¿Por qué el chip de la CPU Intel 8080 requiere tres voltajes (+5, -5, +12 V)?
En el artículo de wikipedia que encontré:
El circuito integrado 8080 usó compuertas nMOS de carga de mejora no saturada, que requieren voltajes adicionales (para la polarización de la compuerta de carga). Fue fabricado en un proceso de puerta de silicona con un tamaño mínimo de 6 µm.
... pero ¿dónde puedo leer más sobre esto?
La mayoría de los chips de ese período de tiempo utilizaron estos tres suministros (verifique, por ejemplo, las DRAM o EPROM antiguas). Creo que necesitará libros o artículos sobre detalles de la tecnología (IIRC NMOS) de ese tiempo.
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Por lo que he podido averiguar:
El 8080 usó la lógica N-MOS FET, los pull-ups que se requieren (porque no hay P-FET para hacer el pull up) eran N-MOS FET que tenían su puerta a -5 V, colocándolos en su región lineal (similar a una resistencia).
La lógica interna funcionó a 12V. Esto es visible en los requisitos para las entradas de reloj: son 0 / 12V, no 0 / 5V.
El + 5V se usó para la E / S, para ser compatible con los chips TTL comunes de ese día.
No he mirado el 8080 en particular, pero un factor común fue que si todos los MOSFET en un chip están hechos con los mismos parámetros de proceso, la cantidad de corriente que fluirá a través de uno será una función de la diferencia entre el voltaje en la compuerta y el más alto (para PMOS) o más bajo (para NMOS) de los otros terminales. Un chip PMOS utilizará transistores de conmutación para impulsar señales altas y pasivos desplegables para reducirlos; NMOS haría lo contrario.
Si un chip NMOS fuera a usar una resistencia para sus circuitos pasivos de pull-up, pasarían a través de mucha más corriente cuando la salida conectada fuera baja cuando no lo estaba, aunque ese también sería el momento Cuando uno quisiera minimizar la corriente a través de ellos. El uso de un transistor con un voltaje de compuerta fijo puede ser mejor, pero la corriente de paso caerá sustancialmente a medida que el voltaje de salida se encuentre dentro de aproximadamente 2 voltios del voltaje de la compuerta. Usar una compuerta con un alto voltaje como +12 significaría que Vgs sería 12 voltios cuando la salida está en tierra y 9 voltios cuando está a +3, lo que significa que un pull-up dimensionado para presentar una cantidad aceptable de salida la corriente a +3 voltios no suministraría escandalosamente cuando la salida estaba en el suelo. Por el contrario, si el suministro de la compuerta fuera de +5 voltios, la corriente de salida caería enormemente a medida que el voltaje se acercara a 3 voltios (a 2,5 voltios, podría suministrar menos de un cuarto de la corriente que estaba suministrando a suelo).
En cuanto al suministro negativo, no estoy seguro, pero sospecho que la motivación fue para garantizar que el chip no tuviera ninguna dificultad en sacar las salidas hasta el suelo. El estándar TTL requiere que una salida "baja" esté muy cerca del suelo, y los chips como el 8080 fueron diseñados para interactuar con tales cosas. No sé qué motivó el uso de -5 en lugar de, por ejemplo. -2, pero tal vez alguien más pueda intervenir. Puede ser que tener un total de 17 voltios de espacio para jugar permita algunos tipos de lógica de puerta de acceso que de otra forma no serían prácticos.