8.2. КЛЮЧИ НА КОМПЛЕМЕНТАРНЫХ МОП-СТРУКТУРАХ

Идеальным средством, позволяющим ийбежать изменения rj,j.j p при изменении аналоговых напряжений,

является применение ключей на комплементарных МОП-структурах (КМОП). Ключ на комплементарных МОП-транзисторах использует два параллельно включенных МОП-транзистора, работающих в режиме обогащения (один с р-каиалом, а другой с п-капалом); одно-

п-МОП

И -О

I--0/7

р-МОи I--

-О С

и

о

Рис. 8.4. Графические обозначения р- и га-канального МОП-транзн-сторов.

именные выводы обоих транзисторов (истоки и стоки) соединяют между собой. На схемах транзисторы с р-ка-налом (р-МОП) и с п-каналом (п-МОП) изображают согласно рис. 8.4.

Рис. 8.5. Конфигурация типового к.чюча на КАЮП-транзисторах.

С -о

МОП-транзистор с п-каналом в основном аналогичен МОП-транзистору с р-каналом, если полярности всех напряжений изменить на противоположные. Для перевода МОП-транзистора с /г-каналом в открытое состоя-

+ISB

Закрыт Открыт

+ISB

+ ISB

и Вход 9 Выог

-ise (- Открыт

-158

Ыоткрыт -i Открыт

Lttl

-15 В

Рис. 8.6. Карта напряжений в схеме открытого КМОП-ключа при нулевом коммутируемом аналоговом сигнал?

йие должно стать положнтельнее Un, которое лелсит в пределах от 3 до 4 В. Типичный ключ на КМОП-тран-зисторах показан на рис. 8.5.

Базовая схема КМОП-ключа строится путем параллельного соединения р- и п-канального МОП-транзисторов. Ключ открывается при одновременной подаче отрицательного напряжения на затвор р-канального МОП-транзистора и положительного напряжения на затвор п-канального МОП-транзистора. Принцип действия клю-

Открыт to

Закрыт \

45 в О

-15В

-ISB

+ 15 В Открып

-11X7

ЛА Открыт --1 Занршп

О

Ив

И Rs.vd I 1-ыхаЭ

-11 .СТТ

-15 в

-15В

Рис. 8.7. Карта напряжений в схеме на рис. 8.6 при Ua = = +15 В.

+ISB [.е-. Открыт

-ISB

-л От К рыт

-tSB

Рис. 8.8. Карта напряжений в схеме на рис. 8.6 при f/a=-15 В.

ча будет понятен, если рассмотреть схемы, представленные на рис. 8.6-8.8. В этих схемах используются желательное напряжение питания ±15-В и цепь управления на КМОП-транзисторах.

Предположим, что аналоговый сигнал - (рис. 8.6). Напряжение (/ gj = - 15В, а V =J\bK

Оба полевых транзисторных ключа открыты, а г^ комплементарного ключа представляет собой параллельное

и составляет около 70 Ом

соединение г

для аналогового ключа (выделенного на схеме жирными линиями).

В схеме на рис. 8.7 (/3==-]-15 В, [/ д^ =30 В, а С/ зи=0В. МОП-транзистор с /г-каналом закрыт, однако поскольку /7-канальный МОП-транзистор аналогового ключа имеет двойное напряжение t/gj (30 В), он будет как бы дважды открыт . Значение г^ этого /?-каналь-ного МОП-транзистора составляет около 70 Ом. В схе ме, показанной на рис. 8.8, значение составляет -15В, t/3j = 0B, а t/ 3jj=:-f30B. МОП-транзистор с каналом /7-типа закрыт, в то время как п-канальный МОП-транзистор имеет ~ 70 Ом. Весьма существенно,

9 131

Чтобы относительные размеры р- й -канального МОП-транзисторов были сбалансированы таким образом, чтобы Г(, оставалось одинаковым при U- -15 В и t/a = = -f I5B.

При надлежащем выборе размеров р- и я-канального МОП-транзисторов уменьшение / сиоткр одного транзистора будет компенсировать рост / сиоткр Другого, и при изменении напряжения аналогового сигнала в диапазоне, равном напряжению питания, будет достигнуто постоянство общего Геи отер точностью + 10 /о.

-iSB

Рис. 8.9. График зависимости и схема, характеризующие соотношение коммутируемого аналогового сигнала с напряжением питания в КМОП-ключе.

Как И для ключа на р-канальном МОП-транзисторе уровень аналоговых сигналов в КМОП-ключе не должен выходить за пределы диапазона, ограниченного положительным и отрицательным напряжениями питания, как показано на рис. 8.9*.

8.3. ПРЕИМУЩЕСТВА КМОП-КЛЮЧЕЙ

Основным достоинством КМОП-ключа является почти нулевое переходное потребление мощности управляющими каскадами, включая все декодирующие вентили.

В настоящее время в продаже имеется ряд КМОП-ключей, начиная от простых сдвоенных однополюсных

* Это связано с появлением утечек по подложке в закрытом состоянии. - Прим. ред.