Corso Fisica dei Dispositivi Elettronici Leonello Servoli

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Famiglie MOS

Ci sono due tipi di MOSFET:

nMOS (con canale di tipo n, portatori elettroni)pMOS (con canale di tipo p, portatori lacune)

Inoltre esiste un’altra distinzione:

MOSFET a svuotamento (VGS = 0, canale aperto)MOSFET ad arricchimento (VGS = 0, canale chiuso)

VGS = tensione Gate-Source; VDS = tensione Drain-Source

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Invertitore nMOS (1)

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Invertitore nMOS (2)Q1 = transistor pilota; Q2 = transistor di carico;

Se Q1 è ON Vo deve essere basso = V(0)

Q1 deve fornire una corrente elevata, e Q2 una resistenza elevata, cosicchè la caduta di potenziale su Q2 porti Vo ad un valore basso.

Viceversa, se Q1 è OFF non passa corrente Vo = V(1)

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Invertitore nMOS (3)

VDG = VD - VG = -5 – (-17) = 12 Volts

Quindi, poiché VDG > VTL (12 Volts > 2,3 Volts),

Il transistor di carico lavora in saturazione.

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Invertitore nMOS (4)Quanto vale il ritardo del segnale nel passare attraverso l’invertitore?

Capacità equivalente = 0.2 pF RL >> RON

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Invertitore nMOS (5)

Le transizioni sono asimmetriche!

Vin = V(0) V(1) Vin = V(1) V(0)

= 1,75 ns

= 26,5 ns

= CTOTRONRL/(RON+RL) = CTOTRL

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Invertitore Dinamico MOS (1)

Capacità parassita tra gate e substrato del MOS seguente.

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Invertitore Dinamico MOS (2)Variante che richiede una funzione d’onda di clockper funzionare limita l’assorbimento di potenza.

V(0) = 0 Volts, V(1) = 10 Volts = VDD

Se = 0 Volts, allora VGG di Q2 e Q3 sono a 0 Volts.Q2 e Q3 sono interdetti (OFF);VDD è disconnesso dal circuito, e non passa corrente.

Se = 10 Volts Q2 e Q3 sono ON la funzioneinvertente è attivata.

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Porta NAND nMOS (1)

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Porta NAND nMOS (2)

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Porta NAND nMOS (3)

V(0) = tensione inferiore alla tensione di sogliaV(1) = tensione superiore alla tensione di soglia

Se V1 o V2 o entrambi sono a V(0) solo TL conduce.

V0 = VGG - VT o a VDD (il valore più basso) = V(1)

Se V1 e V2 sono a V(1) sia T1 che T2 conducono

V0 = somma delle tensioni su T1 e T2 <VT ;

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Porta NOR nMOS (1)

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Porta NOR nMOS (2)

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Porta NOR nMOS (3)

V(0) = tensione inferiore alla tensione di sogliaV(1) = tensione superiore alla tensione di soglia

Se V1 o V2 o entrambi sono a V(1) T1 e/o T2 conduce.

V0 = tensioni su T1 e/o T2 <VT = V(0);

Se V1 e V2 sono a V(0) sia T1 che T2 sono OFF,e solo TL conduce

V0 = VGG - VT o a VDD (il valore più basso) = V(1)

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Esempi di funzioni logiche nMOS

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Invertitore CMOS (1)CMOS = Complementary MOS

Due tipi di MOSFET:

Uno a canale n ed unoa canale p.

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Invertitore CMOS (2)

•Connessione comune dei due drain;

•Vi comune ai due gate;

•0 < Vi < VSS ;

•Tra i due source c’è la tensione VSS ;

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Invertitore CMOS (3)Se Vi < VT(n), T1 è OFF, T2 è ON e V0 = VSS ;

Se Vi > VSS - VT(p) T2 è OFF, T1 è ON e V0 = 0 Volts;

Inoltre T1 è in saturazione se:

VDS1 > VGS1 - VT(n) , cioè se: VT(n) < Vi < V0 + VT(n)

Mentre T2 è saturo se:

VDS2 > VGS2 - VT (p) , cioè se: V0-VT(p)< Vi < VSS - VT(p)

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Invertitore CMOS (4)