МОПА

Вход

МОП!

р-канальный т{\-транзистор

Выход

п-канальный МОП-траншстор

Рис. 2.17. Типовая схема последовательного включения полевых транзисторов с различными типами проводимости. При подаче на вход цифрового сигнала один транзистор закрыт, другой - открыт

жению питания -н5 В. Типовое значение этого уровня около 3,5 В. Это обстоятельство обусловливает сравнительно низкую помехоустойчивость схем ТТЛ. Поскольку напряжение на выходе КМОП ИС практически равно напряжению питания, их помехоустойчивость выше помехоустойчивости стандартных схем. В дополнение: рассеиваемые мощности КМОП ИС существенно ниже, чем у ТТЛ и могут составлять несколько микроватт на элемент.

Недостатком КМОП ИС первых выпусков является низкое быстродействие. КМОП ИС требуют защиты от воздействия статического электричества. Скорости передачи данных для старых типов КМОП ИС составляют 100-200 не - в 10 раз больше, чем в среднем для ТТЛ. Для многих практических применений это несущественно; в частности, для карманных калькуляторов это время не слишком велико. Скорости старых КМОП ИС недостаточны для больших систем с последовательной обработкой данных. Необходимость использования высоких частот посылок тактирующих импульсов составляет известную проблему цифровой звукозаписи. Современные КМОП ИС рассчитаны на повышенные скорости обработки данных. Нужда в повышенном быстродействии КМОП ИС обостряется необходимостью создания экономичных схем памяти, сохраняющих информацию при питании от низковольтных батарей. Можно использовать отдельные МОП-транзисторы с р- и н-каналами, обладающие большим быстродействием, чем КМОП ИС.

Раньше повреждения КМОП ИС, вызванные воздействием электростатического электричества, причиняли большие неприятности. Затворы МОП-транзисторов так хорошо изолированы от каналов, что разряд малейшего электростатического заряда вызывает недопустимые перенапряжения. В то же время очень тонкие слои двуокиси кремния пробиваются при напряжениях порядка 20 В. Это означает, что любые операции, например обрезка выводов МОП-транзисторов на изолированных подложках, могут вызвать необратимые пробои диэлектрика затвора. КМОП ИС широко используются в аппаратуре; для предотвращения появления недопустимых напряжений принимаются различные меры, в том числе применяются разрядные диоды, подключаемые к выводам затворов. Необходимо помнить, что вызывать повреждеьшя может только разность потенциалов между затвором и каналом.

При ходьбе по нейлоновому ковру ваши руки могут иметь потенциал порядка 14 кВ и более, но если этот потенциал приложен и к затвору, и к каналу, то повреждения не произойдет. Аккуратное включение ИС в цепь исключает электростатическую опасность, поскольку в любой цепи есть сопротивление, включенное между затвором и каналом и оно в разумных пределах надежно защищает прибор от воздействия статического электричества. Иными словами, статическое электричество не может повредить работающую схему независимо от того, переключается она или нет.

Единственная возможность повреждения возникает в случае, если один вывод МОП ИС заземлен, а к другому прикасаются; даже в этом случае встроенные диоды могут защитить транзисторы. За много лет работы с МОП-транзисторами я ни разу не встречался с повреждениями, вызванными статическим электричеством, даже в те дни, когда после прохода по ковру касался радиатора и ощущал неприятный удар.

Стандартные предосторожности при работе с МОП-приборами приведены ниже.

1. До применения сохраняйте приборы в упаковке изготовителя. Избегайте касания вьшодов.

2. До впайки прибора в схему не нарушайте перемычек, замыкающих выводы накоротко.

3. Не допускайте, чтобы цепь затвора оказалась разомкнутой.

4. При монтаже МОП-прибора используйте заземление паяльника и монтажной платы.

5. Убедитесь в том, что на плате есть резистивная дорожка между затвором и другими выводами.

6. Убедитесь в том, что соответствующие условия для работы созданы: влажность достаточно велика, отсутствует синтетика, все металлические поверхности заземлены; в сложных случаях монтажнику следует использовать заземленный браслет, надеваемый на запястье.

Проблемы статического электричества устраняются, если ИС изымаются или вставляются при выключенном напряжении питания; если ИС до употребления хранятся в защитной упаковке; если руки оператора слегка увлажнены и монтажная панель заземлена.

На рис. 2.18 показана типичная схема логического элемента И-Не в КМОП-исполне-нии. Входами всегда являются выводы затворов, а выход берется от соединения истока одного транзистора со стоком другого. Поскольку входные цепи МОП ИС практически не потребляют тока, число входов ограничивается только емкостями выводов затво-

Рис. 2.18. Схема И-НЕ с комплементарной МОП-структурой; входами являются затворы полевых транзисторов, поэтому входное сопротивление всегда велико. Выходы - сток или исток; выходное сопротивление относителыю невелико

ров. На высоких скоростях переключения значения гока, необходимого для заряда и разряда емкости затвор-канал, являются ограничивающим фактором. Наличие защитных диодов также увеличивает утечку по постоянному току, хотя она и не слишком велика.

КМОП ИС благодаря малой потребляемой мощности представляют важный класс цифровых ИС, но во многих цифровых ИС используются МОП-транзисторы с одним типом канала: и-МОП или р-МОП. Эти ИС также потребляют малые мощности, хотя и несколько большие, чем КМОП ИС, особенно на высоких скоростях переключения. ИС на МОП-транзисторах широко используются в микропроцессорах и схемах памяти. Они же в сочетании с КМОП ИС находят и другие применения, например в устройствах передачи данных и измерительной технике. Многие из них представляют собой типовые схемы цифровой техники, такие как счетчики, но отличаются высокой степенью интеграции. Другие имеют специальное назначение, например схемы для передачи речевых сигналов, для обработки сигналов в цифровой записи на КД или ленты. Многие р-МОП и и-МОП ИС предназначены для вычислительной техники и микропроцессоров широкого применения. В этой категории ИС интересны схемы типа пожарная цепочка , представляющие собой разновидность регистра, в котором данные смещаются по цепочке при каждом тактирующем импульсе. Эти устройства позволяют осуществлять задержку информации на время, зависящее от частоты посылок тактирующих импульсов; многие потребители используют эти устройства для звуковых систем, например для создания реверберации и других эффектов.

ИС ПАМЯТИ

Очень важный класс МОП ИС предназначен для использования в устройствах памяти. Память в смысле вычислительной техники означает способность сохранять логические уровни О или 1 сколь угодно долго. Выделяются два типа памяти: энергозависимая и энергонезависимая память. Энергозависимая память требует регенерации данных. Все устройства памяти этого класса, в том числе некоторые КМОП-устройства, требуют источников питания, например батарей. При выключении источника питания хранимая информация теряется. Истинно энергонезависимое устройство памяти сохраняет информацию при выключении источника питания. Наиболее характерным примером энергонезависимой памяти является магнитная память. В устройствах памяти первых образцов вычислительных машин использовались кольцевые магнитные сердечники с обмотками, каждый из которых хранил один двоичный разряд. Для внешней памяти использовались магнитные ленты или диски; в наиболее современных системах используются оптические диски. Их достоинства состоят в высокой плотности записи данных, устойчивости к воздействию случайных магнитных полей, в возможности не очень аккуратного обращения. Не будет лреувеличением утверждение, что КД как устройства па-