Elettronica Digitale

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 identi ca 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

LINEARE

REGIONE

Si chiama lineare perche vicino a l’origine (VDS piccolo) è approssimativamente lineare.

I B DVDS

Nos B di

EVASI conducibilità

fattone è

P è

più

f fattore

NE cox.me

e meglio

grande

tecnologico

È conveniente a parità di tensione avere piu corrente perche sono piu veloce a caricare.

Se GV

Eva I

la diventa dove è pari

caratteristica cioè transnesistenza a

una Glanduttanza

ignoro fattore

NosVt

di il

che

p tensione canale

apro

e 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 ch in realtà la corrente cresce meno. della la

il lineare non

secondo casama

modello corrente

regione

è quelloche inrealtà la

avviene fisicamente corrente rimane

IIIIIIItaffyffi diventa

ve

VosVos

satura il un

ovvero dispositivo

quando

di qui

da devo

corrente comandato cambiare modello

generatore

VDS v5

di E

I Nos

REGIONE SATURAZIONE VDssvos.ve

Le due formule della corrente riguardano un modello stazionario, per quanti riguarda gli e etti capacitivi

esistono e sono collegati al transistore; dal punto di vista del nostri approccio il transistore non ha degli e etti

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 perche 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.tt

j B

Ci sono due giunzioni pn, queste due non devono andare mai in diretta cioe quando la p è piu alta della n

ovvero la p deve essere collegato alla tensione piu bassa presente nel circuito; le altre due tensioni possono

essere o alla stessa tensione oppure possono essere piu 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 puo avere il S a massa perche questo è un

Vod ramo resistivo, avremo delle tensioni sul nodo A e C che saranno piu alte della

Ya massa anche perché altrimenti non puo scorrere corrente. Il nodo C fa la

B funzione di D del transistore inferiore ma anche il S del transistore superiore. Il

d

Usb

Ma

Ty transistore M1 ha una tensione positiva tra il suo S e la massa quindi ha una

tensione piu alta di B, ma non c’è problema perche la giunzione pn è in inversa.

Dott P

USB M2 non ha S e B alla stessa tensione, quindi la regine svuotata sarà piu grande

MI di conseguenza per accendere un transistore che ha una tensione tra S e B ci

devo mettere piu tensione sul gate. Io ho una tecnologia per la quale de nisco

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 piu alta; questo e etto 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 usso sico 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 piu alta. Non posso mettere vicini un

canale n e uno p perche hanno substrati diversi. Il S è alla stessa tensione di substrato o piu basso, il D è

quello piu basso di tutti; per accenderlo la tensione Vgs deve essere piu piccola della soglia e in particolare

mi conviene farla negativa per avere simmetria con il canale n.

lui

Voschilvest

ON

LI su

vip o

44pA If

VT IVA

Vos

TRIODO VDS E

NDS

LINEARE Vost A parità di tensione e geometria il pMOS da

una corrente che è la metà , per avere la

stressa corrente devo avere qualcosa che

IBPCCVOSVDVDS.LV compensa la mobilità ovvero devo farlo piu

VDSEVos

SATURAZIONE VTCIVDSIZNost

IK I

BELVOS.VN

DI USCITA

CARATTERISTICHE PMS agg

Un

ILVDsevos.it Quando ho un solo carico ricon gurai le

questo mi fa si di annullare la potenza

statica in uno dei du stasti logici, se ho le

capacita di estendere questi carico

ricon gurai le anche all’altra pè arte del

partitore resistivo risolvo il problema della

potenza dissipata in statica.

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 e etto 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 vere molta corrente quando il

transistore è acceso e poca corrente quando il transistore è spento . Il processo di spegnimento è tanto piu e cace quanto piu porto

al G una tensione piu 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 li 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 In

Tutti i punti della caratteristica devono ubbidire alla legge:la corrente

Ip Vinio Vidas

Vinio Vos

PP Iva

del p deve essere uguale a quella dell’n.

te IBELIN Van

Elliot

Vda Voivod

Vip

EFFIGY 4 vout.vn

È OCVINC.VN

Fàtima Iiffingghepplluminidlvandalvantin

Pda saturo

un

sun diventa

pp Vip

Ven Vda Ip

Belvin è

van la

Impelvin entrambi

netta essendo

c'è verticale

quindi

non si

in saturazione

Vin

di di

c'è un valore corrente

non fisso generatori come

di

VIN simmetria

da comportano gen

che

VAI un

caso grado

NOTEVOLE di corrente

PIANI

pppmelvtnlN.pl

La di di

il

soluzione valore soglia

questa

equazione rappresenta logica

VIN E

VIM Vip

VINCIVDA

FIVB da

la

Ntp sinistra destra

Vin

Vite caratteristica

spostare influisce

a

Se i due beta non sono uguali (puo esser possibile perche gli n sono piu veloci dei p) la caratteristica viene spostata

sui parametri

agg

verso 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 piu bassa. Soglia logica vuol dire avere la stessa

tensione si in ingresso che in uscita; i due transistori sono due generatori di corrente, ma l’n è piu conduttivo quindi

avrà una tensione Vgs piu piccola e la caratteristica si sposta a sinistra. Spostare la caratteristica a sinistra e destra

ha forte in uenza sui parametri ad esempio se si sposta a sinistra la caratteristica uno dei due margini viene piu

piccolo , ovvvero l’ingresso basso e uscita alta è piu 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 piu verticale quindi

non si comporta piu come un generatore di corrente.

che sia

il ideale

d'ingresso

segnale

supponiamo

vgs.VN Quando arriva il fronte dell’impulso

Vin

a della tensione in ingresso

appaga ipotizziamo che il transistore

ist commuti istantaneamente il suo

stato ( ovvero non ha e etti

capacitivi interni che creano in

ritardo).

Vo Tutto l’e etto reattivo è all’uscita

perche rende molto piu semplice la

i E trattazione essendo isolato sul

componente esterno.

Vos costante Sono molto sempli cati 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 iii

una 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 nisco in lineare, se invece inizio

in lineare rimango in lineare.

m.ms Vos vos

saturo

odia VI 121

Chase

vos Vasi that di

Taminecostante tempo

di pezzo

corrente

generatore che attraversare

impiego

per

Isa fi

In regione

questa

WEIGEL

Vi

Vos in

Vos ho linea

il

LINEARE

MMOS quando passaggio Questo pezzo è piu complicato perche la

corrente dipende dalla tensione ai capi, di

Cdf Us

Believes ftp.pffdt conseguenza è meno e ciente.

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.us

YIIIt (andrebbe logaritmicamente a zero).

III Be

A I

tetti stia devo adottare una

convenzione per capire

mi

Beaune fermo

talent quando

emette Km kenttEYIY.FI

testi É

CARICA

VAD saturo

pros ai

la

cala tensione capi

de il

transistore lungo

E

qgsyygg Cida Vos

Vip finirà sicuramente

quindi

tempo

in lineare

caavè

TINYEYFIE

Fate positiva

Vt

Vos

VDS

pros LINEARE Vds

BELÉN

Gdf ftp.uj

ed nYEihldiY

mi EyelùYY

Stiamo concretizzando il caso di prima nel caso della scarica

SCARICA della rete di pull-down dell’invertitore CMOS al

cosa coso

rispetto

sniffi genere

saturazione

Myffidd GVod

Vos

Vad qq.ggegg

VASIVDA

q q

mi vos vi svvos

Dove 3vo.su

fermo es

o

Misurovos.ve Vt

VosVos

VDDE3VVDD

VDS se in

li saturazione

faccio

osti

asp

su costante fino a

corrente VDD.ve

a

VT

VASI

VDA

LINEARE LYÈIYYYIE

è

E

b

vos costante

rimane

Vase

Vama o

non mettere

posso Le

no enfiteuta

altrimenti andrebbe all'infinito

perchè Uniti

if

ESATTI III Eem

REALE

CARICA saturovos.IT da vana

la

qui se

parte

Va 3D

Vales

VASI

È Lifeguard

È

VII

VASI

LINEARE asu

es non altrimenti

zero

essere

può 2 a

Isa Yun

Erise ftp.fjh jY

pYnu

ptfem

dhtYj

la usare

posso e

dalla saturazione

parto

quando

arrivo 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,

cioe sono piu lunghi di quelli con il

generatore

È un caso particolare di transistorio di scarica perche parte da VDD e quindi in saturazione cioe con una corrente che non cambia

mai; in ogni punto della curva la sua derivata rappresenta la corrente con cui sto svolgendo questo transitorio, piu è pendente piu 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 perche la corrente cala e la curva si adagia nell’asse delle x; se voglio che la Vout segni 0 devo aspettare un tempo in nito,

per segnare un tempo relistaico 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 e etti reattivi non li vedo dentro il transistore ma fuori cioè solo il condensatore ha e etti

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 de nire un

valore in cui mi fermo. In realtà è che man mano

che il tempo va avanti il punto si sposta con

correnti sempre piu 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 piu diverse, ma in generale tende ad esserci una dipenden