Una puerta de transmisión ( TG ) es una puerta analógica similar a un relé que puede conducir en ambas direcciones o bloquearse mediante una señal de control con casi cualquier potencial de voltaje. [1] Es un conmutador basado en CMOS , en el que PMOS pasa un 1 fuerte pero un 0 deficiente, y NMOS pasa un 0 fuerte pero un 1 deficiente. Tanto PMOS como NMOS funcionan simultáneamente.
Estructura
En principio, una puerta de transmisión está formada por dos transistores de efecto de campo , en los que, a diferencia de los transistores de efecto de campo discretos tradicionales, el terminal de sustrato (a granel) no está conectado internamente al terminal de origen. Los dos transistores, un MOSFET de canal n y un MOSFET de canal p, están conectados en paralelo con esto, sin embargo, solo los terminales de drenaje y fuente de los dos transistores están conectados entre sí. Sus terminales de puerta están conectados entre sí por una puerta NO ( inversor ), para formar el terminal de control.
A diferencia de los FET discretos, el terminal de sustrato no está conectado a la conexión de la fuente. En cambio, los terminales del sustrato están conectados al potencial de suministro respectivo para garantizar que el diodo del sustrato parásito (entre la fuente / drenaje y el sustrato) siempre esté polarizado de manera inversa y, por lo tanto, no afecte al flujo de la señal. El terminal de sustrato del MOSFET de canal p está conectado al potencial de suministro positivo, y el terminal de sustrato del MOSFET de canal n está conectado al potencial de suministro negativo.
Función
Cuando la entrada de control es un cero lógico (potencial de suministro de energía negativo), la puerta del MOSFET de canal n también tiene un potencial de voltaje de suministro negativo. El terminal de puerta del MOSFET de canal p es causado por el inversor, al potencial de voltaje de suministro positivo. Independientemente de en qué terminal de conmutación de la puerta de transmisión (A o B) se aplique un voltaje (dentro del rango permitido), el voltaje de la fuente de la puerta de los MOSFET de canal n es siempre negativo, y el MOSFET de canal p es siempre positivo . En consecuencia, ninguno de los dos transistores conducirá y la puerta de transmisión se apagará.
Cuando la entrada de control es lógica, el terminal de puerta de los MOSFET de canal n está ubicado en un potencial de voltaje de suministro positivo. Por el inversor, el terminal de puerta de los MOSFET de canal p ahora tiene un potencial de voltaje de suministro negativo. Como el terminal de sustrato de los transistores no está conectado al terminal de fuente, los terminales de drenaje y fuente son casi iguales y los transistores comienzan a conducir a una diferencia de voltaje entre el terminal de puerta y uno de estos conductores.
Uno de los terminales de conmutación de la puerta de transmisión se eleva a un voltaje cercano al voltaje de suministro negativo, se producirá un voltaje de fuente de puerta positivo (voltaje de puerta a drenaje) en el MOSFET de canal N, y el transistor comienza a conducir, y la puerta de transmisión conduce. El voltaje en uno de los terminales de conmutación de la puerta de transmisión ahora se eleva continuamente hasta el potencial de voltaje de suministro positivo, por lo que el voltaje de la fuente de la puerta se reduce (voltaje de drenaje de la puerta) en el MOSFET de canal n, y esto comienza a girar apagado. Al mismo tiempo, el MOSFET de canal p tiene un voltaje de fuente de puerta negativo (voltaje de puerta a drenaje) que se acumula, por lo que este transistor comienza a conducir y la puerta de transmisión cambia.
De este modo se consigue que la puerta de transmisión pase por todo el rango de tensión. La resistencia de transición de la puerta de transmisión varía dependiendo del voltaje a conmutar y corresponde a una superposición de las curvas de resistencia de los dos transistores.
Aplicaciones
Interruptor electronico
Las puertas de transmisión se utilizan para implementar conmutadores electrónicos y multiplexores analógicos . Si una señal está conectada a diferentes salidas ( conmutadores , multiplexores), se pueden utilizar varias puertas de transmisión como puerta de transmisión para conducir o bloquear (conmutador simple). Un ejemplo típico se conoce como el conmutador analógico de 4 vías 4066 que está disponible en varios fabricantes. [2]
Multiplexor analógico
Muchos sistemas de señales mixtas utilizan un multiplexor analógico para enrutar varios canales de entrada analógica a un único convertidor analógico a digital . [3] [4] [5]
Circuitos lógicos
Los circuitos lógicos se pueden construir con la ayuda de puertas de transmisión en lugar de las redes tradicionales CMOS pull-up y pull-down. Estos circuitos a menudo se pueden hacer más compactos, lo que puede ser una consideración importante en las implementaciones de silicio.
Voltajes negativos
Al usar una puerta de transmisión para cambiar voltajes alternos (por ejemplo: señal de audio), el potencial negativo de la fuente de alimentación debe ser menor que el potencial de señal más bajo. Esto asegura que el diodo del sustrato permanecerá no conductor incluso con voltajes negativos. Aunque la puerta de transmisión todavía puede cambiar a niveles de voltaje lógico, existen versiones especiales con cambiadores de nivel integrados. Un buen ejemplo es el chip estándar 4053, comúnmente utilizado para seleccionar entre entradas analógicas a un amplificador de audio, tiene una conexión a tierra separada (patilla 8) y una conexión de sustrato negativa (patilla 7) que también alimenta el cambiador de nivel.
Ver también
Referencias
- ^ "¿Qué es una puerta de transmisión (interruptor analógico)? - Tutorial - Maxim" . www.maximintegrated.com . Consultado el 21 de mayo de 2019 .
- ^ 4066 Datenblätter
- ^ Franco Zappa. "Sistemas electrónicos" . Sección 6.9: Multiplexores analógicos.
- ^ John G. Webster. "Medición eléctrica, procesamiento de señales y pantallas" . 2003. p. 36-12.
- ^ Robert A. Pease. "Solución de problemas de circuitos analógicos" . 2013. p. 132.
Artículo traducido por Google de Wikipedia en alemán. El artículo en inglés fue eliminado en 2013 debido a los derechos de autor.
- Ulrich Tietze, Christoph Schenk: Halbleiter-Schaltungstechnik. 12. Auflage, Springer, Berlín / Heidelberg / Nueva York 2002, ISBN 3-540-42849-6 .
- Erwin Böhmer: Elemente der angewandten Elektronik. 15. Auflage, Vieweg y Sohn Verlag | GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2007, ISBN 978-3-8348-0124-1 .
- Klaus Fricke: Digitaltechnik. 6. Auflage, Vieweg y Sohn Verlag | GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2009, ISBN 978-3-8348-0459-4 .