Использование стандартных КМОП микросхем и КМОП транзисторов

[Lavr]

Ну то что порог срабатывания не может быть ниже 0.5В или выше 4.5В наверное не страшно?

Не знаю, страшно, или не страшно, вот думаю...
Получается, что начиная с 0.5В и до 4.5В идёт сквозной ток.
В стандартных CMOS - пороги примерно 1.6 В в обоих плечах.

Как "сток-затворную" эту снять? Я на твоей картинке не увидел

P.S. Там у тебя какой-то 1 Ом стоит - с него чтоли? Я в графиках показываю ток в источнике питания - этого недостаточно?

Поскольку я хотел видеть "сток-затворную" на осциллографе,
то 1 Ом - это датчик тока.
С него снимается напряжение пропорциональное току: U = (1 Ом)*I.
Ну и 1 Ом, как "амперметр" не сильно влияет на измерения.

На канал А осциллографа - подается пила, амплитудой 5В с затвора.
На канал В осциллографа - подается U = (1 Ом)*I.
Осциллограф включаестся в режим В от А.

[Shaos]

Ну так как у нас симулятор, то он и так умеет показывать ток в любой цепи - хитрости со снятием напряжения с одно-омного сопротивления поди ненужны?

[Shaos]

Вот сравнительные графики для транзисторов с разницей в размерах в 3 раза:

[Shaos]

Получается, что начиная с 0.5В и до 4.5В идёт сквозной ток.
В стандартных CMOS - пороги примерно 1.6 В в обоих плечах.

Ну так и есть - именно поэтому на CMOS-входы рекомендуется подавать напряжение близкое к нулю либо близкое к напряжению питания для нормальной работы
Кстати никто не требует, чтобы при подаче разрешённых 1.5 В на стандартный CMOS этого сквозного тока небыло
т.е. хочешь минмального токопотребления - подавай строго 0 либо строго 5 с крутыми фронтами (спадами)

[Lavr]

Ну так как у нас симулятор, то он и так умеет показывать ток в любой цепи - хитрости со снятием напряжения с одно-омного сопротивления поди ненужны?

Когда мы будем сравнивать реальность с расчетом, ток в любой цепи нам никто не покажет.
Поэтому я и делаю расчет так, как будет проходить измерение в реальности.
Когда мы что-то измеряем, то вмешивемся в работу измеряемой цепи, это может повлиять на
результат измерения.
Если бы я в расчете увидел, что 1 Ом в данном случае некорректно, я бы взял в расчет 0.5 Ом
или даже 0.2 Ом.

Вот сравнительные графики для транзисторов с разницей в размерах в 3 раза:

Ну как я предварительно прикидывал...пороги Vgs_th транзисторов у тебя где-то в районе
0.5 В ... 1 В.
Ты специально таким значением задавался ориентировочно, или просто так само получилось?

[Lavr]

Кстати никто не требует, чтобы при подаче разрешённых 1.5 В на стандартный CMOS этого сквозного тока небыло
т.е. хочешь минмального токопотребления - подавай строго 0 либо строго 5 с крутыми фронтами (спадами)

Там есть одно "НО", которое расчеты учесть не могут. В реальных CMOS-структурах при сквозном
токе возможен т.н. "тиристорный эффект", когда вентиль "защелкивается" и не работает.
Особенно это проявляется в моменты включения.

И еще есть один момент не совсем приятный и также трудно учитываемый в расчетах.
Поскольку пороги срабатывания инвертора в рассматриваемой ситуации определяются крутизной
сток-затворных характеристик, пороги могут начать "плавать" от температуры, поскольку сток-затворная
характеристика mos транзистора от температуры зависит прилично.

[Shaos]

Вот сравнительные графики для транзисторов с разницей в размерах в 3 раза:

Ну как я предварительно прикидывал...пороги Vgs_th транзисторов у тебя где-то в районе
0.5 В ... 1 В.
Ты специально таким значением задавался ориентировочно, или просто так само получилось?

