Сдвиговые регистры и лини задержки на основе ПЗС

 

В основе функциональной электроники лежит принцип физической интеграции, позволяющий реализовать определённую функцию аппаратуры без применения стандартных базовых элементов, основываясь непосредственно на физических явлениях в твёрдом теле. В этом случае локальному объёму твёрдого тела придаются такие свойства, которые требуются для выполнения данной функции, так что промежуточный этап представления желаемой функции в виде эквивалентной схемы не требуется. Основной чертой физической интеграции является отсутствие или значительное снижение удельного веса схемотехники и использование динамических неоднородностей для выполнения определённых функций.

 

Линией задержки (ЛЗ) называется пассивный четырехполюсник, сигнал на выходе которого появляется через некоторый интервал времени (задержку) по отношению к входному сигналу.

Линия задержки, устройство, предназначенное для задержки сигналов на некоторый заданный промежуток времени. Время задержки t определяется длиной пути в Л. з. электромагнитной или звуковой волны, делённой на скорость её распространения (кроме искусственной линий с сосредоточенными постоянными). Л. з. применяют в устройствах цветного телевидения, осциллографических устройствах со ждущей развёрткой, радиолокационных станциях с селекцией подвижных целей, в устройствах оптимальной фильтрации сложных радиолокационных сигналов, в кодирующих, декодирующих и селекторных устройствах, в запоминающих устройствах и в устройствах управления ЭВМ и т. д. Л. з. изготавливаются с t от долей до десятков тысяч мксек. Они имеют один или несколько выходов с различными t (многоотводные Л. з.), t может быть постоянным либо зависеть от частоты сигнала (дисперсионные Л. з.). Разработаны также Л. з. с регулировкой t (переменные Л. з.), с подстраиваемым t (магнитоупругие Л. з.), с малым температурным коэффициентом t (термостабильные Л. з.), с внутренним усилением сигнала (активные Л. з. с фононфотонным или фонон-магнонным взаимодействием.

Добавив к регистру ПЗС устройство ввода электрического сигнала, мы получим аналоговую линию задержки, причём время задержки определяется как числом элементов регистра, так и тактовой частотой, а значит, может легко изменяться.

 

Одним из основных направлений в функциональной электронике являются устройства на основе ПЗС (прибора с зарядовой связью). ПЗС функционально подобен сдвиговым регистрам.

 

Регистром называется устройство, осуществляющее прием, хранение преобразование и выдачу чисел в двоичном коде. Информация в регистре хранится в виде числа. Он включает в себя отдельные триггеры, количество которых соответствует числу разрядов двоичного кода и логические элементы.

Регистры выполняют ряд микроопераций над словами:

- Прием слова в регистр в прямом и обратном коде, данные хранятся в регистре пока не появится команда на их смену.

- Выдача слова из регистра в прямом и обратном коде.

- Выполнение поразрядных логических операций над несколькими словами.

- двиг кода вправо или влево на требуемое число разрядов, преобразование параллельного кода в последовательный и наоборот.

По способу записи и считывания кода числа в регистре следует различать параллельные и последовательные регистры:

Параллельный регистр. В параллельных регистрах операции записи и считывания информации осуществляются во всех разрядах одновременно. Схема трехразрядного регистра на D-триггерах, построенного в пакете Electronics Workbench, приведена на рис. 1. Информация поступает в виде параллельного кода, т.е. все разряда одновременно по n (n=3) проводам. Таким образом информация в параллельном регистре хранится в параллельном коде, поэтому параллельный регистр называют регистром памяти. Информация, считываемая с выходов триггеров, проиллюстрирована на временной диаграмме (см. рис. 2).

Рис.1 - Схема параллельного регистра

 

Рис. 2 - Диаграмма работы параллельного регистра

 

Последовательный регистр. В последовательных регистрах запись кода числа начинается с первого разряда путем последовательного продвижения информации с помощью тактовых импульсов. Схема трехразрядного последовательного регистра, выполненного на D-триггерах, приведена на рис3. Временная диаграмма, иллюстрирующая работу регистра показана на рис. 4. Записываемое число поступает по одному входу в виде последовательного кода, т.е. значение разрядов передаются последовательно тому как мы прочитываем много разрядное число, например: “тысяча триста сорок два” - 1342. В общем виде: n-разрядный регистр запоминает n-разрядное число за n-тактовых импульсов. Поступивший на вход последовательный код преобразуется в регистре в параллельный код: число может быть считано с выходов триггеров. С поступлением каждого тактового импульса записанная информация сдвигается в регистре (движение от входа к выходу), поэтому последовательный регистр называют регистром сдвига.

Рис. 3 - Схема последовательного регистра

 

 

Рис. 4 - Диаграмма работы последовательного регистра

 

Сдвиг информации на один разряд равнозначен умножению кода на 2. Например, записано число 101 (в десятичном коде 5), сдвигаем его на один разряд влево и получаем 1010 (десятичном коде 10). Информация, записанная в последовательном регистре, может быть считана с выхода его старшего разряда в виде последовательного кода: если после записи в регистр числа вновь подать тактовые импульсы, число поразрядно будет прочитываться на выходе старшего разряда и оттуда может быть передано к другим считывающим цепям.

Для хранения и обработки информации в микро-ЭВМ широко используются сдвиговые регистры. Сдвиговые регистры обычно реализуются на СИС-устройствах, выполненных с применением RS-, JK- или D – триггеров, и различия между ними связаны главным образом с методом обработки входных и выходных данных.

 

ДМОП-транзисторы

 

Главная особенность мощного МДП-транзистора — это короткий канал, обеспечивающий низкое сопротивление от­крытого транзистора в ключевом режиме и высокую крутиз­ну в усилительном режиме.

На рис. 4.26, а изображена структура мощного МДП-транзистора, изготовленного методом двойной диффузии, — ДМДП-транзистор. Малое сопротивление в открытом со­стоянии обеспечивается, как видно из рисунка, параллель­ным соединением отдельных структур (многоканальность) и соответственно вертикальным расположением отдельных элементов структуры (вертикальность).

Рис. 4.26, Структуры мощного ДМДП-транзистора (а) и мощного VМДП-транзистора (б)

 

Похожую структуру имеет мощный МДП-транзистор с V-образным затвором (рис, 4.26, б). Отличие заключается в том, что с помощью такого V-образного затвора элемент структуры прибора (выделен пунктиром) как бы удваива­ется: это приводит к соответствующему увеличению количе­ства каналов и мощности транзистора.

ДМДП- и VМДП-транзисторы относятся к приборам с индуцированным каналом: в отсутствие напряжения на затворе мощный МДП-транзистор закрыт — это нормально закрытый при­бор. Для отпирания мощного МДП-транзистора нужно по­дать на затвор напряжение соответствующей полярности: положительное для n-канального и отрицательное для р-канального транзистора.

Выделим элементарные структуры ДМДП- и VМДП-транзисторов (пунктир.на рис. 4.26). Основные особенно­сти мощных МДП-структур — это сокращение длины кана­ла и появление высокоомной стоковой n-области, через которую происходит дрейф носителей заряда тока стока. Простое сокращение длины канала привело бы к снижению пробивного напряжения между стоком и затвором; введе­ние дополнительной дрейфовой n-области позволяет сохра­нить значение пробивного напряжения транзистора.

Выходные ВАХ мощного МДП-транзистора внешне и по областям работы совпадают с соответствующими ВАХ маломощного МДП-транзистора. Однако, совпадение это чисто качественное, и выходная ВАХ мощного транзистора описывается отличным от маломощного транзистора уравнением. Это отличие связано прежде всего с тем, что в коротком канале мощного МДП транчистора быстро достигается значение критической напряженности электрического поля.

С точки зрения эксплуатации мощных МДП-транзисторов насыщение скорости носителей проявляется прежде все­го в изменении уравнения проходной передаточной ВАХ мощного транзистора; маломощный МДП-транзистор опи­сывается квадратичной проходной характеристикой, мощный — линейной.

Быстродействие МДП-транзистора определяется его межэлектродными емкостями. Паразитные межэлектрод­ные емкости мощных полевых транзисторов увеличиваются пропорционально мощности транзистора, что связано с ро­стом геометрических размеров структуры прибора.

 

Виды полевых транзисторов

Полевые транзисторы (ПТ), рассмотренные в разделе 4.3, хо­рошо вписываются в общую технологию биполярных ИС и по­тому часто изготавливаются совместно с биполярными транзи­сторами на одном кристалле. Типичные структуры ПТ, распо­ложенные в изолированных карманах, показаны на рис. 7.26.

 

Интегральные полевые транзисторы с р+-каналом (а) и с р-каналом (б)

 

В структуре, показанной на рис. 7.26, а, р+-слой затвора об­разуется на этапе базовой диффузии, а n+-слои, обеспечиваю­щие омический контакт с областями истока и стока, — на эта­пе эмиттерной диффузии. Заметим, что р-слой затвора окружа­ет сток со всех сторон, так что ток между истоком и стоком может протекать только через управляемый канал.

 

В /г-карманах, предназначенных для ПТ, вместо скрытого n+-слоя осуществляется скрытый р+-слой. Назначение этого слоя — уменьшить начальную толщину канала а и тем самым напряжение отсечки [см.(4.29)]. Осуществление скрытого р+-слоя связано с дополнительными технологическими опера­циями. Для того чтобы скрытый p+-слой проник в эпитаксиальный слой достаточно глубоко, в качестве акцепторного диффузанта используют элементы с большим коэффициентом диффу­зии (бор или галлий).

На подложку, а значит, и на p+-слой задают постоянный (максимально отрицательный) потенциал; поэтому они не вы­полняют управляющих функций.

 

Структура, показанная на рис. 7.26, б, совпадает со структу­рой обычного n-р-n-транзистора. Роль канала играет участок базового р-слоя, расположенный между n+- и n-слоями. Если при совместном изготовлении ПТ и биполярного транзистора не использовать дополнительных технологических процессов, то толщина канала будет равна ширине базы n-p-n-транзисто-ра (0,5-1 мкм). При такой малой толщине канала получаются большой разброс параметров ПТ и малое напряжение пробоя. Поэтому целесообразно пойти на усложнение технологического цикла, осуществляя р-слой ПТ отдельно от базового £>-слоя, с тем чтобы толщина канала была не менее 1-2 мкм. Для этого проводят предварительную диффузию jd-слоя ПТ до базовой диффузии. Тогда во время базовой диффузии р-слой ПТ допол­нительно расширяется, и его глубина оказывается несколько больше глубины базового слоя.

Для того чтобы области истока и стока соединялись только через канал, n+-слой делают более широким (в плане), чем р-слой (рис. 7.26, б). В результате n+-слой контактирует с эпи-таксиальным n-слоем и вместе они образуют «верхний» и «нижний» затворы. В нижней части рис. 7.26, б контакт между «верхним» и «нижним» затворами условно показан штриховой линией. Подложка р-типа присоединяется к максимальному отрицательному потенциалу.

 

⇐ Предыдущая891011121314151617Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: