Um die elektrischen Eigenschaften von CMOS Gattern genauer zu verstehen (z.B HC04) würde ich sie gerne in LtSpice simulieren. Welch in LtSpice vorhanden FET's einen sich dafür?
Danke für eure Links. Gibt es irgendwo die Möglichkeit, dass als ganzes runter zu laden? Ich sehe nur die einzelnen Files. Der Link zu extra.rar ist leider tot: https://www.ltwiki.org/files/LTspiceIV/lib/sym/EXTRA/ https://www.ltwiki.org/files/LTspiceIV/lib/sym/EXTRA/extra.rar
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Christoph M. schrieb: > Danke für eure Links. Gibt es irgendwo die Möglichkeit, dass als ganzes > runter zu laden? Ich sehe nur die einzelnen Files. https://groups.io/g/LTspice/topic/library_74hc_lib_for_helmut/91077894 Muss man sich halt anmelden.
🍅🍅 🍅. schrieb: > GHDL, digital analog simulieren ist arschlahm Das Verstehen dürfte trotzdem der limitierende Faktor bleiben. Christoph M. schrieb: > Ich sehe nur die einzelnen Files. Ja und? Um CMOS Gatter zu verstehen, reichen doch wohl ein paar ganz wenig aus. Fang mit einem Inverter (04) an, dann ein UND-Gatter (00), dann vielleicht ein FF (z.B. 74) usw.) Was genau möchtest du denn an den Gattern verstehen?
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Rainer W. schrieb: > Was genau möchtest du denn an den Gattern verstehen? Christoph M. schrieb: > Um die elektrischen Eigenschaften von CMOS Gattern genauer zu verstehen ...
Teo D. schrieb: > Rainer W. schrieb: >> Was genau möchtest du denn an den Gattern verstehen? > > Christoph M. schrieb: >> Um die elektrischen Eigenschaften von CMOS Gattern genauer zu verstehen > > ... Was soll das bedeuten? Ich verstehe auch nicht, was man an den "elektrischen Eigenschaften von CMOS Gattern" verstehen wollen würde. Eingangsseitig sind das ein paar parallel geschaltete Gates von p- und n-Kanal MOSFETs und natürlich deren Schutzbeschaltung. Und ausgangsseitig ist das für praktisch alle CMOS Gatter ein Inverter. Historische (A-Serie) Gatter und ungepufferte Spezialtypen ausgenommen. Was genau will man da noch simulieren? Und warum?
Axel S. schrieb: > Was genau will man da noch simulieren? Und warum? Christoph M. schrieb: > Um die elektrischen Eigenschaften von CMOS Gattern genauer zu verstehen Wenn man die rein digitale Brille auf hat, gibt es vielleicht wenig zu simulieren und zu verstehen, Wenn man im Zeit und Spannungs/Strombereich sehr genau hinschaut, ist jede digitale Schaltung eine Analogschaltung und da will man verstehen wie z.B. propagation delay oder transition time von den Transistorparametern und den parasitären Komponenten abhängen.
Alexander S. (alesi) 09.03.2025 22:18 > Wenn man die rein digitale Brille auf hat .. Damit triffst du den Nagel auf den Kopf. Es geht mir tatsächlich um die Transistorlevel Simulation. Hier gibt es ein Beispiel: https://electronics.stackexchange.com/questions/724494/how-does-this-mosfet-based-schmitt-trigger-work Insbesondere interessiert mich die Simulation von - HC14 - HCT14 - AC14 Dazu brauche ich die interne Schaltung der Bausteine und die Transistorparameter.
