Принципы синтеза МОП-схем из транзисторов

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 F_x, 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).