9.09. Сопряжение n-МОП БИС
Большинство схем большой и очень большой степени интеграции (БИС, СБИС) изготавливаются сейчас с использованием КМОП-технологии; они обладают такой же привлекательной способностью к сопряжению, как
-вольтовые логические КМОП-вентили, и многими другими возможностями кристаллов средней степени интеграции (СИС), рассмотренными выше. Однако долгое время кристаллы БИС и СБИС изготавливались только на n-канальных МОП-транзисторах в режиме обогащения для того, чтобы упростить технологический процесс и получить более высокую плотность. Такая n-МОП-логика получила широкое распространение, поэтому важно знать, каким образом можно осуществить сопряжение n-МОП-логики и КМОП/ТТЛ и как обеспечить связь входов/выходов n-МОП-логики с внешними дискретными схемами. Большинство кристаллов n-МОП БИС совместимы с ТТЛ, тем не менее здесь есть несколько тонких моментов, которые следует рассмотреть.
Выходы n-МОП-элементов.
На рис. 9.16 показана входная цепь интегральной схемы на n-канальных МОП-транзисторах, предназначенная для работы с ТТЛ.
Рис. 9.16. Входная схема n-МОП-логики в режиме обогащения.
-инвертор, а
-истоковый повторитель с малыми геометрическими размерами, задающий необходимый ток от шины питания (резистор занял бы слишком много места, поэтому в качестве стоковой нагрузки всегда используется МОП-транзистор); часто используется и другой символ для изображения
. В современных схемах кремниевых вентилей пороговое напряжение входного транзистора находится в диапазоне от 1 до 1,5 В, поэтому вход можно непосредственно подключать к ТТЛ или КМОП-логике. В некоторых старых схемах порог может оказаться в диапазоне от 2 до 3 В, в этих случаях для управления от ТТЛ лучше использовать резистор 1-10 КОм, подключенный к шине питания; для КМОП обычно этого не требуется.
Выходы n-МОП-элементов.
Выходная ступень

-вольтовой n-МОП-логики показана на рис. 9.17. представляет собой ключ, а

-истоковый повторитель. Для того чтобы установить на выходе нижний уровень на затвор транзистора

подается напряжение

; напряжение на выходе при этом будет ниже 0,5 В даже при отводе тока в несколько миллиампер.
Рис. 9.17. Выходная схема n-МОП-логики.
Рис. 9.18. Типовые выходные характеристики по току
-МОП-элементов.
-ток отдачи;
-ток отвода;
-точка запуска схемы Дарлингтона.
Ситуация в состоянии высокого выходного уровня несколько ухудшается: при минимальном высоком выходном
-уровне
напряжение затвор-исток составляет всего 2,6 В, что приводит к сравнительно высокому значению сопротивления Явкл; для более высоких выходных напряжений ситуация быстро ухудшается.
Кривые на рис. 9.18 иллюстрируют это положение. В результате нагрузочная способность n-МОП-выхода составляет всего
(отдача тока) при напряжении на выходе
. Это вполне допустимо для управления ТТЛ-входами, но выходит за пределы допустимого для
-вольтовой КМОП-логики (используйте резистор, подключенный к шине питания, или вставьте вентиль НСТ или ACT); подобная неприятная ситуация изображена на рис. 9.19.
Рис. 9.19.
Рис. 9.20. Управление нагрузками с выходов n-МОП-элементов.
Для работы СИД с уровнями токов мультиплексируемого устройства отображения
во включенном состоянии) выход n-МОП-элемента должен отдавать ток около
при
. Но это невозможно, поскольку напряжение
должно при этом быть всего 0,9 В, а может быть, даже ниже порогового напряжения полевого транзистора. Вспомните еще, что все схемы
-вольтовой логики должны функционировать при отклонении напряжения питания
, т. е. при напряжении
В. Для управления светодиодами (или другими сильноточными приборами) от n-МОП-элементов желательно использовать схемы, показанные на рис. 9.20.