Проектирование лог.ключа в n-МОП базисе с квазилинейной нагрузкой

Электрическая схема ключа:

В логическом ключе с квазилинейной нагрузкой, нагрузочный транзистор должен работать в крутой области. Поэтому на работу такого ключа накладывается условие:

,

где

Тогда при подстановке этих значений в условие, а также после преобразования неравенства, получим:

при этом напряжение смещения затвора нагрузочного транзистора стараются брать не очень большим. Ток протекающий через нагрузочный транзистор описывается выражением:

Для простоты анализа схемы, будем предполагать, что

,

т. е. транзистор работает на границе между крутой и пологой областями. При этом допущении ток нагрузочного транзистора преобразуется в выражение:

Также для простоты будем считать, что

Совместная ВАХ ключа показана на рис.1. Чтобы построить передаточную характеристику логического ключа, необходимо разобрать работу ключа в трех характерных точках (областях) ВАХ.

1.

В этой области ключевой транзистор закрыт, значит напряжение на выходе равно уровню логической „1“

.

2.

Ток протекающий через нагрузочный транзистор равен току ключевого транзистора работающего в пологой области:

, при .

Тогда зависимость выходного напряжения от входного, определяется как

 и является линейной зависимостью.

Напряжение между второй и третьей областями, находится при наложении условия работы транзистора на границе между пологой и крутой областями:

.

Приравнивая две последнии формулы, получим граничное напряжение

3.

Здесь ключевой транзистор работает в крутой области, следовательно

.

Выразить из этой формулы выходное напряжение достаточно сложно, но можно выразить входное напряжение от выходного, а затем проанализировать его.

.

Чтобы сказать какая это зависимость, лучше сначала эту формулу апроксимировать. Т. к. в третьей области напряжения на выходе малы и близки к нулю, то соответствующими членами в уравнении можно пренебречь:

, теперь можно выразить выходное напряжение

 и эта зависимость является гиперболической.

В результате внимательного рассмотрения трех характерных областей работы логического ключа, была построена на рис.2 передаточная характеристика этого ключа.

Полученные характеристики логического ключа с квазилинейной нагрузкой: