Меню

Генератор отрицательного напряжения для оу

Электроника для всех

Блог о электронике

Генератор отрицательного потенциала

Иногда нужен потенциал ниже нуля, т.е. отрицательное напряжение. Такое бывает нужно в аналоговой технике или, например, чтобы запустить LCD индикатор от низкого напряжения. Контроллер дисплея какого нибудь HD44780 часто отлично работает от 3.3 вольт, но на панели ничего не видно по причине низкого контраста, даже выкрутив потенциометр в землю не удается получить яркие символы. Нужно опустить Vss ниже нуля. На некоторых дисплеях даже стоит специальная схема, генерирующая минус. Но не везде. А тем не менее на простейшей конденсаторной схеме можно сделать такой генератор на ровном месте.

Итак, вот такая вот простая схема легко дает небольшой отрицательный потенциал .

На вход ей надо подать прямоугольный сигнал, от нуля до Vcc, а с выхода снимется отрицательный потенциал. Зависящий от частоты, уже от нескольких сот герц там будет -1 вольт, а вообще можно и больше накачать.

Как это работает? Да просто. Чтобы лучше понимать работу конденсатора в динамике вспомним статью для самых маленьких и достанем из нее три упрощения:

1) Когда конденсатор заряжается он ведет себя как резистор у которого сопротивление растет с 0 до бесконечности. Растет по экспоненте, но нам все равно как.

2) Когда конденсатор разряжается он ведет себя подобно батарейке у которой заряд садится, садится тоже по экспоненте, но это все равно пофигу.

3) Конденсатор всегда можно дозарядить, при этом на нем растет напряжение. Идеальный конденсатор можно заряжать бесконечно. Реальный же пробьет.

Вот на этих трех китах мы и все разберем постадийно.

Еще упростим до того, что диоды идеальные и у них нет никаких падений напряжения, а значит их можно тупо выбросить и закоротить для прямого случая и оборвать для обратного, ведь нас интересует процессы в конкретной стадии, а диоды будут только отвлекать.

▌Стадия 1
С1 разряжен
С2 разряжен.

На входе появляется высокий уровень напряжения — единичка. Пусть это будет 5 вольт. Через конденсатор С2 через диод D1 в землю течет ток и он начинает заряжаться. Справа показана «мгновенная схема» с учетом наших допущений.

Конденсатор зарядился, стал источником напряжения, встав в противовес источнику генератора. На генераторе пока +5 еще (верхняя часть меандра). И ток в цепи остановился.

▌Стадия 2
Через какое то время на выходе генератора станет 0 — придет время нижней части меандра. И ток из нашего конденсатора потечет в источник, но через что замкнется цепь? Ведь диод D1 не даст протечь через землю? Правильно, через второй конденсатор.Ведь он то у нас пока что разряжен. А поскольку разряженный конденсатор потянет на «резистор», то цепь примет вид:

Вот такой путь разряда. А теперь давайте посчитаем чему равен потенциал в точке выхода нашей схемы? Для расчета потенциала надо определиться с системой координат, выбрать обход контура относительно направления которого мы будем считать знак потенциала. Так как тут истинный источник энергии только один — генератор, то положительным направлением обхода контура будет считаться ток ИЗ ГЕНЕРАТОРА, тот что заряжал конденсатор в самом начале. Т.е. когда мы из земли идем через генератор, то после прохода источника напряжения генератора, потенциал точки вырастет на величину напряжения генератора ( в данном случае 0, т.к. он в нижней точке меандра). А следующий источник напряжения, конденсатор, будет нам встречно, а значит приращение потенциала будет отрицательным. И после него, вуаля! Мы получим некий отрицательный потенциал относительно земли.

Все здорово, но что будет с нашим конденсатором С1 который сейчас, активно заряжаясь, косит под резистор? Он зарядится отрицательным напряжением, сколько успеет. Потом его сопротивление вырастет, он сам станет источником напряжения (отрицательного), а кондер С2 иссякнет. Конденсатор С1 не сможет разрядиться потому, что на его пути будут стоять аж два диода встречно его разрядному току.

