Кмоп микросхемы и их применение. КМОП микросхемы: особенности, применение и роль в современной электронике

Что такое КМОП микросхемы. Какие у них преимущества и недостатки. Где применяются КМОП микросхемы. Как работают КМОП микросхемы. Почему КМОП микросхемы стали стандартом в цифровой электронике.

Что такое КМОП микросхемы и как они устроены

КМОП (комплементарная структура металл-оксид-полупроводник) — это технология производства полупроводниковых микросхем, основанная на использовании полевых транзисторов с изолированным затвором двух типов проводимости. Ключевые особенности КМОП микросхем:

• Используются комплементарные пары МОП-транзисторов (n-канальный и p-канальный)
• Очень низкое энергопотребление в статическом режиме
• Высокая помехоустойчивость
• Широкий диапазон напряжений питания (обычно от 3 до 15 В)
• Высокая степень интеграции элементов на кристалле

В основе КМОП лежит базовый логический элемент — инвертор, состоящий из двух комплементарных МОП-транзисторов. Такая структура обеспечивает очень низкое потребление энергии в статическом состоянии.

Преимущества КМОП микросхем перед другими технологиями

КМОП технология имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с биполярными микросхемами:

• Сверхнизкое энергопотребление в статическом режиме
• Высокая помехоустойчивость
• Широкий диапазон напряжений питания
• Простота изготовления и низкая стоимость производства
• Высокая плотность элементов на кристалле
• Возможность создания как аналоговых, так и цифровых схем

Эти преимущества сделали КМОП доминирующей технологией в производстве современных цифровых микросхем.

Области применения КМОП микросхем

Благодаря своим уникальным свойствам КМОП микросхемы нашли широчайшее применение в различных областях электроники:

• Микропроцессоры и микроконтроллеры
• Оперативная и постоянная память
• Логические элементы и цифровые схемы
• Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи
• Датчики изображения (КМОП-матрицы)
• Микросхемы для мобильных устройств
• Радиочастотные схемы

КМОП технология стала стандартом де-факто в производстве цифровых интегральных схем.

Принцип работы базового КМОП-элемента

Базовым элементом КМОП-схем является инвертор, состоящий из двух комплементарных МОП-транзисторов. Принцип его работы:

1. При низком входном напряжении открыт p-канальный транзистор, а n-канальный закрыт. На выходе формируется высокий уровень.
2. При высоком входном напряжении открывается n-канальный транзистор, а p-канальный закрывается. На выходе формируется низкий уровень.
3. В статическом состоянии всегда один из транзисторов закрыт, поэтому ток через схему не протекает.

Такая структура обеспечивает очень низкое энергопотребление в статическом режиме и высокое быстродействие при переключениях.

Особенности проектирования схем на КМОП микросхемах

При разработке устройств на КМОП микросхемах необходимо учитывать ряд важных особенностей:

• Высокое входное сопротивление. Необходимо подключать неиспользуемые входы к шинам питания.
• Чувствительность к статическому электричеству. Требуются меры защиты при монтаже.
• Возможность работы в широком диапазоне напряжений питания.
• Низкая нагрузочная способность выходов. Может потребоваться дополнительная буферизация.
• Риск возникновения тиристорного эффекта при неправильном включении.

Учет этих нюансов позволяет в полной мере реализовать преимущества КМОП технологии.

Перспективы развития КМОП технологии

КМОП остается основной технологией производства цифровых микросхем, но продолжает активно развиваться:

• Уменьшение топологических норм до единиц нанометров
• Применение новых материалов (high-k диэлектрики, металлические затворы)
• 3D-компоновка кристаллов
• Оптимизация энергопотребления
• Интеграция оптических компонентов на кристалле

Эти инновации позволяют и дальше повышать степень интеграции, быстродействие и энергоэффективность КМОП микросхем.

Сравнение КМОП и биполярных технологий

КМОП и биполярная технология имеют свои сильные и слабые стороны:

Параметр	КМОП	Биполярная
Энергопотребление	Очень низкое	Высокое
Быстродействие	Высокое	Очень высокое
Плотность элементов	Высокая	Средняя
Диапазон питания	Широкий	Узкий
Помехоустойчивость	Высокая	Средняя

В большинстве применений преимущества КМОП оказываются более существенными, что обусловило доминирование этой технологии.

Микросхемы КМОП (CMOS). Что такое и зачем нужны?

Наглядный пример тому, как всё сложно запутанно в определении приоритетов научно-исследовательских работ, это микросхемы КМОП и их появление на рынке.

Дело в том, что полевой эффект, который лежит в основе МОП-структуры был открыт ещё в конце 20-х годов прошлого века, но радиотехника тогда переживала бум вакуумных приборов (радиоламп) и эффекты, обнаруженные в кристаллических структурах, были признаны бесперспективными.

Затем в 40-е годы практически заново был открыт биполярный транзистор, а уже потом, когда дальнейшие исследования и усовершенствования биполярных транзисторов показали, что это направление ведёт в тупик, учёные вспомнили про полевой эффект.

Так появился МОП-транзистор, а позднее КМОП-микросхемы. Буква К

в начале аббревиатуры означает комплементарный, то есть дополняющий. На практике это означает, что в микросхемах применяются пары транзисторов с абсолютно одинаковыми параметрами, но один транзистор имеет затвор n-типа, а другой транзистор имеет затвор p-типа. На зарубежный манер микросхемы КМОП называют CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor). Также применяются сокращения КМДП, К-МОП.

Среди обычных транзисторов примером комплементарной пары являются транзисторы КТ315 и КТ361.

Сначала на рынке радиоэлектронных компонентов появилась серия К176 основанная на полевых транзисторах, и, как дальнейшее развитие этой серии, была разработана ставшая очень популярной серия К561. Эта серия включает в себя большое количество логических микросхем.

Поскольку полевые транзисторы не так критичны к напряжению питания, как биполярные, эта серия питается напряжением от +3 до +15V. Это позволяет широко использовать эту серию в различных устройствах, в том числе и с батарейным питанием. Кроме того, устройства собранные на микросхемах серии К561, потребляют очень маленький ток. Да и не мудрено, ведь основу КМОП-микросхем составляет полевой МДП-транзистор.

Например, микросхема К561ТР2 содержит четыре RS-триггера и потребляет ток 0,14 mA, а аналогичная микросхема серии К155 потребляла минимум 10 – 12 mA. Микросхемы на КМОП структурах обладают очень большим входным сопротивлением, которое может достигать 100 МОм и более, поэтому их нагрузочная способность достаточно велика. К выходу одной микросхемы можно подключить входы 10 – 30 микросхем. У микросхем ТТЛ такая нагрузка вызвала бы перегрев и выход из строя.

Поэтому конструирование узлов на микросхемах с применением КМОП транзисторов позволяет применять более простые схемные решения, чем при использовании микросхем ТТЛ.

