Pass-Transistor
Englisch: pass transistor
Ein Transistor, der als Schalter verwendet wird, um Logikpegel zwischen Knoten einer Schaltung zu übertragen, anstatt direkt mit einer Versorgungsspannung verbunden zu sein.
Pass-Transistor: Ein Schalter, der Signalspannung leitet, nicht Masse
Ein Pass-Transistor ist ein Transistor, der den Fluss einer Signalspannung zwischen zwei Knoten in einer Schaltung steuert, anstatt Strom zu oder von einer Versorgungsschiene zu schalten. Statt eine Last mit Masse oder mit der positiven Schiene zu verbinden, sitzt der Pass-Transistor in Reihe mit dem Signalpfad selbst und öffnet oder schließt die Verbindung zwischen zwei Punkten, die bereits auf einem Zwischenpotenzial liegen. Diese Unterscheidung ist wichtig, weil der Transistor nicht den vollen Versorgungsstrom führen muss; er trägt nur den Signalstrom, und beide seine Source und Drain (beziehungsweise Kollektor und Emitter) liegen auf Logisspannungen, nicht auf Versorgungspotentialen.
Pass-Transistoren treten häufig in Multiplexern, Transmission Gates und Level-Shifting-Schaltungen auf. Ein N-Kanal Enhancement-MOSFET dient oft als Pass-Transistor zum Durchlassen niedriger Logisspannungen, während ein P-Kanal-Bauelement hohe Logisspannungen besser durchleitet. Für echtes bidirektionales Schalten kombinieren Designer sie als Transmission Gate oder CMOS-Schalter, wobei ein NMOS und ein PMOS-Transistor parallel mit komplementären Gate-Signalen arbeiten. Der Durchlasswiderstand des Transistors bestimmt, wie schnell sich das Signal einstellt; moderne MOSFETs mit Gate-Breiten von mehreren Mikrometern bis zu Dutzenden von Mikrometern erreichen Durchlasswiderstände im Bereich von Dutzenden bis Tausenden von Ohm.
Häufige Ausfallmechanismen und Designkompromisse
Die Haupteinschränkung eines einfachen Pass-Transistors besteht darin, dass er Schwellspannungsabfälle aufweist. Wenn ein NMOS-Transistor ein hohes Signal durchleitet, wird die Ausgangsspannung um eine Schwellspannung herabgezogen (typischerweise 0,4 bis 0,7 Volt); der Transistor kann die Ausgabe nicht bis zur Versorgungsschiene ziehen. PMOS-Transistoren ziehen ähnlich herab, wenn sie niedrige Spannungen durchlassen. Dieser Spannungsabfall verschlechtert die Logisspannungsmargen, besonders in langen Ketten von Pass-Transistoren, und zwingt Designer, Transmission Gates oder verstärkte Gate-Ansteuerungen in Präzisionsanwendungen einzusetzen. Leckstrom durch einen nicht leitenden Pass-Transistor kann auch gespeicherte Ladungen an kapazitiven Knoten verfälschen.
Der Begriff Pass-Transistor ergibt sich aus seiner Funktion: Der Transistor leitet einfach eine Spannung oder ein Signal von einer Seite zur anderen durch, wenn er aktiviert ist, ohne einen neuen Spannungsbezug zu schaffen. Das kontrastiert mit Serien-Regler-Transistoren oder Durchlass-Gate-Dioden, die regulatorische oder Schutzfunktionen erfüllen. Die Pass-Transistor-Architektur bildet die Grundlage von SRAM-Zellen, in denen Transmission Gates Daten auf Kondensatoren halten, und tritt in analogen Multiplexern und Crossbar-Switch-Arrays auf, wo das Ziel transparente, verzeichnisarme Signalweiterleitung statt Logikinversion oder Stromverstärkung ist.