Четырехфазные динамические МОП-схемы

Рассмотрим теперь динамические МОП-схемы с четырехфазной синхронизацией, то есть схемы, в которых используются четыре последовательности синхроимпульсов φ ₁, φ ₂, φ ₃, и φ ₄ (рисунок 10.84). (Отметим, что сигнал φ ₄ является инверсным по отношению к сигналу φ ₂.) Объединяя их попарно в различные комбинации (две комбинации не используются), можно получить четыре различных типа МОП-ячеек (рисунок 10.85). Каждый круг обозначает схему, состоящую из МОП-транзисторов. На рисунке 10.86 показан пример МОП-ячейки первого типа, в котором схема обведена штриховой линией. Выходная функция каждой МОП-ячейки может быть выведена, как это делалось выше. Например, выходная функция ячейки, приведенной на рисунке 10.86, имеет вид

[13].

Рассмотрим, как работают такие схемы, на простом примере. На рисунке 10.87 приведена схема инвертора, построенного на МОП-ячейке первого типа. Когда на схему поступает синхроимпульс (рисунок 10.84), транзистор VT ₁ открывается и паразитная емкость C заряжается до высокого положительного напряжения синхронизирующего источника питания. Во время этого периода заряда и после него на схему подается синхроимпульс φ ₂. Он обеспечивает открытое состояние транзистора VT ₂. Тогда, если входное напряжение x является высоким, транзистор VT ₃ открывается и емкость C разряжается, что приводит к низкому уровню выходного напряжения. Если на вход подается низкое напряжение, транзистор VT ₃ заперт и на емкости C сохраняется электрический заряд, создающий высокое напряжение на выходе.

Рисунок 10.85 - Различные типы МОП-ячеек при четырехфазной синхронизации

Таким образом, выходное напряжение f является высоким или низким в зависимости от того, является низким или высоким входное напряжение x. Следовательно, реализуется функция , и ячейка работает как инвертор. Другие типы МОП-ячеек выполняют логические операции аналогичным образом. Вся схема строится путем соединения этих различных типов МОП-ячеек. При этом выход ячейки первого типа может быть подан на вход ячейки второго типа, выход ячейки второго типа может быть подан на вход ячейки третьего типа, а выход ячейки третьего типа может быть подан на вход ячейки четвертого типа. Выход ячейки четвертого типа в свою очередь может быть подан на вход ячейки первого типа. Выход ячейки первого типа может быть подан на вход ячейки третьего типа, а выход ячейки третьего типа – на вход первого. Однако ячейки второго и четвертого типов не могут быть соединены друг с другом. Кроме того, ячейка любого типа не может быть соединена с ячейкой того же типа. Соединения, разрешенные к использованию, показаны на рисунке 10.88. Примером четырехфазной динамической МОП-схемы является сдвиговый регистр (рисунок 10.89). Получение необходимого количества разрядов в регистре обеспечивается соединением соответствующего числа схем, реализующих один разряд, так как соединение ячеек первого и третьего типов разрешено (рисунок 10.88).

Рисунок 10.87 - Инвертор

Рисунок 10.89 - Четырехфазный динамический сдвиговый регистр

В четырехфазных динамических МОП-схемах не возникает проблем, связанных с передаточными вентилями, как в двухфазных динамических МОП-схемах, так как эти вентили не используются. Вместе с тем в этих схемах требуется большее количество соединений, обеспечивающих подачу синхроимпульсов, из-за большего количества фаз синхронизации, что усложняет топологию схемы и делает ее более громоздкой (в несколько раз больше по сравнению с двухфазными динамическими схемами). В результате предпочтение, как правило, отдается двухфазным динамическим схемам, за исключением особых случаев.

В заключение следует заметить, что, несмотря на сложность разработки топологии, связанной с высокой чувствительностью схем к величинам паразитных емкостей и большим количеством соединительных линий для подачи синхроимпульсов, динамические МОП-схемы используются – зачастую одновременно со статическими схемами – в тех случаях, когда потребляемая схемой мощность должна быть небольшой.