvali:

	TTL	TTLSh	CMOS	Bastrode. CMOS	ESL
Ismni tushuntirish	Transistor-tranzistorli mantiq	Shotti diodi bilan TTL	Bepul metall oksidi yarim o'tkazgich		Emitter-izchil mantiq
Asosiy seriyalar mikrosxemalar	K155 K131	K555 K531 KR1533	K561 K176	KR1554 KR1564	K500 KR1500
Burjua mikrosxemalari seriyasi	74	74LS 74ALS	CD40 H 4000	74AC 74 HC	MC10 F100
Ko'paytirishning kechikishi, nS	10…30	4…20	15…50	3,5..5	0,5…2
Maks. chastota, MGts	15	50..70	1…5	50…150	300…500
Ta'minot kuchlanishi, V	5 ± 0,5	5 ± 0,5	3...15	2...6	-5,2 ± 0,5
Iste'mol oqimi (yuk yo'q), mA	20	4...40	0,002...0,1	0,002...0,1	0,4
Jurnal darajasi 0, V	0,4	0,5	< 0,1	< 0,1	-1,65
Jurnal darajasi. 1, B.	2,4	2,7	~ U chuqur	~ U chuqur	-0,96
Maks. chiqish oqimi, mA	16	20	0,5	75	40

Bugungi kunda eng keng tarqalgani quyidagi qatorlar (va ularning import qilingan o'xshashlari):

• TTLSh - K555, K1533
• CMOS - KR561, KR1554, KR1564
• ESL - K1500

Mantiq turi asosan quyidagi fikrlar asosida tanlanadi:

Tezlik (ish chastotasi)
- energiya sarfi
- xarajat

Ammo shunday holatlar mavjudki, bitta tur etarli bo'lmaydi. Masalan, bitta birlik kam quvvatli, ikkinchisi yuqori tezlikli bo'lishi kerak. CMOS texnologiyasining chiplari kam iste'molga ega. Yuqori tezlik - ESLda.

Bunday holda, siz darajadagi konvertorlarni o'rnatishingiz kerak bo'ladi.

To'g'ri, ba'zi turlari konvertorlarsiz yaxshi mos kelishi mumkin. Masalan, CMOS mikrosxemasi chiqqandan signal TTL mikrosxemasining kiritilishiga qo'llanishi mumkin (ularning ta'minot kuchlanishlari bir xilligini hisobga olgan holda). Biroq, teskari yo'nalishda, ya'ni TTL dan CMOSgacha signalni ishlatish tavsiya etilmaydi.

Mikrosxemalar turli xil paketlarda mavjud. Ishlarning eng keng tarqalgan turlari:

DIP
(Ikki qatorli ichki paket)

Odatiy "hamamböceği". Biz oyoqlarini taxtadagi teshiklarga suramiz - va ularni muhrlaymiz.

Tanadagi oyoqlar 8, 14, 16, 20, 24, 28, 32, 40, 48 yoki 56 bo'lishi mumkin.

Qo'rg'oshinlar orasidagi masofa (balandlik) 2,5 mm (ichki standart) yoki 2,54 mm (burjua uchun).

Qo'rg'oshin kengligi taxminan 0,5 mm

Pim raqamlashi rasmda ko'rsatilgan (yuqori ko'rinish). Birinchi oyoqning joylashishini aniqlash uchun tanadagi "kalit" ni topishingiz kerak.

SOIC
(Kichik konturli integral kontur)

Yassi mikrosxemalar - ya'ni, oyoqlar korpus joylashgan taxtaning bir tomonida lehimlangan. Shu bilan birga, mikrosxem taxtada qorin bilan yotadi.

Oyoqlarning soni va ularning raqamlanishi DIP bilan bir xil.

Xulosalar balandligi 1,25 mm (ichki) yoki 1,27 mm (burjua).

Qo'rg'oshin kengligi - 0,33 ... 0,51

PLCC
(Plastik J-qo'rg'oshinli chip tashuvchisi)

Kvadrat (kamdan-kam to'rtburchaklar) tanasi. Oyoqlari to'rt tomondan joylashgan bo'lib, J shaklida (oyoq uchlari qorin ostiga bukilgan).

Mikrosxemalar to'g'ridan-to'g'ri taxta (tekis) ga lehimlanadi yoki rozetkaga o'rnatiladi. Ikkinchisi afzaldir.

