सिंगल और गेट को 60 ट्रांजिस्टर की आवश्यकता क्यों है?

Question

को देखते हुए MC74VHC1G08 के लिए डेटापत्रक , के तहत सुविधाओं अनुभाग, यह कहा गया Chip Complexity: FETs = 62।

• इस IC को 62 ट्रांजिस्टर की आवश्यकता क्यों है, जबकि AND गेट को केवल 6 ट्रांजिस्टर के साथ बनाया जा सकता है?
• अन्य 56 ट्रांजिस्टर किसके लिए उपयोग किए जा रहे हैं? मेरा अनुमान कुछ प्रकार की सुरक्षा सर्किटरी होगा, लेकिन मुझे यकीन नहीं है।

Comments

आप दो ट्रांजिस्टर के साथ CMOS और गेट कैसे बना सकते हैं? मुझे कम से कम छह की आवश्यकता है, और मुझे एक बड़े ऑफ-चिप लोड को चलाने के लिए आउटपुट को बफर करने के लिए अधिक गुच्छा की आवश्यकता है।

— इलियट एल्डरसन

क्या वास्तव में 62 ट्रांजिस्टर हैं, या ऑनिंग की गणना के लिए कुछ फार्मूला है (जैसे पुराने दिनों में "टैक्स हॉर्सपावर", केवल दूसरी दिशा में)? क्या सभी ट्रांजिस्टर स्वतंत्र हैं, या इसमें फैन-आउट के लिए आउटपुट पर समानांतर ट्रांजिस्टर का एक गुच्छा है?

— टिमस्कॉट

वहाँ वास्तव में 62 ट्रांजिस्टर नहीं हो सकता है; यह एक "सामान्यीकृत" संख्या हो सकती है जो किसी प्रकार की विश्वसनीयता-भविष्यवाणी करने वाले मिडल में प्लग हो जाती है। उस ने कहा, डेटाशीट का कहना है कि इसमें "कई चरण" हैं, जिसमें आउटपुट बफर भी शामिल है। और हां, इनपुट सुरक्षा ट्रांजिस्टर की गिनती की ओर भी गिना जाएगा।

— डेव ट्वीड

@ElliotAlderson आप सही हैं - कि 6 कहना चाहिए, 2 नहीं।

— eeze

@Platytude मैं पूरी तरह से समझने का दिखावा नहीं करता कि क्यों, लेकिन मैंने सुना है कि CMOS में डायोड कभी-कभी FET का उपयोग करके लागू किया जाता है। हो सकता है कि एफईटी के साथ हर संभव प्रयास करना निर्माण प्रक्रिया को आसान या कुछ और बनाता है।

— दोपहर

Answer 1

इस आईसी में न्यूनतम 6 MOSFETs (NAND + 2 के लिए 4 से अधिक) का उपयोग करने के कई कारण हो सकते हैं:

• जैसा कि डेटाशीट में कहा गया है:

आंतरिक सर्किट एक बफर आउटपुट सहित कई चरणों से बना है, जो उच्च शोर उन्मुक्ति और स्थिर आउटपुट प्रदान करता है।

• आउटपुट काफी बड़े (न्यूनतम आकार नहीं) ट्रांजिस्टर का उपयोग करके बनाया जाएगा। हमेशा "मुड़ा हुआ" होता है, जिसका अर्थ है कि कई ट्रांजिस्टर एक बड़े एक में जोड़े जाते हैं, जहां दो ट्रांजिस्टर के बीच नाली और स्रोत प्रसार क्षेत्र साझा किए जाते हैं। यह एक बड़े ट्रांजिस्टर के रूप में व्यवहार करता है लेकिन यदि आप एक उच्च ट्रांजिस्टर की गिनती चाहते हैं तो इसे कई गिने जा सकते हैं।

• आधुनिक CMOS प्रक्रियाओं में गढ़े गए IC के इनपुट और आउटपुट पर ESD सुरक्षा अक्सर अधिक पारंपरिक डायोड के बजाय "ग्राउंडेड गेट MOSFETs" का उपयोग करता है।

• आपूर्ति पिंस के बीच एक "ईएसडी क्लैंप" सर्किट की आवश्यकता होती है, ऐसे सर्किट में ट्रांजिस्टर के एक जोड़े होते हैं।

• डिजिटल सर्किट (इस और गेट की तरह) को अक्सर ऑन-चिप आपूर्ति की आवश्यकता होती है। इन्हें "डिकैप सेल" कहा जाता है। ये आपूर्ति रेल के बीच कैपेसिटर हैं। ये कैपेसिटर ज्यादातर ट्रांजिस्टर के गेट-ड्रेन / सोर्स कैपेसिटेंस का उपयोग करके बनाए जाते हैं।

• CMOS प्रक्रियाओं में MOSFETs सबसे "बुनियादी" घटक हैं, वे भी सबसे नियंत्रित घटक हैं और सबसे लचीले हैं इसलिए आईसी डिजाइनर जब भी संभव हो तो एक MOSFET का उपयोग करना पसंद करते हैं।

