Передаточный шлюз - Transmission gate

А ворота передачи (TG) - аналоговый вентиль, подобный реле которые могут проводиться в обоих направлениях или блокироваться управляющим сигналом практически с любым потенциалом напряжения.^[1] Это CMOS коммутатор, в котором PMOS передает сильный 1, но плохой 0, а NMOS передает сильный 0, но плохой 1. Оба PMOS и NMOS работают одновременно.

Структура

Принципиальная схема трансмиссионного затвора. Управляющий вход ST должен иметь возможность принимать на управление в зависимости от напряжения питания и коммутируемого напряжения разные логические уровни.

В принципе, передаточный шлюз состоит из двух полевые транзисторы, в котором - в отличие от традиционных дискретных полевых транзисторов - вывод подложки (объемный) не соединен внутри с выводом истока. Два транзистора, n-канальный MOSFET и p-канальный MOSFET, подключены параллельно к нему, однако только выводы стока и истока двух транзисторов соединены вместе. Их клеммы затвора соединены друг с другом затвором НЕ (инвертор ), чтобы сформировать контрольный терминал.

Два варианта "галстук-бабочка "символ, обычно используемый для обозначения затвора передачи на принципиальных схемах.

В отличие от дискретных полевых транзисторов, вывод подложки не подключен к источнику. Вместо этого выводы подложки подключаются к соответствующему потенциалу питания, чтобы гарантировать, что паразитный диод подложки (между истоком / стоком и подложкой) всегда имеет обратное смещение и, таким образом, не влияет на поток сигнала. Таким образом, вывод подложки p-канального MOSFET подключается к положительному потенциалу питания, а вывод подложки n-канального MOSFET подключается к отрицательному потенциалу питания.

Функция

Характеристика сопротивления коробки передач. VTHN и VTHP обозначают те позиции, в которых коммутируемое напряжение достигло потенциала, где достигается пороговое напряжение соответствующего транзистора.

Когда управляющий вход представляет собой логический ноль (отрицательный потенциал источника питания), затвор n-канального МОП-транзистора также находится под отрицательным потенциалом напряжения питания. Вывод затвора p-канального МОП-транзистора вызван инвертором на положительный потенциал напряжения питания. Независимо от того, на какой переключающий вывод затвора передачи (A или B) подается напряжение (в пределах допустимого диапазона), напряжение затвор-исток n-канальных полевых МОП-транзисторов всегда отрицательно, а полевые МОП-транзисторы с p-каналом всегда положительно. . Соответственно, ни один из двух транзисторов не будет проводить, и передаточный вентиль отключится.

Когда управляющий вход является логической единицей, клемма затвора n-канальных полевых МОП-транзисторов находится под положительным потенциалом напряжения питания. Благодаря инвертору клемма затвора полевых МОП-транзисторов с каналом p-типа теперь находится под отрицательным потенциалом напряжения питания. Поскольку вывод подложки транзисторов не подключен к выводу истока, выводы стока и истока почти равны, и транзисторы начинают проводить ток при разности напряжений между выводом затвора и одним из этих проводов.

Один из переключающих выводов затвора передачи повышается до напряжения, близкого к отрицательному напряжению питания, положительное напряжение затвор-исток (напряжение затвор-сток) возникает на N-канальном MOSFET, и транзистор начинает проводить, и ворота передачи проводят. Напряжение на одном из переключающих выводов затвора передачи теперь непрерывно повышается до положительного потенциала напряжения питания, поэтому напряжение затвор-исток уменьшается (напряжение затвор-сток) на n-канальном MOSFET, и он начинает вращаться. выключенный. В то же время на p-канальном MOSFET нарастает отрицательное напряжение затвор-исток (напряжение затвор-сток), в результате чего этот транзистор начинает проводить, и затвор передачи переключается.

Тем самым достигается прохождение затвора передачи во всем диапазоне напряжений. Переходное сопротивление затвора передачи изменяется в зависимости от переключаемого напряжения и соответствует наложению кривых сопротивления двух транзисторов.

Приложения

Электронный переключатель

Передаточные ворота используются для реализации электронные переключатели и аналог мультиплексоры. Если сигнал подключен к разным выходам (переключатели, мультиплексоры), несколько шлюзов передачи могут использоваться в качестве шлюза передачи для проведения или блокировки (простой переключатель). Типичный пример известен как 4-позиционный аналоговый переключатель 4066, доступный от различных производителей.^[2]

Аналоговый мультиплексор

Много смешанный сигнал системы используют аналоговый мультиплексор для маршрутизации нескольких аналоговых входных каналов на один аналого-цифровой преобразователь.^[3]^[4]^[5]

Логические схемы

Логические схемы могут быть построены с помощью передающих вентилей вместо традиционных сетей с повышением и понижением частоты CMOS. Такие схемы часто можно сделать более компактными, что может быть важным фактором при реализации кремниевых схем.

Отрицательные напряжения

При использовании передаточного затвора для переключения переменного напряжения (например, звукового сигнала) отрицательный потенциал источника питания должен быть ниже, чем потенциал самого низкого сигнала. Это гарантирует, что диод на подложке останется непроводящим даже при отрицательном напряжении. Хотя передаточный вентиль все еще может переключаться на логические уровни напряжения, существуют специальные версии со встроенными переключателями уровня. Хорошим примером является стандартная микросхема 4053, обычно используемая для выбора между аналоговыми входами аудиоусилителя, имеет отдельное заземление (контакт 8) и отрицательное соединение с подложкой (контакт 7), которое также питает переключатель уровня.