В настоящее время выпускается несколько разновидностей логических схем на МОП-транзисторах. Особенность ИМС на МОП-структурах состоит в том, что в этих схемах отсутствуют резисторы, а роль нелинейных резисторов выпол¬няют соответствующим образом включенные транзисторы. Они имеют высокую нагрузочную способность и помехоустойчивость и занимают мало площади на поверхности кристалла, они техноло¬гичны и дешевы. МОП-транзисторы по принципу работы являются аналогами элек¬тронных ламп, так как управляются напряжением, а не током.
Схемы на МОП-транзисторах пока имеют меньшее быстродействие, чем схемы на биполярных транзисторах, что объясняется довольно значительными емкостями, образующимися между затвором, истоком, стоком и подложкой МОП-транзистора, на перезаряд которых требуется определенное время.
Наибольшее распространение получили КМОП-схемы (комплементарные МОП-схемы), в которых совместно применяются как п-канальные, так и р-канальные транзисторы.
Преимуществами схем на КМОП-транзисторах являются малая потребляемая мощность, высокое быстродействие и повышенная помехоустойчивость. В основе всех логических КМОП-схем лежит КМОП-инвертор (рисунок 1.8).
Рисунок 1.8 - КМОП-инвертор
3десь нижний транзистор с каналом n-типа, верхний — с каналом р-типа. Затворы обоих транзисторов объединены, на них подается управляющее напряжение. Подложки соедине¬ны с истоками. При поступлении на вход напряжения высокого уровня (логиче¬ской единицы) открывается транзистор с каналом n-типа (нижний), a с каналом р-типа (верхний) закрывается. На выходе – сигнал логического нуля.
Наоборот, при подаче на вход напряжения, соответствующего уровню логического нуля, открывается верхний транзистор, a нижний закрывается. На выходе – сигнал логической единицы.
Схема, реализующая функцию ИЛИ—НЕ, показана на рисунке 1.9.
Рисунок 1.9 - Схема ИЛИ—НЕ КМОП
При поступлении на вход А напряжения, соответствую¬щего уровню логической единицы, открывается транзистор VT4 и за¬крывается VT1, в результате чего напряжение на выходе будет соот¬ветствовать уровню логического нуля. При подаче на входы A и В напряжения, соответствующего уровню логического нуля, тран¬зисторы VT3 и VT4 закрываются, a VT1 и VT2 открываются. При этом напряжение на выходе будет соответствовать уровню логиче¬ской единицы (т. е. близко к напряжению Е).
Схема, реализующая функцию И—НЕ, изображена на рисунке 1.10.
Рисунок 1.10- Схема И—НЕ КМОП
К недостаткам КМОП-технологии следует отнести то, что здесь невозможно достичь столь же высокой плотности упаковки, как при МОП-техноологии из-за некоторой избыточности транзисторов. Однако в КМОП-схемах не протекает постоянно ток, что значи¬тельно снижает потребляемую мощ¬ность в статическом режиме. В дина¬мическом режиме потребляемая мощность растет из-за перезаряда межэлектродных емкостей транзисторов и одновременного открывания всех транзисторов в момент их переключения, т. е. потребляемая мощность таких схем растет с повышением частоты переключения.