ЦИФРОВЫЕ МИКРОСХЕМЫ С КМОП-ТРАНЗИСТОРАМИ

6.1 Общие сведения

Из многочисленных серий цифровых микросхем на полевых транзисторах наибольшее распространение получили серии микросхем КМОП. Сокращение КМОП – это начальные буквы четырех слов из полного определения: комплементарные полевые транзисторы со структурой металл-окисел-полупроводник. Слово комплементарный переводится как взаимодополняющий. Так называют пару транзисторов, сходных по абсолютным значениям параметров, но со взаимно противоположной проводимостью. Для полевых транзисторов это р-канальные и n-канальные транзисторы. Отечественной промышленностью налажено массовое производство нескольких серий интегральных схем КМОП-структуры: 1561, 1564, 164, К561, 564, 764, 765, К188, К537, К572, К587. Первые семь серий из перечисленных содержат изделия различного функционального назначения: разнообразные логические элементы, дешифраторы, шифраторы, преобразователи уровня, мультиплексоры, триггеры, регистры, счетчики и др. Остальные серии – специализированные, с большой степенью интеграции: запоминающие устройства, аналого-цифровые и цифро-аналоговые устройства, элементы микропроцессорных наборов. Цифровые микросхемы на КМОП-транзисторах отличаются рядом преимуществ по сравнению с микросхемами на p-МОП-транзисторах: они имеют малую мощность потребления в статическом режиме (единицы мкВт), относительно высокое быстродействие, хорошую помехоустойчивость и достаточно высокую нагрузочную способность (до 1000 входов таких же ИС на частотах до нескольких килогерц), высокое входное сопротивление (порядка 10¹² Ом), упрощенное сопряжение с источниками напряжения, широкий диапазон рабочих напряжений (от 3 до 15 В), большой диапазон рабочих температур (от – 55⁰ до + 125⁰С). Эти качества КМОП-структур обеспечили популярность и высокие эксплуатационные показатели ИС на их основе. В настоящее время наиболее популярны изделия общего применения, принадлежащие к сериям 564 и 1564. Микросхемы этих серий имеют много общего и допускают как взаимное сопряжение, так и сопряжение с сериями ТТЛ и ТТЛШ.

Основные технические характеристики микросхем 564-й серии:

Напряжение питания U_П, В.3 …………………………… 15

Мощность потребляемая в статическом режиме,

мкВт/корпус………………………………….…………...0,1

при F = 1 МГц, U_П = 10 В, С_НАГР = 50 пФ …………….….20

Входное напряжение (амплитуда), В …от – 0,5 до U_П + 0,5

Помехоустойчивость по входам, В не менее ……….0,3 U_П

Средняя задержка распространения сигнала на один

логический элемент при С_НАГР = 15пФ, U_П = 5 В, нс…… 60

6.2 Инвертор КМОП

Инвертор состоит из пары взаимнодополняющих транзисторов n- и p-типов проводимостей (рисунок 6.1). Инвертор построен на двух МОП-транзисторах с индуцированными каналами n- и p - типа (VT1 – р-канальный транзистор, VT2 – n-канальный транзистор).

а − упрощенная схема; б − полная схема с защитными и паразитными диодами