Цифровая схемотехника. КМОП логика

1. 09

2.

Семейство TTL
Недостаток – большое энергопотребление
Практически невозможно использовать в
устройствах с автономным питанием.
Причина – биполярный транзистор управляемый током базы.
Необходим новый электронный компонент

3.

Полевой транзистор
MOS FET
Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors
Metal
n
+

4.

Полевой транзистор
MOS FET
Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors
n- Канал
Карманы

5.

Полевой транзистор
MOS FET
Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors
-
+
Карманы
Режим обеднения канала.
Depletion mode.

6.

Полевой транзистор
MOS FET
Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors
+
-
Карманы
Режим обогащения канала.
Enhancement mode.

7.

Полевой транзистор
Как сделать?
Вариант 1
Металл
Metal
Окисел
(Диэлектрик)
Oxide
Semiconductor
Полупроводник
МОП транзистор
или
МДП транзистор
MOS Transistor
n - channel

8.

Полевой транзистор
Как сделать?
Вариант 1
Затвор
Gate
Исток
Source
Сток
Drain
МОП транзистор
или
МДП транзистор
MOS Transistor
n - channel

9.

Полевой транзистор
MOSFET обозначение
Затвор
Gate
Исток
Source
Сток
Drain
D
n - channel
G
D
G
S
S
D
D
Затвор
Gate
Исток
Source
Сток
Drain
p - channel
G
G
S
S

10.

Полевой транзистор
MOSFET включение и характеристики
D
G
S
Depletion
Enhancement
Неудобный ключ
Открывается плюсом.
Закрывается минусом.

11.

Полевой транзистор с управляющим p-n переходом
JFET (Junction Field-Effect Transistor)
Depletion
Enhancement
Это не ключ
Транзистор не насыщается

12.

Полевой транзистор с индуцированным каналом
MOSFET
Ну и как этот транзистор открыть?

13.

Полевой транзистор с индуцированным каналом
MOSFET
Более точная структура
Подложка
Основные носители
Неосновные носители

14.

Полевой транзистор с индуцированным каналом
MOSFET
0

15.

Полевой транзистор с индуцированным каналом
MOSFET
+

16.

Полевой транзистор с индуцированным каналом
MOSFET
+2

17.

Полевой транзистор с индуцированным каналом
MOSFET
+4
Инверсия типа проводимости

18.

Полевой транзистор с индуцированным каналом
MOSFET
+4
Индуцированный канал

19.

Полевой транзистор с индуцированным каналом
MOSFET
+4

20.

Полевой транзистор с индуцированным каналом
MOSFET
+
Смещенная парабола
Только режим обогащения
Enhancement mode

21.

Полевые транзисторы
Типы
-/+
+/-
+
0
0
+
+
MOSFET
0
0
JFET
p-channel
0
+
+
n-channel
+
+
0
-
0
Enhancement
MOSFET
0
Enhancement
MOSFET
Полевой транзистор с
индуцированным каналом

22.

Полевой транзистор - развитие
MOSFET
FinFET (3D MOSFET)
http://ieeexplore.ieee.org/ieee_pilot/articles/96jproc02/96jproc02-appenzeller/article.html

23.

Комплементарная пара полевых транзисторов
+
+
0
0

24.

КМОП логика. Инвертор.
p-channel
0
+
n-channel
+
0
Передаточная характеристика симметрична,
т.к. транзисторы комплементарны!

25.

КМОП логика. Питание и логические уровни.
Напряжение питания Ucc может меняться в широких пределах.
Передаточная характеристика будет просто масштабироваться.
КМОП уровни
Uin0
(0÷30%)Ucc
Uin1
(70÷100 %) Ucc
Uout0
0 В
Uout1
Ucc

26.

КМОП логика. Основные логические элементы.
Инвертор
Сравните с инвертором ТТЛ

27.

КМОП логика. Основные логические элементы.
2 ИЛИ-НЕ
2 NOR
B
A
Q
0
0
1
0
1
0
1
0
0
1
1
0

28.

КМОП логика. Основные логические элементы.
2 И-НЕ
2 NAND
B
A
Q
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
0

29.

КМОП логика. Потребление.
Pd (Power Dissipation)