Christoph M. schrieb: > Es geht mir tatsächlich um die Transistorlevel Simulation. > Insbesondere interessiert mich die Simulation von > - HC14 > - HCT14 > - AC14 Ah! Endlich mal Butter bei die Fische. Warum nicht gleich? > Dazu brauche ich die interne Schaltung der Bausteine und die > Transistorparameter. Ja. Interessant sind vor allem letztere. Mit etwas Glück sind die in der Library von LT so implementiert und dann mit dabei. Die oben gezeigte Schaltung funktioniert so nämlich nur, wenn P5 und N5 einen deutlich höheren Kanalwiderstand haben (dito P3 und N3). Unter der allgemeinen Annahme, daß alle Transistoren gleich sind, funktioniert das nicht.
>Unter der allgemeinen Annahme, daß alle Transistoren gleich sind, funktioniert
das nicht.
Hast du es ausprobiert?
Christoph M. schrieb: >>Unter der allgemeinen Annahme, daß alle Transistoren gleich sind, funktioniert > das nicht. > > Hast du es ausprobiert? Das ist Grundwissen... Nimm die simple Blinkschaltung mit zwei Transistoren und überlege dir, warum das blinkt und nicht in einem statischen Zustand verharrt, bzw. warum läuft das überhaupt an, wenn man Spannung anlegt. Wer o. was entscheidet, welcher Transistor als erstes durchsteuert?! https://www.static.tu.berlin/fileadmin/www/40000182/Files/LED_Geister_TU_it_yourself/TU-it-yourself-Blinklichter-Steckbrettvariante.pdf
>Das ist Grundwissen... >https://www.static.tu.berlin/fileadmin/www/40000182/Files/LED_Geister_TU_it_yourself/TU-it-yourself-Blinklichter-Steckbrettvariante.pdf Hier geht es um CMOS, nicht um Schaltungen mit Bipolartransistoren. Im Anhang habe ich mal den Schmitttrigger aus der Wikipedia nachgebaut.
Alexander S. schrieb: > Wenn man die rein digitale Brille auf hat, gibt es vielleicht wenig zu > simulieren und zu verstehen Das ist ja der große Vorteil von Logik-ICs, es reicht das Datenblatt völlig aus, um alles zu verstehen. Simulieren bringt überhaupt nichts, da es nur eine Momentaufnahme eines idealisierten Gatters bei bestimmter VCC und Temperatur ist. Alles, was außerhalb der im Datenblatt spezifizierten Parameter liegt, ist der verbotene Bereich, wo nichts garantiert wird.
Warum ist hier keiner fähig, über den Tellerrand zu sehen?! Wer weiß schon, ob und was ER studiert... ER wird schon wissen, warum ER das wissen will. Oder anders, warum interessiert euch das? Kann euch doch am allerwenigsten vorbei gehen. Wenn doch, kann man doch höflich nachfragen, anstatt zu VERURTEILEN. ... "Wir" haben es verdient, von Idioten regiert zu werden!!!
Peter D. schrieb: > Das ist ja der große Vorteil von Logik-ICs, es reicht das Datenblatt > völlig aus, um alles zu verstehen. Jein. Wenn man verstehen will warum es das tut, was es tut, dann hilft eine Simulation möglicherweise (ich bin aber nicht simulationsgläubig). Zumindest hift dann ein Blick auf die Innenschaltung. Obwohl die für die meisten Gatter eher langweilig ist. Schmitt-Trigger bilden da aber eine Ausnahme. Blöd nur, wenn die Schaltungsfunktion nicht nur von der Verschaltung an sich, sondern auch von speziellen Eigenschaften (hier: Kanalbreite und -Länge) der Einzelelemente abhängig ist. Das hat man bei analogen Schaltungen, z.B. OPV ja auch. Häufig enthalten sie Stromspiegel, gern auch mit mehreren Ausgängen. Wenn man da das Spiegelverhältnis (Emitterflächen der Transistoren) nicht kennt, kommt man auch auf keinen grünen Zweig. Simulation hin oder her. Aber es war ja beispielhaft eine Library von LT gegeben. Wenn die auf dem Transistorlevel operiert (davon gehe ich aus) dann hat der TE ja alles.
