Ενημερώσου Τώρα: 210 300 7969|info@korelkodistance.gr
//Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Ψηφιακές Λογικές Οικογένειες CMOS

Ολοκληρωμένα Κυκλώματα και Ψηφιακές Λογικές Οικογένειες CMOS

Τα τρανζίστορ τύπου MOS είναι μονοπολικά τρανζίστορ που η λειτουργία τους στηρίζεται στη ροή ενός μόνο τύπου φορέα φορτίου που μπορεί να είναι ηλεκτρόνια (n-καναλιού) ή οπές (p-καναλιού). Έτσι, τα χωρίζουμε σε NMOS και PMOS ανάλογα με το είδος καναλιού που αποτελείται. Έτσι, οι ψηφιακές λογικές οικογένειες των συμπληρωματικών MOS (CMOS), ουσιαστικά αποτελούνται από ένα PMOS και ένα NMOS τρανζίστορ κατασκευασμένα πάνω στο ίδιο υπόστρωμα και συνδεδεμένα με κάποιο συγκεκριμένο τρόπο, έτσι ώστε η πηγή του τρανζίστορ p-καναλιού να συνδέεται με τη τάση VDD και η πηγή του n-καναλιού τρανζίστορ με τη γείωση του εξαρτήματος. Το βασικότερο από όλα τα κυκλώματα είναι ο αντιστροφέας στον οποίο όταν η είσοδός του είναι χαμηλή τότε και οι δύο πύλες είναι στο δυναμικό της γείωσης. Οπότε, όταν το PMOS αντιστοιχεί σε δυναμικό  – VDD, το NMOS είναι στα 0V.

  1. Χαρακτηριστικά CMOS transistors

Tα χαρακτηριστικά λειτουργίας των CMOS είναι τα παρακάτω:

  • Ισχύς: Η κατανάλωση ισχύος ενός λογικού κυκλώματος CMOS εξαρτάται από την κατάσταση που βρίσκεται (στατική ή μη). Έτσι, όταν το κύκλωμα βρίσκεται σε στατική κατάσταση η ισχύς που καταναλώνει είναι πολύ μικρή 0.01Watt, και γι’ αυτό το λόγο έχουμε μεγάλη πυκνότητα εξαρτημάτων στη μορφή των ολοκληρωμένων κυκλωμάτων ICs.
  • Καθυστέρηση διάδοσης (propagation delay): Ορίζεται ως η μέση τιμή του χρόνου ανόδου και του χρόνου καθόδου. Tpd=1/2(Ton+Toff). Αυτού του είδους η καθυστέρηση έχει ως αποτέλεσμα τη μη ορθή λειτουργία συστημάτων που κάνουν διάφορες λογικές πράξεις με διαφορετικό αριθμό πυλών για την κάθε πράξη. Η τροφοδότηση ενός κυκλώματος, ή ενός εξαρτήματος από CMOS κυμαίνεται από 3V – 18V, με συνηθέστερη τάση VDD στα 5V. Δίνοντας μεγαλύτερη τάση τροφοδοσίας μειώνεται η καθυστέρηση διάδοσης, διότι οδηγούμε το εξάρτημα σε διαφορετική ενεργειακή κατάσταση. Τα σφάλματα των πράξεων διορθώνονται με τη σκόπιμη τοποθέτηση εξαρτημάτων, όπως buffer ή περισσότερων πυλών στο μονοπάτι με τις λιγότερες πύλες.
  • Ικανότητα οδήγησης (FANIN, FANOUT): Όταν φτιάχνουμε ένα κύκλωμα, μία πύλη μπορεί να συνδεθεί με πολλές περισσότερες για κάποιο μεγαλύτερο κύκλωμα, μέχρι βέβαια ενός κάποιου μέγιστου αριθμού. Αν μιλάμε για πύλες με transistors,όπως φαίνεται στο παρακάτω σχήμα, τότε πρέπει ο αριθμός των πυλών Ν που ακολουθούν να είναι μικρότερος από: Ν<βmin-(Rb/Rc).

 

 

  1. Χαρακτηριστικά στατικών πυλών CMOS:
  • Υψηλά σημάδια θορύβου (Τα και  είναι στα  και , αντίστοιχα).
  • Καθόλου στατική κατανάλωση ισχύος μιας και δεν υπάρχει άμεση επικοινωνία μεταξύ  και () σε λειτουργία σταθερής κατάστασης.
  • Συγκρίσιμους χρόνους αλλαγής κατάστασης.
  • Μεγάλο «fan out» (ικανότητα οδήγησης).

Ο συνδυασμός δύο συστημάτων pullup network (PUN) και pulldown network (PDN) μας δίνει μια στατική CMOS πύλη. Τα συστήματα αυτά πρέπει να είναι σχεδιασμένα έτσι ώστε ένα από αυτά να άγει σταθερή κατάσταση. Τέλος το PUK αποτελείται από PMOS τρανζίστορ και προσφέρει ανάλογη ένωση στη , ενώ το PDN ενώνει περιοδικά την έξοδο στη  και περιέχει μόνο ΝMOS συσκευές. Επίσης ίδιους χρόνους αλλαγής κατάστασης αυτών των συστημάτων έχουμε όταν υπάρχει όμοια ικανότητα οδήγησης.

 

 

Κατά την κατασκευή των συστημάτων αυτών πρέπει να λάβετε προσοχή τα εξής:

  • Ένα τρανζίστορ (ΝMOS ή PMOS) μπορεί να θεωρηθεί ως ένας διακόπτης που ελέγχεται από το σήμα της πύλης του.
  • Ένας NMOS διακόπτης κλείνει όταν το σήμα είναι υψηλό, ενώ ένας PMOS διακόπτης όταν το σήμα είναι χαμηλό.
  • To PDN αποτελείται από NMOS συσκευές, ενώ το PUN από PMOS. Αυτό, γιατί τα NMOS τρανζίστορ παράγουν «δυνατά μηδενικά» και τα PMOS «δυνατούς άσσους».
  • Μία σειρά σειριακών ενώσεων διακοπτών αντιστοιχεί σε μία λειτουργία AND και μία παραλλήλων σε λειτουργία OR.
  • Τα PDN και PUN συστήματα είναι dual, πράγμα που σημαίνει ότι μία παράλληλη ένωση τρανζίστορ στο PUN, αντιστοιχεί σε λογικά κυκλώματα χωρίζονται σε ακολουθιακά και συνδυαστικά. Τα πρώτα με τη σειρά τους χωρίζονται σε σύγχρονα και ασύγχρονα. Στα ακολουθιακά κυκλώματα είναι εκείνα τα οποία η έξοδός τους εξαρτάται από τις αξίες των εισόδων του. Τα μεν σύγχρονα οι αλλαγές καταστάσεων υπακούν σε ένα σήμα ρολογιού ενώ στα ασύγχρονα οι αλλαγές γίνονται από τις αξίες εισόδου μετά από κάποια καθυστέρηση. μια σειριακή των αντιστοίχων συσκευών στο PDN και το αντίστροφο. (Η dual σχέση των δυο συστημάτων είναι ικανοποιητική αλλά όχι απαραίτητη).
By |2019-01-21T15:25:07+00:00Ιανουάριος 21st, 2019|ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ|0 Comments