11. Aşağı gərginlikli qidaya malik mikrosxemlərin layihələndirilməsi problemləri

11. Aşağı gərginlikli qidaya malik mikrosxemlərin layihələndirilməsi problemləri

Son illərdə 5V gərginlikli qida mənbələri daha aşağı gərginliklilər ilə əvəz edilir. Naqilsiz ra­bitə qurğuları və fərdi kompüter kimi tətbiq sahələrində səpələnən gücün və batareyaların sayının azaldılmasına tələblər rəqəmsal sistemlərdə qida gərginliyinin 1,5 V-a qədər azaldılmasına gətirdi. Bu tendensiya müasir SiGe tranzistorlarda reallaşdırılmışdır, hansılar ki elə konstruksiya edilmişlər ki deşilmə gərginliyi ilə kompromisdə maksimal sərhəd tezliyi təmin edilsin . Beləliklə tranzistorların üçün böyük qiymətlər (200 QHs-ə qədər) təmin edən kiçik ölçüləri mikrosxemin qida gərginliyinin azaldılmasına gətirdi.

Rəqəmsal bipolyar sxemlərdə qida gərginliyinin azaldılması yeni problemlər yaradır. Bunlardan bəziləri 2 V-dan kiçik qida gərginliklərində çox böyük əhəmiyyət kəsb edir. gərgin­liyinin azaldılmasının prinsipial mürəkkəbliyi ondadır ki, bipolyar tranzistor fiksə edilmiş baza-emitter gərginliyinə malik olur və bu gərginlik texnoloji normaların azaldılması ilə xətti azalmır, belə ki

, (1)

burada , - kollektor cərəyanı, - emitter keçidinin əks cərəyanıdır. Bu halda tranzistorun parametrləri və cərəyanların səviyyəsi gərginliyinə zəif təsir edirlər. Praktikada bipolyar tranzistorda cərəyan sıxlığı öz qiymətini dəyişərək, həmçinin gərginliyinə zəif təsir edir. Əgər istifadə olunan texnologiyada olarsa, onda "yer" ilə şini arasında qoşula biləcək baza-emitter keçidlərinin sayı birdən çox olmur.

Bipolyar tranzistorlar üzərində analoq və rəqəm sxemlərinin layihələndirilməsində digər çətinlik ondadır ki, tipik ЭСЛ ( Эмиттерно-связанная логика) sxemlərdə qoşulma amplitudası ixtiyari seçilə bilməz və onun mini­mal qiyməti küyün səviyyəsi ilə məhdudlanır. Bipolyar diferensial cütlük (ЭСЛ strukturda dife­rensial pillə) tələb edir ki, girişdəki məntiqi siqnalın səviyyəsi ən azı 5,5jт olsun. Həqiqətdə isə bu gərginliyə emitter dövrəsindəki müqavimətdə düşən gərginlik, cərəyan üzrə güclənmə əmsalı ilə məhdudlanan natamam qoşulma halında qalıq gərginliyi və qida şinində gərginlik düşküsü də əlavə edilməlidir. Bütün bunlar ona gətirir ki, minimal qoşulma gərginliyi bir-neçə yüz mV olmalıdır.

Tranzistorların yüksək iş sürətinin təmin edilməsi üçün onlar "ağır" doyma rejiminə girmə­məlidirlər. Bu məhdudiyyət, təqribən 400 mV təşkil edən minimal kollektor-emitter gərginliyinə birbaşa təsir edir. Yuxarıda göstərilənləri və, həmçinin gərginliyin ədədi qiymətini nəzərə alaraq belə bir nəticəyə gəlmək olar ki, qida gərginliyinin 1,5 V qiymətində çoxyaruslu diferensial cütlərin və ya kaskod konfiqurasiyaların (arxitekturaların) istifadəsi qadağandır.

Beləliklə, baza-emitter keçidindəki gərginliyi masştablama imkanının olmamağı bipolyar tranzistorlar üzərində sxemlərin qida gərginliyinin sonrakı masştablama problemini daha da kəskin­ləşdirir. KMOY tranzistorlar üçün belə problem prinsipcə mövcud deyil, ona görə ki hədd gərginliyi istehsal mərhələsində azaldıla bilər.

Praktikada KMOY tranzistorların, zatvora qoşulan hədd gərginliyi olmadıqda keçiriciliyin yaranması (həddaltı keçiricilik), hədd gərginliyinin temperaturdan asılılığı, qısa kanal effekti kimi bir sıra qeyri-ideallığı nəticəsində KMOY tranzistorlar üçün hədd gərginliyini bir neçə yüz mV seçmək lazım gəlir. Bu onları statik xarakteristikalar üzrə bipolyar tranzistorlara yaxınlaşdırır.