Импульсные устройства. Основные понятия и определения импульсной техники. Электронные ключи. Интегральные логические схемы, страница 31

К достоинствам  МДП ключевых схем относится  практическое отсутствие входного тока (тока затвора) схемы – нагрузки (за исключением тока заряда паразитной ёмкости). Это определяет  высокий коэффициент разветвления  (нагрузочную способность) МДП логических схем. Во  многих применениях существенно, что МДП транзисторы как униполярные обладают высокой устойчивостью к радиационному воздействию. Отметим также малую зависимость параметров МДП транзисторов от температуры. Теоретически определён режим МДП транзистора (критический ток), когда температурная     зависимость вовсе отсутствует.

3.6.2. Базовый элемент КМДП – логических схем. Таким элементом является инвертор, использующий два МДП - транзистора  с противоположным (дополняющим, комплементарным) типом проводимости (рис.3.20)

Рис.3.20

При напряжении на входе  напряжение затвор – исток транзистора  с проводимостью типа равно нулю и согласно рис.3.19 транзистор  закрыт. Положительное напряжение  на затворе транзистора  открывает его. После разряда паразитной ёмкости  (см.рис.3.20) выходное напряжение равно нулю.

При нулевом напряжении на входе открывается транзистор типа ()  и  закрывается .  После заряда ёмкости нагрузки  напряжение на выходе близко к напряжению питания и ток в канале не протекает, т.к. сопротивление нагрузки составляет сотни Мом.        Если используются условия , то в процессе переключения напряжение закрытия   и напряжение открытия  достигаются одновременно, поэтому  импульс  «сквозного» тока от источника питания не возникает. 

На рис.3.21 показана схема, выполняющая логическую операцию И-НЕ  с использованием комплементарных МДП транзисторов. Если хотя бы один из транзисторов  в последовательной цепочке закрыт, соответствующий транзистор в параллельной цепочке , как было показано на схеме инвертора рис.3.20,  открыт  и на выходе схемы логическая единица.

Рис.3.21

Только в случае, когда открыты оба транзистора  (), закрыты  транзисторы  и  и на выходе  имеется напряжение логического нуля.

Не трудно построить схему, на которой взаимно изменены последовательное и параллельное соединение транзисторов. Ясно, что такая схема будет выполнять логическую операцию ИЛИ-НЕ.   В обеих схемах без труда осуществляется расширение числа входов.

3.6.4. Краткие сведения о технических показателях  ИЛС на МДП транзисторах. В таблице 3 приведены технические показатели некоторых микросхем ИЛС на КМДП транзисторах. Из таблицы видно, что прогресс микроэлектронной технологии в отношении уменьшения времени задержки прямо связан с уменьшением энергии переключения, что  определяется уменьшением размеров элементов схемы и напряжения питания. В таблице 3 приведены также оценочные значения мощности потребления микросхем, которые должны снижаться с уменьшением энергии переключения, но в силу малого уровня потребления приняты одинаковыми.

В заключение отметим, что повышение быстродействия интегральных микросхем  возможно с применением новых материалов и технологий. Среди них назовём арсенид-галлиевые схемы, выпускаемые в составе серии К6500, со временем задержки 0,1-0,4 нс, энергией переключения 0,3-0,6 пДж и потребляемой мощностью 0,3-0,6 мВт на вентиль.

Новейшая технология, разработанная по заказу корпорации IBM (США), использует германиево-кремниевую технологию, при этом достигаются граничные частоты транзисторов в 50-100 ГГц, что соответствует временам задержки около20-30 пс. Потребляемая мощность около 100 мВт на вентиль ограничивает пропорциональное увеличение плотности компоновки интегральных схем.

Таблица 3 Технические показатели КМОП ИЛС