近年、CMOS(AC/ACT、AHC/AHCT、 ALVC、CBT、 CBTLV、HC/HCT、LVC、LV/LV-A)およびBiCMOS(ABT、ALVT http://www.ti.com/sitesearch/docs/universalsearch.tsp?searchTerm=ALVT#linkId=2、BCT、 FB、 GTL、およびLVT)ロジックファミリは、半導体市場での地位をさらに強化しています。新しい設計は、PC、ワークステーション、デジタルスイッチなど、存在するほぼすべてのシステムで両方のテクノロジーを採用しています。その理由は明らかです。現在の市場で、消費電力が大きな課題になってきているためです。CMOS と BiCMOS の各デバイスを使用してシステムを設計する場合、これらのファミリの特性と、システム内での入出力の挙動を理解する必要があります。設計者はデータシートの仕様内で設計するだけでなく、メーカーが要求するすべてのルールと制限に従うことが非常に重要です。デバイスの入力動作は詳細に記載されていないため、このアプリケーションレポートではCMOSおよびBiCMOSファミリ全般の入力特性について解説します。また、フローティング入力が問題となるファミリの設計時に生じる問題に対処する方法についても解説します。こうした入力による挙動を理解することで、より堅牢な設計と信頼性の向上を実現できます。
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CMOS と BiCMOS 両方のファミリは CMOS 入力構造を採用しています。 この構造は、図 1-1に示すように、VCC への P チャネルとGND への N チャネルで構成されるインバータです。Low レベル入力の場合、P チャネルトランジスタはオンで N チャネルはオフで、電流は VCCから流れ、ノードは HIGH 状態になります。HIGHレベル入力では、Nチャネルトランジスタがオンだと P チャネルがオフになり、電流は GND に流れ、ノードは LOW になります。どちらの場合も、電流はVCCから GND に流れません。ただし、ある状態から別の状態に切り替えるとき、入力はしきい値の領域を超え、N チャネルと P チャネルが同時にオンになり、VCCと GND の間に電流パスを生成します。この電流サージは、入力がしきい値の領域(0.8V ~ 2V)内にある時間の長さに応じて損傷を与える可能性があります。電源電流(ICC)は入力ごとに数ミリアンペアまで上昇することがあり、ピーク時には約 1.5-V VIに達することがあります(図2-1を参照)。これは、特定のデバイスの推奨動作条件の表に記載されているデータシートが定める入力遷移時間制限内で、スイッチング状態を切り替える場合には問題になりません。表 1-1 に事例を示します。
VCC = 5 V | TA = 25℃ | |
1つのビットは 0V ~ 6V で駆動されます |
最小値 | 最大値 | 単位 | ||||
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Δt/Δv | 入力遷移の立ち上がりまたは立ち下がりレート | ABTオクタル | 5 | ns/V | ||
ABTWidebus™およびWidebus+™ | 10 | |||||
AHC、AHCT | 20 | |||||
FB | 10 | |||||
LVT、 LVC、ALVC、ALVT | 10 | |||||
LV | 100 | |||||
LV-A | VCC = 2.3V~2.7V | 200 | ||||
VCC = 3V~3.6V | 100 | |||||
VCC = 4.5V~5.5V | 20 | |||||
tt | 入力遷移の (立ち上がりと立ち下がり) 時間 | HC、HCT | VCC = 2 V | 1000 | ns | |
VCC = 4.5 V | 500 | |||||
VCC = 6 V | 400 |