Introduzione circuiti elettronici digitali (Angelo Castiglione)

Circuiti elettronici digitali

Introduzione

5.1 Caratteristiche staticae inverter

Caratteristica statica

6.1 Dinamica logica di ingresso e uscita

Margini di immunità al rumore e commutazione

6.9 Soglia logica

Fan in & fan out

6.12 Caratteristiche dinamicae inverter

Dissipazione di potenza

7.1 Potenza dinamica

Prodotto potenza ritardo

7.9

Circuiti elettronici digitali

Introduzione

5.1 Caratteristiche statiche inverter

Caratteristica statica

6.1 Dinamica logica di ingresso e uscita

Margini di immunità al rumore e commutazione

6.9 Soglia logica

Fan in fan out

6.12 Caratteristiche dinamiche inverter

Dissipazione di potenza

7.1 Potenza dinamica

Prodotto potenza ritardo

7.9

Il transistor MOS

Nomemclatura del transistor MOS si applica una tensione tra il terminale di gate G e il terminale di source S, e una tensione tra il terminale di drain D e il terminale di source S come mostrato in FIG.1. Si osserva come il transistor MOS ha, per il momento, il terminale di substrato B (bulk) connesso al terminale di source S.

Così come il transistor bipolare, anche il transistor MOS può lavorare in diverse regioni di funzionamento a seconda del valore assunto dalle tensioni V_GS e V_DS. Si distinguono la regione di triodo, la regione di saturazione e la regione di interdizione.

Regione di triodo

La regione di triodo nel transistor MOS è l'equivalente della regione di saturazione del transistor bipolare. Il transistor MOS si trova in regione di Triodo se:

• V_GS > V_T
• V_DS <= V_DS,sat = V_GS - V_T

In regione di Triodo, la corrente che scorre dal terminale di drain D al terminale di source S vale:

(2) i_D = μ_n C_ox (W/L)(V_GS-V_T)V_DS

dove μ_n è la mobilità degli elettroni, C_ox la capacità specifica di MOS, W/L il rapporto del canale in cui W è la larghezza di gate e L è la lunghezza di gate e infine V_T è la tensione di soglia. Tenendo conto della seconda condizione in (1), l'espressione della corrente i_D data in (2) si può esprimere come segue:

(3)   I_D ≈ μ_n C_ox W/L (V_GS - V_T) V_DS

Questa ultima relazione mostra come intervenire in questa regione la tensione di drain V_DS con la corrente dello stesso trans I_D attraverso la conduttanza G visibile:

(4)   G = μ_n C_ox W/L (V_GS - V_T)

Al variare della tensione V_GS, varia la conduttanza G. Sostituendo dalla (4) e la (3) allora si scrive come segue:

(5)   I_D = G • V_DS

Il transistor MOS in regione di triodo è un resistore variabile di conduttanza G, controllato dalla tensione V_GS. Se imponiamo V_GS = V_DD si ha il massimo della conduttanza G, ovvero il minimo della resistenza R_ON=1/G. È chiaro a questo punto che il transistor MOS in regione dei triodo è assimilabile a un interruttore ON con resistenza R_ON come mostrato in FIG 2. Dubole una si vorrebbe che fosse R_ON=0.

Regione di interdizione

Il transistor MOS si trova in regione di interdizione se:

(6)   { V_GS < V_T      V_DS > V_DS,SAT = V_GS - V_T }

Se il transistor MOS si trova in regione di interdizione si ha che I_D = 0 e ciò vuol dire che si può assimilare il transistor MOS in regione di interdizione a un interruttore OFF come mostrato in FIG.3. I circuiti digitali vengono realizzati con i transistor MOS spezzabile isolatore.

Tra la regione di turbol e la regione di ulteriolinea con i transistor MOS a canale corto si esiste. Tra il drain e il source non c'è il giu. Il circuito opera bene una resistenza altissima immontabile su un carico aperto. Quota tra il drain e il source esome una corrente molto piccola dell'ordine di solo corrente di perdita o di leakage. Questa corrente è inversamente proporzionale all'area del gate AGE WL. Più piccola è l'area del gate più piccola è la corrente di leakage.

Regione di saturazione

La regione di saturazione per il transistor MOS è superiore alla regione attiva diretta per i transistor bipolari. Il transistor MOS lavora in regime di saturazione se:

• V_GS > V_T
• V_DS > V_DS,SAT = V_GS - V