Логические элементы на КМОП-структурах

КМОП – это сокращение от слов комплементарный, метал, окисел, проводник – означающих тот факт, что в одной и той же схеме присутствуют как n-канальные, так и р-канальные МОП-транзисторы. Все транзисторы нормально закрытые.

КМОП-вентиль состоит из двух частей, одна из которых понижает потенциал на выходе при определенных условиях на входе, а другая, наоборот, повышает уровень выходного сигнала при других сигналах на входе. Обе части выполнены в виде схем с непосредственной связью.

n - канальный

p - канальный

Рис.4.13. КМОП-инвертор

В рамках положительной логики при логической «1» на входе инвертора нижний транзистор обеспечивает логический «0» на выходе (так как он открыт), а при логическом нуле на входе верхний транзистор повышает уровень на выходе до логической «1» (так как верхний транзистор открыт, а нижний – закрыт).

Рис. 4.14. КМОП-вентиль И-НЕ с двумя входами

Основные отличия:

1. КМОП-логика обладает несколько более сложной структурой, чем n-МОП и р-МОП, и поэтому на ее основе нельзя достичь столь же высокой плотности. Однако в статике эта логика очень мало потребляет энергии. Это свойство очень важно для тех применений, когда питание поступает от батарей.

2. Коэффициент разветвления по выходу у КМОП-вентилей такой же большой, как и у n-МОП и р-МОП вентилей.

3. Быстродействие из-за емкостей между С-И-З в МОП-транзисторе ниже, чем у ТТЛ

4. КМОП-вентили могут работать в широком диапазоне питающего напряжения. В частности, U_{питания} может иметь любое значение в пределах от 3 до 15 В, благодаря этому КМОП логику можно совмещать с ТТЛ выбрав U_{питания} = + 5 В. В этом случае КМОП-вентиль может управлять двумя входами ТТЛ.