За рубежом наиболее распространённый аналог серии К561 маркируется как CD4000. Например, микросхеме К561ЛА7 соответствует зарубежная CD4011.

Используя микросхемы серии К561, не следует забывать о некоторых нюансах их эксплуатации. Следует помнить, что хотя микросхемы работоспособны в большом диапазоне напряжений, при снижении напряжения питания падает помехоустойчивость, а импульс слегка «расползается». То есть чем напряжение питания ближе к максимуму, тем круче фронты импульсов.

На рисунке показан классический базовый элемент (вентиль), который осуществляет инверсию входного сигнала (элемент НЕ). То есть если на вход приходит логическая единица, то с выхода снимается логический ноль и наоборот. Здесь наглядно показана комплементарная пара транзисторов с затворами «n» и «p» типов.

На следующем рисунке показан базовый элемент 2И – НЕ. Хорошо видно, что резисторы, которые присутствуют в аналогичном элементе ТТЛ микросхемы, здесь отсутствуют. Из двух таких элементов легко получить триггер, а из последовательного ряда триггеров прямая дорога к счётчикам, регистрам и запоминающим устройствам.

При всех положительных качествах интегральных микросхем серии К561 у них, конечно, есть и недостатки. Во-первых, по максимальной рабочей частоте КМОП микросхемы заметно уступают микросхемам с другой логикой и работающей на биполярных транзисторах.

Частота, на которой уверенно работает серия К561, не превышает 1 МГц. Для согласования микросхем основанных на МОП структурах с другими сериями, например, ТТЛ, применяются преобразователи уровня К561ПУ4, К561ЛН2 и другие. Эти микросхемы также синхронизируют быстродействие, которое у разных серий может отличаться.

Но самый большой недостаток микросхем на комплементарных МОП структурах, это сильнейшая чувствительность микросхемы к статическому электричеству. Поэтому на заводах и лабораториях оборудуются специальные рабочие места. На столе все работы производятся на металлическом листе, который подключён к общей шине заземления. К этой шине подключается и корпус паяльника, и металлический браслет, одеваемый на руку работнику.

Некоторые микросхемы поступают в продажу упакованные в фольгу, которая закорачивает все выводы между собой. При работе в домашних условиях также необходимо найти возможность для стекания статического заряда хотя бы на трубу отопления. При монтаже первыми распаиваются выводы питания, а уже затем все остальные.

Главная &raquo Цифровая электроника &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

• Эксперименты с RS-триггером.

• Основы цифровой электроники.

• Как работает D-триггер?

 

Особенности применения КМОП микросхем

Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: Археология Биология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Техника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ? Влияние общества на человека Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 116Следующая ⇒ Первой и основной особенностью КМОП микросхем является большое входное сопротивление этих микросхем. В результате на вход этой цифровой микросхемы может наводиться любое паразитное напряжение, в том числе и равное половине напряжения питания, и храниться на нем достаточно долго. При подаче на вход КМОП микросхемы половины напряжения питания открываются транзисторы, как в верхнем, так и в нижнем плече выходного каскада микросхемы, в результате микросхема начинает потреблять недопустимо большой ток и в результате может выйти из строя. Поэтому входы цифровых КМОП микросхем ни в коем случае нельзя оставлять неподключенными. Второй особенностью КМОП микросхем является то, что они могут работать при отключенном питании (если подавать на входы этих микросхем логические сигналы). Однако работают они в таком режиме чаще всего неправильно. Эта особенность связана с конструкцией входного каскада КМОП микросхем. Конструкция КМОП инвертора приведена на рис. 3.18, а полная схема КМОП инвертора с учетом защитных и паразитных диодов приведена на рис. 3.19. Рис.3.18. Конструкция КМОП инвертора Рис.3.19. Полная схема КМОП инвертора. К сожалению, каждое преимущество КМОП микросхем при определенных условиях может оказаться недостатком. Так как сопротивление изоляции затвора МОП транзистора очень велико, то на затворе может наводиться очень высокий статический потенциал. Этим потенциалом изоляция затвора транзистора может быть пробита. Поэтому для защиты входного каскада от пробоя статическим электричеством в схему базового элемента были введены диоды VD1 и VD2. Это приводит к тому, что при подаче на вход микросхемы высокого потенциала он через диод VD1 попадет на шину питания микросхемы, и так как КМОП микросхема потребляет достаточно малый ток, то она начнет работать. Однако в ряде случаев тока для надежной работы схемы может не хватить. В результате микросхема может работать неправильно. Вывод: при неправильной работе микросхемы тщательно проверьте питание микросхемы, особенно выводы корпуса. При плохо пропаянном выводе корпуса микросхемы его потенциал будет отличаться от потенциала общего провода схемы. Третья особенность работы КМОП микросхем связана с существованием паразитных диодов VD3 и VD4 (см. рис. 3.19). Эти диоды, при неправильно подключенном источнике питания, могут быть пробиты (микросхемы ТТЛ выдерживают кратковременную переполюсовку питания). Для защиты микросхем от переполюсовки питания следует в цепи питания предусмотреть защитный диод. Это относится и к ТТЛ микросхемам. Четвертая особенность КМОП микросхем — это протекание импульсного тока по цепи питания при переключении микросхемы из нулевого состояния в единичное и наоборот. В результате при замене ТТЛ микросхем на аналогичные КМОП микросхемы резко увеличивается уровень помех. В ряде случаев это важно, и приходится отказываться от применения КМОП микросхем в пользу ТТЛ или BICMOS. Еще одно неприятное явление в КМОП микросхемах связано с паразитными структурами, образующимися в полупроводнике. Если внимательно посмотреть на рис. 3.18, то можно увидеть, что между источником питания и корпусом образуется паразитная p‑n‑p+-n структура. При превышении напряжения на входе микросхемы над напряжением питания в n карман может инжектироваться достаточное количество дырок для того, чтобы этот n карман исчез. В результате через микросхему будет протекать ничем не ограниченный ток. Теперь уже этот ток будет инжектировать в n‑карман дополнительные положительные заряды. Процесс становится неуправляемым и может быть прекращен только снятием напряжения питания. Это явление получило название защелкивания. К подобному эффекту может привести подача на вход микросхемы отрицательного напряжения. Поэтому при проектировании схемы цифрового блока следует принимать меры для того, чтобы напряжение на входе микросхемы находилось в пределах от потенциала общего провода до напряжения питания. ⇐ Предыдущая234567891011Следующая ⇒ Читайте также:  Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Рынок недвижимости. Сущность недвижимости Решение задач с использованием генеалогического метода История происхождения и развития детской игры 

Последнее изменение этой страницы: 2017-02-07; просмотров: 506; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь — 161.97.168.212 (0. 003 с.)

Микросхемы и их взаимодействие при эпилепсии: фокус не в фокусе?

