Puerta NAND
La puerta NAND es muy importante porque a partir de ella se pueden implementar todas las demás. Vamos a estudiarla en los tres niveles que ya conocemos
Nivel de electrónica digital
La puerta NAND tiene 2 entradas y una salida. A nivel lógico es una puerta AND conectada en serie con una puerta NOT
Nivel de transistores
La puerta NAND se implementa con 4 transistores, 2 de tipo P y 2 de tipo N. La idea es que en cada momento hay dos transistores que están en estados opuestos: uno conduce y otro no. Los tipo P generan salida a 1, y los tipo N a 0. La clave de la puerta NAND son los dos transistores N en serie. Sólo si ambos están activados, se genera un 0 a la salida
Para entender el funcionamiento vamos a utilizar el modelo de pulsadores, por su simplicidad. Empezamos por el caso de reposo, en el que ambas entradas están a 0. En este estado ambos transistores P (los superiores) conducen, y generan un 1 por la salida OUT. Por el contrario los MOSFETS N están abiertos, y no conducen
Si apretamos solo una de las dos varillas (por ejemplo INA), el pulsador A0 se abre y el A1 se cierra. Pero esto NO tiene efecto porque B1 sigue abierto y B0 cerrado, por lo que en la salida se obtiene un 1
Si apretamos las dos varillas (INA y INB), los dos pulsadores superiores A0 y B0 están desconectados, y los dos inferiores A1 y B1 conectados. Por la salida sale un 0
Nivel de semiconductores
Esta es la implementación del chip a nivel de semiconductores
Vamos a ir viendo el chip capa por capa. En la primera capa está el sustrato de silicio (p) con todos los mosfets (2 de tipo p y 2 de tipo n), así como las zonas altamente dopadas para la conexión a vdd y vss
En la primera capa se encuentran todos los materiales semiconductores: silicios tipo p y n
La siguiente es la capa de óxido de silicio. Se encuentra en toda la superficie excepto en las zonas que se conectan hacia el exterior a través de las vías. Sin embargo, sólo se muestra en el dibujo las zonas de óxido que están sobre las puertas de los transistores mosfets
En la siguiente capa está el polisilicio de interconexión entre las 4 puertas de los transistores
La capa de las vías contiene elementos conductores para realizar conexiones verticales con las capas de los cables. Hay 2 capas de metales, a diferentes niveles, por lo que las vías son de diferentes alturas: unas para conectar con la capa metal-1 y otras para la capa metal-2
Las conexiones se realizan en dos capas diferentes. En la primera están las señales VDD, VSS, INA y INB
En la siguiente capa está la señal OUT