Разработка и заказ троичной микросхемы

[Shaos]

Через сутки после публикации я 43й хабровчанин с рейтингом 79.4
Статья всё ещё первая за сутки и уже стала третьей за неделю с оценкой +99 - ещё немного и станет второй

[Shaos]

Вот пошли разумные предложения в комментариях (от человека с видео на предыдущей странице):

Ниже схемы на аналоговых компараторах:
1) повторитель на 20 транзисторов и 1 резистор
2) инвертор на 28 транзисторов и 1 резистор.
Вместо резистора можно опционально сделать активную схему на 8 транзисторов (2ИНЕ, инвертор, два ключа), получится 36 транзисторов на инвертор...
Плюс есть накладные расходы в виде генератора смещений, но он нужен один на весь чип, так что его не учитываем.
В принципе, на большом питании компараторы можно поменять местами, тогда инвертор тоже в 20 транзисторов уложится.
Заранее извиняюсь за рисунок, редактора схем под рукой не оказалось.

ternary-alternative.jpg

По поводу VG1 и VG2:

Это опорные напряжения, задающие рабочий ток компараторов и, соответственно, регулирующие скорость работы схемы. Их надо задать при помощи генератор опорного тока, представляющего собой в простейшем случае токовое зеркало.

opornoe.jpg

Резистор можно сделать внешним, так вы сможете удобно руками настраивать скорость и потребление схемы. А дальше транзистор Q1 у вас один, а транзисторы Q2-Q4-Qn стоят в каждом компараторе.

По поводу использования одного типа компараторов вместо двух разных (верхнего и перевёрнутого нижнего):

Если компаратор одного типа, то он должен быть как тот, который на моем рисунке справа внизу — у обоих верхних компараторов размах выходного сигнала очень маленький. Компаратор с n-канальной дифпарой может открывать/закрывать только p-канальную нагрузку. А еще n-дифпара на низких питаниях может не заработать как следует с порогом 1/3.
У нижнего компаратора размах выходного сигнала от нижнего питания до верхнего.

По поводу зон безопасности между зонами срабатывания ключей:

У компараторов, которые я нарисовал, есть гистерезис — ровно потому, что зоны безопасности на случай шумного сигнала конечно же нужны. Но компаратор с гистерезисом все делает сам, удваивать их количества не нужно, нужно размер гистерезиса подбирать.
Там, где транзисторы с пометкой х2 в нагрузке дифпары — это оно, соотношение размеров транзисторов в нагрузке как раз регулирует ширину гистерезиса, вместо х2 можно сделать х3 или х4.

[Shaos]

Вот ещё наткнулся в интернете на ещё более простой CMOS компаратор:

Screenshot from 2020-05-07 02-26-22.png

Посимулировал его - фиговенький он т.к. выход не доходит до нуля - видимо надо накрученный ставить как нарисовано выше...

[Shaos]

Через сутки после публикации я 43й хабровчанин с рейтингом 79.4
Статья всё ещё первая за сутки и уже стала третьей за неделю с оценкой +99 - ещё немного и станет второй

Всё - статья стала второй по популярности за неделю с оценкой +106 (а также 63 закладки, 9,5К просмотров и 84 коммента),

а я стал хабровцем №37 с рейтингом 85,9 и кармой 28

P.S. Статья про редактирование баш-скриптов сместила мою статью на третье место за неделю - волна спадает...

[Shaos]

Пробовал первый компаратор из нарисованных - чтобы разнести сигналы срабатывания соседних ключей надо 2 компаратора и либо давать им разные Vref:

LTspice-comptest2b.jpg

либо один и тот же Vref, но разное количество транзисторов в плечах:

LTspice-comptest2a.jpg

P.S Вот с навороченным компаратором который нарисован справа - тут только с разными Vref заработало:

LTspice-comptest3b.jpg

а с одним Vref и разным количеством транзисторов в плечах - зависло...