Обзор

. 2015 март; 18 (3): 351-9.

doi: 10.1038/nn.3950.

Жанна Т Паз ¹ , Джон Р. Хьюгенард ²

Принадлежности

• ¹ Институты Гладстона и Калифорнийский университет, Сан-Франциско, Калифорния, США.
• ² Отделение неврологии и неврологических наук, Медицинская школа Стэнфордского университета, Стэнфорд, Калифорния, США.

• PMID: 25710837
• PMCID: PMC4561622
• DOI: 10. 1038/нн.3950

Бесплатная статья ЧВК

Обзор

Jeanne T Paz et al. Нат Нейроски. 2015 март

Бесплатная статья ЧВК

. 2015 март; 18 (3): 351-9.

doi: 10.1038/nn.3950.

Авторы

Жанна Т Паз ¹ , Джон Р. Хьюгенард ²

Принадлежности

• ¹ Институты Гладстона и Калифорнийский университет, Сан-Франциско, Калифорния, США.
• ² Отделение неврологии и неврологических наук, Медицинская школа Стэнфордского университета, Стэнфорд, Калифорния, США.

• PMID: 25710837
• PMCID: PMC4561622
• DOI: 10.1038/нн.3950

Абстрактный

Эпилептические припадки представляют собой дисфункциональные нейронные сети, в которых преобладает чрезмерная и/или гиперсинхронная активность. Недавний прогресс в этой области выявил две концепции, касающиеся механизмов возникновения припадков или ихтогенеза. Во-первых, все припадки, даже те, которые связаны с тем, что исторически считалось «первично-генерализованной» эпилепсией, по-видимому, возникают в локальных микросхемах, а затем распространяются из этой начальной иктогенной зоны. Во-вторых, приступы распространяются по мозговым сетям и задействуют микросхемы в дистальных узлах, и этот процесс можно ослабить или даже прервать путем подавления активности в таких узлах. Мы описываем различные мотивы микросхем, уделяя особое внимание тому, который в целом связан с несколькими эпилепсиями: упреждающее торможение. Кроме того, мы обсуждаем, как в динамической сети, в которой распространяются припадки, сосредоточение внимания на «удушающих точках» контура, удаленных от места инициации, может быть столь же важным, как и на начальной дисфункции, «фокусе» припадка.

Цифры

Рисунок 1. Мотивы микросхем, дисфункции которых имеют…

Рисунок 1. Мотивы микросхем, дисфункции которых выявлены при эпилепсии

Упреждающее торможение : возбуждающее…

Рис. 1. Мотивы микросхем, дисфункции которых выявлены при эпилепсии.

Упреждающее торможение : возбуждающие входы из удаленных областей мозга задействуют местные тормозные сети, которые контролируют силу эфферентного сигнала; Ингибирование с обратной связью : локальная активация тормозных нейронов создает локальную рекуррентную возбуждающую активность; Противодействие торможению : локальные связи между тормозными нейронами формируют сетевой тормозной выход; Рекуррентное возбуждение : основной способ связи в корковых сетях; Фиолетовый и красный представляют собой возбуждающие глутаматергические и тормозные ГАМКергические нейроны соответственно на этом и всех последующих рисунках.

Рисунок 2. Упреждающее торможение в коре и…

Рис. 2. Упреждающее торможение в корковых и таламических микросхемах

( a ) Внешние возбуждающие проекции…

Рис. 2. Упреждающее торможение в корковых и таламических микросхемах

( a ) Внешние возбуждающие проекции из областей за пределами локальных корковых сетей задействуют прямое торможение. Кортикальные межпочвенные или таламические входы в кору приводят к более сильной активации парв-клеток FS, чем возбуждающих звездчатых и пирамидных клеток, что вызывает сильное прямое ингибирование возбуждающих клеток. В случае потери этого упреждающего торможения (ластик*) таламические входы в кору активируют эпилептиформную активность в модели неокортексной микроизвилины фокальной неокортексной эпилепсии (нижние многоэлементные и локальные полевые записи). ( b ) Возбуждающие входы от коры к таламусу приводят к более сильной активации тормозных интернейронов, что вызывает сильное прямое торможение промежуточных возбуждающих нейронов. Потеря упреждающего торможения (ластик*) была связана с моделью абсансной эпилепсии у мышей gria4 ^-/- (множественные записи) Черный кружок: электрическая стимуляция возбуждающих афферентов. Сх, кора; parv, парвальбумин-положительный интернейрон; Pyr, пирамидальный нейрон; RT, ретикулярный таламический нейрон; св, звездчатый; TC, таламокортикальный нейрон.

Рисунок 3. Обратное торможение в коре и…

Рис. 3. Обратное торможение в корковых и таламических микросхемах

( a ) В коре головного мозга…

Рис. 3. Обратное торможение в корковых и таламических микросхемах

( a ) В коре тормозные интернейроны СОМ обеспечивают обратное торможение возбуждающих их пирамидных нейронов. Потеря этого торможения (ластика*) связана с височной эпилепсией (ВЭЛ). ( b ) В соматосенсорном таламусе тормозные интернейроны обеспечивают надежное обратное торможение нейронов TC, которые их возбуждают. Увеличение ингибирования обратной связи (вес гантели *) золпидемом или клоназепамом у мышей α3h226R (не показано), которое специфически влияет на связи RT-TC, но не RT-RT, усиливает эпилептиформные колебания. Пирамидальный; SOM, соматостатин-положительный; RT, ретикулярный таламический нейрон; TC, таламокортикальный нейрон.

Рисунок 4. Контрторможение в гиппокампе и таламике…

Рисунок 4. Контрторможение в гиппокампальных и таламических микросхемах

( a ) Блокировка между FS парв…

Рисунок 4. Контрторможение в гиппокампальной и таламической микросхемах

( a ) Ингибирование между клетками FS parv в гиппокампе может усиливать гамма-ритмичность. Предполагается, что увеличение этого торможения (веса*) усиливает сетевую синхронность, связанную с эпилепсией. ( b ) Ингибирование между RT-нейронами в таламусе десинхронизирует колебания таламической сети между TC и RT-клетками. Потеря контрингибирования RT-RT (ластик*) у мышей β3 ^-/- усиливает синхронность внутриталамической сети и связана с эпилепсией. RT, ретикулярный таламический нейрон; TC, таламокортикальный нейрон.

