HO MOS
Gồm các IC số dùng công nghệ chế tạo của transistor MOSFET loại tăng, kênh N và kênh P . Với transistor kênh N ta có NMOS, transistor kênh P ta có PMOS và nếu dùng cả hai loại transistor kênh P & N ta có CMOS. Tính năng kỹ thuật của loại ...
Gồm các IC số dùng công nghệ chế tạo của transistor MOSFET loại tăng, kênh N và kênh P . Với transistor kênh N ta có NMOS, transistor kênh P ta có PMOS và nếu dùng cả hai loại transistor kênh P & N ta có CMOS. Tính năng kỹ thuật của loại NMOS và PMOS có thể nói là giống nhau, trừ nguồn cấp điện có chiều ngược với nhau do đó ta chỉ xét loại NMOS và CMOS.
Các transistor MOS dùng trong IC số cũng chỉ hoạt động ở một trong 2 trạng thái: dẫn hoặc ngưng.
- Khi dẫn, tùy theo nồng độ pha của chất bán dẫn mà transistor có nội trở rất nhỏ (từ vài chục Ω size 12{ %OMEGA } {} đến hàng trăm K Ω size 12{ %OMEGA } {}) tương đương với một khóa đóng.
- Khi ngưng, transistor có nội trở rất lớn (hàng 1010Ω size 12{ %OMEGA } {}), tương đương với một khóa hở.
Cổng cơ bản NMOS
(a) (b) (c)
(H 3.29)
(H 3.29a), (H 3.29b) và (H3.29c) là các cổng NOT, NAND và NOR dùng NMOS
Bảng 3.2 cho thấy quan hệ giữa các điện thế của các ngã vào , ra cổng NOT
Bảng 3.2
Ngoài ra vận hành của cổng NAND và NOR được giải thích như sau:
Cổng NAND:
- Khi 2 ngã vào nối lên mức cao, T2 và T3 dẫn, ngã ra xuống thấp.
- Khi có 1 ngã vào nối xuống mức thấp, một trong 2 transistor T2 hoặc T3 ngưng, ngã ra lên cao.
Đó chính là kết quả của cổng NAND 2 ngã vào.
Cổng NOR:
- Khi 2 ngã vào nối xuống mức thấp, T2 và T3 ngưng, ngã ra lên cao.
- Khi có 1 ngã vào nối lên mức cao, một trong 2 transistor T2 hoặc T3 dẫn, ngã ra xuống thấp.
Đó chính là kết quả của cổng NOR 2 ngã vào.
Cổng cơ bản CMOS
Họ CMOS sử dụng hai loại transistor kênh N và P với mục đích cải thiện tích số công suất vận tốc, mặc dù khả năng tích hợp thấp hơn loại N và P. (H 3.30a), (H 3.30b) và (H 3.30c) là các cổng NOT, NAND và NOR họ CMOS
(a) (b) (c)
(H 3.30)
Bảng 3.3 cho thấy quan hệ điện thế của các ngã vào , ra cổng NOT
Bảng 3.3
Ngoài ra vận hành của cổng NAND và NOR được giải thích như sau:
Cổng NAND:
- Khi 2 ngã vào nối lên mức cao, T1 và T2 ngưng, T3 và T4 dẫn, ngã ra xuống thấp.
- Khi có 1 ngã vào nối xuống mức thấp, một trong 2 transistor T3 hoặc T4 ngưng, một trong 2 transistor T1 hoặc T2 dẫn, ngã ra lên cao.
Đó chính là kết quả của cổng NAND 2 ngã vào.
Cổng NOR:
- Khi 2 ngã vào nối xuống mức thấp, T1và T2 dẫn, T3 và T4 ngưng, ngã ra lên cao.
- Khi có 1 ngã vào nối lên mức cao, một trong 2 transistor T3 hoặc T4 dẫn, một trong 2 transistor T1 hoặc T2 ngưng, ngã ra xuống thấp.
Đó chính là kết quả của cổng NOR 2 ngã vào.
Đặc tính của họ MOS
Một số tính chất chung của các cổng logic họ MOS (NMOS, PMOS và CMOS) có thể kể ra như sau:
- Nguồn cấp điện : VDD từ 3V đến 15V
- Mức logic: VOL (max) = 0V VOH (min) = VDD
VIL (max) = 30% VDD VIH (min) = 70%VDD
- Lề nhiễu : VNH = 30%VDD VNL = 30%VDD
Với nguồn 5V, lề nhiễu khỏang 1,5V, rất lớn so với họ TTL.
- Thời trễ truyền tương đối lớn, khỏang vài chục ns, do điện dung ký sinh ở ngã vào và tổng trở ra của transistor khá lớn.
- Công suất tiêu tán tương đối nhỏ, hàng nW, do dòng qua transistor MOS rất nhỏ.
- Số Fan Out: 50 UL
Do tổng trở vào của transistor MOS rất lớn nên dòng tải cho các cổng họ MOS rất nhỏ, do đó số Fan Out của họ MOS rất lớn, tuy nhiên khi mắc nhiều tầng tải vào một tầng thúc thì điện dung ký sinh tăng lên (gồm nhiều tụ mắc song song) ảnh hưởng đến thời gian giao hoán của mạch nên khi dùng ở tần số cao người ta giới hạn số Fan Out là 50, nghĩa là một cổng MOS có thể cấp dòng cho 50 cổng tải cùng loạt.
- Như đã nói ở trên, CMOS có cải thiện thời trễ truyền so với loại NMOS và PMOS, tuy nhiên mật độ tích hợp của CMOS thì nhỏ hơn hai loại này. Dù sao so với họ TTL thì mật độ tích hợp của họ MOS nói chung lớn hơn rất nhiều, do đó họ MOS rất thích hợp để chế tạo dưới dạng LSI và VLSI.
Các loạt CMOS
CMOS có hai ký hiệu: 4XXX do hảng RCA chế tạo và 14XXX của hảng MOTOROLA, có hai loạt 4XXXA (14XXXA) và 4XXXB (14XXXB), loạt B ra đời sau có cải thiện dòng ra.
Ngoài ra còn có các loạt :
- 74C : CMOS có cùng sơ đồ chân và chức năng với IC TTL nếu có cùng số. Thí dụ IC 74C74 là IC gồm 2 FF D tác động bởi cạnh xung đồng hồ giống như IC 7474 của TTL. Hầu hết (nhưng không tất cả) các thông số của loạt 74C giống với 74 TTL nên ta có thể thay thế 2 loại này cho nhau được.
- 74HC (High speed CMOS), 74HCT: Đây là loạt cải tiến của 74C, tốc độ giao hoán có thể so sánh với 74LS, riêng 74HCT thì hoàn toàn tương thích với TTL kể cả các mức logic. Đây là loạt IC CMOS được dùng rộng rãi.
- 74AC và 74ACT (Advance CMOS) cải tiến của 74 HC và HCT về mặt nhiễu bằng cách sắp xếp lại thứ tự các chân, do đó nó không tương thích với TTL về sơ đồ chân
