4. Kennlinienfeld I
• Ausgang
I
DS
V
DS
V
GS
Vt = threshold voltage = Schwellenspannung
4
5. Kennlinienfeld II
• Eingang
Id = IDS
Vtn = Vt eines n Kanal Transistors
n-Kanal
5
6. Typen von MOS-Transistoren I
• N- und P-Kanal, Enhancement und Depletion
◦ Enhancement = Anreicherungstyp, Depletion = Verarmungstyp
6
7. Typen von MOS-Transistoren II
• Physikalischer Aufbau eines N-Kanal-Transistors
Kanal: Ladungsträger = Elektronen
7
8. Typen von MOS-Transistoren III
• Physikalischer Aufbau eines P-Kanal Transistors
Kanal: Ladungsträger = Löcher
8
9. Stromgleichungen
• n-Kanal Transistor
◦ (β = Verstärkungsfaktor, Leitfähigkeitskonstante)
◦ Linearer Bereich (Triodenbereich, 0 < UDS < UGS - UT):
⎡ U DS ⎤
2
I DS = β ⋅ ⎢(U GS − U T ) ⋅ U DS − ⎥
⎣ 2 ⎦
◦ Sättigungsbereich ( 0 < UGS - UT < UDS ):
β
I DS = ⋅ (U GS − U T )
2
2
9
10. Geometrie des MOS-Transistors
Vom Designer beeinflussbare Größen:
W
β = β0 ⋅
L
μ ⋅ε
β0 = ⋅
tox
μ = Beweglichkeit der Ladungsträger
i K l μn > μ p
im Kanal,
ε = ε 0 ⋅ ε SiO 2
tox = Dicke d Gateisolators SiO 2
i k des i l i
W −6 A
(Beispiel : tox = 25nm ⇒ β = 60 10 2
)
L V
10
11. Schaltereigenschaften I
Diagramm: Pass-Transistor mit Lastkapazität
US = VDD US = VSS US = VDD US = VSS
Uin = VSS Uout = VSS High-Z Uin = VSS High-Z Uout = VSS+ Utp
Uin = VDD Uout = VDD-Utn High-Z Uin = VDD High-Z Uout = VDD
⇒ „leitet Low-Pegel gut, High-Pegel schlecht“
l it t L P l t Hi h P l hl ht“ ⇒ „leitet Low-Pegel schlecht, High-Pegel gut“
l it t L P l hl ht Hi h P l t“
11
12. Schaltereigenschaften II
• Merkregeln
Schaltereigenschaften von Enhancement-MOSFETs
n-Kanal Typ
l p-Kanal Typ
l
leitet, falls Gatespannung hoch leitet, falls Gatespannung niedrig
g g
gegenüber Source g g
gegenüber Source
überträgt überträgt
hohe Spannungspegel schlecht hohe Spannungspegel gut
niedrige Pegel gut niedrige Pegel schlecht
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13. Der CMOS Inverter I
• Schaltereigenschaften
UIN n- p- UOUT
Kanal Kanal
Vss sperrt leitet Vdd
Vdd leitet sperrt Vss
13
16. Physikalisches Layout I
• Elemente:
◦ Komponenten:
Aktiv: MOS - Transistor
Passiv: Widerstände Kapazitäten (parasitär)
Widerstände,
◦ Verbindungsleitungen:
g g
Polysilizium, Aluminium (Metall, ggf. in mehreren Ebenen)
◦ Kontakte zwischen Ebenen
16
22. Gatter II
• 3-fach NOR
◦ Boolesche Funktion: out = in1 ∨ in 2 ∨ in3
22
23. Gatter III
• Gemeinsame Eigenschaften:
◦ Aufbau aus komplementärer Parallel-/Reihenschaltung
◦ Begrenzte Kaskadierung serieller Transistoren
◦ Vorzugsweise NANDs benutzen
◦ Pro booleschen Term ein Transistorpaar
p
◦ Keine statische Stromaufnahme
23
24. Komplexgatter (AOI)
• Aufwandsreduzierung
• Boolesche Funktion: out = ((in1 ∨ in 2 ) ∧ in3 ) ∨ (in 4 ∧ in5 )
24
25. Transmission Gates
cntl
tl trm1
t 1 trm2
t 2 n-Kanal
K l p-Kanal
K l
0 hochohmig hochohmig sperrt sperrt
1 =trm2 =trm1 leitet leitet
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