Рисунок 5. Периодическое возбуждение в коре и…

Рисунок 5. Периодическое возбуждение в коре и гиппокампе

( a ) Периодическое возбуждение между пирамидными…

Рисунок 5. Рекуррентное возбуждение в коре и гиппокампе

( a ) Рецидивирующее возбуждение между пирамидными возбуждающими клетками (массами*) развивается после поражения неокортекса и участвует в эпилептиформной активности в модели фокальной неокортикальной эпилепсии с подрезанием. Нижние кривые: локальные записи потенциалов эпилептиформного поля от поврежденного неокортекса, вызванные электрической стимуляцией (черный кружок). ( b ) В пилокарпиновой модели височной эпилепсии развивается эктопическое рекуррентное возбуждение (масса*) между пресинаптическими возбуждающими нейронами зубчатых, воротных и СА3 и постсинаптических гранулярных клеток гиппокампа. Внизу: карты связности, основанные на возбуждении возбуждающих постсинаптических токов, вызванных фотоотключением глутамата в срезах мышей контрольной группы и мышей с эпилепсией (TLE).

Рисунок 6. Схема терапии: фокус на удушье…

Рисунок 6. Схема терапии: сосредоточьтесь на узких местах

(а) Таламус является узким местом…

Рисунок 6. Циркуляционная терапия: сосредоточьтесь на узких местах

(a) Таламус является местом возникновения эпилептических припадков при постинсультной эпилепсии. Обратите внимание, что точка удушья (вспышка: таламус) удалена от начальной дисфункции (красная вспышка), которая представляет собой инсульт в коре головного мозга. ( b ) Субталамус (STN) является эффективным блоком патологических колебаний контура при болезни Паркинсона. Обратите внимание, что точка удушья (черная вспышка: STN) удалена от начальной дисфункции (желтая вспышка), которая возникает в результате дегенерации дофаминергических клеток (допамина), выступающих из компактной черной субстанции (SNC) в полосатое тело. ( c ) Контралатеральный гиппокамп является контрольной точкой для контроля эпилептической активности ипсилатерального гиппокампа. ( d ) STN и SNR являются узкими местами для импульсных разрядов, связанных с абсансной эпилепсией и генерируемых в соматосенсорной коре. Черные колебания: патологические колебания; Красная вспышка: первоначальная травма или оскорбление; Оранжевая вспышка: точка удушья для патологических колебаний сети. Другие сокращения: GPe: Внешний бледный шар; SNR: сетчатая часть черной субстанции. Пурпурные клетки/проекции: возбуждающие глутаматергические; Эритроциты/проекции: ингибирующая ГАМКергическая.

См. это изображение и информацию об авторских правах в PMC

Похожие статьи

• Явления синхронизации в эпилептических сетях мозга человека.

  Ленерц К., Бялонски С., Хорстманн М.Т., Круг Д., Роткегель А., Станик М., Вагнер Т. Ленертц К. и соавт. J Neurosci Методы. 2009 30 сентября; 183(1):42-8. doi: 10.1016/j.jneumeth.2009.05.015. Epub 2009 28 мая. J Neurosci Методы. 2009 г.. PMID: 19481573

• Предвестники припадков из-за специфических пространственно-временных модификаций развивающихся крупномасштабных эпилептических сетей мозга.

  Кольца Т., фон Вреде Р., Ленертц К. Кольца Т и др. Научный представитель 2019 г. 23 июля; 9 (1): 10623. doi: 10.1038/s41598-019-47092-w. Научный представитель 2019. PMID: 31337840 Бесплатная статья ЧВК.

• Функциональные взаимодействия в сетях мозга, лежащие в основе эпилептических припадков при двусторонней диффузной перивентрикулярной гетеротопии.

  Валтон Л., Гай М., МакГонигал А., Маркиз П., Вендлинг Ф., Режи Дж., Шовель П., Бартоломей Ф. Валтон Л. и др. Клин Нейрофизиол. 2008 Январь; 119 (1): 212-23. doi: 10.1016/j.clinph.2007.09.118. Epub 2007 26 ноября. Клин Нейрофизиол. 2008. PMID: 18032101

• Революция разрешения: динамика эпилепсии на микроуровне.

  Сабо Г.Г., Шнайдер С.Дж. , Солтеш И. Сабо Г.Г. и соавт. Курр Опин Нейробиол. 2015 Апр; 31: 239-43. doi: 10.1016/j.conb.2014.12.012. Epub 2015 14 января. Курр Опин Нейробиол. 2015. PMID: 25596364 Бесплатная статья ЧВК. Обзор.

• Функциональные и структурные сети мозга при эпилепсии: чему мы научились?

  ван Диссен Э., Дидерен С.Дж., Браун К.П., Янсен Ф.Е., Стам С.Дж. ван Диссен Э. и соавт. Эпилепсия. 2013 ноябрь; 54 (11): 1855-65. дои: 10.1111/эпи.12350. Epub 2013 13 сентября. Эпилепсия. 2013. PMID: 24032627 Обзор.

Посмотреть все похожие статьи

Цитируется

• Дискретные субикулярные цепи контролируют генерализацию приступов гиппокампа.

  Фей Ф., Ван Х., Сюй Ц. , Ши Дж., Гонг Ю., Ченг Х., Лай Н., Руан Ю., Дин Ю., Ван С., Чен З., Ван Ю. Фей Ф. и др. Нац коммун. 2022 25 августа; 13 (1): 5010. doi: 10.1038/s41467-022-32742-x. Нац коммун. 2022. PMID: 36008421 Бесплатная статья ЧВК.

• Блокировка потока нарушает транспорт жидкости, управляемый ресничками, в эпилептическом мозге.

  Фобель Р.Дж., Сантос Канеллас В.С., Гессер Дж., Белук Н.Х., Файнштейн Т.Н., Ван Ю., Янкова М., Карунакаран К.Б., Кинг С.М., Ганапатираю М.К., Ло К.В. Фобель Р.Дж. и соавт. Акта Нейропатол. 2022 окт;144(4):691-706. doi: 10.1007/s00401-022-02463-y. Epub 2022 18 августа. Акта Нейропатол. 2022. PMID: 35980457

• Усиление GAT-3 в астроцитах таламуса повышает устойчивость к травмам головного мозга у грызунов.

  Чо Ф.С., Вайнштейн И.Д., Воскобийник Ю., Морнингстар А.Р., Апарисио Ф., Хигашикубо Б., Цисельска А., Брукаарт Д.В.М., Анинк Дж.Дж., Ван Влит Э.А., Ю Х, Хах Б.С., Ароника Э., Молофски А.В., Паз Дж.Т. Чо Ф.С. и др. Sci Transl Med. 2022 6 июля; 14 (652): eabj4310. doi: 10.1126/scitranslmed.abj4310. Epub 2022 6 июля. Sci Transl Med. 2022. PMID: 35857628 Бесплатная статья ЧВК.

• Происхождение, развитие и синаптогенез корковых интернейронов.

  Льорка А., Деограсиас Р. Лорка А. и др. Фронтальные нейроски. 2022 27 июня; 16:929469. doi: 10.3389/fnins.2022.929469. Электронная коллекция 2022. Фронтальные нейроски. 2022. PMID: 35833090 Бесплатная статья ЧВК. Обзор.