И на какое то время, пока генератор находится в нуле, процесс остановится.

▌Стадия 1 (снова)
Но вот генератор снова переходит в высокое состояние. B все повторяется как в стадии 1 только С1 заряжен отрицательно. Но это не играет роли, так как току из источника туда мешает идти диод D2, а вот через D1 все прекрасно проходит и конденсатор С2 снова начинает заряжаться, как и в первом состоянии.

Точно также зарядится конденсатор С2 и все повториться, за исключением того, что С1 уже заряжен отрицательно. Часть этого заряда подсядет из-за саморазряда конденсатора С1, часть утечет в схему ради которой мы генерируем отрицательное напряжение. Поэтому оно снизится. Но не беда, когда источник кинется в ноль, то С2 надо будет снова разрядиться и он сделает это через С1, еще сильней просадив напряжение.

▌Моделирование
На пальцах рассказал, теперь можно показать в динамике. Давайте смоделируем эту схему в эмуляторе EasyEDA. Там кроме схемотехнического редактора и трассировщика есть еще SPICE симулятор.

SPICE это достаточно древняя (75 год) и уже давно ставшая промышленным стандартом система моделирования электронных схем. На входе у ней нетлист — текстовый список соединений компонентов и описание самих компонентов в виде списка параметров примерно вот такого вида:

.MODEL MPS3866 NPN (IS=40.6F NF=1 BF=130 VAF=98.6 IKF=0.24 ISE=40.3P NE=2 BR=4 NR=1 VAR=14 IKR=0.36 RE=0.129 RB=0.515 RC=51.5M XTB=1.5 CJE=48.4P VJE=1.1 MJE=0.5 CJC=15.6P VJC=0.3 MJC=0.3 TF=318P TR=221N)

В результате по этим данным и нетлисту строится математическая модель из систем уравнений. А на выходе будут графики, значения напряжений которые мы запросим как выходные данные.

За счет того, что сами модели это простые текстовые описания, а сама система опенсорсная с рождения, то она встречается повсеместно.

Чтобы получить колебания нам нужен генератор. Возьмем источник питания и затянем его на лист схемы. Если его выделить, чтобы он стал красным, то справа будут его параметры:

Меняем функцию на PULSE и задаем следующие параметры:

  • Vinitial = 0V стартовое значение. Он же ноль.
  • Von = 5V значение высокого уровня.
  • Tdelay = 0 задержка при запуске.
  • Trise = 0.000001 время восходящего фронта.
  • Tfall = 0.000001 время спадающего фронта.
  • Ton = 0.00005 длительность импульса.
  • Tperiod = 0.0001 длительность периода.
  • AC Аmplitude = 5 амплитуда сигнала.
  • AC Phase = 0 фаза сигнала.

Тем самым мы создадим генератор с частотой 1кГц и скважностью порядка 50%, с амплитудой 5 вольт. Как если бы мы дрыгали ногой контроллера. Осталось добавить землю и наши диоды с конденсаторами.

Читайте также:  Генератор опорного напряжения это

Выбирая конденсатор можно сразу же там выбрать тип. К сожалению типов пока маловато. Но можно создавать свои библиотеки. Клавиша R вращает компонент. А надписи у компонентов можно утащить куда подальше, чтобы не мешались. Особенно у источника, там такая портянка образовалась, жуть.

Диоды лучше брать Шоттки, у них меньше падения напряжения, а значит отрицательное напряжение можно получить гораздо ближе к -V питания. Т.е. к -5 вольтам. Полные -5 вольт мы, конечно, не получим. Т.к. диод Шоттки свои 0.2 вольта сожрет за милую душу. Но лучше чем 0.7 у обычного диода. А диодов там еще и два, т.е. предельный минус будет где то на пол вольта, а то и меньше чем амплитуда питания.

