CMOS iki girişli VE, VEYA, DEĞİL kapılarını gerçekleştirme

ATATÜRK ÜNİVERSİTESİ

MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ

ELEKTRİK ELEKTRONİK MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

SAYISAL DEVRELER PROJESİ

Proje Kodu:     P-28 Kapı Karakteristiği

Proje Konusu: 4007 entegresi kullanarak bir CMOS iki girişli    VE, VEYA, DEĞİL  kapılarını gerçekleştirme

Projeyi Yaptıran:          Doç. Dr. Tevhit KARACALI

Projeyi Hazırlayan:       AHMET ÖZMEN

CMOS

   Tümler MOS devreleri n-kanalı cihazlarının her ikisininde aynı substrat üzerinde üretilmesinden faydalanır. CMOS devreleri bağlantılı olarak MOS cihazlarının iki tipini de mantık fonksiyonları oluşturmak üzere kullanılır. CMOS mantık devresi durgun durumda olduğunda, güç yitimi çok düşüktür. Çünkü,  devrenin durumu değişmediğinde her zaman yolda kapalı bir transistör  vardır.

  Tipik bir CMOS geçidi 0.01mW düzeninde durgun güç yitimine sahiptir. Ancak, 1MHz hızında durum değiştiren, güç yitimi yaklaşık 1mW’a ve 10MHz hızında yaklaşık 5mW’a çıkar.

  CMOS mantık genellikle 5V’luk tipik bir Vdd değerinde 3 ile 18V gerilim aralığında tek bir ğüç kaynağı işlemi için belirtilir. Daha büyük güç kaynağı geriliminde CMOS çalıştırmak, yayılım gecikmesi süresini düşürür ve gürültü payını artırır, ama güç yitimi artar. Vdd=5V ile yayılım gecikmesi kullanılan tipe bağlı olarak 5 ile 20ns arasında değişir. Gürültü payı genellikle güç kaynağı geriliminin yaklaşık olarak %40’ıdır. CMOS geçitlerinin çıkış yelpazesi, 1 MHz frekansında çalıştığında yaklaşık 30’dur.

       CMOS üretimi TTL’den daha kolaydır ve daha çok veri yoğunluğu sağlar. Bu , işlev başına daha düşük maliyetle verilen belirli silikon alan üzerinde daha çok devrenin yerleştirilebileceği anlamına gelir. Bu özellik, düşük güç yitimi, iyi gürültü bağışıklığı ve uygun yayılım gecikmesi ile birlikte CMOS’u en popüler standart bir dijital mantık ailesi yapar.

CMOS İLE DEĞİL KAPISI

   

  CMOC evirici, bir NMOS ve bir PMOS’un Şekilde görüldüğü gibi bağlanması ile elde elde edilir. Bu yapının çalışma prensibini inceleyelim.  Giriş  Lojik-1 seviyesinde olduğunda NMOS iletimde, PMOS kesimdedir. NMOS transistorun iletken bir kanalı olmasına rağmen akımı PMOS’un kaçak akımı kadardır. Çıkış ise NMOS’un kanalı sayesinde Lojik-0 seviyesindedir ve 0V’a çok yakın bir değerdedir. PMOS sadece NMOS’un kaçak akımını akıtmakta, ancak PMOS’un mevcut yüksek iletkenlikteki kanalı sayesinde çıkış Lojik-1 seviyesinde ve yaklaşık olarak Vdd değerindedir.

Yukarıda belirttiğim gibi her  lojik konomda Vdd ile toprak arasında seri tranzistörlerden biri kesimdedir. Yapının sadece konum değiştirme sırasında akım akmaktadır. Statik akım ve bu nedenle statik güç harcaması ise çok küçüktür. Bu durum, sistem tasarımı açısından büyük bir avantaj sağlar.

4007 ENTEGRESİ İLE DEĞİL KAPISI

                                                                

4007 entegresi ile 3 tane değil kapısı yapa biliriz.(inverter kapısı)

1.DEĞİL KAPISI

·       14-Vdd ve 7-Vss bağlanır,

·       G1(6) girişe,  Dp1(13) ile Dn1(8) kısa devre yapılır ve çıkış alınır.

2.DEĞİL KAPISI

·       Sp2(2)- Vdd  ve Sn2-Vss bağlanır,

·       G2(3) girişe, Dp2(1) ile Dn2(5) kısa devre yapılır ve çıkış alınır.