Oyoqlarning soni 20, 28, 32, 44, 52, 68, 84.

Oyoqlarning balandligi - 1,27 mm

Qo'rg'oshin kengligi - 0,66 ... 0,82

Pim raqamlash - raqamni soat sohasi farqli ravishda ko'paytirib, tugmachaning yonidagi birinchi oyoq

Ushbu maqola sizga qanday yoqadi?

Transistor-tranzistorli mantiqning integral mikrosxemalari - bu bipolyar tranzistorlar asosida qurilgan, past darajadagi integratsiyalashgan mikrosemellar. Ularning asosiy kamchiliklari - bu kristall uchun oz miqdordagi miqdor, shuningdek, kuchlanish voltajining kritikligi va etarli darajada katta oqim sarfi.

Yuqoridagi diagrammada oddiy mantiq eshiklari ko'rsatilgan - 3I - YO'Q... U an'anaviy bipolyar ko'p emitrli VT1 tranzistoriga asoslangan. Chiqishdagi mantiqiy nol darajasi bir vaqtning o'zida uchta emitentda yuqori darajalarda paydo bo'ladi. VT2 inverting funktsiyasini oladi (NOT gate), va ko'p emitentli VT1 - bu 3I mantiqiy eshik.

Ro'yxatda keltirilgan kamchiliklarga qaramay, eng ommabop TTL seriyali K155 bugungi kunda juda mashhur bo'lib, qancha radio qo'g'irchoqlarni to'plashingiz mumkinligini ko'rib chiqing.

K155 seriyasi eng katta TTL seriyasidir. Uning tarkibida turli xil mantiqiy funktsiyalar va operatsiyalarni bajaradigan 100 dan ortiq mikro assambleyalar mavjud (AND, OR, NOT, AND - NOT, OR - NOT, triggerlar, registrlar, hisoblagichlar, qo'shimchalar.

Ushbu TTL seriyasidagi mikrosxemalardagi mantiqiy birlik darajasi 2,4 V dan 5 V gacha bo'lgan kuchlanish oralig'ida) va mantiqiy nol darajasi 0,4 V dan oshmaydi.

Ushbu seriyadagi deyarli barcha mikro-yig'ilishlar standart 14 pinli paketda mavjud. Birinchi pinni belgilaydigan nuqta yoki kalit chizig'i bilan. 7-pin - bu ish yoki minus. 14 birinchisiga qarama-qarshi yotish ortiqcha.

K155 evolyutsiyasining keyingi bosqichi K555 seriyasi bo'lib, unda asosiy TTL printsipi saqlanib qolgan, ammo tranzistorlarning kollektor birikmalariga qo'shilgan. Shuning uchun K555 seriyali TTLSh (TTL va Shottki diodi) deb nomlangan. TTLShda quvvat sarfi taxminan 2 baravarga kamaydi va tezlik keskin oshdi.

CMOS IClari

Qisqartma boshidagi K harfi - bir-birini to'ldiruvchi... Amalda, bu shuni ko'rsatadiki, bir xil parametrlarga ega bo'lgan juftliklar mikro yig'ishda ishlatiladi, ammo bitta tranzistorda n-tipli eshik, ikkinchisida esa mos ravishda p-tipli eshik bor. Ular CMOS (Qo'shimcha metall oksidli yarimo'tkazgich) deb ham nomlanadi.

Rasmda klassik asosiy mantiqiy eshikning namunasi YO'Q. Ya'ni, agar biror kishi kirishga kelsa, unda chiqish allaqachon mantiqiy nolga teng bo'ladi va aksincha.

Element 2I - YO'Q... Ushbu mantiqiy eshiklardan ikkitasini olish oson, va bir nechta triggerlardan - hisoblagich, registr va oddiy xotira qurilmalari.

Va endi malhamdagi chivin haqida: maksimal ish chastotasida CMOS elementlari bipolyar tranzistorlarga (TTL) asoslangan boshqa mantiqdan sezilarli darajada past va ular statik elektr energiyasiga nisbatan sezgir.

