2004年04月20日

インバータ最終回

今回は、さしあたってのインバータの最終回である。
予告通り、ちょっとイレギュラーな、というか、他に一般的に使われている、インバータの紹介を。

まず、以下の図を見て頂戴。

抵抗インバータ

これ、今までの図と比べるとむちゃくちゃシンプルだけど、れっきとしたインバータなのね。
今までのCMOSインバータで使われていた、上側のPMOSが抵抗に変わっていて、入力のVinは下側のNMOSのゲートにしか入っていない。

軽く動作説明をすると、まずゲートに5Vのハイの信号1が入る場合は問題ないよね。前回と同じで下のNMOSがONするので文句なしに、VoutにはGndの0Vが出力としてでてきて、ロウの信号0となる。

反対にゲートに0Vのロウの信号が入る場合には、NMOSがOFFのままなので、上側の抵抗分の電圧降下を、Vddの5Vからひいた値がVoutの出力として出てくる。このとき、この抵抗がはてしなく小さければ、ここでの電圧降下は無視できるほどになって、結果としてほぼ5VのVddそのままの出力が出てくる。で、入力がロウなのに出力は反転してハイになる。

すると、あらまあ不思議。PMOSの代わりに抵抗使っても、ちゃんとインバータができている。

これ、実は前に少し説明した、昔のプロセスでCMOSプロセスが開発されていなくてNMOSのプロセスだけの時には、拡散層の抵抗を使うという技を使ってインバータを作ったわけ。

他にも方法があって、それはNMOSトランジスタをうまく使う。抵抗を使ってインバータができるなら、上側にONしっぱなしのトランジスタを置いてもいいってことになるよね。ONしっぱなしのトランジスタなら抵抗と同じだもんね。だからこの場合、NMOSのVthを0V以下にしちゃう。するとゲート電圧が0Vでも5Vでも、プラスの電圧をかけていればトランジスタがONするから、見かけは抵抗と同じに扱える。これはウェハープロセスでそこだけ違うVthのトランジスタを作るわけ。詳しくは、もっとあとでプロセスの話の時に説明することになるけど、こういうトランジスタのことをデプレッショントランジスタと呼んでいる。単にデプレッションとも言う。

こういうふうにすると、NMOSのプロセスだけでも、抵抗使ったり、デプレッショントランジスタを使えば、ちゃんとインバータができる。なかなかよい知恵だ。ちなみに、現在のCMOSプロセスでも、わざと抵抗を使ったりして回路を組んでいるから、この知恵は特にCMOSプロセス以外のためのものだけではない。

他にも、PMOSプロセスではどうやるかとか、応用はあるので、それは自分で考える。
こんなところで、このセッションのインバータの話は終わり。

次は、そろそろ、ウェハー上でのトランジスタの作り方にでも進もうかな。
posted by ピッコロ大魔王 at 11:47| Comment(3) | TrackBack(0) | 回路 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする
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