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Articulo de referencia

Lógica de transistor de paso

En electrónica , la lógica de transistores de paso (PTL) describe varias familias lógicas utilizadas en el diseño de circuitos integrados . Reduce la cantidad de transistores ut...

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En electrónica , la lógica de transistores de paso (PTL) describe varias familias lógicas utilizadas en el diseño de circuitos integrados . Reduce la cantidad de transistores utilizados para crear diferentes compuertas lógicas , eliminando los transistores redundantes. Los transistores se utilizan como interruptores para transmitir niveles lógicos entre nodos de un circuito, en lugar de como interruptores conectados directamente a las tensiones de alimentación. [ 1 ] Esto reduce la cantidad de dispositivos activos, pero tiene la desventaja de que la diferencia de voltaje entre los niveles lógicos alto y bajo disminuye en cada etapa (ya que los transistores de paso tienen cierta resistencia y no proporcionan restauración de nivel). Cada transistor en serie está menos saturado en su salida que en su entrada. [ 2 ] Si varios dispositivos se conectan en serie en una ruta lógica, puede ser necesaria una compuerta de construcción convencional para restaurar la tensión de la señal a su valor completo. Por el contrario, la lógica CMOS convencional conmuta los transistores de manera que la salida se conecta a una de las líneas de alimentación (similar a un esquema de colector abierto ), por lo que los niveles de tensión lógica en una cadena secuencial no disminuyen. Puede ser necesaria la simulación de circuitos para garantizar un rendimiento adecuado.

Aplicaciones

Una celda SRAM CMOS de seis transistores . M5 y M6 son transistores de paso bidireccionales.
un biestable D con puerta CMOS de 10 transistores , similar a los que se encuentran en los circuitos integrados CD4042 o CD74HC75.

La lógica de transistores de paso suele utilizar menos transistores, funciona más rápido y requiere menos energía que la misma función implementada con los mismos transistores en lógica CMOS totalmente complementaria. [ 3 ]

La función XOR tiene el peor caso de mapa de Karnaugh : si se implementa con compuertas simples, requiere más transistores que cualquier otra función. Por lo tanto, los primeros circuitos integrados, como el procesador Z80 , diseñados cuando los presupuestos de transistores eran mucho más limitados, emplearon esta técnica para optimizar sus circuitos XOR. [ 4 ]

Principios básicos de los circuitos con transistores de paso

Los transistores de paso MOSFET son interruptores electrónicos que activan o desactivan el paso entre su drenador y su fuente en función de la señal de voltaje de su puerta (por ejemplo, la señal de reloj en la celda SRAM o el pestillo D controlado ).

Debido a que los transistores de paso no proporcionan restauración de nivel y a que su trayectoria conductora tiene una pequeña resistencia distinta de cero, se produce un mayor retardo RC para cargar la capacitancia de entrada de la siguiente etapa lógica (que incluye la capacitancia parásita además de la capacitancia de puerta de la siguiente etapa) hacia niveles de voltaje lógicos altos o bajos válidos.

Puede ser necesario simular los circuitos para garantizar un rendimiento adecuado con una configuración mínima. [ 5 ]

Lógica de transistor de paso complementario

Algunos autores utilizan el término lógica de transistor de paso complementario para indicar un estilo de implementación de compuertas lógicas que utiliza compuertas de transmisión compuestas por transistores de paso NMOS y PMOS . [ 6 ]

Otros autores utilizan el término lógica de transistor de paso complementario (CPL) para indicar un estilo de implementación de compuertas lógicas donde cada compuerta consta de una red de transistores de paso NMOS únicamente, seguida de un inversor de salida CMOS. [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]

Otros autores utilizan el término lógica de transistor de paso complementario (CPL) para referirse a un estilo de implementación de compuertas lógicas mediante codificación de doble riel. Cada compuerta CPL tiene dos cables de salida, tanto la señal positiva como la complementaria, lo que elimina la necesidad de inversores. [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]

La lógica de transistores de paso complementarios o diferenciales se refiere a una familia lógica diseñada para ofrecer ciertas ventajas. Es común utilizar esta familia lógica en multiplexores y biestables .

CPL utiliza transistores en serie para seleccionar entre posibles valores de salida invertidos de la lógica, cuya salida controla un inversor . Las compuertas de transmisión CMOS constan de transistores nMOS y pMOS conectados en paralelo.

