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El milagro de la tecnología CMOS: ¿Cómo permitir que los interruptores electrónicos logren la transmisión bidireccional?
En los dispositivos electrónicos modernos, la transmisión de señales rápida, flexible y eficiente es crucial. Transmission Gate (TG), como nuevo tipo de interruptor electrónico, existe como un relé y tiene la capacidad de transmitir señales en ambas direcciones, lo que aporta cambios revolucionarios a innumerables aplicaciones.
Estructura de la puerta de transmisión
La puerta de transferencia consta de dos transistores de efecto de campo (FET) y está diseñada con tecnología CMOS. En este diseño, los transistores PMOS y NMOS están conectados en paralelo con sus respectivas filas y terminales de fuente conectados entre sí, mientras que sus terminales de puerta están conectados a través de un inversor (NO de puerta). Además, los terminales del sustrato de estos transistores están conectados a la fuente de alimentación para garantizar que los diodos del sustrato parásitos tengan polarización inversa para evitar interferencias con el flujo de la señal.
Los transistores PMOS de las puertas de transmisión pueden transmitir fuertemente el "1" lógico, mientras que los transistores NMOS se centran en transmitir el "0" lógico.
Función de la puerta de transmisión
El funcionamiento de la puerta de transmisión depende de la señal de entrada de control. Cuando la entrada de control es cero lógico, ni los transistores NMOS ni PMOS conducen, dejando la puerta de transferencia en estado cerrado. Cuando la señal de control pasa a lógica, el NMOS comienza a conducir y la puerta de transmisión comienza a funcionar.
Este diseño garantiza que el flujo de señal se pueda controlar libremente en diferentes rangos de voltaje, mejorando significativamente la flexibilidad del sistema electrónico.
Escenarios de aplicación
Interruptor electrónico
En la implementación de interruptores electrónicos, las puertas de transmisión se utilizan ampliamente en multiplexores analógicos. Tomemos como ejemplo el interruptor bidireccional de cuatro vías tipo 4066. Este dispositivo puede manejar varias señales analógicas y digitales y ha sido lanzado por muchos fabricantes.
Multiplexor analógico
En muchos sistemas de señal mixta, los multiplexores analógicos se utilizan para enrutar múltiples canales de entrada analógica a un único convertidor analógico a digital, lo que mejora la eficiencia general del sistema.
Circuito lógico
En el diseño de circuitos lógicos, las puertas de transmisión también pueden reemplazar las redes tradicionales CMOS pull-up y pull-down. Este enfoque innovador permite diseños de circuitos con ventajas en términos de seguridad y compacidad.
Aplicación de voltaje negativo
Además de las señales digitales convencionales, las puertas de transmisión también pueden conmutar en presencia de voltajes alternos, como las señales de audio. Sin embargo, en este caso, la tensión de alimentación negativa debe ser inferior a la tensión de señal mínima para garantizar que el diodo del sustrato no conduzca.
El chip estándar 4053 que utiliza una puerta de transmisión se usa comúnmente para la selección de entradas analógicas en amplificadores de audio, lo que demuestra su flexibilidad y funcionalidad.
Mirando hacia el futuro
Con el avance de la tecnología, la aplicación de la tecnología CMOS y las puertas de transmisión continuarán expandiéndose a sistemas y escenarios más complejos. ¿Veremos diseños de puertas de transmisión más avanzados en el futuro para mejorar aún más el rendimiento y la eficiencia del procesamiento de señales?