[Shaos]

Получается, что компаратор всегда жрёт энергию (см. шкалу тока справа) - моя схема на NAND/NOR жрёт много только когда на вход идёт промежуточное напряжение:

[Shaos]

Если резистор поставить побольше - скажем 500К, то компараторы начинают жрать сильно меньше нежели инверторы со сдвинутыми порогами срабатывания:

LTspice-comptest3b-500K.png

А вот собственно троичный селектор без защитных зон и с двумя навороченными компараторами на входе (один ловит 1.5В, другой 3.5В):

LTspice-tmux1comp.png

P.S. Тут налицо 4 разных способа представления троичного сигнала:
1) на входе компараторов - честный троичный сигнал по одному проводу (и такие же честные троичные однопроводные сигналы коммутируются ключами);
2) на выходе компараторов (там где 2 кондёра воткнуто) - "двухпроводная троичка" когда троичный сигнал разбит на 2 двоичных (возможные комбинации 00,01 и 11);
3) логические команды для ключей (пока без противофазы) - "трёхпроводная троичка" когда троичный сигнал разбит на 3 двоичных (возможные комбинации 100,010,001);
4) дифференциальные сигналы идущие на ключи (управление с фазой и противофазой) - "шестипроводная кхм-кхм троичка" когда троичный сигнал разбит на 6 двоичных, которые идут управлять тремя ключами...
Во многих случаях при генерации троичных схем получается, что ряды троичных селекторов управляются одним и тем же троичным сигналом - так вот можно иметь только один набор компараторов для такого троичного сигнала и далее разводить 6-проводное управление непосредственно по ключам! Если в той же колонке есть "упрощённые" мультиплексоры E12 или E21 то ещё параллельно пускать прямые и инверсные выходы непосредственно с компараторов (которые по сути и выдают управляющие сигналы E12 и E21 из которых потом получаются все остальные) - т.е. всего 10...

P.P.S. На самом деле линий управления ключами так и останется 6:

• EQN = ! NEN
• NEN = выход первого компаратора 1.666 В
• EQO = NOR(EQN,EQP)
• NEO = ! EQO
• EQP = выход второго компаратора 3.333 В
• NEP = ! EQP

С компараторов выходят NEN и EQP и их инверсия EQP и NEP нужны для управления "полумультиплексорами" E12 (EQN & NEN) и E21 (EQP & NEP).
Для управления полноценным мультиплексором из трёх ключей нужны ещё EQO и NEO, получающиеся с помощью NOR и дополнительного двоичного инвертора.


Если селектор не рядом, то разводить 3-проводное управление (и добавлять 3 инвертора перед ключами). А если селектор совсем далеко - то двумя проводами и затем повторять декодирующую схему на месте. Правда в итоге гибрид получается - троичный сигнал тут далеко не везде присутствует как один провод...

[Lavr]

Получается, что компаратор всегда жрёт энергию (см. шкалу тока справа) ...

Вот это есть очень фигово...
Как только троичная схема жрёт энергию не только в момент переключения,
она сразу же и безаппеляционно проигрывает двоичной КМОП-логике.

[Shaos]

Получается, что компаратор всегда жрёт энергию (см. шкалу тока справа) ...

Вот это есть очень фигово...
Как только троичная схема жрёт энергию не только в момент переключения,
она сразу же и безаппеляционно проигрывает двоичной КМОП-логике.

Ну моя схема без компаратора жрёт ещё сильнее, пока на неё подают O - т.е. уже не в момент переключения, а постоянно

P.S. Ещё существуют тактируемые компараторы - они временно подключаются к аналоговому входу, чтобы произвести измерение и запомнить двоичное состояние - превзошло/непревзошло, и потом отключаются - можно ещё так экономить электроэнергию:

https://en.wikipedia.org/wiki/Comparator#Continuous_versus_clocked

(привожу линк на английскую википедию, т.к. по русскому варианту статьи сильно потоптался господин Куликов со своими самодеятельными выдумками)

[Lavr]

моя схема без компаратора жрёт ещё сильнее, пока на неё подают O - т.е. уже не в момент переключения, а постоянно

Это тоже фигово, потому как нивелирует преимущества троичности.
Троичность выигрывает при прочих равных, в противном случае этот недостаток перевешивает преимущества.

