Elettronica pratica/CMOS

Wikibooks, manuali e libri di testo liberi.
Jump to navigation Jump to search
Introduzione
  1. Scopo di questo libroElettronica pratica/Scopo
  2. PrerequisitiElettronica pratica/Prerequisiti
  3. PrefazioneElettronica pratica/Prefazione
Capitolo 1. Basi di elettrotecnica
  1. Carica elettrica e legge di CoulombElettronica pratica/Carica elettrica e legge di Coulomb
  2. Celle elettricheElettronica pratica/Celle elettriche
  3. ResistoriElettronica pratica/Resistori
  4. CondensatoriElettronica pratica/Condensatori
  5. InduttoriElettronica pratica/Induttori
  6. PileElettronica pratica/Pile
  7. Altri componentiElettronica pratica/Altri componenti
  8. Leggi delle tensioni e correnti CCElettronica pratica/Leggi delle tensioni e correnti CC
  9. Analisi nodaleElettronica pratica/Analisi nodale
  10. Analisi di reteElettronica pratica/Analisi di rete
  11. Circuiti equivalenti Thevenin e NortonElettronica pratica/Circuiti equivalenti Thevenin e Norton
  12. Analisi circuitale in CCElettronica pratica/Analisi circuitale in CC
  13. Strumenti di misuraElettronica pratica/Strumenti di misura
  14. Rumore nei circuiti elettroniciElettronica pratica/Rumore nei circuiti elettronici
Capitolo 2. Circuiti in CA
  1. Corrente e tensione in CAElettronica pratica/Corrente e tensione in CA
  2. FasoriElettronica pratica/Fasori
  3. ImpedenzaElettronica pratica/Impedenza
  4. Stato stazionarioElettronica pratica/Stato stazionario
Capitolo 3. Analisi transitoria
  1. Circuito RCElettronica pratica/Circuito RC
  2. Circuito RLCElettronica pratica/Circuito RLC
Capitolo 4. Circuiti analogici
  1. Circuiti analogiciElettronica pratica/Circuiti analogici
  2. Valvole elettronicheElettronica pratica/Valvole elettroniche
  3. DiodiElettronica pratica/Diodi
  4. AmplificatoriElettronica pratica/Amplificatori
  5. Amplificatori operazionaliElettronica pratica/Amplificatori operazionali
  6. Moltiplicatori analogiciElettronica pratica/Moltiplicatori analogici
Capitolo 5. Circuiti digitali
  1. Circuiti digitaliElettronica pratica/Circuiti digitali
  2. Algebra BooleanaElettronica pratica/Algebra Booleana
  3. TTLElettronica pratica/TTL
  4. CMOSElettronica pratica/CMOS
  5. Circuiti integratiElettronica pratica/Circuiti integrati
Elementi dei circuiti digitali
  1. TransistoreElettronica pratica/Transistore
  2. Porte logiche fondamentaliElettronica pratica/Porte logiche fondamentali
  3. Flip-FlopElettronica pratica/Flip-Flop
  4. ContatoriElettronica pratica/Contatori
  5. SommatoriElettronica pratica/Sommatori
  6. MultiplatoriElettronica pratica/Multiplatori


Architettura dei computer
  1. RAM e ROMElettronica pratica/RAM e ROM
  2. RegistriElettronica pratica/Registri
  3. ALUElettronica pratica/ALU
  4. Unità di controlloElettronica pratica/Unità di Controllo
  5. I/O
Convertitori A/D e D/A
  1. Conversione A/D e D/AElettronica pratica/Conversione A/D e D/A
Appendice
  1. DefinizioniElettronica pratica/Definizioni
  2. FormuleElettronica pratica/Formule
  3. Passo di elaborazioneElettronica pratica/Passo di elaborazione (da collocare)

CMOS[modifica]

"CMOS" sta per "C"complementary "Metal"-"Oxide"-"S"emiconductor. Metal-Oxide-Semiconductor fa riferimento al metodo di costruzione del componente (tecnologia FET//Field Effect Transistor//transistore ad effetto campo), e Complementary significa che il CMOS usa enttrambi i transistori cioè sia il tipo "n-MOS" che il tipo p-MOS. I progetti più datati fanno ricorso solamente a transistori del tip "n", e ci si riferisce a loro come Logiche n-MOS.

I transistori ad effetto campo del tipo n-MOS sono attivi ( conducono) quando la loro tensione in entrata è alta, mentre quelli del tipo p-MOS sono attivi quando la loro tensione è bassa.

