¿Qué decide que un IC podrá hundir o generar la corriente?

Pensé que empezaría con una adaptación del gráfico de cuatro cuadrantes que se ve a menudo por otras razones en electrónica. En la siguiente tabla, el eje \ $ x \ $ - es para la corriente (dentro o fuera del pin) y el eje \ $ y \ $ - es para el voltaje en el pin (relativo al voltaje en el otro extremo del carga que está adjunta a él.)

Haycuatrocuadrantesposibles.Tengaencuentaqueestoydiscutiendosistemasdigitalescon\$V_\text{CC}\$(elvoltajemásaltoposible)ytierra(elvoltajemásbajoposible).

1. Enelcuadrante1,elvoltajedelpinestásiendoimpulsadoporencimadelvoltajeenelotroextremodelacargayessourcingactualenlacarga.
2. Elcuadrante2nuncaesbuenoparaunpindesalida(ynoseusa)
3. Enelcuadrante3,elvoltajedelpinestásiendoimpulsadopordebajodelvoltajeenelotroextremodelacargayessinkingactualdelacarga.
4. Elcuadrante4nuncaesbuenoparaunpindesalida(ynoseusa)

Algunassalidassolosoncapacesdeoperaractivamenteenelcuadrante1(raravezseencuentran,perociertamentesonposibles).Algunassalidassolosoncapacesdeoperaractivamenteenelcuadrante3(frecuentementeencontradasyamenudollamadas"drenaje abierto" o "colector abierto" "salidas.) Algunas salidas son capaces de operar activamente en los cuadrantes 1 y 3 (bastante común).

Para las salidas que son capaces de operar activamente en los cuadrantes 1 y 3, a veces es posible configurarlas para que operen activamente en un solo cuadrante, u otro.

He usado el término "activamente" para significar que usan un circuito de transistor activo de algún tipo. Hay otro término, "pasivamente", que se puede usar para piezas simples como una resistencia. Así, por ejemplo, puede tomar una salida de drenaje abierto (solo para la operación del cuadrante 3) y agregar una resistencia sourcing a ese pin, atando el otro extremo de la resistencia a \ $ V_ \ text {CC} \ $, para proporcionar una salida "active-LO" y "passive-HI". Ahora, puede tanto hundir como fuente de corriente! Pero no puede generar corriente casi tan bien como un pin de salida que opera en forma activa en los cuadrantes 1 y 3, porque una resistencia de fuente no es tan buena como un circuito de transistor de fuente cuando abastecimiento actual.

Entonces, como puede ver, hay una variedad de mecanismos para un pin de salida. Y puede modificar los pines de salida que están limitados a un cuadrante u otro, agregando una resistencia (entre el pin de salida y tierra o \ $ V_ \ text {CC} \ $) para proporcionar una pequeña medida de comportamiento agregado en la fuente de energía opuesta cuadrante.

Es el circuito en el IC / chip.

Este es un ejemplo simplificado de cómo se ve un circuito de salida típico de cualquier IC de CMOS:

AesunaseñallógicaqueprovienedelaspartesinternasdelIC.

QestáconectadoalpindesalidadelIC.

EsteesuninversoryconsisteenunPMOS(transistorsuperiorconelcírculopequeño)yuntransistorNMOS.

Aldiseñarestecircuito,puedoelegirlageometría(tamaño,W/L)deambostransistoresyestageometríadeterminacuánta"resistencia" tendrá el transistor cuando esté encendido.

Supongamos que hago el NMOS (parte inferior) muy grande y fuerte, pero el PMOS muy pequeño.

Entonces el NMOS puede dibujar un montón de significado actual Iol será grande

Entonces el PMOS no puede proporcionar mucho significado actual Ioh será pequeño.

Para una salida de "drenaje abierto", simplemente puedo dejar fuera el PMOS (o el NMOS, pero eso es bastante inusual).

También es común tener un solo NMOS para desplegar. Y una resistencia de alto valor para pullup. Este diseño es común en circuitos tipo TTL. Dado que la corriente de la fuente tiene que fluir a través de esa resistencia, solo puede generar una cantidad muy pequeña de corriente sin que la caída de voltaje a través de esa resistencia sea excesiva.

Las desventajas de este diseño, además de la baja fuente de corriente disponible, es que la resistencia de extracción interna utiliza constantemente la energía cuando el pin de salida está en un estado BAJO. Pero simplifica el diseño de IC, ya que no necesita un circuito de banda de separación para garantizar que nunca haya un momento en el que tanto el NMOS como el PMOS estén encendidos al mismo tiempo. De lo contrario, el IC tendrá un cortocircuito interno.