Трансмиссионные ворота

( Передающий вентиль TG ) — это аналоговый вентиль, похожий на реле , который может проводить ток в обоих направлениях или блокироваться управляющим сигналом практически с любым потенциалом напряжения. ^[1] 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.

Структура

В принципе, передающий затвор состоит из двух полевых транзисторов (FET), у которых – в отличие от традиционных дискретных полевых транзисторов – вывод подложки (основной) не соединен внутри с выводом истока. Два транзистора, n-канальный MOSFET и p-канальный MOSFET, подключены параллельно с выводами стока и истока двух транзисторов, соединенных вместе. Их клеммы затвора соединены друг с другом затвором НЕ ( инвертором ), образуя 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 смещен в обратном направлении и поэтому не влияет на поток сигнала. Таким образом, вывод подложки p-канального полевого МОП-транзистора подключен к положительному потенциалу питания, а вывод подложки n-канального полевого МОП-транзистора подключен к отрицательному потенциалу питания.

Функция

Когда на управляющем входе присутствует логический ноль (отрицательный потенциал источника питания), затвор n-канального МОП-транзистора также находится под отрицательным потенциалом напряжения питания. На выводе затвора p-канального МОП-транзистора инвертор подает положительный потенциал напряжения питания. Независимо от того, на какой коммутационной клемме передающего затвора (А или В) подается напряжение (в пределах допустимого диапазона), напряжение затвор-исток n-канальных МОП-транзисторов всегда отрицательное, а p-канальных МОП-транзисторов всегда положительное. . Соответственно, ни один из двух транзисторов не будет проводить ток, и передающий затвор отключится.

Когда управляющий вход является логическим, вывод затвора n-канальных МОП-транзисторов находится под положительным потенциалом напряжения питания. Благодаря инвертору вывод затвора p-канальных МОП-транзисторов теперь находится под отрицательным потенциалом напряжения питания. Поскольку клемма подложки транзисторов не подключена к клемме истока, клеммы стока и истока почти равны, и транзисторы начинают проводить ток при разнице напряжений между клеммой затвора и одним из этих проводников.

Один из переключающих выводов передающего затвора поднимается до напряжения, близкого к отрицательному напряжению питания, на N-канальном МОП-транзисторе возникает положительное напряжение затвор-исток (напряжение затвор-сток), и транзистор начинает проводить ток. и ворота передачи проводят. Напряжение на одном из переключающих выводов передающего затвора теперь постоянно повышается до положительного потенциала напряжения питания, поэтому напряжение затвор-исток снижается (напряжение затвор-сток) на n-канальном МОП-транзисторе, и он начинает поворачиваться. выключенный. В то же время на p-канальном МОП-транзисторе возникает отрицательное напряжение затвор-исток (напряжение затвор-сток), в результате чего этот транзистор начинает проводить ток, и передающий затвор переключается.

Тем самым достигается, что передающий затвор проходит во всем диапазоне напряжений. Переходное сопротивление передающего затвора варьируется в зависимости от переключаемого напряжения и соответствует суперпозиции кривых сопротивления двух транзисторов.

Приложения

Электронный переключатель

Передающие вентили используются для реализации электронных переключателей и аналоговых мультиплексоров . Если сигнал подключен к разным выходам ( переключателям , мультиплексорам), несколько вентилей передачи могут использоваться в качестве вентилей передачи для проведения или блокировки (простой переключатель). Типичный пример серий 4000 и 74, называемый 4-позиционным «двусторонним переключателем» 4066, может обрабатывать аналоговые или цифровые сигналы и доступен от различных производителей. ^[2]

Аналоговый мультиплексор

Многие системы смешанных сигналов используют аналоговый мультиплексор для маршрутизации нескольких аналоговых входных каналов к одному аналого-цифровому преобразователю . ^[3]^[4]^[5]

Логические схемы

Логические схемы могут быть построены с помощью передающих вентилей вместо традиционных КМОП-подтягивающих и понижающих схем. Такие схемы часто можно сделать более компактными, что может быть важным фактором в кремниевых реализациях.

Отрицательное напряжение

При использовании передающего вентиля для переключения переменного напряжения (например, аудиосигнала) отрицательный потенциал источника питания должен быть ниже, чем самый низкий потенциал сигнала. Это гарантирует, что диод подложки останется непроводящим даже при отрицательном напряжении. Хотя передающий вентиль по-прежнему 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, имеющая отдельное заземление (контакт 8) и отрицательное соединение подложки (контакт 7), которое также обеспечивает сдвиг уровня.

См. также

Ссылки

^ «Что такое передающий вентиль (аналоговый переключатель)? - Учебник - Максим» . www.maximintegrated.com . Проверено 21 мая 2019 г.
^ 4066 технических данных
^ Франко Заппа. «Электронные системы» .Раздел 6.9: Аналоговые мультиплексоры.
^ Джон Г. Вебстер. «Электрические измерения, обработка сигналов и дисплеи» .2003.п. 36-12.
^ Роберт А. Пиз. «Устранение неполадок аналоговых цепей» .2013.п. 132.

Ульрих Титце, Кристоф Шенк: Технология полупроводниковых схем. 12-е издание, Springer, Берлин/Гейдельберг/Нью-Йорк, 2002 г., ISBN 3-540-42849-6 .
Эрвин Бёмер: Элементы прикладной электроники. 15-е издание, Vieweg & Sohn Verlag | GWV Fachverlage GmbH, Висбаден, 2007 г., ISBN 978-3-8348-0124-1 .
Клаус Фрике: Цифровые технологии. 6-е издание, Vieweg & Sohn Verlag | GWV Fachverlage GmbH, Висбаден, 2009 г., ISBN 978-3-8348-0459-4 .

[1] «Что такое передающий вентиль (аналоговый переключатель)? - Учебник - Максим» . www.maximintegrated.com . Проверено 21 мая 2019 г.

[2] 4066 технических данных

[3] Франко Заппа. «Электронные системы» .Раздел 6.9: Аналоговые мультиплексоры.

[4] Джон Г. Вебстер. «Электрические измерения, обработка сигналов и дисплеи» .2003.п. 36-12.

[5] Роберт А. Пиз. «Устранение неполадок аналоговых цепей» .2013.п. 132.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]