Elettronica Digitale

Transistore n_mos

Nel transistore n_mos i portatori sono gli elettroni quindi ha soglia maggiore di zero e si accende con valori di tensione positive, le caratteristiche (equazioni corrente-tensione) statiche sono corrente-tensione. Ho un’unica corrente (quella di drain), mentre le tensioni sono due: VGS e VDS. Una tensione identifica il parametro e l’altra la famiglia; non si riesce a descrivere l’intero piano della caratteristica con un solo modello, quindi devo ricorrere a due equazioni diverse per due regioni diverse.

VDSEVos.ve

Regione lineare

Si chiama lineare perché vicino all’origine (VDS piccolo) è approssimativamente lineare.

I B DVDSNos B diEVASI conducibilitàfattone è P è piùf fattoreNE cox.mee meglio grandetecnologico

È conveniente a parità di tensione avere più corrente perché sono più veloce a caricare.

Se GVEva Ila diventa dove è pari caratteristica cioè transnesistenza a una Glanduttanza ignoro fattoreNosVtdi ilchep tensione canale apre un fattore fattore rappresenta quando geometrico tecnologico

Transistor

Con un comando esterno che è (Vgs-Vt) ottengo dei resistori di conducibilità diversa a seconda del comando, mentre VDS rappresenta la tensione ai capi della resistenza. In realtà è presente anche quel fattore di correzione che indica che in realtà la corrente cresce meno. della lail lineare non secondo casamamodello corrente regione è quello che in realtà avviene fisicamente corrente rimane IIIIIIItaffyffi diventa veVosVossatura il uno ovvero dispositivo quando di qui da devo corrente comandato cambiare modello generatore VDS v5di EI Nos

Regione saturazione

VDssvos.ve

Le due formule della corrente riguardano un modello stazionario, per quanto riguarda gli effetti capacitivi esistono e sono collegati al transistore; dal punto di vista del nostri approccio il transistore non ha degli effetti capacitivi ma è descritto da un modello stazionario, i condensatori sono esterni. Se ho un transistore che comanda un’altra transistore e quindi ne guida il gate io vedo questo transistore e dico che il suo carico è capacitivi e disegno un condensatore anche se non c’è, ovvero questo condensatore è rappresentato dal condensatore perché deve essere caricato.

Tra il substrato e le due regioni S e D ci sono giunzioni pn (il substrato è di tipo p e S e D di tipo n) js.ttj BCi sono due giunzioni pn, queste due non devono andare mai in diretta cioè quando la p è più alta della n ovvero la p deve essere collegato alla tensione più bassa presente nel circuito; le altre due tensioni possono essere o alla stessa tensione oppure possono essere più in alto.

Poter avere due transistori uno sopra l’alto ovvero connessi in serie, i due B sono a massa; quello sotto ha il S a massa, ma quello di sopra non può avere il S a massa perché questo è un Vod ramo resistivo, avremo delle tensioni sul nodo A e C che saranno più alte della Ya massa anche perché altrimenti non può scorrere corrente. Il nodo C fa la B funzione di D del transistore inferiore ma anche il S del transistore superiore. Il dUsbMaTy transistore M1 ha una tensione positiva tra il suo S e la massa quindi ha una tensione più alta di B, ma non c’è problema perché la giunzione pn è in inversa.

Dott PUSB M2 non ha S e B alla stessa tensione, quindi la regione svuotata sarà più grande MI di conseguenza per accendere un transistore che ha una tensione tra S e B ci devo mettere più tensione sul gate. Io ho una tecnologia per la quale definisco una tensione di soglia (tensione che devo mettere nel gate per accendere il VEVTOYITENSB.EE canale), se il transistore è in un punto del circuito in cui presente una Vsb che non è zero la tensione di soglia non è quella tecnologica a è più alta; questo effetto è detto effetto body.

Transistore p-MOS

A muoversi e ad avere un ruolo sono cariche positive. Vgs è negativo e la corrente va dal S a D quindi coincide con il flusso fisico dei portatori. In questo caso il substrato è di tipo n e le giunzioni pn devono sempre stare in inversa, poiché il B è di tipo n deve stare a tensione più alta. Non posso mettere vicini un canale n e uno p perché hanno substrati diversi. Il S è alla stessa tensione di substrato o più basso, il D è quello più basso di tutti; per accenderlo la tensione Vgs deve essere più piccola della soglia e in particolare mi conviene farla negativa per avere simmetria con il canale n.

luiVoschilvestONLI suvip o44pA IfVT IVAVos

Triodo VDS ENDS lineare Vost A parità di tensione e geometria il pMOS da una corrente che è la metà, per avere la stessa corrente devo avere qualcosa che IBPCCVOSVDVDS.LV compensa la mobilità ovvero devo farlo più VDSEVos saturazione VTCIVDSIZNostIK IBELVOS.VNDI USCITA

Caratteristiche PMOS

aggUnILVDsevos.it Quando ho un solo carico riconfigurai le questo mi fa sì di annullare la potenza statica in uno dei du stasti logici, se ho le capacita di estendere questi carico riconfigurai le anche all’altra pè arte del partitore resistivo risolvo il problema della potenza dissipata in statica.

