Чому для старої логіки PMOS / NMOS потрібно кілька напруг, таких як +5, -5 і +12 вольт? Наприклад, старі процесори Intel 8080, старі DRAM та ін.
Мене цікавлять причини на фізичному / макетному рівні. Яка була мета цих додаткових напруг?
Так, це питання стосується речей, які використовували 35 років тому.
Відповіді:
8080 використовував лише технологію nMOS (немає CMOS = pMOS і nNMOS). Якщо ви використовуєте лише пристрої nMOS (або pMOS), у вас є кілька варіантів для створення комірки логічного інвертора (див. Розділ 6.6 цього документа , моя відповідь сильно запозичує це джерело):
nMOS транзистор і підтягуючий резистор. Простий, але не дуже хороший на ІС, оскільки резистор займає багато місця на кремнії.
транзистор nMOS і другий насичений транзистор nMOS замість підтягуючого резистора. Непогано, але вихідна напруга високого рівня залишиться на одну порогову напругу V ГС, що нижче напруги живлення. (Примітка: V GS, го - напруга між воротами FET та джерелом, яке щойно увімкне FET.)
nMOS транзистор і другий, ненасичений (= лінійний) транзистор замість підтягуючого резистора. Вихідна напруга високого рівня буде коливатися аж до V DD , але це відбувається за додаткову вартість додаткової напруги V GG з V GG > V DD + V GS, тис . Це причина для рейки +12 В.
nMOS-транзистор із другим транзистором n-режиму виснаження замість резистора навантаження. Не потрібна додаткова шина подачі, але технологія є більш досконалою, оскільки два транзистори з різним легуванням повинні бути виконані на одній мікросхемі.
Здається, що 8080 використовує варіант №3.
Причиною негативної рейки (-5 В) може бути зміщення, необхідне для конфігурації каскоду. Це збільшило б швидкість перемикання за рахунок додаткової рейки подачі. Тут я можу лише здогадуватися, тому що я не знайшов жодних джерел, які б розповідали, що 8080 дійсно використовує етапи, пов'язані з каскодом. Покриття каскаду було б іншою історією; ця конфігурація використовується для лінійних підсилювачів, логічних вимикачів, перекладачів рівнів або перемикачів живлення .
Ось приклад схеми воріт NMOS NAND "виснаження", яку я знайшов у (німецькій) Вікіпедії:
Верхній транзистор використовується в режимі виснаження, щоб забезпечити навантаження, що наближається до джерела струму і врівноважує час підйому і падіння. Через більш високі порогові напруги ранньої технології MOS, можливо, знадобилося джерело напруги 12 В для забезпечення належного зміщення затвора резистора навантаження. Блок живлення -5 В міг би використовуватися для зміщення задніх воріт (або підкладкових вузлів) усіх БНТ, щоб перевести їх у потрібний робочий режим.
Я роблю це на відповідь Вікі, тому що дещо з того, що я сказав, - це спекуляція, а не важкі факти, і я впевнений, що хтось може мене покращити або виправити.
Я розробив технологію NMOS на 12 вольт кілька років тому. Він використовує насичені n-канальні транзистори для підтягувань. Як описано попереднім дописувачем (пункт № 2 у цій відповіді ), це обмежує вихідну напругу на один Vt нижче, ніж VDD. Блок 5 вольт використовується для взаємодії з TTL. Напруга -5В використовується для зміщення підкладки та приведення Vt до корисного значення. Без напруги зсуву Vt становить близько 0В.
Коротка відповідь - вам потрібно вивчити схему схеми відповідного пристрою, щоб побачити конструкцію, і з цього ви, можливо, зможете з’ясувати, чому.
Моє відчуття кишки полягає в тому, що конструкція вимагає взаємодії з 5 В TTL, але сам пристрій не працює при цій напрузі, як саме вона функціонує, потрібен відповідний приклад для вивчення.
Це простіше сказати, ніж зробити, оскільки я можу знайти дуже мало деталей в Інтернеті.
Я знайшов багату інформацію про 8008, який передував 8080 року за пару років, ця інформація включає ... часткову схему, яку ви можете знайти тут.
http://www.8008chron.com/Intel_MSC-8_April_1975.pdf
Ознайомтесь із сторінками 29 та 30 (це номери сторінок pdf, а не посібник зі сканованим рукою) та навіть сторінку 5, якщо ви хочете побачити, як це фізично побудовано.
Більше інформації ви можете знайти тут.
http://www.8008chron.com/intellecMDS_schematic.pdf
Я не сподіваюся на це жодної нагороди, тому що я прямо не відповів на питання, але сподіваюся, що це вкаже вас на правильний шлях.