WikiDer > Логика PMOS

PMOS logic
Микросхема часов PMOS, 1974 г.

Логика металл-оксид-полупроводник P-типа, PMOS или же pMOS, представляет собой тип цифровой схемы, построенной с использованием Полевые транзисторы металл-оксид-полупроводник (MOSFET) с полупроводник p-типа источник и сток напечатаны на большом количестве n-тип "Что ж". При активации путем понижения Напряжение на затворе результирующая схема позволяет проводить электронные дыры между истоком и стоком, включив схему.

Схемы PMOS менее восприимчивы к электронный шум чем другие типы полевых МОП-транзисторов, что позволяет легко изготовить. Они широко использовались в первые дни микропроцессор развитие в 1970-х гг. У них есть ряд недостатков по сравнению с NMOS и CMOS альтернативы, включая необходимость в нескольких различных напряжениях питания (как положительных, так и отрицательных), большое рассеяние мощности в проводящем состоянии и относительно большие характеристики. Кроме того, общая скорость переключения ниже.

PMOS был заменен на NMOS, поскольку были внедрены более совершенные технологии изготовления, особенно дальнейшее удаление примесей из кремний сток, который снизил шум. NMOS предлагал основные преимущества с точки зрения энергопотребления, тепловых нагрузок и размеров элементов. NMOS стали широко использоваться к середине 1970-х годов, прежде чем они были заменены на CMOS логика в начале 1980-х гг.

Описание

PMOS использует р-канал (+) Полевые транзисторы металл-оксид-полупроводник (MOSFET) для реализации логические ворота и другие цифровые схемы. Транзисторы PMOS работают, создавая инверсионный слой в n-тип корпус транзистора. Этот инверсионный слой, называемый p-каналом, может проводить дыры между р-тип терминалы «исток» и «сток».

Р-канал создается подачей напряжения[требуется разъяснение] к третьему терминалу, называемому воротами. Как и другие полевые МОП-транзисторы, PMOS-транзисторы имеют четыре режима работы: отсечка (или подпороговая), триод, насыщение (иногда называемое активным) и насыщение по скорости.

Хотя логику PMOS легко спроектировать и изготовить (полевой МОП-транзистор может работать как резистор, поэтому вся схема может быть сделана из полевых транзисторов PMOS), у нее также есть несколько недостатков. Худшая проблема в том, что есть постоянный ток (DC) через логический вентиль PMOS, когда PUN активен, то есть всякий раз, когда на выходе высокий уровень, что приводит к статическому рассеянию мощности, даже когда схема находится в режиме ожидания.

Кроме того, схемы PMOS медленно переходят с высокого уровня на низкий. При переходе от низкого к высокому уровню транзисторы обеспечивают низкое сопротивление, а емкостной заряд на выходе накапливается очень быстро (аналогично зарядке конденсатора через очень низкое сопротивление). Но сопротивление между выходом и отрицательной шиной питания намного больше, поэтому переход с высокого уровня на низкий занимает больше времени (аналогично разрядке конденсатора через высокое сопротивление). Использование резистора меньшего номинала ускорит процесс, но также увеличит рассеивание статической мощности.

Кроме того, асимметричные входные логические уровни делают схемы PMOS чувствительными к шумам.[1]

Для большинства интегральных схем PMOS требуется источник питания 17-24 В постоянного тока.[2] В Intel 4004 Однако микропроцессор PMOS использует логику PMOS с поликремний скорее, чем металлические ворота позволяя меньший перепад напряжения. Для совместимости с TTL сигналов, 4004 использует положительное напряжение питания VSS= + 5 В и отрицательное напряжение питания ВDD = -10В.[3]

Хотя изначально проще в изготовлении,[4] Логика PMOS была позже заменена Логика NMOS с использованием n-канальных полевых транзисторов. NMOS быстрее, чем PMOS. Современные интегральные схемы CMOS логика, которая использует как p-канальные, так и n-канальные транзисторы.

Ворота

МОП-транзисторы p-типа расположены в так называемой «подтягивающей сети» (PUN) между выходом логического элемента и положительным напряжением питания, в то время как резистор помещается между выходом логического элемента и отрицательным напряжением питания. Схема спроектирована таким образом, что если желаемый выход высокий, тогда PUN будет активен, создавая путь тока между положительным источником питания и выходом.

Вентили PMOS имеют то же расположение, что и вентили NMOS, если все напряжения инвертированы.[4]Таким образом, для логики с активным высоким уровнем Законы де Моргана показывают, что вентиль PMOS NOR имеет ту же структуру, что и вентиль NMOS NAND, и наоборот.

PMOS инвертор с нагрузочным резистором.
PMOS Ворота NAND с нагрузочным резистором.
PMOS Ворота NOR с нагрузочным резистором.

История

После изобретения МОП-транзистор к Мохамед Аталла и Давон Канг в Bell Labs в 1959 году они продемонстрировали технологию MOSFET в 1960 году.[5] Они сфабрикованный устройства pMOS и nMOS с 20 мкм процесс. Однако устройства nMOS были непрактичными, и только тип pMOS был практическими рабочими устройствами.[6] Несколько лет спустя был разработан более практичный процесс nMOS.

В самые ранние микропроцессоры в начале 1970-х были процессоры PMOS, которые первоначально доминировали в микропроцессор промышленность. К концу 1970-х годов микропроцессоры NMOS обогнали процессоры PMOS.[7]

Рекомендации

  1. ^ Хан, Ахмад Шахид (2014). Микроволновая техника: концепции и основы. п. 629. ISBN 9781466591424. Получено 2016-04-10. Кроме того, асимметричные входные логические уровни делают схемы PMOS чувствительными к шумам.
  2. ^ Fairchild (январь 1983 г.). "CMOS, идеальное семейство логики" (PDF). п. 6. Архивировано из оригинал (PDF) на 2015-01-09. Получено 2015-07-03. Большинство наиболее популярных компонентов P-MOS рассчитаны на блоки питания от 17 В до 24 В, в то время как максимальное напряжение питания для CMOS составляет 15 В.
  3. ^ «Техническое описание Intel 4004» (PDF) (опубликовано 06.07.2010). 1987. с. 7. Получено 2011-07-06.
  4. ^ а б Справочник данных по микроэлектронным устройствам (PDF) (NPC 275-1 ред.). НАСА / Исследовательская корпорация ARINC. Август 1966 г. с. 2-51.
  5. ^ «1960 - Демонстрация металлооксидного полупроводникового (МОП) транзистора». Кремниевый двигатель. Музей истории компьютеров.
  6. ^ Лойек, Бо (2007). История полупроводниковой техники. Springer Science & Business Media. стр.321-3. ISBN 9783540342588.
  7. ^ Кун, Келин (2018). «CMOS и не только CMOS: проблемы масштабирования». Материалы с высокой мобильностью для приложений CMOS. Woodhead Publishing. п. 1. ISBN 9780081020623.

дальнейшее чтение