Invertitore CMOS

Invertitore CMOS Implemento questo invertitore con due switch che rispondono in maniera opposta allo stesso comando che accende uno e CL: carico capacitivo che risulta dalla somma di tutte le capacita spegne l’altro. La tensione in dei gate che devo comandare. uscita è quella intermedia del partitore.

In questo caso la cosa interessante è che poiché i due dispositivi sono complementari, i terminali che si guardano e che condividono la stessa tensione sono i due D, quindi nessuno dei due ha effetto body. Il grande cambiamento è stato la risoluzione della potenza dissipata statica.

Caratteristica statica I/O CMOS

Devo costruire un luogo dei punti che sia soluzione tra Vin e Vout, per farlo ho bisogno di sfruttare il fatto che ho una sola corrente (quei due dispositivi non lavorano in maniera indipendente) e che devo capire a seconda dei valori di Vin che regione considerare.

Considero la tensione di soglia dell’n maggiore di zero e quella del p minore di zero, prendo una scala graduata e indico VDD e le soglie; in una tecnologia digitale la tensione di soglia è circa 1/4 della tensione di alimentazione per avere molta corrente quando il transistore è acceso e poca corrente quando il transistore è spento. Il processo di spegnimento è tanto più efficace quanto più porto al G una tensione più bassa della soglia (in realtà non lo spengo mai del tutto perché è un oggetto analogico).

Quando ho Vin molto piccolo o molto grande solo uno dei due è acceso: è quello che voglio!

Non voglio stare in mezzo perché lì avrei entrambi accesi.

Le due curve verticali indica le zone in cui i due transistori sono Le rette oblique indicano le regioni di accesi o spenti. saturazione e lineare dei due transistori avout InTutti i punti della caratteristica devono ubbidire alla legge: la corrente Ip Vinio VidasVinio VosPP Iva del p deve essere uguale a quella dell’n. te IBELIN VanElliotVda VoivodVipEFFIGY 4 vout.vn È OCVINC.VNFàtima IiffingghepplluminidlvandalvantinPda saturounsun diventapp VipVen Vda IpBelvin è van laImpelvin entrambinetta essendoc'è verticalequindi non si in saturazione Vindi dic'è un valore corrente non fisso generatori come diVIN simmetriada comportano gencheVAI uncaso grado NOTEVOLE di corrente PIANIpppmelvtnlN.pl La di diilsoluzione valore soglia questa equazione rappresenta logicaVIN EVIM VipVINCIVDAFIVB dalaNtp sinistra destraVinVite caratteristicaspostare influiscea

Se i due beta non sono uguali (puo esser possibile perché gli n sono più veloci dei p) la caratteristica viene spostata sui parametriaggverso sinistra o verso destra. Ma in ogni caso la regione verticale incrocia la bisettrice (questo punto di incontro viene detto soglia logica).

Se ho il p mos meno conduttivo dell’n mos la soglia logica è più bassa. Soglia logica vuol dire avere la stessa tensione sì in ingresso che in uscita; i due transistori sono due generatori di corrente, ma l’n è più conduttivo quindi avrà una tensione Vgs più piccola e la caratteristica si sposta a sinistra. Spostare la caratteristica a sinistra e destra ha forte influenza sui parametri ad esempio se si sposta a sinistra la caratteristica uno dei due margini viene più piccolo, ovvvero l’ingresso basso e uscita alta è più delicato rispetto al contrario.

Se disegno L’inversa i due punti di lavoro sono proprio VDD e zero.

Se considero un altro modello della saturazione ho che la parte centrale della caratteristica non è più verticale quindi non si comporta più come un generatore di corrente.

Transitori dell’invertitore CMOS

che siail idealed'ingressosegnalesupponiamovgs.VN Quando arriva il fronte dell’impulso Vina della tensione in ingresso appaga ipotizziamo che il transistore ist commuti istantaneamente il suo stato (ovvero non ha effetti capacitivi interni che creano in ritardo).

Vo Tutto l’effetto reattivo è all’uscita perché rende molto più semplice la i E trattazione essendo isolato sul componente esterno.