Christoph M. schrieb: >>Unter der allgemeinen Annahme, daß alle Transistoren gleich sind, > funktioniert > das nicht. > > Hast du es ausprobiert? Brauch ich nicht. Elementare Schaltungstechnik. Die MOSFET n4 und p4 sowie n5 und p5 bilden jeweils einen Inverter und sind in Kreis verschaltet. So eine Struktur ist das einfachste Flipflop in CMOS. Es kann aber nur umgeschaltet werden, wenn der Pegel mit brachialer Gewalt geändert wird. Weil das ja gegen den jeweils leitenden MOSFET geschehen muß. Der steuernde MOSFET (in deiner Schaltung also p1 + p2 oder n1 + n2) muß niederohmiger sein. Zumal es ja sogar zwei in Reihe sind.
Axel S. (a-za-z0-9) > Die MOSFET n4 und p4 sowie n5 und p5 bilden jeweils einen Inverter > und sind in Kreis verschaltet. Ein sehr guter Hinweis. Danke. ( das hätte ich eigentlich selber sehen müssen ) > Blöd nur, wenn die Schaltungsfunktion nicht nur von der > Verschaltung an sich, sondern auch von speziellen Eigenschaften (hier: > Kanalbreite und -Länge) der Einzelelemente abhängig ist Da liegt der Knackpunkt. Eine interessante Frage wäre hier, ob die Schaltungen von HC, HCT und AC hier alle gleich sind und nur die Flächen der Transistoren geändert wurden. Vielleicht sollte man mal Richard K. fragen, ob er die Inverter mal aufmacht und fotografiert.
Christoph M. schrieb: > ob nur die Flächen der Transistoren geändert wurden ähnlicher Chip, ohne und mit Hysterese: https://zeptobars.com/en/read/CD4049-cmos-inverter-metal-gate https://zeptobars.com/en/read/CD40106B-CMOS-Hex-Schmitt-Triggers-Inverters-fake-ebay-Ti-texas-instruments
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Peter D. schrieb: > Das ist ja der große Vorteil von Logik-ICs, es reicht das Datenblatt > völlig aus, um alles zu verstehen. > Simulieren bringt überhaupt nichts, da es nur eine Momentaufnahme eines > idealisierten Gatters bei bestimmter VCC und Temperatur ist. > Alles, was außerhalb der im Datenblatt spezifizierten Parameter liegt, > ist der verbotene Bereich, wo nichts garantiert wird. Aus Sicht des Anwenders mag das vielleicht stimmen. Aber jemand muss den Chip designen, d.h. z.B. das W/L Verhältnis der Transistoren geeignet wählen. Design von integrierten Schaltkreisen wird an dt. Unis gelehrt und es gibt Halbleiterhersteller in Dtld., die ICs designen und fertigen. Heute natürlich keine 74HC... mehr. Christoph M. schrieb: > Um die elektrischen Eigenschaften von CMOS Gattern genauer zu verstehen Christoph wird einen Grund haben, warum er das verstehen will. Auch wenn es evtl. nur reine Neugier ist. Teo D. schrieb: > Wer weiß schon, ob und was ER studiert... ER wird schon wissen, warum ER > das wissen will. Genau. P.S. Wenn einer nach dem Weg zum Bahnhof fragt, antwortet man ja auch nicht: Wenn man mit dem Auto fährt, braucht man nicht wissen wo der Bahnhof ist.
Alexander S. schrieb: > Wenn einer nach dem Weg zum Bahnhof fragt, antwortet man ja auch nicht: > Wenn man mit dem Auto fährt, braucht man nicht wissen wo der Bahnhof > ist. Aber wenn man mit dem Taxi fährt ...