Я просто взял модели из самого LTspiceIV - nmos4 и pmos4 (то бишь четырёхногие) - вручную только вставлял значения для параметров W и L, чтобы сделать транзисторы разными по площади

[Shaos]

А теперь о том, как это всё можно протестировать на "рассыпухе" - связываться со старыми 4007 не очень хочется, и как я уже упоминал вот тут, обратим внимание на современные CMOS сборки:

ALD1105 - две пары комплиментарных MOSFET-транзисторов:



ALD1115 - одна пара комплиментарных MOSFET-транзисторов:



Например на DigiKey цены такие:

4-транзисторная ALD1105 в DIP - 1 по $2.70, 25 по $2.18, 100 по $1.96 (в данный момент отсутствует)
4-транзисторная ALD1105 в SOIC - 1 по $2.70, 25 по $2.18, 100 по $1.96 (в данный момент есть 32 штуки)
2-транзисторная ALD1115 в DIP - 1 по $2.02, 10 по $1.82, 25 по $1.63, 100 по $1.46 (в данный момент есть 125 штук)
2-транзисторная ALD1115 в SOIC - 1 по $2.02, 10 по $1.82, 25 по $1.63, 100 по $1.46 (в данный момент есть 23 штуки)

Mouser будет чуток подешевле:

4-транзисторная ALD1105 в DIP - 1 по $1.98, 10 по $1.91, 25 по $1.57, 100 по $1.27 (в данный момент есть 85)
2-транзисторная ALD1115 в DIP - 1 по $1.48, 10 по $1.43, 25 по $1.17, 100 по $0.945 (будут доступны только с 24 февраля)

P.S. В последнем случае правда в описании ошибка - написано, что у них канал Depletion, а на самом деле Enhanced...

Короче купил и тех, и других - буду собирать на микросхемных разъёмах, чтобы можно было переиспользовать микросхемы после тестирования...

Надо ещё ALD1117 докупить т.к. если моделировать троичные селекторы с компараторами, то надо больше PMOS-транзисторов:

ALD1117.gif

P.S. К 2024 году цены на подобные сборки транзисторов перевалили за $5

[Shaos]

Обрати внимание на твою-же реплику:

если использовать CMOS элемент 2ИЛИ-НЕ как инвертор (т.е. объединив его входы вместе), то порог срабатывания должен сдвинуться влево (ближе к нулю), а если использовать элемент 2И-НЕ как инвертор, то вправо (ближе к напряжению питания),

На Vgs_th MOS транзисторов стандартных CMOS элементов повлиять уже никак нельзя...
Но порог срабатывания элемента действительно должен сдвинуться ближе к Vgs_th верхнего
или нижнего плеча. Но даже этой величины Vgs_th - достичь не получится...

У меня в планах потестить стандартные CMOS элементы (двухвходовые NOR и NAND) - микросхемы лежат на столе, ждут своего часа

Вот разные CMOS-микросхемы, что я как оказалось приобрёл ещё в 2011 году (идея такого использование логических элементов CMOS посетила меня 3 ноября 2011 года на первой странице этого топика после листания книжек по технологии CMOS):



Я возлагаю большие надежды на CD4001UBE (4 небуферизированных вентиля ИЛИ-НЕ) и CD4011UBE (4 небуферизированных вентиля И-НЕ) - если всё пойдёт по плану, то 2 корпуса (1xCD4001UBE и 1xCD4011UBE) могут обслужить 4 троичных входа, за которыми могут быть установлены один или больше корпусов CD4052 (два аналоговых селектора 1:4 с общим 2-битным управлением), каждый из которых будет обеспечивать реализацию двух троичных селекторов, имеющих один управляющий вход (в реальных троичных схемах один и тот же управляющий сигнал обычно подаётся на несколько селекторов). Троичные селекторы попроще (неполные типа XXY и XYY) можно делать на одном вентиле И-НЕ или на одном вентиле ИЛИ-НЕ, а в качестве ключей брать CD4053 (3 переключателя с независимым управлением).

