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.

В первой схеме низкий выход n-МОП-элемента отбирает ток , переводя -транзистор в состояние полной проводимости. На второй схеме npn-транзистор схемы Дарлингтона переключается в открытое состояние малым выходным током n-МОП-элемента, находящегося в состоянии высокого уровня. В этой схеме ВЫСОКИЙ выход фиксируется на уровне падения напряжения на двух диодах выше земли, что может показаться не совсем «дружелюбным» обстоятельством, но оказывается, что выходы n-МОП-элементов проектируются с таким расчетом, чтобы их можно было таким образом закорачивать на землю; причем достаточно малые выходные токи получают возможность управлять базой транзистора с заземленным эмиттером в схеме Дарлингтона без нарушения работоспособности. Типовой n-МОП-выход может отдавать 2 МА при В в базу схемы Дарлингтона, при этом способность выхода отводить ток для таких схем, как «сшестеренная» матрица Дарлингтона, составит при 1 В. В серию ULN фирмы Sprague входят несколько сшестеренных и октальных матриц Дарлингтона в корпусах типа .