Структури базових логічних елементів, страница 16

12.Двонаправлений ключ. Цей пристрій, який не має аналогів в мікросхемах інших технологій, складається з двох МОН транзисторів різного типу провідності, які включені зустрічно-паралельно (рис. 2.24). Керування ними забезпечується  взаємоінверсними сигналами V ,що подаються на затвори VT1 та VT2. Напруга живлення подається на виводи підкладок: +Е для р-канального транзистора VT1, -Е – для n-канального VT2. Двостороння провідність в схемі забезпечується завдяки тому, що транзистори зберігають працездатність, якщо витоки та стоки поміняти місцями.

Паралельне з’єднання транзисторів дозволяє зменшити загальний опір каналів, величина кожного з яких в відкритому стані має величину 100-1000 Ом.

Відкритий стан обох транзисторів забезпечується при умові, коли потенціал затвору транзистора VT2 n-типу наближається до +Е, а затвору транзистора VT1-до –E. При цьому напруга, що підводиться до інформаційних входів/виходів x, y завжди повинна мати позитивний потенціал відносно підкладки n-канального транзистора, тобто відносно шини –Е і негативний по відношенню до підкладки  р-канального.

Завдяки зустрічно-паралельному з’єднанню транзисторів VT1 та VT2 інформаційні сигнали на виході ключа не залежать від порогів їх викривання і можуть змінюватись в межах напруги живлення. Величина опору каналу залежить від величини вхідної напруги, різниці потенціалів між підкладками та величини навантаження і, в діапазоні частот роботи транзисторів, визначається тільки активною складовою. Ця властивість дає можливість використовувати ключі для комутації як аналогових, так і

                Рис.2.25.                            дискретних сигналів. Графік залежності опору каналу від величини вхідної напруги для VT1 (крива 1) та VT2 (крива 2) приведені на рис. 2.25. Крива 3 визначає загальний опір двонаправленого ключа. При негативних напругах опір ключа визначається відкритим транзистором VT1, а при напругах поблизу нульового рівня – їх результюючим значенням. В реальних схемах ключів крива 2 зміщується вправо за рахунок керування потенціалом його підкладки. В результаті величина опору каналу відповідає кривій 4, а результуючий опір ключа (крива 5) майже не залежить від величини U_ВХ.

Якщо напруги на входах V  змінюють своє значення на протилежне, транзистори закриваються і величина опору між інформаційними входами/виходами x, y перевищує 10⁹ Ом.

На рис. 2.26 а) приводиться принципова схема реального ключа, виконаного на транзисторах VT3, VT4.  Взаємно інверсні сигнали V на керуючі входи його, формуються з допомогою інвертора, виготовленного на VT1, VT2. Така структура ключа використовується в багатьох серіях мікросхем, причому, вона організована так, що при V = U¹ ключ був вікритим, а при V = U⁰ ключ був закритим. На рис. 2.26 б) приводиться один з варіантів графічного зображення двонаправленних ключів на принципових схемах.

Експлуатаційні харасктеристики КМОН ключів. Для ІС КМОН характерними являються великі вхідні опори (»10¹² Ом), завдяки чому вхідні струми дуже малі. Тому вважаються, що КМОН ІС по входах керуються напругами. Друга особливість полягає в тому, що ключі в статичних режимах не споживають струм від джерела живлення. Тому і електричні параметри розглядаємих ІС мають свої особливості. Розглянемо їх більш детально.

Вхідний струм як і для ТТЛ ІС має два значення І⁰_ВХ та І¹_ВХ. Найбільший вплив на нього має захисна діодна схема, але незважаючи на це його величина при нормальних експлутаційних режимах не перевищує 0.05 мкА.

Вхідна напруга. Величина її визначається рівнем логічної “1” та “0”, а також обмежується необхідними рівнями перешкодостійкості. Так як для КМОН ІС напруга живлення може задаватися в межах 3-15 В, то відповідно може змвінюватися і рівень вхідної напруги. В той же час недопустимо, щоб її величина перевищувала напругу живлення Е більш ніж на 0.2 В (за винятком мікросхем –перетворювачів рівнів) і бути меншою ніж –0.2 В. Таке обмеження обумовлене можливістю відкриття зворотнього діодного моста, що створений охоронними ланцюгами. Необхідно слідкувати також, щоб тривалість фронтів вхідних імпульсів була обмеженою, так як на протязі тривалості фронту обидва транзистори ключа будуть знаходитися в активному режимі, що приведе до появи значних прохідних струмів. По цій же причині недопустимо, щоб входи мікросхем залишались неприєднаними, так як потенціали, що можуть навестись на них, приведуть до аналогічного ефекту.