При рассмотрении МОП-вентилей НЕ, И-НЕ и ИЛИ-HE можно выявить общие принципы формирования логических элементов на МОП-транзисторах:
- • общая инверсия реализуется с помощью нагрузочного МОП-транзистора, включенного между выходом и напряжением питания;
- • зависимое (подинверсное) ИЛИ реализуется параллельным соединением МОП-транзисторов или подсхем, включенных между выходом и «землей» (самостоятельно не реализуется);
- • зависимое (подинверсное) И реализуется последовательным соединением МОП-транзисторов или подсхем, включенных между выходом и «землей* (самостоятельно не реализуется).
Проектирование логических МОП-схем любой сложности на МОП-транзисторах
Алгоритм проектирования
Сначала в соответствии с функцией, которая обязательно должна иметь общую инверсию, реализуем между «землей» и выходом подинверсное выражение с помощью второго и третьего принципов синтеза МОП-схем на МОП-транзисторах. Между выходом и питанием реализуем общую инверсию в виде нагрузочного МОП-транзистора (первый принцип синтеза МОП-схем на МОП-транзисторах).
На рисунках 10.21−10.23 приведены примеры синтеза транзисторных логических схем на МОП-транзисторах в соответствии с вышеописанным алгоритмом синтеза.
Синтезируем схему на МОП-транзисторах, реализующую функцию F3 = ab + с. Поскольку у функции отсутствует общая инверсия, необходимо ее «организовать». Взяв двойную инверсию над правой частью равенства и раскрыв внутреннюю, мы получим логическое уравнение с требуемой общей инверсией: F3 =ab+c =ab+cab-с =(а+Ь) с.
Рис. 10.21. МОП-схема, реализующая функцию Я; = (а + Ь)с
Рис. 10.23. МОП-схема, реализующая функцию Яз = аЬ + с
Рис. 10.22. МОП-схема, реализующая функцию Я2 = {ad + b)c
Задание. Изобразите структуры, топологии и математические модели в переходной схемотехнике МОП-схем, реализующих функции Fx, F2uF3.
Достоинства и недостатки МОП-схем
Достоинства:
- • большое входное сопротивление схем, транзисторы управляются не током, а напряжением и, как следствие, — они имеют большую нагрузочную способность (п > 1000). Нагрузочная способность ограничивается влиянием нагрузочных емкостей на быстродействие. Чем больше нагрузочных схем подключено к выходу, тем больше подключено параллельно включенных емкостей (сложение емкостей) и тем хуже быстродействие схемы;
- • малая мощность, так как токи очень малы;
- • лучшая, чем у биполярных схем, технологичность (меньше требуется технологических операций);
- • отсутствие резисторов и, как результат, маленькая площадь;
- • высокая помехоустойчивость.
Недостатки:
- • ограниченное быстродействие (малые токи);
- • худшая, чем у биполярных схем, радиационная стойкость (из-за тонких слоев оксидов).