ऑल-इन गेट की तरह प्रतीत होता है कि सरल कार्य करने के लिए 62 ट्रांजिस्टर की आवश्यकता के लिए ऑल-इन-ऑल यह "काफी आसान" है। ऐसा इसलिए भी है क्योंकि यह आईसी सिर्फ एक साधारण और गेट की तुलना में "थोड़ा अधिक" है। और अधिक जटिल सर्किट जैसे सीपीयू, माइक्रोकंट्रोलर आदि में गेट्स अक्सर केवल 6 ट्रांजिस्टर का उपयोग करेंगे। लेकिन ये "अकेले खड़े" नहीं हैं और इस आईसी की तरह द्वार हैं।

Comments

क्या कोई कारण है कि आप समानांतर में एकाधिक, छोटे का उपयोग करने के बजाय मरने पर एक बड़ा ट्रांजिस्टर फैब नहीं करेंगे?

— DKNguyen

@Toor हाँ, ट्रांजिस्टर का आकार। कहो कि मुझे 1000um / 0.13um का W / L चाहिए। इसका मतलब होगा बहुत चौड़ा (1 मिमी) लेकिन बहुत पतला (0.0005 मिमी से कम) ट्रांजिस्टर जो कि अव्यावहारिक है, जिसके परिणामस्वरूप चिप के लिए बहुत ही बेकार आकार होगा। जो पसंद किया जाता है वह लगभग चौकोर चिप होता है (लेकिन एक आयत ठीक भी है)। इसलिए हम गुना 50um / 0.13um का उदाहरण 20 के लिए छोटे में है कि ट्रांजिस्टर और गठबंधन है कि एक आयताकार आकार में। यहाँ जो दिखता है उस पर एक नज़र है: zeptobars.com/en/read/…

— Bimpelrekkie

इस LDO का "फोल्ड" आउटपुट ट्रांजिस्टर चित्र के ऊपरी-दाएं हिस्से में उन दो "ब्लॉब्स" (जो बॉन्डिंग पैड हैं) के बीच की संरचना है। हालाँकि यह एक LDO है, यह किसी भी IC पर समान दिखाई देगा जहाँ बड़े MOSFET की आवश्यकता होती है।

— Bimpelrekkie

आह, तो यह है ताकि आप वेफर पर उपलब्ध सभी नुक्कड़ और क्रेन में "ट्रांजिस्टर डाल सकें"। जैसे कुछ बड़ी चट्टानों और खाली जगह को भरने के बजाय एक जार में रेत डालना।

— DKNguyen

@ सही है, यह रेत डालने के समान सरल नहीं है, लेकिन विचार वास्तव में एक ही है, छोटी इकाइयों के साथ एक (बेतरतीब ढंग से) आकार को भरने के लिए यह बहुत आसान है कि इसे कुशलतापूर्वक एक बहुत लंबे और संकीर्ण एकल ट्रांजिस्टर के साथ भरना है।

— बिमपेलरेकी

Answer 2

सेमीकंडक्टर MC74VHC1GT00 से - सिंगल 2-इनपुट नंद गेट उत्पाद गाइड:

आंतरिक सर्किट एक बफर आउटपुट सहित कई चरणों से बना है, जो उच्च शोर उन्मुक्ति और स्थिर आउटपुट प्रदान करता है।

MC74VHC1G00 इनपुट संरचना सुरक्षा प्रदान करती है जब आपूर्ति वोल्टेज की परवाह किए बिना 7 V तक वोल्टेज लागू होते हैं। इससे MC74VHC1G00 का उपयोग 5 V सर्किट से 3 V सर्किट के इंटरफ़ेस के लिए किया जा सकता है।

चिप जटिलता: FETs = 56

इनपुट्स पर प्रदत्त पावर डाउन प्रोटेक्शन

संतुलित प्रसार विलंब

सेमीकंडक्टर MC74VHC1GT00 से - सिंगल 2-इनपुट नंद गेट डेटशीट ।

$V_{CC}$$V_{CC}$

$I_{OFF}$

ESD वोल्टेज> 2000V को समझें

हमारे पास कम से कम तीन चरण हैं, जो इनपुट, तर्क और आउटपुट हैं।

MC74VHC1G08 और गेट, जो एक NAND और एक NOT से बन सकता है, 62 FET लेता है। MC74VHC1GT00 NAND 56 लेता है। एक ही परिवार, इसलिए लगभग 6 FET एक इन्वर्टर को लागू करने के लिए। इसका मतलब है कि MC74VHC1G00 में कार्यक्षमता के लगभग 9 द्वार और MC74VHC1G08 10 द्वार होंगे।

ओपी के सवाल का आधार एक AND तर्क 6 फाटकों से लागू किया जा सकता है, लेकिन MC74VHC1G08 में एक नहीं तो कम से कम 6 FET होना चाहिए।