• Дефицит нейроглобина повышает предрасположенность к судорогам, но не влияет на основное поведение мышей.

  Gøtzsche CR, Woldbye DPD, Hundahl CA, Hay-Schmidt A. Gøtzsche CR, et al. J Neurosci Res. 2022 Октябрь;100(10):1921-1932. doi: 10.1002/jnr.25105. Epub 2022 13 июля. J Neurosci Res. 2022. PMID: 35822521 Бесплатная статья ЧВК.

Просмотреть все статьи «Цитируется по»

Типы публикаций

термины MeSH

Грантовая поддержка

• R01 NS034774/NS/NINDS NIH HHS/США
• R01 NS090911/NS/NINDS NIH HHS/США

Чипы

CMOS представляют собой идеальное семейство логических схем. Элементная база различной логики: схемы, ттл, ттлш, кмоп

Логические уровни КМОП микросхем с 5-вольтовым питанием показаны на рис. 9.

Границы уровней логического нуля и единицы для КМОП микросхем с питанием пятивольтовый источник питания показан на рис. 10.

Рис. 10. Уровни логических сигналов на входе цифровых КМОП микросхем.

Из рисунка 10 видно, что запас рабочих уровней для обеспечения помехозащищенности у КМОП составляет более 1,1 В. Это почти в три раза больше, чем у ТТЛ.

При уменьшении напряжения питания границы логического нуля и логической единицы смещаются пропорционально изменению напряжения питания.

Семейства КМОП-микросхем

Первые КМОП-микросхемы не имели на входе защитных диодов, поэтому их установка представляла значительные трудности. Это семейство микросхем серии К172. Очередное улучшенное семейство микросхем серии К176 получило эти защитные диоды. В настоящее время довольно широко распространен. Серия К1561 (зарубежный аналог этих микросхем — С4000В.) завершает разработку КМОП-микросхем первого поколения. В этой семье успеваемость была на уровне 90нс и диапазон напряжения питания 3..15В.

Дальнейшим развитием КМОП-микросхем стала серия SN74HC. Эти микросхемы не имеют отечественного аналога. Они имеют быстродействие 27 нс и могут работать в диапазоне напряжений 2..6В. Они совпадают по цоколевке и функциональному диапазону с микросхемами ТТЛ, но не совместимы с ними по логическим уровням, поэтому одновременно разрабатывались микросхемы серии СН74НСТ (отечественный аналог — К1564), совместимые с микросхемами ТТЛ и по логическим уровням.

В это время наметился переход на трехвольтовое питание. Для него были разработаны микросхемы SN74ALVC с временем задержки сигнала 5,5нс и диапазоном питания 1,65..3,6В. Эти же микросхемы способны работать с питанием 2,5 вольта. При этом время задержки сигнала увеличивается до 9 нс.

Наиболее перспективным семейством КМОП-микросхем является семейство SN74AUC с временем задержки сигнала 1,9 нс и диапазоном питания 0,8..2,7В.

Микросхемы цифровые с эмиттерно-связанной логикой Общие сведения об эмиттерно-связанной логике

Интегральные микросхемы на основе эмиттерно-связанной логики (ЭЛС) широко используются в качестве элементной базы быстродействующей вычислительной и радиоэлектронной техники. Микросхемы на основе ЭСЛ имеют ряд преимуществ, обеспечивших их преимущество перед другими микросхемами при построении данного класса аппаратуры:

1. Хорошая схемотехническая проработка и, как следствие, относительно невысокая стоимость при изготовлении.

Быстрый отклик со средним энергопотреблением или сверхбыстрый отклик с высоким энергопотреблением.

Низкая энергия переключения.

Высокая относительная помехоустойчивость.

Высокая стабильность динамических параметров при изменении рабочей температуры и напряжения питания.

Большая грузоподъемность.

Ток потребления не зависит от частоты коммутации.

Возможность работы ИС на низкоомных линиях связи и нагрузках.

Широкий функциональный чипсет.

10. Удобство использования в условиях повышенной плотности укладки при использовании многослойных печатных проводов и низкоомных коаксиальных и плоских кабелей.

В настоящее время ИС ЭСЛ являются наиболее быстродействующими микросхемами на кремниевой основе, выпускаемыми промышленностью как в нашей стране, так и за рубежом. Опыт проектирования аппаратуры показывает, что использование ИС ЭСЛ оптимально для построения быстродействующих радиоэлектронных устройств, в частности быстродействующих ЭВМ, и менее эффективно при разработке радиоэлектронных устройств малого и среднего быстродействия. .

Высокая производительность обусловлена ​​тем, что транзисторы в этих элементах работают в ненасыщенном режиме, в результате чего исключено накопление и рассасывание неосновных носителей заряда.

Конструктивно базовый элемент ЭСЛ содержит: источник опорного напряжения (ИОН), ключ тока (ТК) и эмиттерные повторители.

Токовый выключатель на вводе выполнен по схеме с совмещенными эмиттерами (рис. 11). Его основные преимущества: постоянство полного тока эмиттера /e = 1 НР 1 + я е2 в процессе работы; наличие прямого и инверсного выходов U out1, У аут2 .

Рис. 11. Базовый логический элемент ЭСЛ

К современным цифровым микросхемам ЭСЛ относятся ИМС серий 100, К100, 500, К500, 1500, КИ500.

Типовое время задержки логических элементов ИМС серии К1550 0,7 нс, серии К500 0,5…2 нс; 138 серия 2,9 нс. Микросхемы ЭСЛ имеют низко- и высоковольтную помехозащищенность не менее 125 мВ и 150 мВ, разброс выходного напряжения низкого уровня 145…150 мВ, высокий уровень 200 мВ. Амплитуда логического сигнала U л до 800 мВ. В ИМС серии 500 уровень интеграции до 80 логических элементов на кристалле; функциональный набор микросхем — 48 модификаций, мощность, потребляемая элементом, P pot = 8…25 мВт (в ненагруженном состоянии), энергия, потребляемая при коммутации, A = 50 пДж.

Базовый логический элемент ИМС К500, благодаря наличию прямого и инверсного выходов, выполняет одновременно две функции: ИЛИ НЕТ и ИЛИ … В отрицательной логике функции выполняются И/И-НЕ. Электрическая схема базового элемента ЭСЛ состоит из трех цепей (рис. 12): токового ключа (ТК), выходных эмиттерных повторителей (ЭП) и источника опорного напряжения (ИОН).

Токовый переключатель на транзисторах ВТ 1 — ВТ 5 и резисторы R 1- Р 7 и представляет собой дифференциальный усилитель, работающий в ключевом режиме с несколькими входами. Увеличение количества входов ТП достигается параллельным включением дополнительных входных транзисторов ВТ 1 — ВТ 4 .

