Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 [112] 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169


Рис. 14.27. Инвертор на МОП-транзисторах;

а -схема; б- стоковые характеристики транзисторов

ских схемах. Применяются МОП-транзисторы как с р-, так и с «-каналом. В обоих случаях также применяются транзисторы как с индуцированным, так и со встроенным каналом.

На рис. 14.27, а показана одна из наиболее перспективных схем инверторов на МОП-транзисторах с каналом «-типа. Нижний транзистор VT1 является управляющим, его обычно называют активным. Верхний транзистор является нагрузочным. Он выполняет роль резистора, имеющего нелинейное сопротивление. У него встроенный канал. Его напряжение затвор - исток равно нулю. Нижний транзистор имеет индуцированный канал.

На рис. 14.27, б представлены стоковые характеристики. Характеристики, веерообразно выходящие из нуля,- семейство стоковых характеристик транзистора VT1. Из анализа характеристик следует, что транзистор VT1 имеет пороговое напряжение Изипор + \ В. Транзистор VT2 имеет неизменное напряжение затвор - исток «зл = 0. Поэтому он представлен только одной характеристикой М. Кривая - это тоже характеристика транзистора VT2 при «si!f = 0, но имеющего другую «геометрию». Как известно, характеристики полевого транзистора зависят от соотношения длины проводящего канала к площади его поперечного сечения. У транзистора с характеристикой N это отношение значительно больше, чем у транзистора с характеристикой М.

Характеристики М я N выходят из точки с координатами UcH=Un и t"c = 0. Они идут вверх и влево. Точки пересечения Mi и с характеристикой транзистора VT1 при «зи = 5 В соответствуют максимально открытому транзистору VT1, т. е. Л=1. Абсциссы этих точек дают f/L. Видно, что Uli,,x меньше для характеристики N, чем для характеристики М. Отсюда следует, что транзистор VT2 должен иметь возможно большее отношение длины проводящего канала к площади его поперечного сечения.

Точки Мг и N2 имеют примерно одинаковые абсциссы. Они являются точками пересечения характеристик М я N с характеристикой активного транзистора VT1 при напряжении на входе




Рис. 14.28. Передаточная характеристика инвертора на МОП-транзисторах

изи\ = 1 В. Так как U°x значительно меньше 1 В, то при Л = 0

Передаточная характеристика инвертора при [/„=+5 В показана на рис. 14.28, Точную характеристику можно получить, имея реальные характеристики транзисторов VT1 и VT2.

Подключая параллельно транзистору VTI несколько таких же транзисторов, можно получить логический элемент ИЛИ-НЕ. Соединяя транзисторы последовательно, получают логический элемент И-НЕ.

VT2 с

Рис. 14.29. Инвертор на комплементарных МОП-транзисторах

14Л6. КОМПЛЕМЕНТАРНАЯ МОП-ЛОГИКА (КМОП-ЛОГИКА)

На рис. 14.29 показана схема инвертора на комплементарных МОП-транзисторах. Верхний транзистор VT2 является МОП-транзистором с каналом р-типа. Нижний транзистор имеет канал «-типа. Инвертор работает следующим образом. Когда Л = О, нижний транзистор закрыт, а верхний - открыт, так как напряжение затвор - исток равно О-Ln, Выходное напряжение при этом близко к Un, что соответствует У=Л=1. При UlUn нижний транзистор открыт, а верхний - закрыт. При этом Ueux - O, что соответствует Y=A = 0.

Из описания работы следует, что верхний транзистор является не только нагрузочным, но и активным. Поэтому оба транзистора могут иметь одинаковую геометрию и близкие характеристики с той лишь разницей, что один из них имеет канал р-типа, а другой-канал «-типа.

Передаточная характеристика инвертора подобна характеристике, показанной на рис. 14.28, но она имеет примерно в два раза более крутой средний участок, так как верхний транзистор работает так же активно, как нижний. Это повышает помехоустойчивость инвертора.

Особенностью элемента КМОП-логики является то, что схема потребляет энергию во время переключения, когда работают оба транзистора и перезаряжают выходную емкость. В стационарных положениях О и 1 один из транзисторов открыт, а другой - за-



крыт. Транзисторы включены последовательно, и цепь тока питания разорвана, если не учитывать ничтожно малого тока запертого транзистора.

14.17. СУММАТОРЫ

Сложение. Одной из основных арифметических операций, выполняемых в ЭВМ, является сложение двоичных чисел. В качестве примера рассмотрим сложение двух четырехразрядных двоичных чисел: 0111 и 0101. В десятичной системе это числа 7 и 5. При сложении имеем

1 0111 + 0101

1100

Как и для десятичных чисел, сложение начинают с меньшего разряда. Сложение двух единиц низшего разряда дает 2(io), но в двоичной системе получаются О в низшем разряде и перенос единицы во второй разряд. Таким образом, «сумма по модулю 2» в низшем разряде обозначается 5о=0 и «перенос» Ро=1. Аналогично во втором столбце сложения, отсчитываемом справа налево, имеем 5, = 0 и Pi = l. В третьем столбце S2=l и Р2=1; в четвертом- 5з=1 и Рз = 0. В результате получаем число 12(io), записанное в двоичной системе как четырехразрядное число 1100.

Любое четырехразрядное число в двоичной системе записывается как сумма следующих членов: Cз2-C22-Cl2-Co2°, где коэффициенты d могут принимать значения О и 1. В рассматриваемом случае для двоичного числа, соответствующего полученной сумме 1100, имеем: Сз=1, С2=1; Ci = 0 и Со = 0. В результате 1.23+ 1.22 + 0-2+ 0-2°=8-Ь4= 12.

Полусумматор. Простейшей арифметической операцией в ЭВМ является сложение двух одноразрядных чисел, принимающих два возможных значения: О и 1. Эта операция выполняется в устройстве, называемом полусумматором (рис. 14.30,а). Суммируемые одноразрядные числа в виде логических уровней напряжения А и В подаются на входы логических элементов «Исключающее ИЛИ и И». На выходе элемента Исключающее ИЛИ получает- £ ся сумма по модулю 2 - S, g равная нулю, когда Л = В = 0, "~ а также когда Л = В=1. При Л = 1 и В = 0 или Л = 0 и S=l 5=1. Выход элемента И называется «переносом» и обозначается буквой Р. При Л = = В = 0; Л = 1 и В = 0; Л = 0 и S=l перенос Р = 0. При Л = = S=1 перенос Р=1, что со-

Рис. 14.30. Полусумматор:

а - структурная схема; 6 - условное обозначение



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 [112] 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169



0.0069