Герасимов В.Г. (ред). - Электрические измерения и основы электроники (1998) (529641), страница 48
Текст из файла (страница 48)
Для положительной лог ики это соот ветствует булевой функции И--НЕ. До недавнего времени ТТЛ-элементы были ИЛЭ массового приме. нения. Вместе с тем все более жесткие требования, предъявляемые к современным разработкам, постоянно ставили перед разработчиками все более сложные задачи и, в первую очередь, по поиску путей существенного повышения быстродействия, экономичности и надежности ИЛЭ. Было установлено, что быстродействие ТТЛ-элементов в значительной степени ограничивается из-за насыщенного режима работы транзистора КТ~, а их надежность и экономичность во многом определяется схемой инвертора. В соответствии с этим постепенно складывалось и представление о ТТЛ-элементах, как об ИЛЭ среднего быстродействия и значительного потребления энергии источника питания, Довольно длительные поиски в области совершенствования технологии производства интегральных схем (ИС) и новых физических эффектов, используя которые можно было бы повысить быстродействие электронных приборов, увенчались успехом и привели к разработке так называемых ТТЛШ-элементов (транзисторно-транзисторная логика с использованием эффекта Шоттки).
Смысл этого эффекта заключается в том. что при создании вблизи р-и-перехода области с избыточным количеством свободных носителей заряда (барьер 111оттки) существенно снижается время восстановления обратного сопротивления перехода при его переводе из открытого в закрытое состояние. ВАХ кремниевых диодов с барьером Шоттк" отличаются почти втрое меньшим прямым падением напряжения (при мерно 0,2 — 0,3 В вместо О,б' — 0,7 В у обычных диодов). Особеня~ эффективным оказалось применять переходы с барьером Шотгки я качестве переходов база — коллектор интегральных транзисторов,.
чт~ позволило избежать глубокого насыщения транзисторов и за счет этогв существенно повысить их быстродействие. По принципу работы ТТЛШ-элементы, в основном, подобны об"'" ным ТТЛ-элементам, но выгодно о гличаются от них помимо примене"и И" транзисторов с барьером Шоттки более сложной схемой инвертор зят~ (рис.6.8) „что позволило увеличить его нагрузочную способность и снизИ влияние технологического разброса параметров транзистором на экс" ~ атационные характеристики ТТЛШ-элементов при их массовом выпу ске 262 Рис б 8 Схема базового Т1'ЛП1-элемента ЗИ вЂ” НЕ На рис.6.8 транзисторы ГТ и РТ4, включенные по схеме составного транзистора, играют роль управляемой коллекторной нагрузки основного транзистора У'Т5.
Сложный инвертор работает таким обраюм. что при отпирании основного транзистора ГТ5 составной транзистор 1Тз, 1Т4 запирается и наоборот. Необходимые для управления выходными транзисторами противофазные сигналы снимаются с коллектора и эмнттера транзистора 1'Т2, играющего роль расщепителя фаз (парафазный усилитель). Основной транзистор 1'Т должен пропускать на землю значительные токи 1 ~„, от всех входов других микросхем, подключенных к выходу данного элемента. Резистор Лк2 ограничивает сквозной ток от источника питания Еа на землю в моменты переключения инвертора. когда на короткое время все его выходные транзисторы оказываются открытыми.
При частых переключениях Я - принимает на себя значительную долю выделякнцейся при этом мощности, защищая выходные транзисторы от перегрева. Через этот резистор также проходит суммарный ток У '„, логической единицы, который, как отмечалось ранее, направлен от выхода данного элемента ко всем входам других ТТЛШ-элементов, подключенных к нему.
Поскольку при размещении ТТЛШ-элементов на печатных платах оольших размеров на длинных проводниках могут накапливаться значительные паразитные заряды. диоды П), — 1'Оз, открываясь, поглощают кх энергию и тем самым защищают эмиттерные переходы транзистора РТ~ от пробоя. Все описанные схемотехнические приемы по~волили в 'вачнтельной мере повысить эксплуатационную надежность ТТЛШ-мнкРосхем, что особенно важно при их массовом применении За счет использования транзисторов с барьером Шоттки удалось поч- ~" на порядок повысить быстродействие ТТЛШ-элементов, а благодаря аоследним достижениям в технологии производства ИС и несколько спи'"ть их энергопотребление, Однако существенному повышению эконом "'«ности всех ТТЛ-схем препятствует то, что по принципу работы они в 26з рт -Е„ +Е. Л'1в и 21 а) б) в) Рис.о 9.