Линии связи рисуем инструментом Wire c панели Wiring Tool и только им:

И не забываем землю. Должно получиться что то вот такое:

Теперь добавим пробники для выхода SPICE модели. Это в той же панели Wiring Tools такая закорючка. Воткнем их на выход генератора и туда где у нас формируется отрицательное напряжение:

Сохраним схему и запустим нашу симуляцию. Раньше кнопка симуляции была прям наверху. Но видать по ней было очень много вопросов и ее спрятали подальше от пытливого взора пионеров 🙂 Но я нашел 🙂 Есть еще хоткей Ctrl + R.

Жмем Run и получаем в соседней вкладке график:

По нему видно ,как за несколько качков нашего генератора напряжение на С1 упало до хорошего такого минуса. Впрочем, это без утечек на сторону. При подключении к нагрузке процесс будет более пологим.

▌Практика
С теорией закончили. А теперь практическая реализация этой штуки. Данный узел с недавних пор появился на Pinboard II третьей ревизии. Которая вышла в декабре. Что то я как то завертелся и даже не презентовал обновление. Ну так вот.

Одной из проблем платы было то, что стоящий из коробки дисплей имеет 5 вольтовое питание, а сама плата на ряде контроллеров работает на 3.3 вольта. Конечно гибкая схема питания платы позволяет запитать дисплей от 5 вольт, контроллер от 3.3 вольт, а контроллеры имеют 5В толерантные входы.. И как бы проблемы нет. Но ведь демоплата это только отправная точка, потом будет устройство и там придется городить сложное двух уровневое питание. Тогда как известно, что контроллер HD44780 умеет прекрасно работать от 3.3 вольт и даже ниже. Чего не скажешь о системе контраста LCD дисплея. Которой надо для полного счастья хотя бы 3,8 вольт от минимума до максимума, чтобы яркость индикации не падала.


Как падает контраст изображения с понижением напряжения питания

А если у нас питание всего то 3.3 вольта везде, включая контроллер дисплея и его стекляшку, то размаха может не хватить. Вывод управления контрастом можно посадить в ноль, но толку это особо не даст. Что делать? Посадить линию контраста в минус, пробросив ее ниже нуля. Тогда дисплею хватит разницы напряжений на создание нормального контрастного изображения. В некоторых версиях дисплеев на HD44780 есть даже встроенный генератор отрицательного напряжения, чьи выводы вытащены на контакты подсветки ,что черевато тем, что если воткнуть туда подсветку, то генератор или ваш источник питания сгорит. Западло вот такое вот, читайте даташит 🙂

Ну, а мы сделаем генератор сами. Можно, например, дрыгать ногой контроллера вручную. А можно взять любой дрыгающийся сигнал с интерфейса самого дисплея. Например на линии E интерфейса HD44780 идет максимальная движуха, т.к. это стробирующий сигнал и без дрыга им ничего не делается. Им и можно попробовать подрыгать конденсатор.

Лишь бы дергало не слишком активно, в зависимости от модели дисплея накачать надо от -0.3 до -1 вольта. А если дергать будет сильно активно, то будет -2..-3 вольта, что даст переконтраст в виде двух рядов черных прямоугольников. Хотя, всегда можно пропустить через потенциометр на землю и подрегулировать.

Впрочем, я это делать на плате не стал. Там у меня идет напрямую на вывод контраста. А дрыгаю отдельной ногой с частотой около килогерца. Как раз хватает утечки на дисплей, чтобы поддерживать напряжение в районе -0.5 вольта. Дрыгаешь чаще — контраст повышается, дрыгаешь реже — понижается.

Подключение простое. На плате добавился джампер, позволяющий выбрать откуда брать напряжение контрста. С потенциометра (позитивное) или с генератора минус (негативное), а также появился вывод CPUMP который и надо дергать ножкой контроллера, чтобы на NEG появился отрицательный потенциал.

Подаем на CPUMP меандр с частотой 1Кгц и переключив контраст на NEG получаем четкое изображени даже на 3.3 вольтах. Можно и до 2.5 опуститься, правда частоту надо будет поднять килогерц до трех. А на выходе CONTRAST около -0.6 вольт.

Вот такая вот маленькая полезняшка.

Спасибо. Вы потрясающие! Всего за месяц мы собрали нужную сумму в 500000 на хоккейную коробку для детского дома Аистенок. Из которых 125000+ было от вас, читателей EasyElectronics. Были даже переводы на 25000+ и просто поток платежей на 251 рубль. Это невероятно круто. Сейчас идет заключение договора и подготовка к строительству!

А я встрял на три года, как минимум, ежемесячной пахоты над статьями :)))))))))))) Спасибо вам за такой мощный пинок.

8 thoughts on “Генератор отрицательного потенциала”

Аааа, Масса Ди спалил пластиковую подставочку под пинборд!
Ну вот тебе теперь не отвертеться — придётся её продавать в магазине. 😉

А это подарок, она у меня уже много лет 🙂

Di halt не знаю как с тобой связаться по другому, очень нужен совет

Если в схеме есть max232 то можно взять отрицательное напряжение с него.

А нагрузку по току какую держит такой генератор?
Кстати, исправьте в тексте частоту с 1кГц на 10кГц(может ввести в заблуждение новичков).

Мизерную. Меньше миллиампера. Вообще можно через заряд высчитать сколько туда будет успевать накидывать.

На 2-й стадии С2 разряжается, а С1 заряжается и в точке выхода растет отрицательный потенциал. Не могу понять, как этот отрицательный потенциал «проходит» через D2, ведь на аноде у него минус относительно катода?.

Источник

Крохотные генераторы подкачки заряда в процессоре 8086, создающие отрицательное напряжение

Увеличенное фото чипа 8086; видно кремниевый кристалл и проволочную разварку

Читайте также:  Схема преобразователь напряжения 300 вольт

Революционный микропроцессор Intel 8086, представленный в 1978 году, породил целую группу процессоров х86, которые и по сей день используются в настольных и серверных компьютерах. Чип построен на цифровых цепях, однако в нём присутствуют и аналоговые контуры: генераторы подкачки заряда, превращающие питание процессора 5 В в отрицательное напряжение для увеличения быстродействия. Я занимаюсь реверс-инжинирингом 8086 на основе фоток кристалла, и в данной записи описываю конструкцию этих генераторов подкачки заряда и принцип их работы.

Строго говоря, конечно, весь чип создан из аналоговых компонентов. Как гласит старая поговорка, «цифровые компьютеры делаются из аналоговых комплектующих». Её автор – инженер DEC Дон Вонада, и его афоризмы были опубликованы в журнале Computer Engineering в 1978 году.

Инженерные афоризмы Вонады

  1. Никакой «земли» не существует.
  2. Цифровые компьютеры делаются из аналоговых комплектующих.
  3. Прототипы схем всегда работают.
  4. Сначала разрабатываются утверждённые временные условия, а потом обнаруживаются неутверждённые.
  5. Если в группе проводников переключаются все, кроме одного, то он тоже переключается.
  6. Если в группе затворов переключаются все, кроме одного, то он тоже переключается.
  7. У каждого пикофарада есть свой наногенри.
  8. Конденсаторы преобразуют сбои напряжения в сбои тока (закон сохранения энергии).
  9. Связанные между собой провода – это, скорее всего, линии передачи.
  10. Синхронизацией цепей можно заниматься бесконечно.
  11. Максимальные допуски редко складываются – но если такое случается, то только в машине лучшего клиента.
  12. Диагностика крайне эффективна в обнаружении уже решённых проблем.
  13. Системы обработки данных проверяются лишь частично, поскольку на практике невозможно проверить все возможные состояния машины.
  14. Законы Мёрфи работают 95% времени. Оставшиеся 5% — это перерывы на кофе.


