Технические дисциплины - Микроэлектроника

 

Схемы включения:

1. Ключ на n-МОП транзисторе с резистивной (линейной) нагрузкой.

 

в качестве нагрузки здесь используется аналогичный следующий каскад на таком же транзисторе

 

Характеристики:

 

В точке А на входе Uз < Uпор и транзистор закрыт. Ток через него определяется током обратно включенного p-n-перехода (Iс-з). Это режим отсечки. Напряжение на выходе приближенно равно Uп.

Если на вход подается напряжение больше Uпор, то транзистор временно переходит в активный режим (область А-В), причем ток, проходящий через транзистор значительно больше тока в т. В (тока открытого состояния транзистора).

Очевидна закономерность: чем меньше время переключения, тем лучше параметры ключа, тем меньше потребляемая мощность.

 

Переходные процессы n-МОП ключа с резистивной нагрузкой

 

Прикладываем U > Uоткр. и через затвор пойдет ток.

Im связан с разрядом емкостной нагрузки следующего каскада.

 

b – удельная характеристики крутизна транзистора

 

- подвижность электронов в канале

С0 - удельная емкость окисла (затвор - канал)

Z – ширина канала

L – длина канала

 

 

 

Ток, который ограничивается резистором в цепи, существенно ниже Im, т.к. через открытый транзистор течет ток не от напряжения питания, а из заряженной емкости.

После того, как импульс кончился, ток быстро уменьшается до нуля, время спада определяется емкостью затвора Сз и сопротивлением канала rк:

 

Все эти емкости создают Cнагрузки.

Паразитные емкости Cз-и и Cз-с можно уменьшить, если избежать самосовмещения полоски затвора и областей стока и истока. Емкость же Сз-к существует всегда, т.к. обусловлена конструктивно.

 

 

Время фронта:

Q = CнUпит

 

- время разряда емкости.

После t2 емкости заряжаются, причем очень долго, т.к. зарядка идет через сопротивление нагрузки.

tc = RнCн – время спада

При этом

 

Инверторы на МОП – транзисторах используются редко.

 

 

Инвертор на n-МОП – транзисторе с активной нагрузкой в виде n-МОП – транзистора со встроенным каналом

 

Tн – n-МОП со встроенным каналом

TА – n-МОП с индуцированным каналом

Транзистор Tн всегда открыт независимо от Uпит, следовательно перезаряд нагрузочной емкости происходит значительно быстрее, чем в случае с резистивной нагрузкой.

Пусть на входе U < Uпор (логический 0). Тогда TА закрыт, т.е. на выходе логическая 1 (Сн заряжается от U = Uпит).

 

 

 

 

А- активный транзистор в режиме            насыщения, а нагрузочный транзистор находится в активном режиме.

В- оба находятся в режиме насыщения- переключение ключа. Выходное напряжение  в пределах этой области меняется скачком.

С- пологий участок нагрузочного    транзистора.

 

При подаче на вход активного транзистора  U   Uпор (логическая 1) Активный транзистор  открывается и по нему течёт ток, этот же ток течёт и по нагрузочному транзистору. Этим током разряжается ёмкость нагрузки C нагр, на выходе получаем логический «0», но он появится, если параметры нагрузочного транзистора и активного транзистора будут правильно выбраны.

 

 

 

Крутизна нагрузочного транзистора:

 

- подвижность электронов в канале(в данном случае они  одинаковы)

Удельная ёмкость тоже практически одинакова.

Относительная крутизна:

 

 

Только при таких значения получится приемлемая передаточная характеристика.

 

Передаточная характеристика

Передаточная характеристика – зависимость Uвых от  Uвх, она может быть прямая и обратная.

В данном случае на рисунке изображена идеализированная

передаточная характеристика

I – на выходе логическая 1

II-      переходная область, происходит процесс переключения.

III – на выходе логический 0

 

U1-U0 = Uл – логический   перепад

Uл – напряжение логического    перепада

- нижний порог переключения

- верхний порог переключения

и  - входные напряжения, задаваемые предыдущими каскадами.

Диапазон между  и  , междуи  - допустимый диапазон напряжений помех.

, К0 – коэффициент помехоустойчивости.

 

( > 0 )

 

( < 0 )

 

Для повышения помехоустойчивости необходимо повышать логический перепад или уменьшать ширину области  II переключения, но реально логический перепад в микроэлектронике нельзя увеличить ( он  ), но можно сузить.

 

Реальная передаточная характеристика

Характеристика будет зависеть от относительной крутизны

- инвертор неработоспособен.

Но в наилучшем варианте перепад должен происходить не при 1,5В, а при 2,5В.

 

 

Лекции полностью!

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить