Circuito transmission gate: l'interruttore analogico costruito con MOSFET in parallelo
A transmission gate (TG) è un interruttore analogico bidirezionale a controllo di tensione realizzato mettendo in parallelo un NMOS e un PMOS transistor. Passa segnali rail-to-rail con bassa resistenza di accensione piatta.
Simbolo e struttura del circuito
IN ────┬──||──┬── OUT │ NMOS │ CTRL┤ ├ │ PMOS │ GND VDD - Gate collegati insieme → segnale di controllo CTRL.
- Sorgenti collegate → IN.
- Dreni collegati → OUT.
- Terminali corpo: corpo NMOS → GND, corpo PMOS → VDD (di solito).
Funzionamento
- CTRL = ALTO (VDD): NMOS acceso (Vgs > Vth), PMOS acceso (Vsg > |Vth|) → ACCESO (R_on ≈ 50–200 Ω). Il segnale passa con minima distorsione.
- CTRL = BASSO (GND): Entrambi spenti → SPENTO (R_off > 1 GΩ, perdita ~pA). Alto isolamento.
Perché non un solo MOSFET?
- NMOS da solo: cattivo passaggio di alta tensione (Vout ≤ VDD – Vthn).
- PMOS da solo: cattivo passaggio di bassa tensione (Vout ≥ Vthp).
- Combinazione parallela → rail-to-rail con R_on costante.
Applicazioni chiave
- Multiplexer / Demultiplexer analogici – Scansione sensori, routing audio.
- Sample-and-Hold – TG + condensatore di trattenuta = front-end track/hold per ADC.
- Level Shifting – CTRL oscilla rail-to-rail; passa domini 1,8 V ↔ 3,3 V.
- Bus Switches / Isolamento – Hot-plug, gating di dominio alimentazione.
- IC mixed-signal – Dentro ADC, DAC, selettori ingresso op-amp, terminazione DDR.
Trappole di progettazione
- Iniezione di carica / alimentazione tramite clock → usa gate dummy o campionamento fondo-piastra.
- Effetto corpo modula R_on → mantieni collegamenti corpo rigidi.
- Protezione ESD su pin I/O (GGNMOS, diodi).
Nel design IC CMOS, il transmission gate è l'interruttore analogico workhorse—semplice, robusto e scalabile.