Ich weiß gar nicht, warum sich alle so an der Frage nach dem Zweck hochziehen. Angesichts der Fragestellung des OP: Christoph M. schrieb: > Um die elektrischen Eigenschaften von CMOS Gattern genauer zu verstehen > (z.B HC04) würde ich sie gerne in LtSpice simulieren. ist das eine ganz vernünftige Frage. Wenn er gleich nach dem Schmitt-Trigger gefragt hätte, dann wäre es ja verständlich gewesen. Aber nein, er fragt nach "CMOS Gattern" im allgemeinen. Und im allgemeinen gibt es da nichts zu simulieren oder zu verstehen, was nicht schon im Datenblatt stehen würde. Alexander S. schrieb: > P.S. Wenn einer nach dem Weg zum Bahnhof fragt, antwortet man ja auch > nicht: Wenn man mit dem Auto fährt, braucht man nicht wissen wo der > Bahnhof ist. Der Vergleich hinkt insofern. Vergleichbar wäre die Frage nach allen Bahnhöfen in der näheren Umgebung und ob es ein allgemeines Schema gäbe, das einem den Weg zum Bahnhof weist.
Christoph M. schrieb: > Um die elektrischen Eigenschaften von CMOS Gattern genauer zu verstehen > (z.B HC04) würde ich sie gerne in LtSpice simulieren. Axel S. (a-za-z0-9) >> ist das eine ganz vernünftige Frage. Wenn er gleich nach dem >> Schmitt-Trigger gefragt hätte, dann wäre es ja verständlich gewesen. Ein HC04 hat allerdings auch interessante analoge Eigenschaften und ist vermutlich einfacher im Aufbau. Tatsächlich werden diese Bausteine auch in "nicht digitaler" Art eingesetzt: https://www.lb3th.no/2022/04/24/oscillator-10mhz-74hc04/
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Clemens L. (c_l) 10.03.2025 16:53 >ähnlicher Chip, ohne und mit Hysterese: >https://zeptobars.com/en/read/CD4049-cmos-inverter-metal-gate >https://zeptobars.com/en/read/CD40106B-CMOS-Hex-Schmitt-Triggers-Inverters-fake-ebay-Ti-texas-instruments Danke für die Links. Wenn es ein CD4049 ist, sollte es nur ein einfacher Inverter sein (ohne Hysterese). Ist ein Experte hier, der die Transistoren auf dem "Die" zuordnen kann? Die Versorgungsspannungspins zu erkennen ist noch einfach, aber der Rest?
D und R sind die Schutzbeschaltung am Eingang. N und P sind die CMOS-Transistoren der drei Inverter; H die zusätzlichen Transistoren für die Hysterese.
Christoph M. schrieb: > Tatsächlich werden diese Bausteine auch in "nicht digitaler" Art > eingesetzt: > https://www.lb3th.no/2022/04/24/oscillator-10mhz-74hc04/ Ich hab das auch mal probiert und war entsetzt, wie hoch der Jitter war. Logikgatter sind nicht wirklich für analog geeignet. Ein simpler Transistor in Kollektorschaltung (Colpitts) arbeitet viel stabiler. Die Oszillatorschaltungen in µCs sind auch speziell auf Sinusform optimiert (hohe Impedanz, geringe Verstärkung).
Peter D. schrieb: >> https://www.lb3th.no/2022/04/24/oscillator-10mhz-74hc04/ > > Logikgatter sind nicht wirklich für analog geeignet. Moderne HC haben ein bisschen Hystere an den Eingängen, dann geht so etwas gar nicht mehr. (Für analoge Anwendungen gibt es extra 74HCU04; "U" = "unbuffered".) Und wenn man unbenutzte Eingänge offen lässt, braucht man sich über hohe Ströme nicht zu wundern (siehe https://e2e.ti.com/support/logic-group/logic/f/logic-forum/737694/faq-how-does-a-slow-or-floating-input-affect-a-cmos-device).
Clemens L. schrieb: > N und P sind die CMOS-Transistoren der drei Inverter Die dicken Leiterbahnen (die sich auch herumschlängeln) sind die Gate-Signale. Das sind wahrscheinlich keine großen MOSFETs, sondern viele kleine parallel.
