Схемотехника КМОП (комплементарных металл-окисел-полупроводник) логических элементов

Рис. 1.2.3 Схема КМОП логического элемента

Таблица истинности такого логического элемента (2И-НЕ) будет выглядеть следующим образом:

Достоинства:

· малое энергопотребление (!). Это происходит за счет того, что в последовательной цепи

Е_п —общая шина всегда один из транзисторов закрыт.

Недостатки:

· быстродействие КМОП логических элементов ограничено межэлектродными емкостями и значительной постоянной времени цепи заряда и перезаряда: быстродействие КМОП логического элемента при малом энергопотреблении примерно на порядок ниже, чем у логического элемента ТТЛШ;

· реальный логический элемент КМОП в схеме содержит большое количество диодов, выполняющих функцию защиты МОП-транзисторов при изменении логических уровней от возможных перенапряжений.

Диаграмма сравнения ТТЛ и КМОП логических элементов представлена ниже.

Рис. 1.2.4 Диаграмма сравнения ТТЛ и КМОП логических элементов.

Примечание: Следует помнить, что выходные токи элемента ТТЛ существенно больше выходных токов КМОП логических элементов. По этой причине подключение к выходу элемента ТТЛ нескольких входов КМОП элементов возможно, и работоспособность устройства сохраняется, а нагрузочная способность КМОП элементов недостаточна для сохранения работоспособности ТТЛ элементов последовательно подключаемых к его выходу.

На диаграмме высокий и низкий логические уровни напряжений для элементов ТТЛ представлены в размерности напряжений, а элементов КМОП в относительных к напряжению источника питания единицах.

Элементарные логические функции

Алгебра логики (булева алгебра)

· Первый закон обычной алгебры.

Коммутативный (переместительный) закон:

Х₁+Х₂=Х₂+Х₁;

Х₁^.Х₂=Х₂^.Х₁.

· Второй закон обычной алгебры.

Ассоциативный (сочетательный) закон:

Х₁+(Х₂+Х₃)= (Х₁+Х₂)+Х₃;

Х₁^.(Х₂^.Х₃) = (Х₁^.Х₂)^.Х₃.

· Третий закон булевой алгебры.

Дистрибутивный (распределительный) закон:

(Х₁+Х₂)^.(Х₁+X₃)= Х₁+Х₂^.Х₃.