Opole, dn. 21 maja 2005 Politechnika Opolska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Kierunek: Informatyka Projekt Układów Logicznych Temat: Br amki logiczne CMOS Autor: Dawid Najgiebauer Informatyka, sem. III, grupa lab. 7 (Pt g. 17.15) Prowadzący: dr hab. in . Tadeusz Skubis Ocena: .............................. O P O L E 2 0 0 4 Rodzina CMOS 2 1. Rodzina CMOS Układy CMOS są podgrupą układów MOS (nazwa CMOS wywodzi się od Complementary MOS). Są zbudowane z tranzystorów polowych z izolowaną bramką z kanałem wzbogaconym. Podstawą budowy bramek CMOS jest wykorzystanie tych tranzystorów PMOS oraz NMOS oraz brak jakichkolwiek elementów rezystywnych. Układy CMOS wypierają układy TTL stanowiąc perspektywę dla układów logicznych. Najwa niejsze zalety tych układów to bardzo mała moc strat w stanie statycznym i przy małych częstotliwościach, oraz mo liwość pracy przy obni onym napięciu zasilania, co umo liwia znaczne zmniejszenie moc strat przy większych częstotliwościach. Układy CMOS były początkowo wykorzystywane przy napięciu zasilania równym 5 V ± 0,5 V, aby zapewnić pełną kompatybilność zasilania z układami TTL. Aby obni yć moc strat przy wy szych częstotliwościach, w najnowszych urządzeniach z układami CMOS stosuje się obni one napięcie zasilania równe 3,3 V (± 0,3 V), 2,5 V (±0,2 V), 1,8V (±0,15V), a nawet 0,8V. W związku z tym, e bramki o niskim napięciu zasilania wytwarza się w technologii umo liwiającej zmniejszenie ich rozmiarów uzyskuje się dodatkową korzyść w postaci szybkości działania takiej bramki. Poniewa moc strat układów CMOS zale y od kwadratu napięcia zasilającego, więc w układach trzywoltowych uzyskuje się zmniejszenie mocy strat w stosunku 52 / 3,32 ≈ 2,3, co oznacza istotną oszczędność energii zasilania i energii potrzebnej do chłodzenia. Poza tym układy CMOS mogą pracować w warunkach o bardziej zró nicowanej temperaturze otoczenia. Układy CMOS stosuje się w bardzo wielu urządzeniach od nieprogramowalnych zegarków zasilanych napięciem 1,5V poprzez kalkulatory, układy programowalne po układy mikroprocesorowe i pamięciowe. Wyró nia się 3 podstawowe rodziny układów pracujących z napięciem 5V: HC (High-speed CMOS), AHC (Advanced HC)
(…)
… rodziny układów trzywoltowych jest rodzina ALVC (Advanced Very-LV CMOS). Rodzina
układów AVC (Advanced Very Low Voltage CMOS) została zoptymalizowana do pracy przy napięciu zasilającym 2,5 V
chocia zakres napięć zasilania mo e zawierać się pomiędzy 1,2 V a 3,6 V. Natomiast rodzina AUC (Advanced Ultra-LV
CMOS) mo e pracować przy napięciu zasilającym równym 0,8 V. Średni czas propagacji rodzin AVC i AUC to mniej ni 2
ns.
2. Parametry bramek CMOS i porównanie z układami TTL
Tabela 1. Parametry układów TTL i CMOS zasilanych napięciem 5V
Rodzina TTL
Parametr
Rodzina CMOS
Napięcie zasilania [V]
5 ±5-10%
3-18
2-6
74AHC,
74AHCT
2-5,5
Moc strat [mW]
1-5,5
0,001
0,0025
0,0025
0,0025
Czas propagacji [ns]
3,5-9
125
8
5,2
3
Max. częstotliwość pracy
[MHz]
33-150
4
50
115
160
Prąd wyjściowy stanu
wysokiego [mA]
0,4-1…
…
Rodzina CMOS
Napięcie zasilania [V]
LV
2-5,5
LVC
1,2-3,6
ALVC
1,2-3,6
Czas propagacji [ns]
9
6,5
3
Max. częstotliwość pracy
[MHz]
70
150
300
Prąd wyjściowy stanu
wysokiego i niskiego [mA]
8
24
24
Technologia [µm]
2
0,8
0,6
Temperatura pracy [ºC]
-40 - +125
-40 - +85
-40 - +85
3. Budowa podstawowych bramek CMOS oraz zasada
działania
Podstawowym układem CMOS jest inwerter, składający się z dwóch…
… jest zasilany poprzez jedno ze swoich wejść logicznych przez diodę zabezpieczającą. W
przypadku układu wielobramkowego przez dłu szy czas taka sytuacja mo e nie powodować adnych problemów, gdy
jednak na wszystkich wejściach układu jednocześnie pojawi się stan niski wtedy układ przestaje być zasilany i przestaje
prawidłowo działać.
Literatura
1. S. Kuta, Elementy i układy elektroniczne. Cz. II
2. J. Kalisz, Podstawy elektroniki cyfrowej (wydanie trzecie), WKŁ, Warszawa 1998
3. W. Głodzki, L. Grabowski, Pracownia podstaw techniki cyfrowej
4. P. Horowitz, W. Hill, Sztuka elektroniki tom 2
5. P. Gajewski, J. Turczyński, Cyfrowe układy scalone CMOS
6. W. Sasal, Układy scalone serii UCY74LS i UCY74S
7. http://www.ti.com/
8. http://www.fairchildsemi.com/
…
... zobacz całą notatkę
Komentarze użytkowników (0)