Фото кристалла микропроцессора 8086. Слева расположено АЛУ и регистры. Внизу справа – ПЗУ с микрокодом. По ссылке с фото открывается фото побольше. По данной ссылке – оригинал фото (10 000 × 10 000 пкс, 24 МБ — не влезает на habrastorage).

На фото выше показан крохотный кристалл процессора 8086 под микроскопом. Виден металлический слой сверху чипа, под которым прячется кремний. По внешнему краю видны распаечные провода, соединяющие контактные площадки кристалла с 40 внешними контактами чипа. Но если присмотреться внимательно, видно, что у кристалла 42 площадки. Зачем ему две лишние?

Интегральная схема строится на кремниевой подложке, на которую наносятся транзисторы. Для высокоскоростных ИС полезно бывает подавать на подложку отрицательное «напряжение смещения». Для этого у многих чипов из 1970-х годов есть внешний контакт, на который подаётся – 5 В, однако использовать дополнительный источник питания инженерам было неудобно. К концу 1970-х были разработаны схемы генератора подкачки заряда прямо на чипе, что позволяло получать отрицательное напряжение на месте. Такие чипы используют удобное единственное питание + 5 В, и все инженеры счастливы.

У подачи отрицательного напряжения смещения есть несколько преимуществ. Оно уменьшает паразитную ёмкость, что ускоряет чип, делает пороговое напряжение транзисторов более предсказуемым и уменьшает утечки тока.

Ранним чипам памяти DRAM и микропроцессора часто требовалось три напряжения питания: +5 В (Vcc), +12 В (Vdd) и -5 В (Vbb). В конце 1970-х улучшения технологии производства чипов позволили использовать единственное напряжение. К примеру, MK4116 (16-килобитная DRAM от Mostek 1977 года) требовала три напряжения, а улучшенная MK4516 (1981) работала уже с единственным +5 В, что упрощало проектирование схем. Забавно, что у некоторых из новых чипов для обратной совместимости были не подсоединённые ни к чему контакты Vbb и Vcc.

Чипы памяти от Intel пошли по похожему пути: 2116 DRAM (16 КБ, 1977) использовали три напряжения, а улучшенная 2118 (1979) всего одно. Точно так же знаменитый микропроцессор Intel 8080 (1974) использовал МОП-транзисторы с индуцированным каналом, и ему для работы требовались три напряжения. Микропроцессор Motorola 6800 (1974) использовал другой подход, работая с одним напряжением питания; хотя 6800 и был создан на транзисторе старого типа, ему не нужно было +12 В внешнего питания, так как он реализовывал удвоитель напряжения на месте.

Две лишние контактные площадки на кристалле 8086 нужны для подачи напряжения смещения на подложку. На фото в начале статьи показано расположение кремниевого кристалла на чипе, с распаечными проводами, соединяющими его с контактной площадкой, формирующим внешние контакты. На фото видно два небольших серых квадратика сверху и снизу. Каждый из них соединён с одной из «лишних» площадок. Генератор подкачки заряда на кристалле 8086 генерируют отрицательное напряжение, проходящее через провода распайки на эти квадратики, а потом через металлическую пластину под подложкой 8086.

Как работают генераторы подкачки заряда

На фото ниже выделены два генератора подкачки заряда процессора 8086. Мы рассмотрим верхний; схема работы нижнего такая же, он просто скомпонован по-другому, чтобы уместиться в доступное пространство. У каждого генератора есть цепь драйвера, большой конденсатор и площадка с проводом, соединяющим его с подложкой. Каждый генератор расположен рядом с одной из двух площадок заземления 8086 – вероятно, для минимизации электрического шума.


Фото кристалла микропроцессора 8086 с увеличенными генераторами напряжения смещения

Вам, возможно, интересно, как генератор подкачки заряда превращает положительное напряжение в отрицательное. Фокус в использовании «летающего» конденсатора, схема которого ниже. Слева конденсатор заряжен до 5 В. Разъединим его и соединим положительную часть с землёй. У конденсатора всё ещё есть заряд в 5 В, поэтому его нижняя часть должна выдавать -5 В. Быстро переключая конденсатор между двумя состояниями, генератор подкачки заряда выдаёт отрицательное напряжение.

