Передаточный шлюз - Transmission gate
Вентиль передачи ( ТГ ) представляет собой аналоговый вентиль похож на реле , которое может проводить в обоих направлениях или блоке посредством управляющего сигналом практически с любым потенциалом напряжения. Это переключатель на основе CMOS , в котором PMOS передает сильный 1, но плохой 0, а NMOS передает сильный 0, но плохой 1. И PMOS, и NMOS работают одновременно.
Состав
В принципе, передающий затвор состоит из двух полевых транзисторов , в которых, в отличие от традиционных дискретных полевых транзисторов, вывод подложки (основная часть) не соединен внутри с выводом истока. Два транзистора, n-канальный MOSFET и p-канальный MOSFET, подключены параллельно к нему, однако только выводы стока и истока двух транзисторов соединены вместе. Их клеммы затвора соединены друг с другом затвором НЕ ( инвертором ), чтобы сформировать клемму управления.
В отличие от дискретных полевых транзисторов, вывод подложки не подключен к источнику. Вместо этого выводы подложки подключаются к соответствующему потенциалу питания, чтобы гарантировать, что паразитный диод подложки (между истоком / стоком и подложкой) всегда имеет обратное смещение и, таким образом, не влияет на поток сигнала. Таким образом, вывод подложки p-канального MOSFET подключается к положительному потенциалу питания, а вывод подложки n-канального MOSFET подключается к отрицательному потенциалу питания.
Рассмотрим основной передаточный вентиль, имеющий две переменные x, y соответственно. Nfet управляется сигналом c, тогда как pfet управляется дополнением c.
работу переключателя можно понять, проанализировав 2 случая, т.е. i) если c = 0, то nfet переходит в выключенное состояние, дополняет c = 1 и pfet также в выключенном состоянии, так что передаточный вентиль действует как открытый переключатель. (оба полевых транзистора находятся в выключенном состоянии) аналогично, ii) если c = 1, то оба pfet и nfet находятся в состоянии. с использованием единой логики работают два гейта. кроме того, нам нужна одна операция not для pfet, чтобы получить значение дополнения c.
Функция
Когда управляющий вход представляет собой логический ноль (отрицательный потенциал источника питания), затвор n-канального MOSFET также находится под отрицательным потенциалом напряжения питания. Вывод затвора p-канального MOSFET вызван инвертором с положительным потенциалом напряжения питания. Независимо от того, на какой переключающий вывод затвора передачи (A или B) подается напряжение (в допустимом диапазоне), напряжение затвор-исток n-канальных MOSFET всегда отрицательное, а p-канальные MOSFET всегда положительно. . Соответственно, ни один из двух транзисторов не будет проводить, и передаточный вентиль отключится.
Когда управляющий вход является логической единицей, вывод затвора n-канальных полевых МОП-транзисторов находится под положительным потенциалом напряжения питания. Благодаря инвертору клемма затвора полевых МОП-транзисторов с каналом p-типа теперь находится под отрицательным потенциалом напряжения питания. Поскольку вывод подложки транзисторов не подключен к выводу истока, выводы стока и истока почти равны, и транзисторы начинают проводить ток при разности напряжений между выводом затвора и одним из этих выводов.
Один из переключающих выводов затвора передачи повышается до напряжения, близкого к отрицательному напряжению питания, положительное напряжение затвор-исток (напряжение затвор-сток) возникает на N-канальном MOSFET, и транзистор начинает проводить, и ворота передачи проводят. Напряжение на одном из переключающих выводов затвора передачи теперь непрерывно повышается до положительного потенциала напряжения питания, поэтому напряжение затвор-исток уменьшается (напряжение затвор-сток) на n-канальном MOSFET, и он начинает вращаться. выключенный. В то же время на p-канальном MOSFET нарастает отрицательное напряжение затвор-исток (напряжение затвор-сток), в результате чего этот транзистор начинает проводить, и затвор передачи переключается.
Тем самым достигается то, что передаточный затвор проходит во всем диапазоне напряжений. Переходное сопротивление затвора передачи изменяется в зависимости от переключаемого напряжения и соответствует наложению кривых сопротивления двух транзисторов.
Приложения
Электронный переключатель
Шлюзы передачи используются для реализации электронных переключателей и аналоговых мультиплексоров . Если сигнал подключен к разным выходам ( переключатели , мультиплексоры), несколько шлюзов передачи могут использоваться в качестве шлюза передачи для проведения или блокировки (простой переключатель). Типичный пример известен как 4-позиционный аналоговый переключатель 4066, доступный от различных производителей.
Аналоговый мультиплексор
Многие системы со смешанными сигналами используют аналоговый мультиплексор для направления нескольких аналоговых входных каналов на один аналого-цифровой преобразователь .
Логические схемы
Логические схемы могут быть построены с помощью передающих вентилей вместо традиционных КМОП сетей с повышением и понижением частоты. Такие схемы часто можно сделать более компактными, что может быть важным фактором при реализации кремниевых схем.
Отрицательные напряжения
При использовании затвора передачи для переключения переменного напряжения (например, звукового сигнала) отрицательный потенциал источника питания должен быть ниже, чем потенциал самого низкого сигнала. Это гарантирует, что диод на подложке останется непроводящим даже при отрицательном напряжении. Хотя передаточный вентиль все еще может переключаться на логические уровни напряжения, существуют специальные версии со встроенными переключателями уровня. Хорошим примером является стандартная микросхема 4053, обычно используемая для выбора между аналоговыми входами аудиоусилителя, имеет отдельное заземление (контакт 8) и отрицательное соединение с подложкой (контакт 7), которое также питает переключатель уровня.
Смотрите также
использованная литература
Статья Google-Перевод с немецкой Википедии. Статья на английском была удалена в 2013 году из-за авторских прав.
- Ульрих Титце, Кристоф Шенк: Halbleiter-Schaltungstechnik. 12. Auflage, Springer, Берлин / Гейдельберг / Нью-Йорк, 2002 г., ISBN 3-540-42849-6 .
- Эрвин Бёмер: Elemente der angewandten Elektronik. 15. Auflage, Vieweg & Sohn Verlag | GWV Fachverlage GmbH, Висбаден 2007, ISBN 978-3-8348-0124-1 .
- Клаус Фрике: Digitaltechnik. 6. Auflage, Vieweg & Sohn Verlag | GWV Fachverlage GmbH, Висбаден 2009, ISBN 978-3-8348-0459-4 .