Tutte le porte del tipo CMOS sono strutturate in due parti: la rete "pull-up" (PUN), strutturata con transistori del tipo "p" e connessa alla sorgente; e la rete "pull down" (PDN), costruita con transistori del tipo "n" e connessa a terra (pure chiamata scarico). Le due parti sono duali logicamente l'una dell'altra, cosicché se la PUN è attiva, allora la PDN è inattiva, e viceversa. In questo modo non ci può essere mai un collegamento diretto tra la sorgente e la terra (in qualsiasi condizione stazionaria).

Il maggiore vantaggio del CMOS sul n-MOS è quello che Il CMOS ha una variazione rapida sia da "alto-a-basso" sia da "basso-a-alto". I' n-MOS transita da "basso-a-alto" solo lentamente, (poiché usa un resistore al posto di un PUN), e giacché la velocità totale del circuito deve tenere conto del caso peggiore, i circuiti n-MOS risultano molto più lenti.

Porte logiche[modifica]

NOT[modifica]

Not-gate-en.png

Il circuito più semplice CMOS è la porta NOT, o invertitore. Sebbene in maniera semplificata evidenziamo la struttura basica della porta NOT:un ingresso che è collegato a delle reti di due transistori, un transistore tipo-p, sollevante, collegato alla sorgente di alimentazione e un transistore tip-n ,abbassante, collegato a terra, ed una uscita che è alimentata sia dal transistore tipo-p che dal transistore tipo-n.

Quando la tensione d'ingresso è "high" (alta), il transistore tipo-b è inattivo, ed il transistore tipo-n è attivo. Ciò crea una connessione fra la terra e l'uscita della porta, che sospinge l'uscita della porta verso il "basso" (low).

Per contro, quando la tensione d'ingresso è "bassa", il transistore tipo-b è invece attivo, creando una connessione fra l'uscita e la sorgente di alimentazione , che sospinge l'uscita verso l' "alto".

Entrata Uscita
0 1
1 0

NAND[modifica]

NAND symbol

Benché la porta NOT sia importante, e semplice, non ci consente di fare molto. NAND tuttavia, pur essendo molto semplice,ci consente di eseguire qualsiasi operazione Booleana che si possa immaginare.

La "rete alzante" per la porta NAND consiste di un paio di transistori tipo-p in parallelo, alimentati uno con l'entrata A e l'altro con l'entrata B. Pertanto la rete sollevante è attiva , e l'uscita della porta è "alta", fino a quando l'una o l'altra di queste entrate è "bassa".

La "rete abbassante" per la porta NAND consiste di un paio di transistori tipo-n in serie, pure ciascuno alimentato da una delle due entrate. Perciò la "rete abbassante" è attiva, e l'uscita della porta è "bassa", solo se entrambe le entrate sono "alte".

Entrata A Entrata B Uscita
0 0 1
0 1 1
1 0 1
1 1 0

AND[modifica]

AND symbol

Una porta AND del tipo CMOS viene costruita pilotando una porta NOT con l'uscita di una porta NAND.

Entrata 1 Uscita 2 Uscita
0 0 0
0 1 0
1 0 0
1 1 1

NOR[modifica]

NOR symbol

"Capovolta" rispetto alla porta NAND, la porta NOR è ottenuta da una rete sollevante di due transistori tipo-p in serie e una rete abbassante di due transistori tipo-n in parallelo.

Entrata 1 Entrata 2 Uscita
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 0

OR[modifica]

OR symbol

As AND is to NAND, OR is to NOR. CMOS OR is constructed by feeding the output of NOR to a NOT gate.


Entrata 1 Entrata 2 Uscita
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 1

XNOR[modifica]

XNOR symbol

Una porta logica XNOR può venire costruita con 4 porte NOR realizzando l'espressione "(A NOR N) NOR (B NOR N) where N = A NOR B".

porta da realizzare Construzione
XNOR ANSI Labelled.svg XNOR from NOR.svg
Tavola della verità
Entrata A Entrata B Uscita Q
0 0 1
0 1 0
1 0 0
1 1 1


XOR[modifica]

XOR symbol

Se avete seguito attentamente, potete immaginare che una porta XOR possa essere fatta attaccando una porta NOT alla fine di una porta XNOR; anche se ciò suole produrre un circuito corretto, non è il circuito più efficiente. Invece, si possono usare i medesimi 12 transistori e semplicemente spostare i fili. Vene lasciato ciò come esercizio per il lettore.

Entrata1 Entrata 2 Uscita
0 0 0
0 1 1
1 0 1
1 1 0