Vos costante Sono molto semplificati perché il CMOS ci permette di spegnere l’altro dispositivo.

Carica

d Quando carico non c’è corrente che va verso il basso, mentre quando carico non c’è corrente che arriva dall’alto.

Sono entrambi transitori a Vgs costante avviene attraverso iiiuna atrofia

Devo sapere se parto in lineare o in saturazione perché, essendo che VDS cala, se iii inizio in saturazione ho due pezzi di transitorio perché finisco in lineare, se invece inizio in lineare rimango in lineare.

m.ms Vos vossaturoodia VI 121Chasevos Vasi that diTaminecostante tempo di pezzo corrente generatore che attraversare impiego perIsa fiIn regionequestaWEIGELViVos inVos ho lineail

Lineare MMOS quando passaggio Questo pezzo è più complicato perché la corrente dipende dalla tensione ai capi, di Cdf UsBelieves ftp.pffdt conseguenza è meno efficiente.

La corrente cala come un RC quindi il transitorio si allunga, devo mettere uno Risolvo l'integrale stop per entrare nelle fasce degli zeri TE E F.usYIIIt (andrebbe logaritmicamente a zero).

III BeA Itetti stia devo adottare una convenzione per capire miBeaune fermotalent quando emette Km kenttEYIY.FItesti É

Carica VAD saturopros ailacala tensione capide il transistore lungo Eqgsyygg Cida VosVip finirà sicuramente quindi tempo in lineare caavèTINYEYFIEFate positivaVtVosVDSpros lineare VdsBELÉNGdf ftp.ujed nYEihldiYmi EyelùYY

Scarica

Stiamo concretizzando il caso di prima nel caso della scarica della rete di pull-down dell’invertitore CMOS alcosa cosorispettosniffi generesaturazioneMyffidd GVodVosVad qq.ggeggVASIVDAq qmi vos vi svvosDove 3vo.sufermo esoMisurovos.ve VtVosVosVDDE3VVDDVDS se inli saturazione faccioostiaspsu costante fino acorrente VDD.veaVTVASIVDA lineare LYÈIYYYIEèEbvos costanterimaneVaseVama onon mettereposso Leno enfiteutaaltrimenti andrebbe all'infinito perché UnitiifESATTI III EemREALE

Carica saturovos.IT da vanalaqui separteVa 3DValesVASIÈ LifeguardÈVIIVASI lineare asues non altrimenti zero essere può 2 aIsa YunErise ftp.fjh jYpYnuptfemdhtYjla usare posso edalla saturazione partoquandoarrivo al lineare Questi due tempi sarebbero il miglior tempo possibile (se i due transistori fossero generatori di corrente) moltiplicato per un fattore di non idealità, cioè sono più lunghi di quelli con il generatore.

È un caso particolare di transistorio di scarica perché parte da VDD e quindi in saturazione cioè con una corrente che non cambia mai; in ogni punto della curva la sua derivata rappresenta la corrente con cui sto svolgendo questo transitorio, più è pendente più è forte la corrente e quindi meno tempo ci metto.

Entro in lineare quando la tensione di uscita si abbassa di una soglia rispetto a VDD, quando entro la derivata si abbassa istante per istante perché la corrente cala e la curva si adagia nell’asse delle x; se voglio che la Vout segni 0 devo aspettare un tempo infinito, per segnare un tempo realistico devo mettere un traguardo con una tensione piccola. La scelta del tempo dipende fortemente da dove scelgo di posizionare Vol max.

Stiamo studiando un transitorio ma gli effetti reattivi non li vedo dentro il transistore ma fuori cioè solo il condensatore ha effetti reattivi, il transistore è un oggetto dove in ogni istante è vera l’equazione stazionaria; quindi uso le caratteristiche stazionari per studiare il transitorio.

Dato che la VGS=VDD ho una sola caratteristica di uscita non una famiglia, quindi il transistore deve stare in questa curva: Parto dal punto 1 e arrivo al punto 2 con un tempo.

Un transistor ideale che continua ad essere un generatore di corrente porta il sistema sul punto 3 e ci mette il tempo minimo.

Se la situazione fosse ideale non devo definire un valore in cui mi fermo. In realtà è che man mano che il tempo va avanti il punto si sposta con correnti sempre più piccole e non posso arrivare a zero.

I transitori di scarica e carica di tipo capacitivo avvengono sempre con un dispositivo di carico o scarico che è tipicamente un resisistopre non lineare la cui caratteristica coente- tensione è delle più diverse, ma in generale tende ad esserci una dipenden