CMDP tuzilmalariga asoslangan mikrosxemalar

CMDP tuzilmalariga asoslangan raqamli IClar har xil elektron sxemalarni ishlab chiqishda tobora ko'proq foydalanilmoqda, buning uchun juda yaxshi sabablar mavjud. KMDP IMS - bu juda ko'p qirrali va oson foydalaniladigan, raqamli IMSning boshqa sinflari uchun xos bo'lmagan o'ziga xos xususiyatlarga ega qurilmalar.

Ushbu IClar bir-birini to'ldiruvchi deb nomlanadi, chunki ular CMDP tranzistorlari asosida ishlab chiqarilgan, ya'ni. tuzilishga ega bo'lgan dala effektli tranzistorlar juftlariga asoslangan: metall - oksid (dielektrik) - yarimo'tkazgich, juda o'xshash xususiyatlarga ega va har xil o'tkazuvchanlik turlarining kanallari. Ushbu printsip asosida qurilgan IClar boshqa barcha IClarga qaraganda quvvat manbaidan ancha kam quvvat sarflaydi va besleme zo'riqishida ko'proq darajada ishlay oladi. Elektron qo'l soatlari va avtomobil qurilmalari, tibbiy elektron qurilmalar, televizion qabul qiluvchilar, ko'chma kalkulyatorlar - bular CMDP IMS qo'llaniladigan qurilmalarning bir nechta namunalari.

CMOS tuzilmalariga asoslangan raqamli IClarning asosiy afzalliklari tranzistorlarning katta kirish empedansi (R in) 10 12 Ohm) va yuqori darajadagi integratsiya. CMOS-ning integral mantiqiy elementlarida impuls qurilmalarini bajarishda tranzistorlarning kirish qarshiligi yuqori bo'lganligi sababli vaqt rezistorlarining qarshiligi yuqoridan cheklanmagan, shuning uchun uzoq muddatli impulslarni olish uchun vaqt kondensatorlarining elektr quvvati oshirilmasligi kerak.

Qo'shimcha tuzilmalar - bu IC xususiyatlarini sezilarli darajada yaxshilashi mumkin bo'lgan bipolyar (p-n-p va n-p-n) yoki MIS (p-kanalli va n-kanalli) tranzistorlarning bir-birini to'ldiruvchi juftlari. Ular pst-birikma yoki dielektrik plyonka bilan substratdan ajratilgan cho'ntaklardagi umumiy substratda tayyorlanadi. Qo'shimcha tranzistorlar gorizontal va vertikal tuzilmalar shaklida amalga oshiriladi.

Gorizontal tuzilishga ega tranzistorlarda emitent, tayanch va kollektor bir xil gorizontal tekislikda joylashgan, shuning uchun bazaga quyilgan ozchilik tashuvchilar kristall yuzasiga perpendikulyar emas, balki uning bo'ylab harakatlanadi. Bunday tranzistorlar end (lateral) deb nomlanadi. Oxirini ishlab chiqarishda

p-n-p tranzistorlar - emitrlarning hosil bo'lishi n-p-n - tranzistorlarning asosiy diffuziyasi paytida amalga oshiriladi. Keyinchalik, ikkinchi bazaviy diffuziya orqali pnp tranzistorining emitenti kollektor bilan o'ralgan. Transistorning asosini ushbu mintaqalar orasidagi asl n-yarimo'tkazgich qatlami tashkil etadi. Shuning uchun taglikning kengligi va bazaning joriy uzatish koeffitsientining qiymati va emitent va kollektor uchun fotosurat rejimida o'ralgan oynalar orasidagi masofa bilan belgilanadi.

Vertikal konstruktsiyalarda taglik emitent ostida joylashgan (AOK qilingan ozchilik tashuvchilar kristal yuzasiga perpendikulyar yo'nalishda harakat qilishadi). Pnp tranzistorining barcha uch mintaqasi (kollektor, tayanch va emitent) diffuziya orqali hosil bo'ladi. Dopantlarning konsentratsiyasiga yuqori aniqlik talablari tufayli bunday qo'shimcha tuzilmalarni ishlab chiqarish qiyin. Shu bilan birga, ushbu texnologiyadan foydalangan holda amalga oshirilgan tranzistorlar gorizontal tuzilishga va kollektor o'tish joyining yuqori kuchlanish kuchlanishiga ega bo'lgan tranzistorlarga qaraganda yuqori oqim o'tkazuvchanlik koeffitsientiga ega.