Otras formas

Existen tipos estáticos y dinámicos de lógica de transistores de paso, con propiedades diferentes en cuanto a velocidad, potencia y funcionamiento a baja tensión. [ 13 ] A medida que disminuyen las tensiones de alimentación de los circuitos integrados, las desventajas de la lógica de transistores de paso se vuelven más significativas; la tensión umbral de los transistores aumenta considerablemente en comparación con la tensión de alimentación, lo que limita severamente el número de etapas secuenciales. Dado que a menudo se requieren entradas complementarias para controlar los transistores de paso, se necesitan etapas lógicas adicionales.

Referencias

  1. ↑ Segura, Jaume; Hawkins, Charles F. (2004). Electrónica CMOS: cómo funciona, cómo falla . Wiley-IEEE. pág.  132. ISBN 0-471-47669-2.
  2. ↑ Maxfield, Clive (2008). Bebop al boogie booleano: una guía poco convencional de la electrónica . Newnes. págs. 423–6 . ISBN  978-1-85617-507-4.
  3. ↑ Norimitsu Sako. «Patente US7171636: Circuito lógico de transistor de paso y método para su diseño» . «Es sabido en la técnica emplear un "circuito lógico de transistor de paso" para reducir el número de componentes y el consumo de energía, y para mejorar la velocidad de funcionamiento».
  4. ↑ Shirriff, Ken (2013). "Ingeniería inversa del Z-80: explicación del silicio para dos puertas interesantes" .
  5. ↑ Hary Gunarto y Donald Leo Dietmeyer (1984), Diseño automático de realizaciones de funciones de conmutación con transistores de paso mínimo , Informe del proyecto de maestría, Universidad de Wisconsin-Madison , agosto de 1984.
  6. ↑ Yeap, Gary K. (2012) [1998]. Diseño práctico de VLSI digital de bajo consumo . Springer. pág. 197. ISBN  978-1-4615-6065-4.
  7. ↑ Oklobdzija, Vojin G. (19 de diciembre de 2017). Diseño y fabricación digital . CRC Press. págs. 2–39 . ISBN  9780849386046.
  8. ↑ Yano, Kuniaki; Yamanaka, Toshiaki Yamanaka; Nishida, Takeshi; Saito, Mitsuo; Shimohigashi, Katsuhiro; Shimizu, Atsushi (1990). "Un multiplicador CMOS 16x16-b de 3,8 ns que utiliza lógica de transistor de paso complementaria". Revista IEEE de circuitos de estado sólido . 25 (2): 388– 395. Bibcode : 1990IJSSC..25..388Y . doi : 10.1109/4.52161 .
  9. ↑ Reynders, Nele; Dehaene, Wim (2015). Diseño de circuitos digitales de bajo voltaje y alta eficiencia energética . Circuitos analógicos y procesamiento de señales (ACSP). Springer Suiza. doi : 10.1007/978-3-319-16136-5 . ISBN 978-3-319-16135-8. ISSN 1872-082X . LCCN 2015935431 .  
  10. ↑ Chen, Wai-Kai, ed. (2003). Diseño lógico . CRC Press. págs. 15–17 . ISBN  978-0-203-01015-0OCLC 1029500642​​ 
  11. ↑ Oklobdzija, Vojin G., ed. (2001). The Computer Engineering Handbook . Taylor & Francis. pp. 2-23 – 2-24 . ISBN  978-0-8493-0885-7.
  12. ↑ Pal, Ajit (2014). "5.2.3 Familias lógicas de transistores de paso" . Circuitos y sistemas VLSI de baja potencia . Springer. págs. 109–110 . ISBN  978-81-322-1937-8.
  13. ↑ Leondes, Cornelius T. (1995). Sistemas de procesamiento de señales digitales: técnicas de implementación . Elsevier. pág. 2. ISBN  0-12-012768-7.

Lecturas adicionales

  • Weste; Harris (2005). Diseño VLSI CMOS (3.ª  ed.). Pearson/Addison-Wesley. ISBN 0-321-14901-7.
  • Pucknell, Douglas A.; Eshraghian, Kamran (1994). Diseño VLSI básico (3ª  ed.). Prentice-Hall de la India Pvt. Limitado. Limitado. ISBN 978-81-203-0986-9.