Базовый ЛЭ работает следующим образом. При подаче на все входы схемы XI — Х 4 низковольтные (-1,7 В) входные транзисторы VT 1- ВТ 4 закрытый, транзисторный VT 5 обрыв, так как напряжение на его базе U OP = -1,3 В выше.

Недостатками микросхем ЭХЛ являются высокие потребляемая мощность и рассеиваемая мощность, что является следствием их работы в ненасыщенном режиме. Небольшой логический перепад, с одной стороны, увеличивает производительность, а с другой снижает помехоустойчивость.

Ярким примером того, насколько сложным и запутанным является определение приоритетов проектов исследований и разработок, являются КМОП-чипы и то, как они появляются на рынке.

Дело в том, что эффект поля, лежащий в основе структуры МОП, был открыт еще в конце 1920-х годов, но радиотехника тогда переживала бум вакуумных устройств (радиолампы) и эффекты, обнаруженные в кристаллических структурах, считались бесперспективными.

Затем, в 40-х годах, биполярный транзистор был практически заново открыт, и только тогда, когда дальнейшие исследования и совершенствование биполярных транзисторов показали, что это направление ведет в тупик, ученые вспомнили об эффекте поля.

Так появился МОП-транзистор, а позже и КМОП-микросхемы. Буква К в начале аббревиатуры означает дополняющий, то есть дополняющий. На практике это означает, что в микросхемах используются пары транзисторов с абсолютно одинаковыми параметрами, но один транзистор имеет затвор n-типа, а другой — p-типа. На зарубежный манер КМОП-микросхемы называются CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor). Используются также сокращения КМДП, К-МОП.

Среди обычных транзисторов примером комплементарной пары являются транзисторы КТ315 и КТ361.

Сначала на рынке радиоэлектронных компонентов появилась серия К176 на основе полевых транзисторов, и, как дальнейшее развитие этой серии, была разработана серия К561, получившая большую популярность. В эту серию входит большое количество логических микросхем.

Так как полевые транзисторы не так критичны к напряжению питания, как биполярные, эта серия питается от напряжения от +3 до +15В. Это позволяет широко использовать данную серию в различных устройствах, в том числе с питанием от аккумуляторов. Кроме того, устройства, собранные на микросхемах серии К561, потребляют очень небольшой ток. И неудивительно, ведь в основе КМОП-микросхем лежит полевой МОП-транзистор.

Например, микросхема К561ТП2 содержит четыре триггера RS и потребляет ток 0,14 мА, а аналогичная микросхема серии К155 потребляет не менее 10 — 12 мА. Микросхемы на основе КМОП-структур имеют очень высокое входное сопротивление, которое может достигать 100 МОм и более, поэтому их нагрузочная способность достаточно велика. К выходу одной микросхемы можно подключить входы 10 — 30 микросхем. Для микросхем ТТЛ такая нагрузка привела бы к перегреву и выходу из строя.

Поэтому проектирование узлов на микросхемах с использованием КМОП-транзисторов позволяет использовать более простые схемотехнические решения, чем при использовании микросхем ТТЛ.

За рубежом наиболее распространенный аналог серии К561 имеет маркировку CD4000. Например, зарубежный CD4011 соответствует микросхеме К561ЛА7.

Используя микросхемы серии К561, нельзя забывать о некоторых нюансах их работы. Следует помнить, что хотя микросхемы и работоспособны в широком диапазоне напряжений, при снижении напряжения питания снижается помехозащищенность, а импульс немного «расплывается». То есть чем ближе напряжение питания к максимуму, тем круче фронты импульсов.

На рисунке показан классический базовый элемент (гейт), инвертирующий входной сигнал (элемент НЕ). То есть, если на вход приходит логическая единица, то с выхода снимается логический ноль и наоборот. Здесь четко показана дополнительная пара транзисторов с затвором «n» и «p».

На следующем рисунке показан базовый элемент 2И — НЕ. Хорошо видно, что резисторы, которые присутствуют в аналогичном ТТЛ элементе микросхемы, здесь отсутствуют. Из двух таких элементов легко получить триггер, а из последовательного ряда триггеров прямая дорога к счетчикам, регистрам и запоминающим устройствам.

При всех положительных качествах интегральных схем серии К561 они, конечно же, имеют и недостатки. Во-первых, по максимальной рабочей частоте КМОП-микросхемы заметно уступают микросхемам с другой логикой и работающими на биполярных транзисторах.

Частота, на которой уверенно работает серия К561, не превышает 1 МГц. Для согласования микросхем на основе МОП-структур с другими сериями, например, ТТЛ, применяют преобразователи уровней К561ПУ4, К561ЛН2 и другие. Эти микросхемы также синхронизируют скорость, которая может отличаться от серии к серии.

Но самым большим недостатком микросхем на комплементарных МОП-структурах является сильнейшая чувствительность микросхемы к статическому электричеству. Поэтому заводы и лаборатории оборудованы специальными рабочими местами. На столе все работы выполняются на металлическом листе, который подключается к общей шине заземления. К этой шине подключены как корпус паяльника, так и металлический браслет, надетый на руку рабочего.

Некоторые микросхемы поступают в продажу упакованными в фольгу, которая замыкает между собой все выводы. При работе дома также необходимо найти способ, чтобы статический заряд стекал хотя бы на трубу отопления. При монтаже сначала припаиваются выводы питания, а уже потом все остальные.

Комплементарная МОП логика (CMOS — CMOS — CMOS — Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) на сегодняшний день является основной в производстве больших интегральных схем для микропроцессорных наборов, микроконтроллеров, СБИС персональных компьютеров, ИС памяти. В дополнение к ИС высокой интеграции было выпущено несколько поколений серий КМОП малой и средней интеграции для создания электронного каркаса для БИС и простых электронных схем. Он основан на рассмотренном ранее инверторе (рис. 2.9).) на комплементарных (комплементарных) МОП-транзисторах с индуцированным каналом разной проводимости p- и n-типа, выполненных на общей подложке (входные охранные цепи не показаны).

Рис. 3.8. Логические элементы КМОП с двумя входами а) И-НЕ, б) ИЛИ-НЕ

Как и в случае простого инвертора, особенностью ЛЭ является наличие двух ярусов транзисторов относительно выходного вывода. Логическая функция, выполняемая всей схемой, определяется транзисторами нижнего яруса. Для реализации И-НЕ в положительной логике транзисторы с n-каналом соединяют последовательно друг с другом, с p-каналом — параллельно, а для реализации ИЛИ-НЕ — наоборот (рис. 3.8).

Микросхемы КМОП структуры близки к идеальным ключам: в статическом режиме практически не потребляют мощность, имеют большое входное и низкое входное сопротивление, высокую помехозащищенность, высокую нагрузочную способность, хорошую термостабильность, стабильно работают в широком диапазоне напряжения питания (от +3 до +15 В). Выходной сигнал почти равен напряжению источника питания. При Ер=+5В логические уровни совместимы со стандартной ТТЛ/ТТЛШ-логикой. Пороговое напряжение при любом напряжении питания равно половине напряжения питания Uпор = 0,5 Ер, что обеспечивает высокую помехоустойчивость.

