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O milagre da tecnologia CMOS: como permitir que interruptores eletrônicos obtenham transmissão bidirecional?
Em dispositivos eletrônicos modernos, a transmissão de sinal rápida, flexível e eficiente é crucial. O Transmission Gate (TG), como um novo tipo de chave eletrônica, existe como um relé e tem a capacidade de transmitir sinais em ambas as direções, trazendo mudanças revolucionárias para inúmeras aplicações.
Estrutura da porta de transmissão
A porta de transferência consiste em dois transistores de efeito de campo (FETs) e é projetada com tecnologia CMOS. Neste projeto, os transistores PMOS e NMOS são conectados em paralelo com suas respectivas linhas e terminais de fonte conectados entre si, enquanto seus terminais de porta são conectados através de um inversor (porta NOT). Além disso, os terminais do substrato desses transistores são conectados à fonte de alimentação para garantir que os diodos do substrato parasita sejam polarizados reversamente para evitar interferência no fluxo do sinal.
Os transistores PMOS das portas de transmissão podem transmitir fortemente a lógica "1", enquanto os transistores NMOS se concentram na transmissão da lógica "0".
Função da porta de transmissão
A operação da porta de transmissão depende do sinal de entrada de controle. Quando a entrada de controle é zero lógico, nem os transistores NMOS nem PMOS conduzem, deixando a porta de transferência em estado fechado. Quando o sinal de controle passa para lógico, o NMOS começa a conduzir e a porta de transmissão começa a funcionar.
Este design garante que o fluxo do sinal possa ser controlado livremente em diferentes faixas de tensão, melhorando significativamente a flexibilidade do sistema eletrônico.
Cenários de aplicação
Interruptor eletrônico
Na implementação de chaves eletrônicas, as portas de transmissão são amplamente utilizadas em multiplexadores analógicos. Tomemos como exemplo o comutador bidirecional de quatro vias tipo 4066. Este dispositivo pode lidar com vários sinais analógicos e digitais e foi lançado por muitos fabricantes.
Multiplexador analógico
Em muitos sistemas de sinais mistos, multiplexadores analógicos são usados para rotear múltiplos canais de entrada analógica para um único conversor analógico-digital, melhorando a eficiência geral do sistema.
Circuito lógico
No projeto de circuitos lógicos, as portas de transmissão também podem substituir as tradicionais redes CMOS pull-up e pull-down. Esta abordagem inovadora permite projetos de circuitos com vantagens em termos de segurança e compacidade.
Aplicação de tensão negativa
Além dos sinais digitais convencionais, as portas de transmissão também podem alternar na presença de tensões alternadas, como sinais de áudio. Neste caso, entretanto, a tensão de alimentação negativa deve ser inferior à tensão mínima do sinal para garantir que o diodo do substrato não conduza.
O chip padrão 4053 que usa uma porta de transmissão é comumente usado para seleção de entrada analógica em amplificadores de áudio, demonstrando sua flexibilidade e funcionalidade.
Olhando para o futuro
Com o avanço da tecnologia, a aplicação da tecnologia CMOS e portas de transmissão continuará a se expandir para sistemas e cenários mais complexos. Veremos projetos de portas de transmissão mais avançados no futuro para melhorar ainda mais o desempenho e a eficiência do processamento de sinal?
