|
| |
|
Главная Журналы Соответствующие зависимости для различных m построены на рис. 131. Нетрудно убедиться, что при т= 1 и 100= Vdd (12-7) переходит в- полученное ранее выражение (12-6) для случая насыщенной нагрузки. Как следует из кривых (рис. 131), за счет перевода Qlo в ненасыщенный режим время нарастания выходного сигнала может быть уменьшено в несколько раз. Так, при Кье=3 10-« A/B Vdd=-16 В, Fr=-4 В, Voo = =-Зб В, Fo(l) -1о(0) I « 15 В, С=4 пФ (т=0,61, т=51 не), амплитуда выходного напряжения будет соответствовать условиям рис. 130, а время нарастания, отсчитанное на уровне 0,63, уменьшится с 240 не до 87 не. Следует
 500 hc Рис. 132. Расчетные переходные характеристики цепочки инверторов при подаче на вход перепада напряжения 16 В. Емкостная нагрузка каждого инвертора равна 4пФ; /Ссл=3-10-= А/В; /Сг,о=3-10-в А/В; Уз.=-4 В отметить, что статический ток в состоянии «О» возрастает при этом с 0,34 мА до 0,86 мА, а потребляемая мощность удваивается. Если активный и нагрузочный транзисторы имеют общую заземленную подложку, время нарастания выходного сигнала незначительно увеличивается {222]. Переходные процессы рассчитывались выше для перепада входного напряжения идеальной формы. В реальном случае сигнал на инвертор поступает, с выхода другого каскада, обладающего собственным временем установления. Изменение формы сигнала при его прохождении через несколысо каскадов рассматривалось в [343] на примере цепочки нагруженных друг на друга инверторов (рис. 132). При указанных на рис. 132 параметрах схемы задержка переключения между первым и третьим и вторым и четвертым инверторами составляет около 180 не, причем форма выходного напряжения довольно быстро перестает изменяться с ростом числа каскадов. Так, в данном случае напряжения vi и Vs уже имеют практически ту же форму, что и на выходе схемы с ббльшим числом каскадов. Важным параметром схем, входящих в ИС, является величина рассеиваемой каскадом мощности, поскольку она может накладывать ограничения на допустимую плотность размещения элементов. Для инвертора с интегральной нагрузкой потребляемая мощность складывается из двух частей: статической компоненты Pgs, величина которой зависит от времени пребывания каскада в состоянии «О» и компоненты Ptr, связанной с переходными процессами и определяемой величинами емкостей и частотой переключения f: где е - относительное время пребывания инвертора в проводящем состоянии (в случае насыщенной нагрузки величину Vdb во втором выражении следует заменить на Vdd-Vt). Для использовавшихся выше значений численных параметров и 6=0,5 Pss + ri = (3,4-f 0,16-10-/) мВт, т. е. статическая компонента мощности преобладает до частот порядка 1 МГц. 12.1.2. Логические ячейки. При конструировании логических элементов на МОП-транзисторах большое значение имеет правильный выбор величины отношения Kr (см. 10.2.1). В ИНЛ-ИС обычно выбирается Kr=\0; такое значение Kr позволяет достичь удовлетворительного быстродействия и хорошей помехоустойчивости каскадов. Как было показано в предыдущем разделе, коэффициент Kr влияет также и на величину напряжения, соответствующего уровню логического нуля. Поэтому, если активный элемент состоит из двух (как, например, на рис. 133, а) или более последовательно включенных транзисторов, необходимо выбирать такое эффективное значение отношения {Ке= iZ/L)e для комбинации транзисторов, чтобы уровень «О» не оказался слишком высоким. Нетрудно показать, что при условии минимума занимаемой площади для N последовательно включенных приборов а для параллельного соединения Таким образом, если требуется обеспечить /<е=2,5, то каждый из двух последовательно включенных транзисторов должен обладать отношением Z/L= 5. В четырехвходовом элементе И - ИЛИ - НЕ, изображенном на рис. 133, каждому из транзисторов Q1-7-Q4 соответствует Z/L = 5. Когда проводят Qi, Qz или Qg, Qi, то уровень нуля будет наибольшим, а его величина будет определяться отношением /Се=2,5. Если проводят все четыре транзистора, значение Ке возрастает до 5, а уровень нуля уменьшается вдвое.
Выход=АВ+ср -о Вьтб  Контакт кр-> Рис. 133. Ячейка И-ИЛИ-НЕ в интегральном исполнении: а - электрическая схема; б - топологическая схема Отношение ZjL для транзисторов Qc-Qi равно 5 (g;„»0,2 мА/В): для Qe Z/Z,=0,2S tern" ".01 мА/В) В качестве другого примера построения сложных логических элементов на рис. 134, а приведена схема полусумматора [341], состоящая из ячеек НЕ - ИЛИ и И - ИЛИ - НЕ и предназначенная для сложения двоичных чисел с выдачей сигнала пе- 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 [ 77 ] 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||