Генератор подкачки заряда 8086 использует полевой транзистор с МОП-структурой и диоды для переключения конденсатора между состояниями, и генератор для управления транзистором – как показано на схеме ниже. Кольцевой генератор состоит из трёх инверторов, соединённых в петлю (кольцо). Поскольку количество инверторов нечётное, система нестабильна и колеблется. Если бы у неё было чётное количество инверторов, она была бы стабильной в одном из двух состояний. Такую технику используют в регистрах 8086 – пара инверторов хранит бит.

К примеру, если на первый инвертер приходит 0, он выдаст 1, второй выход будет 0, а третий – 1. Это переключает первый инвертер, и это переключение перемещается по петле, приводя к осцилляциям. Для замедления скорости осцилляции в кольцо вставлены две RC-цепи. Поскольку на зарядку и разрядку конденсатора уходит какое-то время, осцилляции замедляются, давая генератору подкачки заряда время сработать.

Читайте также:  При каком значении напряжения батарея считается разряженной

Я пытался измерить частоту генератора подкачки заряда, изучая ток чипа в поисках осцилляций. Я измерил флуктуации на 90 МГц, но, подозреваю, что на самом деле я мог мерить шум.


Схема генератора подкачки заряда в Intel 8086, дающего отрицательное напряжение смещения на подложке

Выходы с конденсатора приходят на транзисторный драйвер конденсатора. На первом шаге включается верхний транзистор, что заставляет конденсатор заряжаться через первый диод до 5 В по отношению к земле. На втором шаге происходит всё волшебство. Включается нижний транзистор, и соединяет верхнюю часть конденсатора с землёй. Поскольку конденсатор всё ещё заряжен до 5 В, нижняя часть должна выдавать -5 В, что и даёт нам нужное отрицательное напряжение. Ток идёт через второй диод и распаечный провод на подложку. Когда осциллятор переключается снова, включается верхний транзистор и цикл повторяется. Генератор подкачки заряда называется так потому, что подкачивает заряд с выхода к земле. Диоды похожи на запорные клапаны водяного насоса, поскольку обеспечивают движение заряда в нужном направлении.

Я, конечно, немного упростил схему работы. Из-за падения напряжения на транзисторе напряжение на подложке будет равняться -3 В, а не -5 В. Если чипу нужно более сильное падение напряжения, можно сделать каскад из нескольких генераторов подкачки заряда. Говоря о направлении работы генератора, я имею в виду направление тока. Если вы представляете себе подкачку электронов, то считайте, что отрицательно заряженные электроны закачиваются в противоположном направлении, в подложку.

Реализация в кремнии

На фото ниже показана реализация генератора подкачки заряда на чипе. На фото вверху видно металлические проводники, под которыми находится красноватый поликремний. Внизу – бежевый кремний. В центре видно основной конденсатор, с проводниками в виде буквы Н, соединяющими его с цепью слева. Часть конденсатора спрятана под широкой металлической дорожкой питания вверху. Справа распаечный провод подсоединён к площадке. Под площадкой расположен тестовый узор – по квадратику для каждой маски, использовавшейся для нанесения очередного слоя на чип.


Генератор подкачки заряда с металлическим слоем

После удаления металлического слоя становится лучше видно схему. Правую половину фото занимает крупный конденсатор подкачки заряда. Он, конечно, микроскопического размера, но по стандартам чипов огромен – примерно сравним с 16-битным регистром. Конденсатор состоит из поликремния, расположенного над кремнием, между которыми проложен изолирующий оксид. Поликремний и кремний формируют пластины конденсатора. Слева расположены конденсатор поменьше и резисторы, придающие генератору RC-задержку. Под ними находится цепь генератора и транзисторы.

