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Il miracolo della tecnologia CMOS: come abilitare gli interruttori elettronici per ottenere la trasmissione bidirezionale?
Nei moderni dispositivi elettronici, la trasmissione del segnale veloce, flessibile ed efficiente è fondamentale. Transmission Gate (TG), come nuovo tipo di interruttore elettronico, esiste come un relè e ha la capacità di trasmettere segnali in entrambe le direzioni, apportando cambiamenti rivoluzionari a innumerevoli applicazioni.
Struttura della porta di trasmissione
Il gate di trasferimento è costituito da due transistor ad effetto di campo (FET) ed è progettato con la tecnologia CMOS. In questo progetto, i transistor PMOS e NMOS sono collegati in parallelo con i rispettivi terminali di riga e source collegati insieme, mentre i loro terminali di gate sono collegati tramite un inverter (NON gate). Inoltre, i terminali del substrato di questi transistor sono collegati all'alimentazione per garantire che i diodi del substrato parassiti siano polarizzati inversamente per evitare interferenze con il flusso del segnale.
I transistor PMOS delle porte di trasmissione possono trasmettere fortemente la logica "1", mentre i transistor NMOS si concentrano sulla trasmissione della logica "0".
Funzione della porta di trasmissione
Il funzionamento della porta di trasmissione dipende dal segnale di ingresso di controllo. Quando l'ingresso di controllo è zero logico, né i transistor NMOS né PMOS conducono, lasciando il gate di trasferimento in uno stato chiuso. Quando il segnale di controllo diventa uno logico, l'NMOS inizia a condurre e il gate di trasmissione inizia a funzionare.
Questo design garantisce che il flusso del segnale possa essere controllato liberamente in diversi intervalli di tensione, migliorando significativamente la flessibilità del sistema elettronico.
Scenari applicativi
Interruttore elettronico
Nell'implementazione degli interruttori elettronici, le porte di trasmissione sono ampiamente utilizzate nei multiplexer analogici. Prendiamo come esempio l'interruttore bidirezionale a quattro vie tipo 4066. Questo dispositivo può gestire vari segnali analogici e digitali ed è stato lanciato da molti produttori.
Multiplexer analogico
In molti sistemi a segnali misti, i multiplexer analogici vengono utilizzati per instradare più canali di ingresso analogici a un singolo convertitore analogico-digitale, migliorando l'efficienza complessiva del sistema.
Circuito logico
Nella progettazione dei circuiti logici, le porte di trasmissione possono anche sostituire le tradizionali reti CMOS pull-up e pull-down. Questo approccio innovativo consente di progettare circuiti con vantaggi in termini di sicurezza e compattezza.
Applicazione di tensione negativa
Oltre ai segnali digitali convenzionali, le porte di trasmissione possono commutare anche in presenza di tensioni alternate, come i segnali audio. In questo caso, però, la tensione di alimentazione negativa deve essere inferiore alla tensione minima del segnale per garantire che il diodo substrato non conduca.
Il chip standard 4053 che utilizza una porta di trasmissione è comunemente utilizzato per la selezione dell'ingresso analogico negli amplificatori audio, dimostrando la sua flessibilità e funzionalità.
Guardando al futuro
Con il progresso della tecnologia, l'applicazione della tecnologia CMOS e dei gate di trasmissione continuerà ad espandersi a sistemi e scenari più complessi. In futuro vedremo progetti di porte di trasmissione più avanzati per migliorare ulteriormente le prestazioni e l'efficienza dell'elaborazione del segnale?