Clemens L. (c_l) 11.03.2025 08:07 >D und R sind die Schutzbeschaltung am Eingang. N und P sind die >CMOS-Transistoren der drei Inverter; H die zusätzlichen Transistoren für >die Hysterese. Vielen Dank, aber irgendwas passt da nicht zusammen. Die Inverter des CD4049 bestehen laut Datenblatt nur einem P- und N-Kanal Transistor. https://www.mikrocontroller.net/attachment/663457/cmos_inverter.png Hier wird behauptet der angebliche CD40106 seit in Wirklichkeit ein CD4049 (und das Bild sieht ziemlich gleich wie deines aus) : >https://zeptobars.com/en/read/CD40106B-CMOS-Hex-Schmitt-Triggers-Inverters-fake-ebay-Ti-texas-instruments Was also stimmt jetzt?
Christoph M. schrieb: > Die Inverter des CD4049 bestehen laut Datenblatt nur einem P- und > N-Kanal Transistor. Das ist der Unterschied zwischen CD4049B und CD4049UB. > Hier wird behauptet der angebliche CD40106 seit in Wirklichkeit ein > CD4049 Nein; sie verwenden nur ähnliche Masken. Beim CD4049B wurden die "H"-Transistoren weggelassen.
Christoph M. schrieb: > Ein HC04 hat allerdings auch interessante analoge Eigenschaften und ist > vermutlich einfacher im Aufbau. Nicht wirklich interessant. Seit Einführung der 4000B Serie (Ende der 70er, also erst recht ein 74HC04) besteht ein Inverter intern aus 3 Invertern. Dabei sind die MOSFET der beiden ersten Stufen deutlich kleiner (geringe Kapazitäten) und die der Ausgangsstufe deutlich größer (geringe Kanalwiderstände). Dazu kommt noch, daß die p-Kanal MOSFET auch größer als ihre n-Kanal Pendants sind. Zumindest bei gleicher Funktion, z.B. in der Ausgangsstufe. Dadurch haben HC Typen vergleichbare Stromlieferfähigkeiten bei L und H. Vorher bestand ein Inverter tatsächlich nur aus 2 MOSFET. Für Schaltungen, in denen ein Inverter analog betrieben werden soll, gibt es die noch: z.B. als 74HCU04 (U wie unbuffered). Peter D. schrieb: > Christoph M. schrieb: >> Tatsächlich werden diese Bausteine auch in "nicht digitaler" Art >> eingesetzt: >> https://www.lb3th.no/2022/04/24/oscillator-10mhz-74hc04/ > > Ich hab das auch mal probiert und war entsetzt, wie hoch der Jitter war. > Logikgatter sind nicht wirklich für analog geeignet. Zumindest die buffered Typen nicht. Unbuffered CMOS, also 4000A oder den HCU04 kann man dafür verwenden. Ich gehe davon aus, daß der aktive (integrierte) Teil eines Quarzoszillators in einem µC genau so implementiert ist.
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Es gibt auch noch den HEF4007UB zum experimentieren. https://assets.nexperia.com/documents/data-sheet/HEF4007UB.pdf
Peter D. schrieb: > Es gibt auch noch den HEF4007UB zum experimentieren. > > https://assets.nexperia.com/documents/data-sheet/HEF4007UB.pdf Hmm. Den 4007 explizit als unbuffered zu bezeichnen, finde ich merkwürdig. Ich würde den eher als MOSFET-Array ansehen. Und würde dem einfach gar keinen Typ-Suffix geben. HEF4007 und fertig.
Peter D. (peda) 11.03.2025 09:35 > Es gibt auch noch den HEF4007UB zum experimentieren. > https://assets.nexperia.com/documents/data-sheet/HEF4007UB.pdf Sehr interessant. Muss ich mir mal ein paar besorgen. Clemens L. (c_l) 11.03.2025 08:07 > D und R sind die Schutzbeschaltung am Eingang. N und P sind die > CMOS-Transistoren der drei Inverter; H die zusätzlichen Transistoren für > die Hysterese. Danke für die Klarstellung. Könntest Du das Schaltbild des CD40106_intern (oder den Link) noch posten, damit ich die Bauteile zuordnen kann?
