1.8 Grundlagen der Digitaltechnik

Informatik V, Kap. 8, WS 98/99
Die nMOS-Technologie verwendet als Grundelemente einen selbstsperrenden Transistor als aktiven
Schalter und einen weitere Transistor als Lastelement..
GND
VDD
n-enh. n-enh.
n-enh.
VDD2 VDD
VDD1
n-enh.
14
n-depl.
n-enh.
A B C
Abb. 8.23: Grundtypen von nMOS-Invertern
Wie in Kapitel 7 vorgestellt, kann man einen im Anlaufbereich betriebenen selbstsperrenden oder
selbstleitenden MOS-Transistor als Widerstand verwenden.
Die unterschiedlichen Möglichkeiten zeigt Abb. 8.23. Die ersten gefertigten nMOS-Schaltungen
enthielten nur selbstsperrende n-Kanal-FETs. Das Lastelement besteht aus einem FET, dessen Gate
z. B. mit der Betriebsspannung (8.23 A) verbunden ist. Dieser Transistor wird dann, wenn die
Spannung am Ausgang von "low" auf "high" umschaltet, leitend, um die Ausgangslast umzuladen.
Wenn die Spannung am Ausgang dabei auf Werte steigt, die höher liegen als Vdd - Uth, so wird
dieser Transistor faktisch vom Durchlaß- in den Sperrbereich umgeschaltet. Das Resultat ist eine
sehr langsame Aufladung der Lastkapazität bis zum Wert Vdd der Ausgangsspannung.
Der Umschaltvorgang ist wieder durch die Ausgangs-Kennlinien des aktiven Schalttransistors und
passiven Lasttransistors betimmt. Im Unterschied zum linearen Lastwiderstand ergeben sich aber
jetzt andere Übertragungskennlinien (Abb. 8.24).
I KS
I DS
U GS als Parameter
Lastkennlinie R D
selbstsperrender
Lasttransistor
U LL
U DS
U GS
VDD
n enh.
n-enh.
out
GND
Lasttransistor: U GS = U DS
Abb. 8.24: Kennlinien des MOS-Inverters mit selbstsperrendem Last-Transistor
Ein schnelleres Umladen erhält man, wenn für das Gate des Lasttransistors eine zweite, höhere
Versorgungsspannung zur Verfügung steht. (4. 21 B) Tatsächlich wurden in den 70er Jahren
CMOS-ICs mit zwei verschiedenen Versorgungsspannungen gefertigt. Diese Lösung wird allerdings
wegen des Bedarfs an zusätzlichen Leitungen und Netzgeräten die Systemkosten erheblich steigern.