Elettronica digitale - Logiche a passtransistor

Logiche a pass-transistor

Uno stile circuitale ampiamente usato in elettronica digitale è quello delle logiche a

pass-transistor, le quali sono costituite da reti di interruttori seguite da un

invertitore in uscita che svolge la funzione di buffer. La struttura generale è:

Nelle logiche a pass-transistor abbiamo meno interruttori rispetto allo stile circuitale

fully cmos per implementare delle funzioni logiche: riusciamo infatti a portare in

uscita alcuni ingressi selezionandoli in base al valore assunto da altri ingressi.

Multiplexer invertente

Vediamone un esempio con il (o Mux) in figura:

L'uscita è allora funzione di A, B ed S, con il segnale in ingresso S che andrà a

selezionare quale degli altri due portare in uscita. Essendo presenti due n-Mos, se S

è in forma vera (S=1) in uscita al nodo X avrò solo A, mentre se è in forma negata

(S=0), avrò solo B. Il tutto poi verrà invertito all'uscita Out.

Un'altra funzione logica che possiamo implementare è lo XOR(Exclusive-OR), la cui

tabella della verità è:

A B A XOR B

0 0 0

0 1 1

1 0 1

1 1 0

Lo XOR può essere allora implementato così:

In pratica avrò al nodo X, A oppure A negato a seconda che B sia un 1 o uno 0.

Allo stesso modo possiamo figurare la funzione logica NAND, la cui tabella della

verità è: A B A NAND B

0 0 1

0 1 1

1 0 1

1 1 0

Con le nostra logica pass-transistor la individuiamo così:

La funzione logica NOR invece:

A B A NOR B

0 0 1

0 1 0

1 0 0

1 1 0

La corrispondente rappresentazione circuitale qui è:

Dagli esempi appena visti si evince che con la logica a pass-transistor abbiamo un

vantaggio in termini di semplicità circuitale, e conseguente aumento in velocità e

diminuzione dei costi. Con le logiche CMOS avrei dovuto utilizzare infatti un numero

molto più elevato di transistori, con una certa ridondanza tra reti di pull-down e

pull-up.

Tuttavia queste logiche hanno anche degli svantaggi. Consideriamo ad esempio un

semplice interruttore:

1)Se B=0 ho Vgs=0 e l'n-Mos spento perchè Vgs<Vtn. Anche se fosse stato A=1 e

Out=0, se B=0 sono sempre con l'n-Mos spento.

2)Se B=1 (n-Mos acceso) invece si possono considerare due casi:

a)Con A=0 e Out=1 voglio allora trasmettere uno 0, e la corrente allora va dalla

capacità a massa, che è in A in questo caso, finché il nodo Out non si sarà

totalmente scaricato. In questo caso verrà trasmesso uno 0 logico buono.

b)Con A=1 e Out=0 voglio caricare l'uscita Out, ma quando Out arriverà al valore di

Vdd-Vtn l'n-Mos si spegnerà, perchè Vgs=Vdd-VOut=Vdd-Vdd+Vtn=Vtn, e quindi

perchè la Vgs sarà uguale al valore di soglia per gli n-Mos. Questo fatto determina

la trasmissione di un 1 logico “debole”.

Con un transistore p-Mos posso fare delle considerazioni analoghe:

Se infatti volessi caricare Out(quindi con A=1 e Out inizialmente uguale a 0) non

avrei problemi, ma se partissi con A=0 e Out=Vdd da scaricare, mi fermerei al

valore di soglia -Vtp per il p-mos, che quindi considero positivo.

Facciamo un breve riassunto:

-con un n-mos trasmetto bene gli 0 e male gli 1.

-con un p-mos trasmetto bene gli 1 e male gli 0.