NMOS
A MOS logikai áramkör N típusú felhasználások MOSFET ( tranzisztorok térvezérlésű fém-oxid-félvezető szerkezet vagy MOS) az n-típusú , hogy a gyártás logikai kapuk és egyéb digitális áramkörök . Ezek az nMOS tranzisztorok úgy működnek, hogy inverziós réteget hoznak létre egy p típusú szubsztrát tranzisztorban . Ez az n csatornának nevezett inverziós réteg elektronokat vezethet az n típusú "forrás" és "lefolyó" elektródák között . Az n csatornát úgy hozzuk létre, hogy feszültséget adunk a harmadik elektródának, az úgynevezett kapunak. A többi MOSFET-hez hasonlóan az nMOS-nak is négy üzemmódja van: blokkolt (a küszöb alatt van), lineáris (vagy triódás), telítettség (néha aktívnak hívják) és sebességtelítettség.
Leírás
A MOS a fém-oxid-félvezető rövidítése , amely tükrözi a MOS tranzisztorok múltbeli, többnyire az 1970-es évek előtti gyártásának módját, fém kapukkal, jellemzően alumíniummal. Az 1970-es évek eleje óta azonban a legtöbb MOS áramkör önállóan elhelyezkedő kapukat használ , amelyek poliszilíciumból készülnek , ezt a technológiát Federico Faggin fejlesztette ki a Fairchild Semiconductornál . Ezeket a szilícium kapukat a MOSFET alapú integrált áramkörtípusok többségében még mindig használják , bár a fém ( Al vagy Cu ) kapuk a 2000-es évek elején kezdtek újra megjelenni bizonyos típusú nagy sebességű áramkörökön, például nagy teljesítményű mikroprocesszorokon.
A MOSFET n típusú dúsító tranzisztorok , amelyek a logikai kapu kimenete és a negatív tápfeszültség (általában földelt) között „lehúzható hálózatnak” (PDN) nevezett hálózatban vannak elrendezve. A pozitív tápfeszültség és az egyes logikai kapu kimenetek közé egy felhúzható ellenállást (azaz "terhelést", amely ellenállásnak tekinthető, lásd alább) helyezünk. Bármilyen típusú logikai kapu , beleértve logika inverter , ezért megvalósítható tervezése egy párhuzamos és / vagy a soros áramkör hálózat, mint például ha a kívánt kimeneti egy bizonyos kombinációja logikai bemeneti értékek jelentése nulla (vagy hamis ), a PDN hálózat azonnal legyen aktív, ami azt jelenti, hogy legalább egy tranzisztor lehetővé teszi az áram áramlását a negatív táp és a kimenet között. Ez feszültségesést okoz a terhelésen, és ezért alacsony feszültséget jelent a kimeneten, ami nulla .
Példaként bemutatjuk a diagramot NMOS-ban megvalósított NOR kaput . Ha az A vagy a B bemenet magas (logika 1 = Igaz), a megfelelő MOS tranzisztor nagyon alacsony ellenállásként működik a kimenet és a negatív tápegység között, és a kimenetet alacsonyra kényszeríti (logika 0 = Hamis). Ha mindkét A és B bemenet magas, akkor mindkét tranzisztor vezet, ami még alacsonyabb ellenállást eredményez a talajjal szemben. Az egyetlen eset, amikor a kimenet magas, mindkét tranzisztor blokkolásakor fordul elő, ami csak akkor fordul elő, ha A és B alacsony, és ezért tiszteletben tartja a NOR kapu igazságtáblázatát:
| NÁL NÉL | B | A NOR B |
|---|---|---|
| 0 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 0 |
A MOSFET ellenállóként működhet, ezért az egész áramkör csak n típusú MOSFET-ekkel hozható létre. Az NMOS áramkörök lassan mennek alacsony szintről magas szintre. A magas és az alacsony közötti áttéréskor a tranzisztorok alacsony ellenállást kínálnak, és a kimeneten a kapacitív terhelés nagyon gyorsan megszűnik (hasonlóan ahhoz, hogy a kondenzátort nagyon alacsony ellenálláson keresztül kisütjük). De a kimenet és a pozitív táp közötti ellenállás sokkal erősebb, ezért az alacsony szintről a magas szintre való átmenet sokkal lassabb (hasonlóan ahhoz, mint egy nagy értékű ellenálláson keresztül kondenzátort tölteni). Kisebb ellenállás alkalmazása felgyorsítja a folyamatot, de növeli a statikus energiaeloszlást is. A kapuk gyorsabbá tételének jobb (és leggyakoribb) módja az, ha a dúsított tranzisztorok helyett kimerült tranzisztorokat használunk terhelésként . Ezt nevezzük kimerülés-terhelés NMOS logikának .
Sok éven keresztül az NMOS áramkörök sokkal gyorsabbak voltak, mint az összehasonlítható PMOS és CMOS áramkörök , amelyek sokkal lassabb p-csatornás tranzisztorokat használtak. Az NMOS előállítása is könnyebb volt, mint a CMOS, az utóbbinak p-csatornás tranzisztorokat kellett beépíteni speciális n-típusú üregekbe a p-típusú szubsztrátumban. Az NMOS (és a legtöbb más logikai család ) legnagyobb hibája, hogy egy egyenáramnak át kell áramolnia egy logikai kapun, annak ellenére, hogy a kimenet állandó állapotban van (NMOS esetén alacsony). Ez statikus hőelvezetést , vagyis áramfogyasztást eredményez, még akkor is, ha az áramkör nem kapcsol. Hasonló helyzet áll fenn a modern nagy sebességű, nagy sűrűségű CMOS áramkörökben (mikroprocesszorok stb.), Amelyek szintén jelentős statikus árammal rendelkeznek, bár ez szivárgásnak és nem torzításnak köszönhető . Azonban az ASIC - ekben , SRAM - okban stb. Használt régebbi és / vagy lassabb CMOS áramkörök statikus energiafogyasztása általában nagyon alacsony.
Ezenkívül, mint a DTL , TTL , ECL stb. Esetében, a kiegyensúlyozatlan bemeneti logikai szintek miatt az NMOS és a PMOS áramkörök hajlamosabbak a zajra, mint a CMOS. Ezek a hátrányok megmagyarázzák, hogy a CMOS miért váltotta most át az ilyen típusú logikát a nagy sebességű digitális áramkörökben, például a mikroprocesszorokban (annak ellenére, hogy a CMOS kezdetben nagyon lassú volt a bipoláris tranzisztorokkal felépített logikai kapukhoz képest ).