IGIÁIS ENIK II r. ovassy Rita r. Pődör álint Óbudai Egyetem KVK Mikroelektronikai és echnológia Intézet 0. EŐÁS OGIKI ÁRMKÖRÖK II MOS ÉS MOS Z EŐÁS ÉS NNG z előadások Rőmer Mária: igitális rendszerek áramkörei 95-22 old. Zsom Gyula: igitális technika II 266-3 old. Gál ibor: igitális rendszerek I és II 0-5 old. ieze U., Schenk h: nalóg és digitális áramkörök 267-294 old. Kovács songor: igitális elektronika 27-54 old. aizmann-varga-zoltai: Elektronikus áramkörök 587 596 old. c. könyvein, jegyzetein alapulnak 2 ÉRVEZÉRÉSŰ RNZISZOR (FE) Két fő típus:. MOS tranzisztor, MOS tranzisztoros áramkörök 2. MOS ogic: MOS technológián alapuló MOS tranzisztoros logikai áramkörök Záróréteges térvezérlésű tranzisztor (Junction Field Effect ransistor, JFE) Szigetelt kapuelektródás térvezérlésű tranzisztor (Metal-Insulator Semiconductor FE, MISFE), ennek a gyakorlatban legfontosabb realizációja a Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect ransistor, MOSFE. 3 4 N-MOS OGIK MOS KPSOÁSOK: NOR KPU Inverter NEM-ÉS kapu NEM-VG kapu N-MOS technológiát csak nagybonyolultságú integrált áramkörök készítésénél használják, pl. kapuk készítésére nem. 5 MOS kapcsolástechnika egyszerű, a meghajtó tranzisztorok határozzák meg a funkciót. Még bonyolultabb funkciónál is elég egy terhelő tranzisztor. 6
MOS KPSOÁSOK: NN KPU MOS RNZISZORPÁR: MOS MOS (complementary MOS) alapáramkör: inverter n- és p- MOS tranzisztor PMOS + tápfeszültségre kötve, felhúzza a kimeneti feszültséget, ha a bemenet 0. NMOS földpontra (GN) kötve, lehúzza a kimeneti feszültséget, ha a bemenet. 7 8 MOS INVERER MŰKÖÉSE MOS INVERER RNSZFER KRKERISZIK a a bemenet =, a kimenet = 0 a a bemenet = 0, a kimenet = U dd U dd 0 + 0 9 0 5 V ÁPFESZÜSÉGŰ MOS KPU RNSZFER KRKERISZIK Jelentősebb áramfelvétel csak akkor lép fel, amikor a kapu az egyik állapotból a másikba kapcsol át. Ekkor az egyik tranzisztor még nem zárt le teljesen és a másik vezetni kezd. tápáramfogyasztás un. ÁRMÜSKÉVE növekszik. Fő előnyök MOS OGIKI ÁRMKÖRÖK - MOSFE igényli a legkevesebb helyet a Si lapka felületén - MOSFE a legkevesebb lépésben gyártható - Állandósult állapotban nem igényel vezérlő teljesítményt, tápáramfelvétele pedig zérus, rendkívül kis áramfogyasztás - ápfeszültség széles határok között változhat Nincs szükség ellenállásra Nagy zavarvédettség 2 2
MOS INVERER ESŐ FEÉPÍÉSE (4000 SOROZ) U 2 pfe Q 3 2 nfe diódák a túlfeszültség ellen védik a belső áramkört. Q 3 Küszöbszint 0,0 MOS FESZÜSÉGSZINEK Kimeneten: emeneten: U 4,9 2/3 U 3,3 /2 U,57V /3 U MOS logikai feszültség szintek +5 V tápfeszültségnél. Szimmetria okokból a küszöb szint mindig a tápfeszültség felénél van. 4 MOS FESZÜSÉGSZINEK MOS PKPUK MOS áramkörök tápfeszültsége +3 és +5 V közötti értékeket vehet fel. Egy kapu terjedés-késleltetési ideje átlagosan 25 nsec, és a nyugalmi teljesítményfelvétel 50nW körül van. 5 INVERER NEM-VG (NOR) NEM-ÉS (NN) 6 MOS GES: N, OR MOS OU N gate OR gate = = + 7 Inverter NN NOR 3
MOS OMPE KPUK ÉS ÁRMKÖRÖK: ÁÁNOS EV + U... N U PMOS IRUI NMOS IRUI f(,,...n) f(,,...n) he upper (load) network and the lower (control) network are duals of each other PÉ ÖSSZEE FÜGGVÉNRE omplement for PMOS= (+). (+). (+(.)). (+((+).)) f(,,,) =. +. +.(+) +.(.+) f(,,,) 20 Példa: KIZÁRÓ-VG (OR) EJES ÖSSZEÓ MOS ENOÓGIÁN z átvitel és az összeg függvényének legegyszerűbb alakja _ S = ( + ) + ( + ) out = + ( + ) MOS megvalósítás egyszerű, összesen 34 tranzisztort igényel. átrányos, hogy a kapcsolás az S (összeg) képzéséhez a bementi változók negált értékeit is használja. 2 EJES ÖSSZEÓ MOS IMPEMENÁÁS negált bemenetek használata az alábbi algebrai átalakítással kiküszöbölhető, először a out átvitelt kell kiszámítani, és annak negáltját használjuk az összeg kiszámítására MOS EJES ÖSSZEÓ OGIKI VÁZ out = + ( + ) S = ( + + ) out + Ekkor megnő az összeg késletetése, de ez párhuzamos összeadásnál nem számít, mivel az átvitel terjedése határozza meg a művelet idejét. out = + ( + ) S = ( + + ) out + 24 4
EJES ÖSSZEÓ MOS IMPEMENÁÁS V MOS SI RS FIP-FOP V V S V o Set and Reset: with pull-down transistors. Flipping occurs by brute force. out = + ( + ) S = ( + + ) out + 28 tranzisztor OKE MOS FIP-FOP ZFÍRR NÖVESZE SZIÍIUM (SOS) MOS RNZISZOR Működési sebessége egy nagyságrenddel nagyobb, mint a Si alapú MOS áramköröké. Jelentősen csökken az áramkör nyugalmi áramfelvétele. z áramköri elemek felületi sűrűsége kb. 4-szer nagyobb mint a hagyományos MOS áramkörök esetén. IPOÁRIS ÉS MOS RNZISZOR ÖSSZESONÍÁS Jellemző ipoláris MOS eljesítményfelvétel közepes igen kicsi Kapcsolási idő nagyon kicsi relatíve kicsi emeneti ellenállás kicsi nagyon nagy erhelhetőség jó nagyon jó Zaj kicsi nagyon kicsi Gyártástechnológia bonyolultabb egyszerűbb Integrálhatóság foka elvileg gyengébb igen magas fokú 29 Kimeneten: 2, 0, ÉS MOS IESZÉSE emeneten: 0,8V Kimeneten: emeneten: 4,9 U 2/3 U 3,3 Küszöbszint /2 U,57V /3 U 0,0 Ma használatos áramkörökben chipen, illetve tokon belül megoldva. Manapság a MOS logikai áramkörök tápfeszültsége általában, mely esetben a logikai 30 szintek lényegében kompatibilisek a áramkörökével és az SI áramkörökével. 5