"ОСНОВЫ ОРГАНИЗАЦИИ КОРАБЛЯ" (КОРАБЕЛЬНЫЙ УСТАВ)
"ОСНОВЫ ОРГАНИЗАЦИИ КОРАБЛЯ" (КОРАБЕЛЬНЫЙ УСТАВ)
Методика расчета параметров компонентов nМОП ключа.
Напряжение источника питания равно
На входе логического элемента действует напряжение:
Пороговое напряжение транзистора при нулевом
напряжении затвор-исток выражается из формулы для нахождения
помехоустойчивости:
Максимальный ток, при котором открыты ключевые
транзисторы Т1 и Т2 в nМОП ключе, находится из выражения:
Напряжение смещения затвора нагрузочного транзистора
(чтобы он работал в крутой области) рассчитывается по формуле:
Для расчета крутизн nМОП ключа, необходимо
рассмотреть совместную выходную ВАХ работы этого ключа. На рис.1 представлена
такая совместная ВАХ трех транзисторов: нагрузочного Т3 и двух ключевых
транзисторов Т1 и Т2, включенных параллельно, таким образом, что реализуется
логическая схема ИЛИ-НЕ. Рассмотрим два случая, обозначенные на графике точками
1 и 2.
Случай 1. Потенциалы на
обоих затворах ключевых транзисторов Т1 и Т2 одинаковы и равны уровню
логической 1. Тогда при одинаковых транзисторах Т1 и Т2 ток нагрузочного
транзистора Т3 равен:
и он не должен превышать ток указанный в
техническом задании. А выходное напряжение ключа должно быть меньше, чем
уровень логического 0:
Следовательно, точка 1 будет описываться
следующей системой уравнений:
Эту систему можно преобразовать к виду:
Случай 2. В этом случае
на одном из ключевых транзисторов действует уровень логической 1, а на другом - уровень логического 0. Поэтому весь ток протекающий через нагрузочный
транзистор Т3 равен току протекающему только через один из двух ключевых
транзисторов:
причем:
А выходной потенциал не должен превышать
указанный уровень логического 0. В результате точка 2 на графике будет описана
второй системой уравнений:
Затем эту систему можно привести к уравнению
вида:
По этому уравнению можно сразу рассчитать
отношение крутизн. Затем из уравнения выведенного в первом случае, после
раскрытия скобок, преобразования и приведения подобных, получим уравнение вида:
,
где
тогда решением квадратного уравнения будет:
Воспользовавшись уравнениями из первого случая,
находим соответствующие крутизны транзисторов, которые определяются как:
Размеры соответствующих транзисторов nМОП
ключа выводятся из формулы для определения крутизны:
где удельная крутизна равна:
На размеры транзисторов накладывается дополнительное
условие минимально допустимого размера элемента. Для поликремния эти условия
равны:
т.е. при определении размеров канала, одна из
двух величин (ширина или длина) должна быть равна минимально допустимому
значению (в силу экономии места на пластине), а вторая величина соответственно
должна быть больше или равна минимально допустимой. Затем производят округление
полученных значений.
Расчет по указанным формулам производится с помощью
программы написанной на языке Паскаль SOLVE.PAS, Текст которой, а также
результат работы программы приведены на страницах 1113.
После расчета всех параметров, проводят моделирование
nМОП ключа на ЭВМ в среде PSPICE. Программы моделирования и расчета логического
ключа, а также значения потребляемой мощности, передаточной и переходной
характеристик показаны на страницах 1416. По передаточной и переходной характеристикам определяются
соответственно статические и динамические параметры схемы, значения которых
сведены в одну общую таблицу на странице 17.
|