3.DEĞİL KAPISI

·       Sp3(11)-Vdd ve Sn3-Vss bağlanır,

·       G3(10) girişe,  Dn/p3(12) den çıkış alınır.

ÇALIŞMASI

Vi=Yüksek Seviye

·       Nmos = AÇIK (çıkışla toprak arası kısa devre) - İLETİMDE

·       Pmos = KAPALI (çıkışla Vdd arası açık devre,  çok yüksek direnç) -KESİMDE

·       Vo=Düşük Seviye olur.

Vi=Düşük Seviye

·       Nmos = KAPALI (çıkışla toprak arası açık devre, çok yüksek direnç) - KESİMDE

·       Pmos = AÇIK (Vdd ile çıkış arası kısa devre, çok düşük direnç) -İLETİMDE

·      Vo= Yüksek Seviye olur.

CMOS İLE VE KAPISI

CMOS ve işlemi yapmak için 2 yöntem kullana biliriz. İki girişi de değilleyip NOR işlemi yaparız. 4007 bunun için tek başına yeterli olmadığından , girişleri NAND yaptıktan sonra değilleriz böylece tek entegreyle ve daha az eleman kullanarak “VE” işlemini gerçeklemiş oluruz.

Şekildeki NAND işleminde A ve B girişlerinden her hangi biri veya ikiside lojik-0 ise alttaki NMOS lardan biri yada ikiside KESİMDE olur, üst tarafta ise PMOS lardan biri yada ikisi de İLETİMDE olacağından çıkış YÜKSEK seviye olur.

Çıkışın düşük seviye olabilmesi için NMOS ların aynı anda İLETİMDE buna karşın PMOSların aynı anda KESİMDE olması gerekir. Bunun içinde girişlerin ikisi de lojik-1 olması gereklidir.

  VE işlemi  NAND çıkışını DEĞİLLEYEREK elde edilir. Diğer yöntemle yapsaydık 4+2+2=8 tane elemana ihtiyaç duyardık. NAND ile yaptığımızda 4+2=6 eleman ile halletmiş oluruz.

4007 ENTEGRESİ İLE VE KAPISI

    

Yukarına anlatıldığı gibi NMOS girişler aynı anda lojik-1 olduğunda düşük seviye olur, değillenir ise  sadece lojik-1 de yüksek seviye üretir. Değer durumlarda düşük seviye elde edilir. Böylece “VE” işlemi gerçekleşmiş olur.

                   VE Kapısı, Doğruluk Tablosu ve Çıkış Gerilimi         

CMOS İLE VEYA KAPISI

    CMOS veya işlemi yapmak için 2 yöntem kullana biliriz.  Ya iki girişi de değilleyip NAND işlemi yaparız.  Bu yöntemle 8 eleman kullanılmaktadır.  İkinci yol ise NOR yaptıktan sonra değillemektir. Böylece 6 elemanla “VEYA” işlemini gerçeklemiş oluruz. 4007 de 6 eleman bulunduğu için NOR’u değilleyip “VEYA” kapısını yaparız. Bu yöntem ayrıca zaman ve hız açısından daha sağlıklı bir yöntem olacaktır.

Şekildeki NOR işleminde A ve B girişlerinden her hangi biri veya ikisi de lojik-1 ise alttaki NMOS’lar dan biri yada ikisi de İLETİMDE olur, PMOS’lar dan herhangi biride KESİMDE olduğundan çıkış lojik-0 olur.

YÜKSEK seviye çıkış için, girişlerin aynı anda lojik-0 olması gerekir. Böylece NMOS’lar KESİMDE olurlar  ve PMOS’lar İLETİMDE olacaklarından yüksek seviye çıkış üretilir.

        “VEYA” işlemi NOR’un çıkışını değilleyerek elde edilir.

4007 ENTEGRESİ İLE VEYA KAPISI

NOR çıkışı girişlerin birlikte lojik-0 olduğu durumda yüksek seviye diğer durumlarda düşük seviye olur. Değillendikten sonra girişler  lojik-0 olduğunda düşük seviye diğer durumlarda düşük seviye üretir.

               VEYA Kapısı, Doğruluk Tablosu ve Çıkış Gerilimi