P.S. Прикинул полный троичный сумматор A+B+C=C'S на таком подходе - вместо 12 корпусов DG403 (или 7 полных тримуксов) на CMOS это займёт только 9 корпусов (по 1 корпусу CD4001UBE и CD4011UBE и ещё 7 корпусов CD4052), причём ещё останутся четвертинки в NOR и NAND - если всё делать на большой плате можно ещё сэкономить, разделяя кусочки микрух по разным функциональным блокам...

[Shaos]

Ну что - трюк с CD4001UBE и CD4011UBE удался!

CMOS-NOR-NAND.jpg

Собрал на бредборде тест из этих двух микросхем, подключил 5-вольтовое питание и поподкручивал точный подстроечник 10 кОм, измеряя напряжение на входе (соединённые вместе два входа соответствующего вентиля) и выходе одного из вентилей обеих микросхем поочерёдно (подключив остальные входы на землю) - вот такая картинка получается:

Screenshot from 2024-05-08 01-04-05.png

Выходит, что порог срабатывания небуферизированного ИЛИ-НЕ с соединёнными входами - около 2 вольт,
а порог срабатывания небуферизированного И-НЕ с соединёнными входами - около 3 вольт (это всё при 5-вольтовом питании).
Получается смещение от середины на полвольта в одну и на полвольта в другую сторону - почти идеально!

P.S. Текущие цены на эти микросхемы:

Screenshot from 2024-05-08 01-44-49.png

Screenshot from 2024-05-08 01-45-32.png

плюс сдвоенные аналоговые селекторы 1:4 с общим управлением:

Screenshot from 2024-05-08 01-46-46.png

ну и в некоторых случаях могут понадобиться строенные аналоговые переключатели с независимым управлением:

Screenshot from 2024-05-08 01-51-55.png

P.P.S. Учитвая, что цены на DG403 всегда кусались (прямо сейчас их можно взять по $3.85 за одну при покупке 100 штук), троичный компьютер на 4000й серии выйдет сильно дешевле - в частности один полный сумматор вместо $3.85*12=$46.20 обойдётся (если применять цены за сотню и проигнорировать стоимость платы и кондёров) в $0.48+$0.53+7*$0.50=$4.51 т.е. дешевле более чем в 10 раз!

P.P.P.S. Сразу захотелось построить на таком подходе троичный компьютер 3niti 4000

[rvnick]

Если использовать трёхвходовые логические элементы, станет ли это "окно" больше?

[Shaos]

Если использовать трёхвходовые логические элементы, станет ли это "окно" больше?

Безусловно

Проблема лишь в том, что CD40xxUBE (безбуферные) логические элементы с 3 и более входами в данный момент НЕ продаются

(возможно на просторах СНГ можно отыскать остатки советской безбуферной серии К561 в которой такие многовходовые элементы были - в частности К561ЛЕ10 и К561ЛА9)

На самом деле окно шириной в 1 вольт при 5-вольтовом питании вполне ок

P.S. Надо будет перемерять при 10-вольтовом питании - у меня ведь боевой вариант подразумевает -5В,0,+5В (разброс 10 вольт)...

[jefffree]

В моём ЖЖ https://jefffree73.livejournal.com/ на данный момент доступно для просмотра 10 схем на КМОП транзисторах. Заказал 4 шт. ALD1105 для экспериментов, через месяц должны приехать....

[Shaos]

Размеры транзисторов одинаковые? Порог срабатывания не сдвигался?

[jefffree]

Размеры транзисторов одинаковые? Порог срабатывания не сдвигался?

Я предполагаю, что пороговое напряжение будет выбрано ближе к этапу проектирования микросхем. Для экспериментов мне потребуется пороговое приблизительно в половину напряжения питания. Я разработал только схемы, без привязки к конкретной реализации...