CMOS elementlarining asosini ikkita to'ldiruvchi (to'ldiruvchi) MOS tranzistorlari ( n-MOS va p-MOS) izolyatsiya qilingan eshik va induktsiya qilingan kanal bilan. Ushbu sxemaning xususiyati ( anjir. 4.17) kirish voltaji nafaqat kalitni, balki yuk tranzistorini ham boshqaradi.

Yoqilgan anjir. 4.5.2.ishlatilgan tranzistorlarning drenaj-eshik xususiyatlari tavsiflari berilgan. Transistor bilan n-kanal ( VT n) uning eshigiga ijobiy kuchlanish va tranzistor qo'llanilsa, oqim o'tkaza boshlaydi r-kanal ( VT p) - agar uning eshigiga manbaga nisbatan salbiy kuchlanish qo'llanilsa.

Har ikkala tranzistorning drenaj eshigi xususiyatlarida "to'piq" bo'lishi muhimdir. Shunday qilib, agar biz elektronni besleme zo'riqishida (+) bilan ishlashini istasak E P), keyin asosiy tranzistor sifatida foydalanish kerak VT nva yuk sifatida - VT p.

Shakl: 4.17.1. CMOS inverteri

Shakl: 4.5.2. CMOS tranzistorlarining eshik xususiyatlari

İnverter ( anjir. 4.17) manba shunday tuzilgan VT p ga ulangan N,va manba VT n - er bilan. Panjurlar VT nva VT p birlashtirilib, inverterga kirish, drenaj sifatida xizmat qiladi VT nva VT p shuningdek birlashtirilib, invertorning chiqishi sifatida xizmat qiladi. Ushbu qo'shilish bilan eshik manbaining kuchlanishini aniqlash uchun quyidagi formulalar amal qiladi VT nva VT p: U zip \u003d U in, U zir \u003d U in -E p

U zip - eshik manbai kuchlanishi n-kanal tranzistor ( VT n);

U zir- eshik manbai kuchlanishi r-kanal tranzistor ( VT p).

İnverterning ishlashini ko'rib chiqayotganda, biz buni taxmin qilamiz VT nva VT p bir xil xususiyatlarga va chegara kuchlanishiga ega U Pp \u003d½ U PrPh \u003d 1,5V.

U pp- pol kuchlanish n-kanalli tranzistor;

U Pr- pol kuchlanish p-kanalli tranzistor.

CMOS inverterini uning HVV bo'yicha ishlashini ko'rib chiqing ( anjir. 4.18-a), to'rtta bo'lim va bog'liqliklarni ajratish mumkin U ZI = f(U BX) (anjir. 4.18-b).

1-bo'lim: U 0 da £ U Pp... Qayerda U zip \u003d U in va VT n yopiq, U zir \u003d U in - E p< U Prva VT p ochiq.

Shakl: 4.18. CMOS inverteri xususiyatlari:
a) HVB, b) U SHUTTER-SOURCE \u003d f (U IN) c) I POTR \u003d f (U BX)

VT nyopiq), VT p chuqur to'yinganlikda, chiqadigan kuchlanish yaqin bo'ladi E P ( U 1 chiqdi » E P).

II bo'lim: U P\u003e U VX\u003e U Pp,

qaerda U P - kontaktlarning zanglashiga olib keladigan kuchlanish

va U OUT \u003d 0,5 (U 1 - U 0). U SPTA \u003d U IN\u003e U Ppva VT nochila boshlaydi, U ZIR \u003d U VX -E P.< U Пр va VT p ochiq.

Ushbu saytda ½ U SPTA½ < ½ U ZIR½, shuning uchun VT p to'yingan bo'lib qoladi va VT n - faol rejimda.

VT n.

Devredeki oqim kanalda kuchlanish pasayishini hosil qiladi VT p, shuning uchun chiqish voltaji pasayishni boshlaydi. Shu bilan birga, ushbu bo'limda kirish voltajining oshishi bilan chiqish kuchlanishi biroz pasayadi, chunki VT p hali ham to'yingan.

Nuqta U p: U VX \u003d U P \u003d 0,5E P;

U SPTA \u003d U IN \u003d U P\u003e U Ppva VT n ochiq; 0,5E P< U Пр va VT p ochiq.

