¿Por qué hay una resistencia en una compuerta X-OR de cmos?

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Mientras leía sobre puertas lógicas me encontré con esta imagen en Wikipedia:

De acuerdo con el artículo, la resistencia en el voltaje de alimentación para el inversor es necesaria para garantizar que no se pierda corriente de las entradas a la salida, pero no veo cómo sería posible, independientemente de que la resistencia esté allí o no.

Por lo que he leído, uno de los beneficios de los mosfets es que la impedancia de entrada es alta y, por lo tanto, cualquier fuga actual sería insignificante.

La declaración en el artículo está marcada con una [cita requerida], así que sospecho que podría ser falsa pero no puedo encontrar ninguna información para confirmar o refutar la validez de las declaraciones.

    
pregunta DOOMDUDEMX

2 respuestas

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La resistencia limita la corriente cortocircuitada de VDD a GND por la etapa de salida cuando ambos transistores de salida están conduciendo.

Algunas compuertas lógicas, como las compuertas CMOS de 60-70 o 74LS, tienen una región lineal por la que su voltaje de entrada se puede mover a través de niveles que producen un cambio lineal de salida.

Esto fue / es muy pronunciado en las puertas CMOS. Si a la entrada de una compuerta no inversora CMOS se mueve gradualmente de GND a VDD, su salida es GND hasta que la entrada alcanza un punto de inicio, luego su salida aumenta rápida pero gradualmente a VDD. Todo el tiempo que su salida está en transición, ambos transistores de salida están encendidos hasta cierto punto y está extrayendo el exceso de corriente de su riel. La resistencia detiene los transistores que tiran demasiada corriente y la desperdician o dañan la compuerta.

Lo que desea de una entrada de puerta lógica ideal es que todos los voltajes por debajo de un cierto nivel de umbral de entrada se vean como lógica baja y todos los de arriba se vean como lógica alta. Y una compuerta lógica push-pull ideal tendría una salida que: impulsa alta al encender su FET superior (?) Por completo y su FET inferior completamente apagado; baja al girar su FET superior completamente y su FET inferior completamente encendido. Pero esto usaría muchos más transistores que las implementaciones actuales de puertas lógicas, por lo que obtendrías menos en un chip.

Si miras a tu alrededor, verás que los inversores 74LS se usan con cristales y condensadores para hacer osciladores manteniéndolos en sus regiones lineales. No puedes hacer eso con su sucesor, 74HC (T), porque no tienen una región lineal mucho más pequeña o inexistente (tendrían que buscarla).

    
respondido por el TonyM
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El problema con la lógica del transistor de paso es que no proporciona un swing de nivel lógico completo. Por lo tanto, lo ideal es que se use con la lógica CMOS regular para restaurar los niveles.

La puerta XOR que se muestra en la publicación puede proporcionar niveles lógicos completos en todos los casos. El problema que aún permanece es que los niveles no se restauran en todos los casos. Suponiendo que A es alto y B es bajo, la entrada A se usa para proporcionar el nivel alto en la salida.

Ahora, este es un caso donde el nivel alto no se restaura. Y dado que las puertas rara vez se usan aisladas, pero en circuitos más grandes donde una puerta conduce a otra, es fácil imaginar el alto nivel que se degrada de una etapa a otra y que las transiciones entre los niveles lógicos se vuelven más lentas. En particular, si se encadenan algunas puertas donde la entrada se pasa a la salida sin restaurar el nivel lógico.

En tal caso, el inversor en la compuerta XOR es impulsado por una señal alta "débil" de tal manera que el transistor PMOS no se apaga completamente pero conduce algo de corriente. El NMOS está casi completamente encendido y fluye una corriente estática. Para mitigar este problema, la resistencia se utiliza porque proporciona retroalimentación negativa al reducir el voltaje de la fuente de la puerta del transistor PMOS.

Por supuesto, esto no resuelve el problema, pero ayudará a tener más puertas de este tipo en cascada sin la necesidad de restaurar el alto nivel.

    
respondido por el Mario

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