Почему для старой логики PMOS / NMOS требовалось несколько напряжений, таких как +5, -5 и +12 вольт? Например, старые процессоры Intel 8080, старые DRAM и т. Д.
Меня интересуют причины на физическом уровне / уровне макета. Какова была цель этих дополнительных напряжений?
Да, этот вопрос касается материала, который использовался 35 лет назад.
8080 использовал технологию только nMOS (без CMOS = pMOS и nNMOS). Когда вы используете только устройства nMOS (или pMOS), у вас есть несколько вариантов построения ячейки логического инвертора (см. Главу 6.6 в этом документе , мой ответ сильно зависит от этого источника):
Транзистор nMOS и подтягивающий резистор. Просто, но не очень хорошо для IC, потому что резистор будет занимать много места на кремнии.
Транзистор nMOS и второй насыщенный транзистор nMOS вместо подтягивающего резистора. Неплохо, но выходное напряжение высокого уровня останется на одно пороговое напряжение V GS, ниже напряжения питания. (Примечание: V GS, th - это напряжение между затвором полевого транзистора и источником, который просто включит полевой транзистор.)
Транзистор nMOS и второй ненасыщенный (= линейный) транзистор вместо подтягивающего резистора. Выходное напряжение высокого уровня будет колебаться вплоть до V DD , но это происходит за счет дополнительных затрат на дополнительное напряжение V GG с V GG > V DD + V GS, тыс . Это причина для шины +12 В.
Транзистор nMOS со вторым транзистором n-типа в режиме обеднения вместо резистора нагрузки. Никакой дополнительной шины питания не требуется, но технология более сложна, потому что на одном чипе необходимо сделать два транзистора с разными легированием.
Похоже, что 8080 использует вариант № 3.
Причиной отрицательной шины (-5 В) может быть смещение, необходимое для конфигурации каскадного кода. Это увеличило бы скорость переключения за счет дополнительной шины питания. Здесь я могу только догадываться, потому что я не нашел источников, говорящих мне, что 8080 действительно использует каскадные каскады. Покрытие Cascode было бы другой историей; эта конфигурация используется для линейных усилителей, логических переключателей, преобразователей уровня или переключателей питания .
Вот пример схемы ворот NMOS NAND в «режиме истощения», которую я нашел в (немецкой) Википедии:
Верхний транзистор используется в режиме обеднения, чтобы обеспечить нагрузку, приближающуюся к источнику тока и уравновешивающую время нарастания и спада. Из-за более высоких пороговых напряжений ранней технологии MOS может потребоваться питание 12 В для обеспечения надлежащего смещения для затвора нагрузочного резистора. Источник -5 В мог бы использоваться для смещения задних ворот (или узлов подложки) всех полевых транзисторов, чтобы привести их в требуемый режим работы.
Я делаю это вики-ответом, потому что кое-что из того, что я сказал, это предположение, а не жесткие факты, и я уверен, что кто-то здесь может улучшить или исправить меня.
источник
Я разработал для 12 Вольт технологии NMOS несколько лет назад. Он использует насыщенные n-канальные транзисторы для подтягивания. Как описано предыдущим участником (пункт 2 списка в этом ответе ), это ограничивает выходное напряжение на один Вт ниже, чем VDD. Питание 5 Вольт используется для взаимодействия с TTL. Питание -5 В используется для смещения субстрата и доведения Vt до полезного значения. Без напряжения смещения Vt составляет около 0 В.
источник
Короткий ответ: вам нужно изучить схему схемы подходящего устройства, чтобы увидеть конструкцию, и из этого вы можете понять, почему.
Мне кажется, что дизайн требует взаимодействия с 5v TTL, но само устройство не будет работать при этом напряжении, для того, чтобы точно понять, как оно работает, требуется подходящий пример для изучения.
Это легче сказать, чем сделать, так как я могу найти очень мало деталей в Интернете.
То, что я действительно нашел, было обширной информацией о 8008, которая предшествует 8080 на пару лет, эта информация включает в себя ... частичную схему, которую вы можете найти здесь.
http://www.8008chron.com/Intel_MSC-8_April_1975.pdf
Посмотрите вокруг страницы 29 и 30 (это номера страниц pdf, а не руководства, отсканированного вручную) и даже страницу 5, если вы хотите увидеть, как она сконструирована физически.
Вы можете найти больше информации здесь.
http://www.8008chron.com/intellecMDS_schematic.pdf
Я не ожидаю награды за это, так как я не ответил прямо на вопрос, но я надеюсь, что он укажет вам правильный путь.
источник