Весьма широкое применение в современных ИМС получили логические элементы на полевых транзисторах. Используют МДП транзисторы с каналами N типа, занимающие наименьшую площадь на кристалле, или с каналами обоих типов проводимости (комплементарные пары), обеспечивающие минимальное потребление энергии.

Основу элементов составляют инвертирующие усилители (инверторы), содержащие управляющий и нагрузочный транзисторы. Для построения базовых ЛЭ используют параллельное (реализуют функцию ИЛИ–НЕ) или последовательное (И–НЕ) соединение управляющих транзисторов. Базовый инвертор определяет основные характеристики элемента, а увеличение числа управляющих транзисторов приводит к изменению сопротивлений и емкостей. В силу подверженности МДП структур действию электростатических помех в схему ЛЭ вводят защитные RС схемы, которые обычно на принципиальных схемах не показывают.

В элементах с одним типом проводимости наибольшее распространение получили схемы на транзисторах с индуцированным n- каналом (рис.5.7,а).  

Рис.5.7. Логические элементы ИЛИ–НЕ типа N – МОП (а) и КМОП (б)

Использование слоев поликремния в качестве элементов соединений, отсутствие резисторов и малая площадь элемента позволяет получить степень интеграции на порядок выше, чем ТТЛ. Уровни сигналов полностью совместимы с уровнями ТТЛ.

Применение взаимодополняющих транзисторов (рис.5.7,б) значительно снижает потребление энергии в статическом режиме, т.к. сигналы, отпирающие нижние (управляющие) транзисторы, одновременно закрывают верхние (нагрузочные). В динамическом режиме основное влияние на быстродействие оказывает перезарядка нагрузочной емкости С_н, которая при переключении также определяет потребление энергии. Создание технологии, позволяющей в едином цикле создавать биполярные и полевые транзисторы, привело к разработке элементов БиКМОП (рис.5.8).

Рис.5.8. Структура вентиля БиКМОП

Применение буферного каскада на биполярном транзисторе по схеме с общим эмиттером в качестве нагрузки КМОП элемента существенно снижает влияние емкости на быстродействие и повышает нагрузочную способность.

5.3. Запоминающий элемент.  

С использованием полного или минимального базиса ЛЭ можно построить цифровое устройство, называемое комбинационным, т.к. его выходной сигнал в момент кТ определяется совокупностью (комбинацией) сигналов на его входах в тот же момент времени. К таким устройствам, не обладающим функцией памяти, относятся сумматоры, распределители сигналов, шифраторы и другие. Любая цифровая система наряду с арифметическими и логическими операциями должна обладать функциями запоминания и хранения данных. Значения выходных сигналов вычислительного устройства с памятью зависят как от значений входных переменных в рассматриваемый момент времени, так и от значений переменных системы в последовательные моменты времени, ему предшествующие. Такие устройства, называемые последовательностными, содержат запоминающие элементы (ЗЭ) для хранения двоичных чисел.