ママは前回の話でとても複雑なＤＲＡＭの話が少しだけ理解できたようです。そしてＤＲＡＭは日本の技術者によって大きな変革をもたらしたことがとても誇らしかったようです。
理系音痴立ったママが随分と積極的になったものです。ママはミツオ君がくるのが待ち遠しいようですね。果たして今日はミツオ君くるのか、それともセミオ君がくるのか。セミオ君が来たら、ママどうするんでしょうね。
ＭＯＳについて
「カラン、コロン」
誰かやってきました。果たして
元気なセミオ君でした。ママは少しがっかりして
セミオ君少しふくれています。それはそうでしょう。
その時、
すかさずセミオ君が反応します。
「センスアンプ」なんとなく聞き覚えのある言葉ではないでしょうか。センスという言葉はよくあの人はセンスがいいとか言いますし、オーディオでアンプを使うことも多いかと思います。
改めて説明すると、センスとは日本語で「感覚」の意味です。感度とも解釈されます。アンプは「増幅」です。つまり感じ取ったものを増幅するのがセンスアンプです。
もう何となくわかった人も多いでしょう。つまり、ＤＲＡＭのキャパシタから出てきた電気の量はとても小さいので増幅して、出力するのがセンスアンプの仕事です。
ここで、あれっと思った方もいるかもしれません。センスが感覚なら、違うんじゃないの、と。実は、センスアンプのセンスは「センシング」のことです。センスのＩＮＧ形で、ＳＥＮＳＩＮＧと書きます。これを日本語で「センサー機能」です。
それを知るためには、どうしてもこれから紹介するＭＯＳについて知っていなければなりません。
ＮＭＯＳ、ＰＭＯＳについて
センスアンプのお話をする前に基本的なことを覚えておきましょう。まずは、ＭＯＳの二つの形について紹介していきます。デジタル回路のことを紹介する機会もあると思うので、それにも役に立つ基礎事項です。
ＮＭＯＳとは
ＮＭＯＳに関しては以前紹介しています。（参照：ユニポーラトランジスタ）ですが、軽く復習しておきましょう。
ＮＭＯＳは、Ｐ型のシリコン上にＮ型の拡散層を二つつくり、その間に少しだけ隙間を開けた構造をしています。図の状態でゲートに電圧が与えられなければ、ドレインとソース間に電流は通りません。
この場合、Ｐ型シリコンなのでホールはたくさんあるのですが、電子はほとんどありません。そのため、多少不純物を入れて、少しだけ電子がある状態にしておきます。
ホールと電子のことをキャリアといいますが、ＮＭＯＳの場合、少数は電子なのでこの場合の電子をマイナーキャリアと呼びます。
ここでゲートに電圧をかけると電界効果で、Ｐ型シリコンの中の少量の電子が引き寄せられ、ドレインとソース間に電流が流れます。Ｎ型拡散層の間がＰ型シリコンにもかかわらず、Ｎ型になるのでこの部分を反転層といいます。（参照：ユニポーラトランジスタ）
この状態をＭＯＳが「ＯＮ」の状態といいます。
回路記号も以下に示します。
ＰＭＯＳとは
上記のＮＭＯＳとは全く逆で、Ｎ型シリコン上にＰ型拡散層を作り込んでドレイン側にアースをつなぎ、ソース側に電源をつなぎます。
また、Ｎ型シリコンに電源レベルの電圧をかけておきます。Ｎ型シリコンの方に先ほどは逆にマイナーキャリアのホールを作っておきます。ゲートにＮ型シリコンと同じ電圧をかけた場合、ドレイン、ソース間には電流は流れません。これが「ＯＦＦ」の状態です。
ゲート側の電圧をゼロに近づけると、Ｎ型シリコンには電源がつながっているので、ゲートの電位はマイナス側に触れたことになります。マイナス側ですから少数キャリアのホールがＰ型拡散層の間に集まり、先ほどと同様、拡散層間に反転層ができ、ドレインとソースがつながります。
この状態が「ＯＮ」です。つまりＰＭＯＳの場合はゲートの電圧が低いとＯＮになる、ということです。
先ほどのＮＭＯＳとの違いは矢印の向きです。ＢＡＳＥを向いているのがＰ型です。
ＣＭＯＳとは
上の二つのタイプのＭＯＳを応用したものにＣＭＯＳというのがあります。ＣＭＯＳのＣはＣｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒａｙのＣで、補完性という意味です。ですからＣＭＯＳは日本語では補完性ＭＯＳと呼ばれています。
ですから、ＣＭＯＳとは、一つのＭＯＳのことではなく、ＰＭＯＳとＮＭＯＳが回路を作ることによってできます。
ＣＭＯＳの回路を見てみます。最も単純なＮＯＴ回路です。
上図はインバータと呼ばれる回路です。Invertが「反転」の意味ですから、Inverterは「反転する人」という意味になります。実際には逆にすることと、とらえられています。
上図の場合で言えば、Ａに電気が流れた場合、上のＰＭＯＳは動作せず、下のＮＭＯＳは動作します。つまり、Ｖｄｄの電圧は、Ｂには伝わりません。つまり、入力に対して逆の信号がでます。これがインバータです。
もうひとつトランスミッションゲートというものも紹介しておきます。これは上記の相補的な役割とは全く逆な動きをします。
この回路は、ＮＭＯＳが「ＯＮ」であれば、ＰＭＯＳも「ＯＮ」、ＮＭＯＳが「ＯＦＦ」であれば、ＰＭＯＳも「ＯＦＦ」です。「ＯＮ」であれば、Ａ＝Ｂとなり「ＯＦＦ」であればＡとＢは切り離された状態になります。
ちなみにＥの上にバーがありますがこれは反転の意味です。
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