Таким же образом организованы логические элементы с большим количеством входов. В номенклатуре КМОП-микросхем имеются ЛЭ И, ИЛИ, И-НЕ, ИЛИ-НЕ, И-ИЛИ-НЕ, с количеством входов до 8. Увеличить количество входных переменных можно с помощью дополнительных логических элементов, принадлежащих той же серии IC.

Отечественная промышленность выпускает несколько универсальных серий КМОП: К164, К176, К561, К564, К1561, К1564.

К176 — стандартная КМОП t s = 200 нс, I pot £ 100 мкА

К564, К561, К1561 — усовершенствованная КМОП t s = 15 нс (15 В), I pot = 1-100 мкА

К1564 — быстродействующая КМОП (функциональный аналог серии 54HC) t h = 9-15 нс, Uпит = 2-6 В, I пот £ 10 мкА

Основные технические характеристики ИМС серии К564 (К561) приведены ниже:

Напряжение питания U p, В ……………………………. .3 -15

Потребляемая мощность

В статическом режиме, мкВт/корпус ………… 0,1

При f = 1 МГц, U p = 10 В, C n = 50 пФ, мВт……… .20

Допустимая рассеиваемая мощность. МВт/здание… ..500

Входное напряжение, В ……………… .от -0,5В до U p +0,5В

Выходное напряжение, В

Низкий уровень …………………………… не более 0,05В,

Высокий уровень ………………… не менее U p +0,5В

Средняя задержка распространения сигнала при C n = 15 нф

При U p = +5 В, нс …… ………………………… 50

Для U p = +10 В, нс ………………………………..20,

Рабочая температура, 0 С

Серия 564 …… ………………… ..от -60 до +125

Серия К561 ………………………. От -40 до +85

Если развитие серии TTL в основном шло в сторону снижения энергопотребления, то серия CMOS развивалась в сторону увеличения быстродействия. В конце концов победила КМОП-технология. Последующие поколения стандартной логики выпускаются только на ней. Таким образом, второе поколение микросхем стандартной логики изготавливается по КМОП-технологии, но сохраняет полное функциональное соответствие серии ТТЛ.

Микросхемы интегральные транзисторно-транзисторной логики представляют собой микросборки низкой степени интеграции, построенные на биполярных транзисторах. Главный их недостаток – малое количество на кристалл, а также критичность к напряжению питания и довольно большой потребляемый ток.

На схеме чуть выше показаны простые логические элементы — 3И — НЕ … В его основе обычный биполярный многоэмиттерный транзистор VT1. Уровень логического нуля на его выходе появится при наличии высоких уровней на всех трех эмиттерах одновременно. VT2 берет на себя инвертирующую функцию (НЕ вентиль), а многоэмиттерный VT1 является логическим вентилем 3I.

Несмотря на перечисленные минусы, самая популярная серия ТТЛ, К155 сегодня очень популярна, посмотрите сколько радиомуляжей можно насобирать.

Серия K155 — самая большая серия TTL. Содержит более 100 микросборок, выполняющих различные логические функции и операции (И, ИЛИ, НЕ, И — НЕ, ИЛИ — НЕ, триггеры, регистры, счетчики, сумматоры.

Уровень логической единицы в микросхемах данного Серия TTL лежит в диапазоне напряжений от 2,4 В до 5 В), а уровень логического нуля не более 0,4 В.

Практически все микросборки этой серии выпускаются в стандартном 14-контактном корпусе. С точкой или ключевой выемкой, обозначающей первый штифт. 7-й пин — это корпус или минус. 14 лежащих напротив первых это плюс.

Следующим шагом в эволюции К155 стала серия К555, в которой был сохранен основной принцип ТТЛ, но добавлены коллекторные переходы транзисторов. Поэтому серия К555 получила название ТТЛШ (ТТЛ и диод Шоттки). В TTLC энергопотребление уменьшилось примерно в 2 раза, а скорость резко возросла.

ИС КМОП

Буква К в начале аббревиатуры означает — дополняет … На практике это говорит о том, что в микросборке используются пары с одинаковыми параметрами, но один транзистор имеет затвор n-типа, а другой, соответственно, p-типа. Их также называют CMOS (комплементарные металлооксидные полупроводники).

На рисунке показан пример классического базового логического элемента НЕ. То есть если на вход придет единица, то на выходе уже будет логический ноль и наоборот.

Элемент 2И — НЕ … Из пары этих логических элементов легко получить, а из нескольких триггеров — счетчик, регистр и элементарные ЗУ.

А теперь о ложке дегтя: на максимальной рабочей частоте КМОП-элементы заметно уступают другой логике на биполярных транзисторах (ТТЛ) и крайне чувствительны к статическому электричеству.

Микросхемы на основе структур CMDP

Цифровые ИС на основе структур CMDP находят все более широкое применение при разработке различных электронных схем, для чего есть очень веские причины. KMDP IMS — это универсальные и простые в использовании устройства, обладающие уникальными свойствами, не характерными для других классов цифровых IMS.

Эти ИС называются комплементарными, потому что выполнены на основе КМДП-транзисторов, т. е. на основе пар полевых транзисторов со структурой: металл — оксид (диэлектрик) — полупроводник, имеющих очень схожие характеристики и каналы разного типа проводимость. ИС, построенные по этому принципу, потребляют от источника питания значительно меньше энергии, чем все остальные ИС, и могут работать в более широком диапазоне уровней питающего напряжения. Электронные наручные часы и автомобильные устройства, медицинские электронные устройства, телевизионные приемники, портативные калькуляторы — это лишь несколько примеров устройств, использующих CMDP IMS.

Основными достоинствами цифровых ИС на основе КМОП-структур являются большое входное сопротивление транзисторов (R вх) 10 12 Ом) и высокий уровень интеграции. При выполнении импульсных устройств на интегральных логических элементах КМОП сопротивления времязадающих резисторов не ограничиваются сверху из-за больших входных сопротивлений транзисторов, поэтому для получения импульсов большой длительности не следует увеличивать электрическую емкость времязадающих конденсаторов.

Комплементарные структуры представляют собой комплементарные пары биполярных (p-n-p и n-p-n) или МДП (p-канальные и n-канальные) транзисторов, которые позволяют значительно улучшить характеристики ИС. Они выполнены на общей подложке в карманах, изолированных от подложки либо p-n-переходом, либо диэлектрической пленкой. Комплементарные транзисторы выполнены в виде горизонтальных и вертикальных структур.