Shu nuqtada | U SPTA|=|U ZIR| shuning uchun ikkala tranzistor kanallarining qarshiliklari ham tengdir. Shunday qilib, chiqish quvvat manbai voltajining yarmiga teng bo'lgan kuchlanish bo'ladi ( Chiqdi=0,5E P). Ushbu nuqta xarakteristikaning vertikal qismiga to'g'ri keladi. Ushbu nuqtada elektron maksimal oqimni tortadi, chunki ikkala tranzistor yoqilgan. Kirish voltajidagi eng kichik o'zgarishlarda chiqish voltaji keskin o'zgaradi.

III bo'lim: E P -½ U Pr½ \u003e U IN\u003e U P; U SPTA= U IN\u003e U Pp va VT nochiq; U ZIR \u003d U VX -E P.< U Пр va VT P ochiq, lekin o'sishi bilan U BX tobora kamroq ochilib bormoqda.

Ushbu saytda U SPTA\u003e|U ZIR| va shuning uchun VT nto'yinganlikda, a VT p - faol rejimda.

Sxema iste'mol qiladigan oqim bu holda tranzistor tomonidan aniqlanadi VT p.

Ushbu bo'limdagi chiqish kuchlanishi kanaldagi kuchlanish pasayishiga teng VT n... Chunki VT nto'yinganlikda, keyin bu pasayish kichik va o'sish bilan U BX u tobora kamayib boradi.

IV bo'lim: E p\u003e U ning\u003e E p -½ U Pr½; U zip= U\u003e U Pp va V nochiq; U zir \u003d U in -E n\u003e U zipva VT p yopiq.

Bunday holatda, elektron deyarli oqim iste'mol qilmaydi (chunki VT p yopiq). VT nchuqur to'yinganlikda, chiqishda esa nolga yaqin kuchlanish bo'ladi ( U chiqib ketdi» 0).

HVB dan ko'rinib turibdiki ( shakl 4.5.1a), CMOS elementlari yaxshi shovqin immunitetiga ega. Shovqin immuniteti nolga va bittaga teng. Buning sababi shundaki, o'tish nuqtasi ( U ichida \u003d U P) kirish voltajining aniq markazida joylashgan ( E P\u003e U in\u003e0). Qachon E P \u003d + 5V, maksimal shovqin qiymati 1,5 V ga etishi mumkin. O'sish bilan E P mutlaq shovqin immuniteti oshadi. CMOS elementlarining immuniteti taxminan 30% ni tashkil qiladi E P (Maksimal U 0"0.3 E P, U 1 min"0.7 E P).

CMOS invertorining kirish usuli izolyatsiya qilingan eshikli MOS tranzistorlari bo'lgani uchun kirish empedansi juda yuqori (10 12 ¸ 10 13 Ohm). Shuning uchun, bunday sxemalar deyarli kirishda oqim iste'mol qilmaydi.

CMOS davrlarining chiqish qarshiligi Log holatidagi kabi kichik. 0 va Kirish holatida. 1, chunki tranzistorlardan biri VT n yoki VT p albatta ochiq bo'ladi. Shunday qilib, chiqish qarshiligi ochiq MOS tranzistorining kanal qarshiligi bilan aniqlanadi va 10 2 ¸10 3 Ohm.

Yuqori kirish empedansi va past chiqish empedansi chiqishda yuqori statik dallanma nisbati paydo bo'lishiga olib keladi. Tarmoqlanish koeffitsienti yuqoridan faqat tezlik talablari bilan cheklanadi. Zanjirning har bir kiritilishi ma'lum bir quvvatga ega bo'lganligi sababli, dallanma nisbati oshishi bilan yuk hajmi ortadi, bu esa o'z navbatida elementning o'tish vaqtini oshiradi.

Shunday qilib, ish chastotasi pasayganda, dallanish nisbati oshadi. Yuqoridagilar bilan bog'liq holda, kirish va yuk xususiyatlari o'z ma'nosini yo'qotishi aniq. Yuk xarakteristikasi faqat CMOS elementlarini boshqa turdagi elementlar bilan bog'lashda muhimdir.

Ikkala holatda ham elementning past chiqish empedansi yuk sig'imini tezda to'ldirishga imkon beradi. Buning natijasida tez yoqish va o'chirish kechikadi. Amalda, kechikish vaqtlari 50 ¸ 200 ns.