Генератор собран из 13 транзисторов. Семь транзисторов формируют 3 инвертера (у одного транзистора есть дополнительный инвертер для дополнительного выходного тока). Из шести транзисторов драйвера два транзистора подтягивают выход вверх и четыре вниз. Схема странным образом отличается от обычной схемы инвертера, поскольку требования к току отличаются от обычной цифровой логики.


Ключевые компоненты генератора подкачки заряда 8086. Металлический слой удалён, видно слои поликремния и кремния.

Одна интересная особенность генератора подкачки заряда заключается в двух диодах, каждый из которых состоит из восьми транзисторов, расположенных через регулярные промежутки. На диаграмме ниже показана структура транзистора. Транзистор можно считать переключателем, позволяющим току протекать между двумя его участками, истоком и стоком. Транзистор контролируется затвором, сделанным из кремния особого типа, поликремния. Высокое напряжение на затворе позволяет току течь между истоком и стоком, а низкое – блокирует ток. Эти крохотные транзисторы можно комбинировать, формируя логические затворы – компоненты микропроцессора и других цифровых чипов. Однако в данном случае транзисторы используются как диоды.


Структура транзисторов, реализованных в ИС

На фото ниже показан вид сверху на транзистор в генераторе подкачки заряда. Как и на диаграмме, поликремний формирует затвор между участками кремния с добавками с обеих его сторон. Диод можно сделать из МОП-структуры, соединив затвор и сток через соединение кремний/поликремний, расположенное внизу фото. Кремний также можно соединять с металлическим слоем через сквозные контакты. Для этого фото металлический слой удалён, но оставшиеся бледные кружочки обозначают местонахождение сквозных контактов.


Транзистор в схеме генератора подкачки заряда. Поликремниевый затвор разделяет исток и сток транзистора.

На диаграмме ниже показано, как два диода собраны из 16 транзисторов. Для поддержки относительно большого тока генератора подкачки заряда в каждом диоде используется по 8 параллельных транзисторов. Отметьте, что у соседних транзисторов общие исток и сток, поэтому их получилось упаковать так плотно. Синие линии отмечают место, где были металлические провода – для этого фото их удалили. Тёмные кружочки – места, где были сквозные контакты между металлом и кремнием.


У генератора подкачки заряда есть два диода, каждый из которых сделан из 8 транзисторов. Исток, затвор и сток обозначены буквами S, G и D.

В итоге истоки верхних восьми транзисторов соединены с землёй металлическим проводом. Их затворы и стоки соединяются поликремнием под транзисторами, в результате чего из них получаются диоды. К конденсатору они подсоединены металлическим проводом. Восемь нижних транзисторов формируют второй диод. Их затворы и стоки соединены нижней металлической петлёй. Отметьте, как оптимизировано расположение элементов; к примеру, затворы изогнуты так, чтобы не касаться сквозных контактов.

Заключение

Генератор напряжения смещения на чипе 8086 представляет собой интересную комбинацию цифровой схемы (кольцевого генератора, составленного из инверторов) и аналогового генератора подкачки заряда. Он может показаться вам давно забытым устройством из истории компьютеров 1970-х, но на самом деле он присутствует и в современных ИС. В современных чипах это куда как более сложная схема, тщательно настроенная на выдачу нескольких регулируемых напряжений смещения на участках с отдельным питанием. В чём-то она похожа на архитектуру х86, начавшую свой путь в 1970-х и ставшую ещё более популярной сегодня, однако в рамках постоянного улучшения эффективности сложность её возросла невероятно.

Сегодня генераторы напряжения смещения продаются в качестве готовых патентованных идей – можно купить схему такого генератора и вставить в проект своего чипа (см. ссылки 1, 2, 3, 4, 5, 6). Существует даже стандарт на питание IEEE 1801, согласно которому инструменты разработки ИС могут генерировать необходимые схемы.

У математического сопроцессора Intel 8087, пристраиваемого к 8086, тоже есть свой генератор напряжения смещения. Он работает по тем же принципам, однако, как ни странно, использует другую схему с 5 инверторами

Источник

Adblock
detector