В транзисторах с горизонтальной структурой эмиттер, база и коллектор расположены в одной горизонтальной плоскости, поэтому инжектированные в базу неосновные носители движутся не перпендикулярно поверхности кристалла, а вдоль нее. Такие транзисторы называются концевыми (боковыми) транзисторами. При изготовлении торцевых

p-n-p транзисторов — формирование эмиттеров осуществляется при диффузии базы n-p-n — транзисторов. Затем через вторую базовую диффузию эмиттер p-n-p-транзистора окружен коллектором. Основой транзистора является исходный полупроводниковый слой n-типа между этими областями. Ширина базы, следовательно, и значение коэффициента передачи тока базы и определяются расстоянием между вытравленными в фоторежиме окнами эмиттера и коллектора.

В вертикальных структурах база расположена под эмиттером (инжектированные неосновные носители движутся в направлении, перпендикулярном поверхности кристалла). Все три области pnp-транзистора (коллектор, база и эмиттер) образованы диффузией. Такие комплементарные структуры сложны в изготовлении из-за высоких требований к точности концентрации легирующих примесей. Однако транзисторы, выполненные по этой технологии, имеют более высокий коэффициент передачи тока базы, чем транзисторы с горизонтальной структурой и высоким напряжением пробоя коллекторного перехода.

Рис. 16.10.

Принципиальное отличие КМОП-схем от nMOS-технологий заключается в том, что в схеме отсутствуют активные сопротивления. К каждому входу схемы подключена пара транзисторов с разным типом канала. Транзисторы с каналом p-типа подключаются подложкой к источнику питания, поэтому формирование канала в них будет происходить при достаточно большой разности потенциалов между подложкой и затвором, а потенциал на затворе должен быть отрицательным по отношению к подложке. Это условие обеспечивается подачей на затвор потенциала земли (т. е. логического 0). Транзисторы с каналом n-типа соединены подложкой с землей, поэтому образование канала в них будет происходить при подаче на затвор потенциала источника питания (т. е. логической 1). Одновременная подача на такую ​​пару транзисторов разных типов каналов логического нуля или логической единицы приводит к тому, что один транзистор пары обязательно будет открыт, а другой закрыт. Таким образом создаются условия для подключения выхода либо к питанию, либо к земле.

Итак, в простейшем случае для инверторной схемы (рис. 16.10) при А = 0 транзистор VT1 будет открыт, а VT2 закрыт. Следовательно, выход схемы F будет подключен через канал VT1 к источнику питания, что соответствует состоянию логической единицы: F = 1. При A = 1 транзистор VT1 будет закрыт (на затворе и на подложке одинаковые потенциалы), а VT2 открыт. Следовательно, выход схемы F будет подключен через канал транзистора VT2 к земле. Это соответствует состоянию логического нуля: F = 0,

Логическое сложение (рис. 16.11) осуществляется за счет последовательного соединения p-каналов транзисторов VT1 и VT2. При подаче хотя бы одного блока единый канал для этих транзисторов не формируется. При этом за счет параллельного соединения VT3 и VT4 в нижней части схемы открывается соответствующий транзистор, что обеспечивает подключение вывода F к земле. Получается F=0, если поставлена ​​хотя бы одна логическая 1 — это правило ИЛИ-НЕ.

Рис. 16.11.

Функция И-НЕ осуществляется за счет параллельного соединения VT1 и VT2 в верхней части схемы и последовательного соединения VT3 и VT4 в нижней части (рис. 16.12). При подаче хотя бы на один нулевой вход единый канал на VT3 и VT4 не образуется, выход будет отключен от земли. При этом хотя бы один транзистор в верхней части схемы (на затвор которого нанесен логический ноль) обеспечит подключение вывода F к источнику питания: F = 1, когда хотя бы один ноль применяется — правило И-НЕ.

Рис. 16.12.

Краткое содержание

В зависимости от элементной базы различают различные технологии производства ИС. Основные из них — ТТЛ на биполярных транзисторах и нМОП и КМОП на полевых транзисторах.

Ключевые термины

nMOS технология полевые транзисторы с индуцированным каналом n-типа.

Буфер на 3 состояния — выходная часть схемы ТТЛ, обеспечивающая возможность перехода в третье, высокоимпедансное состояние.

Технология КМОП — Технология производства ИС на основе полевых транзисторов с каналами обоих типов электропроводности.

Открытый коллектор — вариант выполнения буферной части элементов ТТЛ без резистора в цепи нагрузки, которая вынесена за пределы схемы.

Цепи резистивной нагрузки — ТТЛ схемы, в которых состояние буферной цепи определяется состоянием не одного, а двух транзисторов.

Транзисторно-транзисторная логика — технология производства ИС на основе биполярных транзисторов.

Принятые аббревиатуры

CMOS — комплементарные, металл, оксид, полупроводник

Набор практических практических средств

Упражнения для лекции 16

Упражнение 1 ^{9009 9009 Вариант 10003 . элемент ИЛИ-НЕ с 3 входами, использующий технологию nMOS.}

Вариант 2 для упражнения 1 .Нарисуйте схему вентиля И-НЕ с 3 входами, используя технологию nMOS.

Вариант 3 к упражнению 1 .Нарисуйте принципиальную схему элемента ИЛИ-НЕ с 4 входами, используя технологию nMOS.

Упражнение 2

Вариант 1 к упражнению 2 .Начертите принципиальную схему элемента ИЛИ-НЕ с 3 входами, используя КМОП-технологию.

Вариант 2 к упражнению 2 .Начертите принципиальную схему элемента И-НЕ с 3 входами, используя КМОП-технологию.

Вариант 3 к упражнению 2 .Начертите принципиальную схему элемента ИЛИ-НЕ с 4 входами, используя КМОП-технологию.

Задание №3

Вариант 1 к упражнению 3 . Нарисуйте схему 3-х входного элемента ИЛИ НЕ по ТТЛ технологии.

Вариант 2 к упражнению 3 .Начертите схему вентиля И-НЕ с 3 входами по технологии ТТЛ.

Вариант 3 к упражнению 3 .Нарисуйте схему 4-х входного элемента ИЛИ-НЕ по ТТЛ технологии.

Упражнение 4

Вариант 1 к упражнению 4 .Нарисуйте схему элемента ИЛИ с 3 входами, используя технологию nMOS.

Вариант 2 к упражнению 4 .Начертите схему 3-входового элемента I по технологии nMOS.

Вариант 3 к упражнению 4 .Нарисуйте схему элемента ИЛИ с 4 входами, используя технологию nMOS.

Упражнение № 5

Вариант 1 к упражнению 5 .Начертите принципиальную схему элемента ИЛИ с тремя входами, используя КМОП-технологию.

Вариант 2 к упражнению 5 .Нарисуйте схему 3-х вводного элемента И по КМОП технологии.

Вариант 3 к упражнению 5 .Начертите принципиальную схему элемента ИЛИ с 4 входами, используя КМОП-технологию.