Shakl: 4.5.1c zanjir orqali oqim sarfi jarayonini tushuntiradi.

Statik holatda, CMOS zanjirlari juda kam oqim sarflaydi (10 -6 -10 -7 A).

Asosan, oqim o'chirilganda, sarflanadi U SPTAva ½ U ZIR½> U POR va ikkala tranzistorlar VT n va VT p ochiq (CVB bo'yicha II va III bo'limlar) Biroq, bu oqim qiymati TTL davrlariga qaraganda kamroq, chunki ochiq MOS tranzistorlarining hajm qarshiligi ochiq bipolyar tranzistorlarning qarshiligidan oshib ketadi. Shu sababli, CMOS zanjirlarida kesish qarshiligi yo'q.

Sxemani almashtirishda, shuningdek, yuk sig'imini zaryad qilish uchun oqim sarflanadi. Ushbu oqimning kattaligi quyidagicha aniqlanishi mumkin I \u003d CEf P. Qaerda f P O'chirish chastotasi.

CMOS davrlarining afzalliklari, shuningdek, har xil besleme zo'riqishida (3-15V) ishlash qobiliyatini o'z ichiga oladi. Besleme voltajining oshishi bilan shovqinning mutlaq immuniteti oshadi, ammo hozirgi iste'mol ham oshadi (CVB-da II va III bo'limlar kengroq bo'ladi). + 5V besleme zo'riqishida CMOS signal darajalari TTL darajalariga mos keladi, ammo ehtiyot bo'lish kerak U CMOS uchun 1 I / min ko'proq bo'ladi E P - |U OL | xavfsiz qulflash uchun VT p... Shu maqsadda TTL chiqishi ko'pincha qarshilik orqali ulanadi E P.

CMT zanjirlarining TTL zanjirlarida ishlashi, qoida tariqasida, ulanish sxemalari orqali amalga oshiriladi.

Yoqilgan anjir. 4.19cMOS tipidagi asosiy elementning diagrammasi ko'rsatilgan. Element 4I-NOT funktsiyasini amalga oshiradi. Transistorlar shunday joylashtirilganki, kirish signallarining biron bir kombinatsiyasi uchun zanjirda oqim bo'lmaydi. OR-NOT tipidagi elementlar shunga o'xshash tarzda qurilgan. (4.20-rasm).

Bunday sxemalarda, qo'llarning birida tranzistorlarning ketma-ket ulanishi tufayli holatlarning birida chiqishga qarshilik kuchayadi. Shuning uchun bunday elementlarning yoqish va o'chirish vaqtlari har xil. NAND elementi uchun yoqish vaqti o'chirish vaqtidan kattaroq, NOR elementi uchun esa aksincha.

Shakl: 4.19. CMOS-da 4I-NOT funktsiyasini amalga oshirish

Shakl: 4.20. CMOS-da 4OR-NOT funktsiyasini amalga oshirish

Juda yuqori kirish empedansi tufayli, hatto statik zaryad ham buzilish voltajini yaratishi mumkin. Statik elektr energiyasining yuqori voltli zaryadlaridan himoya qilish uchun CMOS zanjirlarining kirish qismida (mikrosxemaning ichida) maxsus himoya davri mavjud (4.21-rasm).

Shakl: 4.21. ESD Gate Protection bilan CMOS inverter

Diyotlar VD1, VD2 va VD3 eshik izolyatsiyasini buzilishdan himoya qiling. Diyotlar VD4 va VD7 inverter chiqishini buzilishdan saqlang r va n maydonlar. Diyotlar VD5 va VD6 tasodifiy quvvat qutblanishining qaytarilishidan himoya qilish uchun elektr relslari orasidagi ketma-ket ulangan.

CMOS davrlarining odatiy vakillari K564 seriyasining elementlari bo'lib, ular quyidagi parametrlar bilan tavsiflanadi:

E P\u003d 3¸15V; U 0\u003d 0,01V (da E P\u003d 5V va Men n=0); U 1\u003d 4.99V (da E P\u003d 5V va Men n=0); I 0 in\u003d 0,2 mA; Men 1 dyuym\u003d 0,2 mA; I P\u003d 0,17mA (da E P\u003d 10V, F\u003d 100kHz va C n\u003d 50pF); t s\u003d 80s; Men 0 chiqdim\u003d 0,9mA (da U 0 chiqdi\u003d 0,5V va E P\u003d 10V); Men 1 chiqdim\u003d 0,9mA (da U 1 chiqdi=E P-0.5V va E P\u003d 10V); C n \u003d200pF; Bilan\u003d 12pF.