[Shaos]

моя схема без компаратора жрёт ещё сильнее, пока на неё подают O - т.е. уже не в момент переключения, а постоянно

Это тоже фигово, потому как нивелирует преимущества троичности.
Троичность выигрывает при прочих равных, в противном случае этот недостаток перевешивает преимущества.

Надо ждать элементов с тремя устойчивыми состояниями, а пока использовать то, что есть...

[Shaos]

Задал более реальные пороги у NMOS и PMOS транзисторов (как выяснилось они в LTspiceIV нулевые по умолчанию), а также уровни для компараторов сделал более "круглые" - 1.666 В и 3.333 В:

LTspice-tmux1comp1v.png

Эта симуляция симулилась несколько дольше нежели предыдущая...

[Shaos]

Если универсальный троичный селектор железно подключен как инвертор (PON), то его можно упростить, выкинув некоторые транзисторы:

simpl1.gif

Кроме того !NOR(!A,B) можно заменить в этом случае на NAND(A,!B) выкинув лишний инвертор (ещё 2 транзистора).

А если универсальный троичный селектор железно подключен как буфер (NOP), то выкидываются только 2 транзистора:

simpl2.gif

Можно так каждую троичную функцию рассмотреть на предмет возможного выкидывания лишнего

[Shaos]

Тут налицо 4 разных способа представления троичного сигнала:
1) на входе компараторов - честный троичный сигнал по одному проводу (и такие же честные троичные однопроводные сигналы коммутируются ключами);
2) на выходе компараторов (там где 2 кондёра воткнуто) - "двухпроводная троичка" когда троичный сигнал разбит на 2 двоичных (возможные комбинации 00,01 и 11);
3) логические команды для ключей (пока без противофазы) - "трёхпроводная троичка" когда троичный сигнал разбит на 3 двоичных (возможные комбинации 100,010,001);
4) дифференциальные сигналы идущие на ключи (управление с фазой и противофазой) - "шестипроводная кхм-кхм троичка" когда троичный сигнал разбит на 6 двоичных, которые идут управлять тремя ключами...
Во многих случаях при генерации троичных схем получается, что ряды троичных селекторов управляются одним и тем же троичным сигналом - так вот можно иметь только один набор компараторов для такого троичного сигнала и далее разводить 6-проводное управление непосредственно по ключам! Если в той же колонке есть "упрощённые" мультиплексоры E12 или E21 то ещё параллельно пускать прямые и инверсные выходы непосредственно с компараторов (которые по сути и выдают управляющие сигналы E12 и E21 из которых потом получаются все остальные) - т.е. всего 10...

На самом деле линий управления ключами так и останется 6:

• EQN = ! NEN
• NEN = выход первого компаратора 1.666 В
• EQO = NOR(EQN,EQP)
• NEO = ! EQO
• EQP = выход второго компаратора 3.333 В
• NEP = ! EQP

С компараторов выходят NEN и EQP и их инверсия EQP и NEP нужны для управления "полумультиплексорами" E12 (EQN & NEN) и E21 (EQP & NEP).
Для управления полноценным мультиплексором из трёх ключей нужны ещё EQO и NEO, получающиеся с помощью NOR и дополнительного двоичного инвертора.

[Shaos]

Через сутки после публикации я 43й хабровчанин с рейтингом 79.4
Статья всё ещё первая за сутки и уже стала третьей за неделю с оценкой +99 - ещё немного и станет второй

Всё - статья стала второй по популярности за неделю с оценкой +106 (а также 63 закладки, 9,5К просмотров и 84 коммента),

а я стал хабровцем №37 с рейтингом 85,9 и кармой 28

хм, я уже 34й с рейтингом 92,4