Базові елементи цифрових інтегрованих мікросхем (Глава 4 навчального посібника), страница 14

Таким чином, основу БЕ ЕСЛ складає диференційний каскад, що працює в режимі перемикача струму. Вихід керувального плеча БЕ ЕСЛ є інверсним, а опорного – прямим і відносно парафазних виходів реалізується логічна функція АБО-НЕ/АБО в позитивній логіці (вищий з урахуванням знака рівень напруги кодується лог. 1, а нижчий – лог. 0).

Головна перевага БЕ ЕСЛ – висока швидкодія – зумовлена тим, що 1) відчинені транзистори перебувають в активному режимі, тому відсутній час розсмоктування надлишкового заряду, 2) транзистори завдяки розвиненості технології виконуються з високою граничною частотою, 3) паразитні ємності перезаряджаються в низькоопірних колах: навантажувальні резистори вибираються з малими опорами і зв’язок між БЕ здійснюється через емітерні повторювачі з малим вихідним опором.

Проте зменшення номіналів резисторів призводить до збільшення споживаної потужності, більша частина якої витрачається емітерними повторювачами. Незважаючи на те, що за споживаною потужністю БЕ ЕСЛ перевищують інші типи ІС, енергія перемикання А=Pжtз.п у БЕ ЕСЛ менша, тобто для досягнення такої самої швидкодії інші ІС потребують не меншої споживаної потужності. Застосування БЕ ЕСЛ ефективне й доцільне лише в швидкодійних пристроях.

§4.3. БАЗОВІ ЕЛЕМЕНТИ НА МОН-СТРУКТУРАХ

4.3.1. Базовий елемент МОНТЛ

БЕ на МОН-структурах набули поширення, особливо у складі ВІС, у зв’язку з їх технологічністю, високим ступенем інтеграції, низькою вартістю, малою споживаною потужністю та високою навантажівною здатністю.

БЕ МОН-транзисторної логіки (МОНТЛ) складаються з транзисторів одного типу провідності; для визначеності розглядатимемо БЕ з каналами типу n        (n-МОНТЛ), які за логічними рівнями можуть бути сумісними з БЕ ТТЛ.

Найпростішим і поширеним є інвертор МОНТЛ з нелінійнимнавантаженням (рис. 4.14,а), в якому функцію резистора навантаження звичайного ключа виконує транзистор VT1, увімкнений за схемою двополюсника, бо в нього заслін з’єднано зі стоком, а вхідна напруга надходить до входу керувального транзистора VT2. Для транзистора VT1 завжди виконується співвідношення

uз.в1=uс.в1=Eж-uу,

де uз.в1, uс.в1 – напруги відповідно між заслоном і витоком або стоком і витоком; uу – вихідна напруга.

У вимкненому стані, при вхідній напрузі uх=U0<Uзо транзистор VT2 зачинено, що еквівалентно розімкненому положенню перемикача S (рис. 4.14,б), тому стоковий струм не протікає: iс=0, тобто транзистор VT1 також зачинений. Отже, при цьому його напруги uз.в1=uс.в1£Uзо, а напруга на виході перебуває в межах uу=Eж...Eж-Uзо залежно від розкиду опорів зачинених транзисторів VT1 та VT2. За рівень логічної одиниці доцільно прийняти мінімальну напругу U1=Eж-Uзо, що відповідає робочій точці 1 на вихідних характеристиках транзистора VT2 (рис. 4.14,в) і на передатній характеристиці інвертора (рис. 4.14,г).

Вмикання починається, коли зі збільшенням вхідної напруги uх³Uзо транзистор VT2 відчиняється, напруга на виході зменшується: uу£Eж-Uзо, а на заслоні відносно витоку транзистора VT1 збільшується: uз.в1³Uзо і з’являється струм iс>0. Лінія навантаження (на рис. 4.14,в суцільна лінія Rн) виходить від точки 1 і є нелінійною, бо за формою вона повторює пунктирну криву uс=uз-Uзо на ВАХ транзистора VT1 (див. рис. 3.12,в). По досягненні вхідною напругою рівня лог. 1: uх=U1 робоча точка на вихідних і предатній характеристиках опиняється в положенні 2, що відповідає ввімкненому станові перемикача S (див. рис. 4.14,б). Для забезпечення низького рівня вихідної напруги u=U0<Uзо аналогічно ключу з лінійним навантаженням необхідно виконати співвідношення між опорами відчинених транзисторів: R1»R2.

Як порогову можна прийняти напругу Uп за перетином передатної характеристики з лінією uу=uх, бо в точці перетину коефіцієнт підсилення великий, особливо в ланцюжку інверторів, і незначна зміна вхідної напруги відносно Uп спричиняє перемикання ключів. Завадостійкість U0з=Uп-U0, U1з=U1−Uп при Uп » (U1+U0)/2 сягає величини U0з=U1з=(U1-U0)/2 і з урахуванням розкиду параметрів та дестабілізівних чинників становить U0з»U1з ³1 В.