Överföringsport

En transmissionsgrind ( TG ) är en analog grind som liknar ett relä som kan leda i båda riktningarna eller blockera av en styrsignal med nästan vilken spänningspotential som helst. Det är en CMOS -baserad switch, där PMOS passerar en stark 1 men dålig 0 och NMOS passerar stark 0 men dålig 1. Både PMOS och NMOS fungerar samtidigt.

Strukturera

Principdiagram för en transmissionsgrind. Styringången ST måste kunna ta för styrning beroende på matningsspänning och kopplingsspänning olika logiska nivåer.

I princip är en transmissionsgrind uppbyggd av två fälteffekttransistorer (FET), där – till skillnad från traditionella diskreta fälteffekttransistorer – substratterminalen (bulk) inte är internt ansluten till källterminalen. De två transistorerna, en n-kanals MOSFET och en p-kanals MOSFET, är anslutna parallellt med drain- och emitterklämmorna för de två transistorerna som är sammankopplade. Deras grindterminaler är anslutna till varandra med en NOT-grind ( inverter ), för att bilda styrterminalen.

Två varianter av " fluga "-symbolen som vanligtvis används för att representera en transmissionsgrind i kretsscheman

Till skillnad från diskreta FET:er är substratterminalen inte ansluten till källanslutningen. Istället är substratterminalerna anslutna till respektive matningspotential för att säkerställa att den parasitiska substratdioden (mellan source/drain och substrat) alltid är omvänt förspänd och sålunda inte påverkar signalflödet. Substratterminalen hos p-kanal MOSFET är således ansluten till den positiva matningspotentialen och substratterminalen på n-kanal MOSFET ansluten till den negativa matningspotentialen.

Fungera

Motståndskarakteristisk för en transmissionsgrind. VTHN och VTHP betecknar de positioner där spänningen som ska kopplas har nått en potential, där tröskelspänningen för respektive transistor nås.

När styringången är en logisk nolla (negativ strömförsörjningspotential), är grinden för den n-kanaliga MOSFET också vid en negativ matningsspänningspotential. Grindterminalen på p-kanal MOSFET orsakas av växelriktaren till den positiva matningsspänningspotentialen. Oavsett på vilken omkopplingsterminal på transmissionsgrinden (A eller B) en spänning appliceras (inom det tillåtna området), är grindkällans spänning för n-kanals MOSFET alltid negativ och p-kanal MOSFET är alltid positiv . Följaktligen kommer ingen av de två transistorerna att leda och transmissionsgrinden stängs av.

När styringången är en logisk etta, är gateterminalen för n-kanals MOSFET:erna belägen vid en positiv matningsspänningspotential. Vid växelriktaren är gateterminalen på p-kanals MOSFET:erna nu på en negativ matningsspänningspotential. Eftersom transistorernas substratterminal inte är ansluten till source-terminalen är drain- och sourceterminalerna nästan lika och transistorerna börjar leda vid en spänningsskillnad mellan gateterminalen och en av dessa ledare.

En av omkopplingsterminalerna på transmissionsgrinden höjs till en spänning nära den negativa matningsspänningen, en positiv gate-source-spänning (gate-to-drain-spänning) kommer att uppstå vid N-kanals MOSFET, och transistorn börjar leda, och transmissionsgrinden leder. Spänningen vid en av omkopplingsterminalerna på transmissionsgrinden höjs nu kontinuerligt upp till den positiva matningsspänningspotentialen, så gate-source-spänningen reduceras (gate-drain-spänning) på n-kanals MOSFET, och denna börjar vända av. Samtidigt har p-kanalens MOSFET en negativ gate-source-spänning (gate-to-drain-spänning) som byggs upp, varvid denna transistor börjar leda och transmissionsgrinden växlar.

Därigenom uppnås att transmissionsgrinden passerar över hela spänningsområdet. Övergångsresistansen hos transmissionsgrinden varierar beroende på spänningen som ska kopplas, och motsvarar en överlagring av resistanskurvorna för de två transistorerna.

Ansökningar

Elektronisk strömbrytare

Transmissionsgrindar används för att implementera elektroniska switchar och analoga multiplexorer . Om en signal är ansluten till olika utgångar ( växlingsomkopplare , multiplexorer), kan flera överföringsgrindar användas som en överföringsgrind för att antingen leda eller blockera (enkel switch). Ett typiskt exempel är 4066 4-vägs analog switch som är tillgänglig från olika tillverkare.

Analog multiplexer

Många blandade signalsystem använder en analog multiplexor för att dirigera flera analoga ingångskanaler till en enda analog-till-digital-omvandlare .

Logiska kretsar

Logiska kretsar kan konstrueras med hjälp av transmissionsgrindar istället för traditionella CMOS pull-up och pull-down nätverk. Sådana kretsar kan ofta göras mer kompakta, vilket kan vara ett viktigt övervägande i kiselimplementationer.

Negativa spänningar

Genom att använda en överföringsgrind för att koppla om växelspänningar (t.ex.: ljudsignal), måste den negativa strömförsörjningspotentialen vara lägre än den lägsta signalpotentialen. Detta säkerställer att substratdioden förblir icke-ledande även vid negativa spänningar. Även om transmissionsgrinden fortfarande kan växla till logiska spänningsnivåer, finns det specialversioner med integrerade nivåväxlare. Ett bra exempel är 4053-standardchippet, som vanligtvis används för att välja mellan analoga ingångar till en ljudförstärkare, har en separat jord (stift 8) och negativ substratanslutning (stift 7) som också förser nivåväxeln.

Se även

Ulrich Tietze, Christoph Schenk: Halbleiter-Schaltungstechnik. 12. Auflage, Springer, Berlin/Heidelberg/New York 2002, ISBN 3-540-42849-6 .
Erwin Böhmer: Elemente der angewandten Elektronik. 15. Auflage, Vieweg & Sohn Verlag | GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2007, ISBN 978-3-8348-0124-1 .
Klaus Fricke: Digitalteknik. 6. Auflage, Vieweg & Sohn Verlag | GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2009, ISBN 978-3-8348-0459-4 .