Christoph M. schrieb: > Könntest Du das Schaltbild des CD40106_intern (oder den Link) noch posten Abschnitt 3 in https://www.ti.com/document-viewer/CD40106B/datasheet.
Vielen Dank, aber ich komme immer noch nicht klar. Bei deinem Beispiel sind es 3N+3P+2H = 8FETS Ein Schmitttrigger nach Wikipedia braucht 6 FETS. Im Bild hat ein CD4049UB : 2FETS CD4049B : 4FETS und der CD40106 soll aus einem Schmitttrigger und 2 Invertern bestehen, d.h. 6Fets+2Fets+2Fets=10Fets Bei deinem CD40106_intern sind es aber 8 Fets.
Die Wikipedia beschreibt einen Puffer ohne Invertierung. Beim Inverter erfolgt die Rückkoppelung von der zweiten Inverterstufe. Der CD40106 hat drei Inverterstufen.
> Die Wikipedia beschreibt einen Puffer ohne Invertierung. Hmm .. meine dem Wikipedia-Eintrag nachgebaute Implementierung invertiert aber, wie aus dem Signalbild sichtbar: Beitrag "Re: LtSpice CMOS simulieren 74HCxx" Habe ich da was falsch gemacht?
Christoph M. schrieb: >> Die Wikipedia beschreibt einen Puffer ohne Invertierung. > Hmm .. meine dem Wikipedia-Eintrag nachgebaute Implementierung > invertiert aber, wie aus dem Signalbild sichtbar: Ich nehme alles zurück und behaupte das Gegenteil. Für einen Schmitt-Trigger brauchst du in der Tat vier zusätzliche MOSFETs; bei jedem "H" im Bild sind irgendwo zwei Stück.
Teo D. schrieb: > Nimm die simple Blinkschaltung mit zwei Transistoren und überlege dir, > warum das blinkt und nicht in einem statischen Zustand verharrt Meist, weil die Welt nicht rauschfrei ist.
Teo D. schrieb: > Nimm die simple Blinkschaltung mit zwei Transistoren und überlege dir, > warum das blinkt und nicht in einem statischen Zustand verharrt, bzw. > warum läuft das überhaupt an, wenn man Spannung anlegt. Wer o. was > entscheidet, welcher Transistor als erstes durchsteuert?! Läßt man die Spannung mit einem Labornetzteil langsam genug ansteigen, blinkt sie nicht und beide LEDs leuchten.
Clemens L. (c_l) >> Die Wikipedia beschreibt einen Puffer ohne Invertierung. Christoph M. schrieb: > Hmm .. meine dem Wikipedia-Eintrag nachgebaute Implementierung > invertiert aber, wie aus dem Signalbild sichtbar: Clemens L. (c_l) >Ich nehme alles zurück und behaupte das Gegenteil. Für einen >Schmitt-Trigger brauchst du in der Tat vier zusätzliche MOSFETs; bei >jedem "H" im Bild sind irgendwo zwei Stück. Danke, gut dass sich das geklärt hat. Im alten National-Semiconductors Datenblatt zum CD4016B wird übrigens die interne Schaltung gezeigt, sieh besteht aus 12 Transistoren: https://www.radioradar.net/en/datasheets_search/C/D/4/CD40106_NationalSemiconductor.pdf.html
Christoph M. schrieb: > Im alten National-Semiconductors Datenblatt zum CD4016B wird übrigens > die interne Schaltung gezeigt Die mittlere Stufe nennt man auch bus-keeper. Sie verhindert, daß ihr Eingang floatet, d.h. zieht immer auf einen gültigen Logikpegel. Dazu müssen die Transistoren deutlich schwächer als das Eingangssignal treiben.
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