Схемы КМОП-элементов а — схема инверторв; 6 — элеМ ент 2И вЂ” НЕ; в — элемент 2ИЛИ вЂ” НЕ 264 статических состояниях потребляют входные таки Хо „и) ~,„. Применение палевых транзисторов. обладающих высоким входным сопротивлением позволило разработать весьма экономичные логические элементы потребляющие энергию источников питания только в режиме переключе ния и практически ие потребляющие ее в статических состояниях (О и 1) Из всех возможных типов полевых транзисторов в современных схемах ИЛЭ наибольшее распространение получили М О П - т р а н з и с т о р ы с и н д у ц и р о в а н н ы м кап а л о м, а из многочисленных серии цифровых ИС вЂ” КМОП-м и к р о с х е м ы.
Сокращение КМОП означает применение в схемах инверторов в з а и м о д о п о л н я ю щ и х (к а м и л е м е ига р н ы х ) пар транзисторов са структурой металл— акисел — полупроводник, но с каналами различных типов проводимости Более простая по сравнению с биполяриыми транзисторами технология получения МОП-транзисторов с индуцированным каналом и КМОП-схемотехника позволили создать весьма экономичные микросхемы высокой степени интеграции. На рис.б,9,а представлена схема КМОП-инвертара, содержащего комплементарную пару МОП-транзисторов ГТ~ и РТз, индуцированные каналы которых (соответственно.
р- и и-типов) включены последовательна, Принцип работы этого инвертора подобен принципу работы сложного инвертора (см.рнс.6.8) ТТЛШ-элементов, но применение комплемеитарной пары выходных транзисторов позволило исключить фазорасщепитель и тем самым упростить его схему. При низком (нулевом) уровне напряжения на затворах транзисторов Л, и Л потенциал затвора РТ~ окажется ниже потенциала его истока и подложки типа и, в результате чего в ее поверхностном слое вблизи затвора итшуцируется канал с проводимостью типа р. Транзистор РТ~ откроется, и-канальный транзистор РТ будет закрыт, и на выходе инвертара появится высокий уровень напряжения.
С другой стороны, при высоком уровне напряжения на затворах транзисторов ГТ, и )'72 потенциал затвора ГТз будет выше потенциала его истока и подложки типа р, из-за чего в ее поверхностном слое вблизи затвора индуцируется канал с проводимостью типа л. Транзистор ГТ откроется, р -канальный транзистор Л', будет закрьгг, и на выходе появится низкий уровень напряжения. Поскольку в цепях затворов полевых транзисторов токи практически отсутствуют, в статических состояниях КМОП-микросхемы не потребляют энергии от источника питания Е„. Кратковременные импульсы тока будут возникать только в люменты переключения инвертора из одного состояния в другое. При построении КМОП-элементов с несколькими входами для каждого входа используют инвертор (рис.6,9,а), определенным образом соединяя каналы транзисторов Л' и ГТ .
Схемы КМОП-элементов типа 2И вЂ” НЕ и 2ИЛИ вЂ” НЕ показаны на рис.6.9,б,». Например, если транзисторы ГТ, ( Л'го и ГТ,~ ) двух инверторов включить параллельно, а транзисторы ГТ ( ~'Т2л и ~'Т2, ) — последовательно, низкий уровень на общем выходе (рис.6.9,6) появится олько в том случае, когда на обоих входах (хро ) одновременно присутствуют высокие уровни напряжения, что соответствует элементу 2И вЂ” НЕ. Рассуждая аналогично, приходим к выводу, что при соединении каналов транзисторов ГТю и й'Т11 двух инверторов по схеме 6,9,а последовательно, а транзисторов ГТ и )'Т21 — параллельно, получим схему (см.рис.6.9,а), высокий уровень на выходе которой будет только в том случае, когда на обоих входах (х1хо ) одновременно присутствуют низкие уровни напряжения, что соответствует элементу 2ИЛИ вЂ” НЕ.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