8 + 6 को तर्क को लागू करने के लिए कहें, जो सभी अतिरिक्त सुरक्षा प्रदान करने के लिए लगभग 48 FET को छोड़ देगा।

ESD सुरक्षा = 36 FET प्रदान करने के लिए 5/6 FET / इनपुट लगता है।

बाकी सभी अन्य सुरक्षा प्रदान करने के लिए। यह स्पष्ट रूप से एक साधारण और गेट नहीं है।

Answer 3

एक शक्ति MOSFET में कितने छोटे MOSFETs होते हैं? हजारों? इस छोटे से गेट में काफी उच्च आउटपुट करंट है, इसलिए इसे करने के लिए 62 छोटे MOSFETs की आवश्यकता है।

एक अनुमान के लायक मेरे दो सेंट।

Answer 4

MOSFET के गेट को चालू करने के लिए कठिन है, बाद में इसे बंद करने के लिए MOSFET के लिए अधिक समय लगेगा। अतिरिक्त गेट वोल्टेज को सीमित करने के लिए सर्किटरी को जोड़कर प्रदर्शन में सुधार किया जा सकता है, हालांकि बढ़ती बिजली की अपव्यय के बिना ऐसा करना मुश्किल है।

मुझे नहीं पता है कि ओवरसैट को रोकने के लिए CMOS में कौन सी सटीक तकनीकों का उपयोग किया जाता है, लेकिन द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर पर आधारित कम-शक्ति वाले Schottky डिवाइस एक उपयोगी एनालॉग प्रदान कर सकते हैं। नीचे दिखाए गए दो सरल इनवर्टर पर विचार करें:

^{इस सर्किट का अनुकरण करें - सर्किटलैब का उपयोग करके बनाई गई योजनाबद्ध}

बाईं ओर इन्वर्टर दाईं ओर के एक से अधिक सरल है, लेकिन यदि कोई सिमुलेशन चलाता है, तो कोई यह देखेगा कि डायोड को जोड़ने से सर्किट पर दाईं ओर बाईं ओर की तुलना में अधिक तेजी से स्विच करने की अनुमति मिलती है।

नीचे BJT आधारित इनवर्टर में, Schottky डायोड R3 में बिजली अपव्यय को थोड़ा बढ़ा देगा, लेकिन समग्र बिजली की खपत की तुलना में ऐसी वृद्धि कम होगी। एक सीएमओएस डिवाइस में, बस गेट वोल्टेज को क्लैंप करने से बिजली अपव्यय बढ़ेगा, जिससे अन्य, अधिक परिष्कृत, दृष्टिकोणों का उपयोग करना आवश्यक हो जाएगा।

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मुझे याद नहीं है कि MOS का चार्ज-स्टोरेज धीमा-डाउन व्यवहार संबंधी समस्याएँ हैं।

— analogsystemsrf

छोटे MOSFETs के लिए, अतिरिक्त सर्किटरी को पूर्वाग्रह की चीजों में जोड़ना संभवत: उपयोगी नहीं है, लेकिन बड़े MOSFETs कम से कम गेट कैपेसिटेंस पर जा रहे हैं, और मुझे लगता है कि उनके पास अन्य डिजाइन मुद्दे हैं, हालांकि मुझे नहीं पता कि वे वास्तव में हैं। । चार-ट्रांजिस्टर एनएएनडी गेट का उपयोग करने से दो-बड़े-ट्रांजिस्टर इन्वर्टर (या ट्रांजिस्टर के दो बड़े समानांतर समूह) को खिलाने की संभावना होगी, क्योंकि गेट वोल्टेज के बेहतर नियंत्रण के साथ अच्छा प्रदर्शन प्राप्त नहीं किया जा सकता है।

— सुपरकैट

Answer 5

हो सकता है कि मरने वाले के पास वास्तव में चार और गेट्स हों, क्योंकि यह उसी सटीक भौतिक डाई का उपयोग कर रहा है जैसे कि MC74VHC08 चिप , केवल गेटों में से एक वायरिंग।

एक अलग मरो को डिजाइन करने, परीक्षण और समर्थन करने की लागत और परेशानी क्यों हुई, जब सिलिकॉन पर 17 बनाम 62 ट्रांजिस्टर के बीच की लागत मूल रूप से शून्य है?

यह बिजली की आपूर्ति की रक्षा के लिए 2 या 6 ट्रांजिस्टर तक जोड़ देगा, और प्रति AND 14 या 15 ट्रांजिस्टर। इतना अनुचित नहीं है।

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इसके बारे में भी सोचा - यह एक पागल विचार नहीं है क्योंकि अधिकांश बिजली की खपत गतिशील होगी इसलिए अप्रयुक्त फाटकों को आपत्ति करना मुश्किल होगा। हालाँकि क्वाड पार्ट के लिए डेटाशीट के लिए आपका लिंक "चिप कॉम्प्लेक्सिटी: 24 एफईटी या 6 समतुल्य गेट्स" कहता है - यानी, सरल ।

— क्रिस स्ट्रैटन