Puerta de transmisión

Una compuerta de transmisión ( TG ) es una compuerta analógica similar a un relé que puede conducir en ambas direcciones o bloquearse mediante una señal de control con casi cualquier potencial de voltaje. ^[1] Es un interruptor basado en CMOS , en el que PMOS pasa un 1 fuerte pero un 0 pobre, y NMOS pasa un 0 fuerte pero un 1 pobre. Tanto PMOS como NMOS funcionan simultáneamente.

En principio, una compuerta de transmisión está formada por dos transistores de efecto de campo (FET), en los que, a diferencia de los transistores de efecto de campo discretos tradicionales, el terminal del sustrato (bulk) no está conectado internamente al terminal de fuente. Los dos transistores, un MOSFET de canal n y un MOSFET de canal p, están conectados en paralelo con los terminales de drenaje y fuente de los dos transistores conectados entre sí. Sus terminales de compuerta están conectados entre sí por una compuerta NOT ( inversor ), para formar el terminal de control.

A diferencia de los FET discretos, el terminal del sustrato no está conectado a la conexión de la fuente, sino que los terminales del sustrato están conectados al potencial de suministro respectivo para garantizar que el diodo de sustrato parásito (entre la fuente/drenaje y el sustrato) esté siempre polarizado de forma inversa y, por lo tanto, no afecte al flujo de señal. El terminal del sustrato del MOSFET de canal p está conectado al potencial de suministro positivo, y el terminal del sustrato del MOSFET de canal n está conectado al potencial de suministro negativo.

Cuando la entrada de control es un cero lógico (potencial de alimentación negativo), la compuerta del MOSFET de canal n también está a un potencial de tensión de alimentación negativo. El terminal de la compuerta del MOSFET de canal p es provocado por el inversor, al potencial de tensión de alimentación positivo. Independientemente de en qué terminal de conmutación de la compuerta de transmisión (A o B) se aplique una tensión (dentro del rango permisible), la tensión de la compuerta-fuente de los MOSFET de canal n siempre es negativa, y la de los MOSFET de canal p siempre es positiva. En consecuencia, ninguno de los dos transistores conducirá y la compuerta de transmisión se apaga.

Cuando la entrada de control es lógica, el terminal de compuerta de los MOSFET de canal n se encuentra en un potencial de voltaje de suministro positivo. Mediante el inversor, el terminal de compuerta de los MOSFET de canal p se encuentra ahora en un potencial de voltaje de suministro negativo. Como el terminal de sustrato de los transistores no está conectado al terminal de fuente, los terminales de drenaje y fuente son casi iguales y los transistores comienzan a conducir a una diferencia de voltaje entre el terminal de compuerta y uno de estos conductores.

Uno de los terminales de conmutación de la compuerta de transmisión se eleva a un voltaje cercano al voltaje de suministro negativo, se generará un voltaje compuerta-fuente positivo (voltaje compuerta-drenaje) en el MOSFET de canal N, y el transistor comienza a conducir, y la compuerta de transmisión conduce. El voltaje en uno de los terminales de conmutación de la compuerta de transmisión ahora se eleva continuamente hasta el potencial de voltaje de suministro positivo, por lo que el voltaje compuerta-fuente se reduce (voltaje compuerta-drenaje) en el MOSFET de canal n, y este comienza a apagarse. Al mismo tiempo, se genera un voltaje compuerta-fuente negativo (voltaje compuerta-drenaje) en el MOSFET de canal p, por lo que este transistor comienza a conducir y la compuerta de transmisión conmuta.

De esta manera se consigue que la compuerta de transmisión pase por todo el rango de tensión. La resistencia de transición de la compuerta de transmisión varía en función de la tensión a conmutar y corresponde a una superposición de las curvas de resistencia de los dos transistores.

Las puertas de transmisión se utilizan para implementar conmutadores electrónicos y multiplexores analógicos . Si una señal se conecta a diferentes salidas ( conmutadores de conmutación , multiplexores), se pueden utilizar varias puertas de transmisión como una puerta de transmisión para conducir o bloquear (conmutador simple). Un ejemplo típico en las series 4000 y 74, llamado "conmutador bilateral" de 4 vías 4066, puede manejar señales analógicas o digitales y está disponible de varios fabricantes. ^[2]

Muchos sistemas de señal mixta utilizan un multiplexor analógico para enrutar varios canales de entrada analógicos a un único convertidor analógico a digital . ^{[3] [4] [5]}

Los circuitos lógicos se pueden construir con la ayuda de puertas de transmisión en lugar de las tradicionales redes pull-up y pull-down CMOS. Estos circuitos suelen ser más compactos, lo que puede ser un factor importante a tener en cuenta en las implementaciones de silicio.

Al utilizar una compuerta de transmisión para conmutar voltajes alternos (por ejemplo, señal de audio), el potencial de alimentación negativo debe ser menor que el potencial de señal más bajo. Esto garantiza que el diodo de sustrato permanecerá no conductor incluso con voltajes negativos. Aunque la compuerta de transmisión aún puede conmutar a niveles de voltaje lógico, existen versiones especiales con cambiadores de nivel integrados. Un buen ejemplo es el chip estándar 4053, que se usa comúnmente para seleccionar entre entradas analógicas a un amplificador de audio, tiene una conexión de tierra separada (pin 8) y una conexión de sustrato negativa (pin 7) que también alimenta el cambiador de nivel.

• Lógica de tres estados
• Conmutador analógico

• Ulrich Tietze, Christoph Schenk: Halbleiter-Schaltungstechnik. 12. Auflage, Springer, Berlín/Heidelberg/Nueva York 2002, ISBN 3-540-42849-6 . 
• Erwin Böhmer: Elementos de la electrónica angewandten. 15. Auflage, Vieweg & Sohn Verlag | GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2007, ISBN 978-3-8348-0124-1 . 
• Klaus Fricke: Digitaltechnik. 6. Auflage, Vieweg & Sohn Verlag | GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2009, ISBN 978-3-8348-0459-4 .