Передаточный вентиль ( TG ) — это аналоговый вентиль, похожий на реле , который может проводить ток в обоих направлениях или блокироваться управляющим сигналом с практически любым потенциалом напряжения. [1] Это переключатель на основе КМОП , в котором PMOS пропускает сильный сигнал 1, но плохой сигнал 0, а NMOS пропускает сильный сигнал 0, но плохой сигнал 1. Оба типа — PMOS и NMOS — работают одновременно.
В принципе, передающий вентиль состоит из двух полевых транзисторов (FET), в которых — в отличие от традиционных дискретных полевых транзисторов — вывод подложки (bulk) не соединен внутренне с выводом источника. Два транзистора, n-канальный MOSFET и p-канальный MOSFET, соединены параллельно с выводами стока и истока двух транзисторов, соединенных вместе. Их выводы затвора соединены друг с другом через вентиль НЕ ( инвертор ), образуя управляющий вывод.
В отличие от дискретных FET, вывод подложки не подключен к источнику. Вместо этого выводы подложки подключены к соответствующему потенциалу питания, чтобы гарантировать, что паразитный диод подложки (между источником/стоком и подложкой) всегда имеет обратное смещение и, таким образом, не влияет на поток сигнала. Таким образом, вывод подложки p-канального MOSFET подключен к положительному потенциалу питания, а вывод подложки n-канального MOSFET подключен к отрицательному потенциалу питания.
Когда управляющий вход представляет собой логический ноль (отрицательный потенциал питания), затвор n-канального MOSFET также находится под отрицательным потенциалом напряжения питания. Клемма затвора p-канального MOSFET вызвана инвертором, к положительному потенциалу напряжения питания. Независимо от того, на какой коммутационный вывод затвора передачи (A или B) подано напряжение (в допустимом диапазоне), напряжение затвор-исток n-канальных MOSFET всегда отрицательное, а p-канальных MOSFET всегда положительное. Соответственно, ни один из двух транзисторов не будет проводить и затвор передачи выключится.
Когда управляющий вход является логическим, вывод затвора n-канальных МОП-транзисторов находится под положительным потенциалом напряжения питания. Благодаря инвертору вывод затвора p-канальных МОП-транзисторов теперь находится под отрицательным потенциалом напряжения питания. Поскольку вывод подложки транзисторов не подключен к выводу истока, выводы стока и истока почти равны, и транзисторы начинают проводить при разнице напряжений между выводом затвора и одним из них.
Один из переключающих выводов затвора передачи повышается до напряжения, близкого к отрицательному напряжению питания, положительное напряжение затвор-исток (напряжение затвор-сток) возникнет на N-канальном MOSFET, и транзистор начинает проводить, и затвор передачи проводит. Напряжение на одном из переключающих выводов затвора передачи теперь непрерывно повышается до положительного потенциала напряжения питания, поэтому напряжение затвор-исток уменьшается (напряжение затвор-сток) на n-канальном MOSFET, и он начинает выключаться. В то же время p-канальный MOSFET имеет отрицательное напряжение затвор-исток (напряжение затвор-сток), в результате чего этот транзистор начинает проводить, и затвор передачи переключается.
Тем самым достигается, что затвор передачи проходит через весь диапазон напряжений. Переходное сопротивление затвора передачи изменяется в зависимости от коммутируемого напряжения и соответствует суперпозиции кривых сопротивления двух транзисторов.
Передаточные вентили используются для реализации электронных переключателей и аналоговых мультиплексоров . Если сигнал подключен к разным выходам ( переключатели , мультиплексоры), несколько передаточных вентилей могут использоваться в качестве передаточного вентиля для проведения или блокировки (простой переключатель). Типичный пример в сериях 4000 и 74, называемый 4-ходовым «двусторонним переключателем» 4066, может обрабатывать аналоговые или цифровые сигналы и доступен у различных производителей. [2]
Многие системы смешанных сигналов используют аналоговый мультиплексор для маршрутизации нескольких аналоговых входных каналов на один аналого-цифровой преобразователь . [3] [4] [5]
Логические схемы могут быть построены с помощью вентилей передачи вместо традиционных сетей CMOS pull-up и pull-down. Такие схемы часто можно сделать более компактными, что может быть важным соображением в кремниевых реализациях.
Используя передаточный вентиль для переключения переменного напряжения (например, аудиосигнала), отрицательный потенциал источника питания должен быть ниже, чем самый низкий потенциал сигнала. Это гарантирует, что диод подложки останется непроводящим даже при отрицательном напряжении. Хотя передаточный вентиль все еще может переключаться на логические уровни напряжения, существуют специальные версии со встроенными преобразователями уровня. Хорошим примером является стандартная микросхема 4053, обычно используемая для выбора между аналоговыми входами аудиоусилителя, имеет отдельное заземление (контакт 8) и отрицательное соединение подложки (контакт 7), которое также питает преобразователь уровня.