Shaxsiy tajriba (UIRS) tayyorgarlik jarayonida alohida e'tibor talab etiladi.

CMOS, qo'shimcha simmetriya / metall oksidli yarimo'tkazgich ) - elektron sxemalarni qurish texnologiyasi. CMOS texnologiyasidan foydalaniladi dala effektli tranzistorlar turli xil o'tkazuvchanlik kanallari bo'lgan izolyatsiya qilingan eshik bilan. Bipolyar texnologiyalar bilan taqqoslaganda CMOS davrlarining o'ziga xos xususiyati ( TTL , ESL va boshqalar) - bu statik rejimda juda kam quvvat sarfi (aksariyat hollarda energiya faqat holatni almashtirish paytida iste'mol qilinadi deb taxmin qilish mumkin). Boshqa MOS tuzilmalari bilan taqqoslaganda CMOS strukturasining o'ziga xos xususiyati ( N-MOS , P-MOS) - n-va p-kanalli dala effektli tranzistorlarning mavjudligi; Natijada, CMOS sxemalari tezroq va kam energiya tejaydi, ammo ular murakkabroq ishlab chiqarish jarayoni va qadoqlash zichligi pastligi bilan ajralib turadi.

Zamonaviy mantiqning aksariyati mikrosxemalar , shu jumladan, protsessorlar CMOS sxemasidan foydalaning.

Tarix

Dastlabki CMOS davrlari juda zaif edi elektrostatik tushirish ... Endi bu muammo asosan hal qilindi, ammo CMOS mikrosxemalarini o'rnatishda elektr zaryadlarini olib tashlash bo'yicha choralar ko'rish tavsiya etiladi.

Dastlabki bosqichlarda CMOS hujayralarida eshiklarni ishlab chiqarish uchun alyuminiy ... Keyinchalik, o'z-o'zidan mos keladigan texnologiya paydo bo'lishi bilan bog'liq bo'lib, u nafaqat strukturaviy element sifatida, balki drenaj manbalarini olishda maskalar bilan bir vaqtning o'zida foydalanishni ta'minladi. polikristalli kremniy.

Texnologiya

Sxema 2I-NOT

Misol tariqasida CMOS texnologiyasidan foydalangan holda qurilgan 2I-NOT darvozasining sxemasini ko'rib chiqing.

• Agar ikkala A va B kirishga yuqori daraja qo'llanilsa, u holda zanjirning pastki qismidagi ikkala tranzistorlar ochiq, ikkala yuqori ikkalasi ham yopiq bo'ladi, ya'ni chiqish erga ulanadi.
• Agar kirishlarning hech bo'lmaganda biriga past daraja qo'llanilsa, tegishli tranzistor yuqoridan ochilib, pastdan yopiladi. Shunday qilib, chiqish besleme voltajiga ulanadi va erdan uziladi.

Sxemada yukning qarshiligi yo'q, shuning uchun statik holatida faqat yopiq tranzistorlar orqali qochqin oqimlari CMOS davri orqali oqadi va quvvat sarfi juda kam. Kommutatsiya paytida elektr energiyasi asosan zaryadlash uchun sarflanadi konteynerlar eshiklar va o'tkazgichlar, shuning uchun iste'mol qilinadigan (va tarqalgan) quvvat ushbu almashtirish chastotasiga mutanosib bo'ladi (masalan, soat chastotasi protsessor).

Chet el ishlab chiqarishining mantiqiy CMOS chiplari seriyasi

Mahalliy ishlab chiqarishning mantiqiy CMOS chiplari seriyasi

• CMOS tranzistorlari (CMOS):
  • 164, 176, 561 va 564 4000 seriyasiga to'g'ri keladi, ammo 164 va 176 da faqat 9V kuchlanish mavjud;
  • 1554 - 74AC seriyali;
  • 1561 - 4000B seriyali;
  • 1564 - 74HC seriyali;
  • 1594 - 74ACT seriyalari;
  • 5564 - 74HCT seriyali;