當(dāng)前位置:首頁 > 技術(shù)學(xué)院 > 技術(shù)前線
[導(dǎo)讀]數(shù)字電路基礎(chǔ)知識——CMOS門電路 (與非門、或非、非門、OD門、傳輸門、三態(tài)門)

數(shù)字電路基礎(chǔ)知識——CMOS門電路 (非門、或非門、與非門、或門、與門、與或非門、異或門、OD門、傳輸門、三態(tài)門)

先了解二極管門電路邏輯,再次介紹CMOS門電路,也是IC中用的最廣泛的門電路。

主要了解與非門、或非門以及相同面積的cmos與非門和或非門哪個更快。OD門、傳輸門、三態(tài)門。

一、二極管門電路

CMOS門電路介紹之前,先介紹二極管門電路:

1. 與門

只要有一個為低電平,Y端就被拉低到0.7V


數(shù)字電路基礎(chǔ)知識

2. 或門

只要有一個為高電平,Y端就被拉高到2.3V


數(shù)字電路基礎(chǔ)知識

3. 二極管門電路的缺點

輸出的高低電平數(shù)值和輸入的高低電平不相等,相差一個導(dǎo)通電壓,如果輸出作為下一級門輸入信號,將發(fā)生高、低電平偏移

輸出端對地接上負載電阻,組在電阻的改變會影響輸出高電平。因此,這種電路只用作IC內(nèi)部的邏輯單元,并不能作為輸出端直接驅(qū)動負載。

二、CMOS 門電路

1. 反相器(非門)

反向器的介紹可以參考

數(shù)字電路基礎(chǔ)知識——反相器的相關(guān)知識(噪聲容限、VTC、轉(zhuǎn)換時間、速度的影響因素、傳播延時等)

2. 常用的邏輯門:或非門、與非門

除了反相器,比較常用的有 或非門、與非門、或門、與門、與或非門、異或門等。

邏輯表達式分別為:

Y=(AB)’

T=(A+B)'


數(shù)字電路基礎(chǔ)知識

下面主要了解下與非門其缺點、和改進的電路.

主要缺點:

1)輸出電阻R0受輸入狀態(tài)影響,即輸出電阻不一樣,能夠相差四倍。如:

A=1, B=1,則R0 = Ron2 + Ron4 = 2Ron

A=0, B=0,則R0 = Ron2 // Ron4 = 1/2Ron

A=0, B=1,則R0 = Ron1 = Ron

A=0, B=0,則R0 = Ron3 = Ron

2)輸出的高低電平受輸入端數(shù)目的影響

輸入端越多,,串聯(lián)的驅(qū)動管數(shù)目也越多,輸出的VOL越高,VOH也更高。

當(dāng)輸入端全部為低電平時,輸入端越多負載并聯(lián)的數(shù)目越多,輸出的高電平VOH也越高。

3)使T2、T4的Vgs達到開啟電壓時,對應(yīng)的Vi也會不同

相同面積的cmos與非門和或非門哪個更快——與非門會更優(yōu)

學(xué)過半導(dǎo)體器件都知道,電子遷移率是空穴的2.5倍(在硅基CMOS工藝中),運算就是用這些大大小小的MOS管驅(qū)動后一級的負載電容,翻轉(zhuǎn)速度和負載大小一級前級驅(qū)動能力相關(guān)。為了上升延遲和下降延遲相同,PMOS需要做成NMOS兩倍多大小。

載流子的遷移率,對PMOS而言,載流子是空穴;對NMOS而言,載流子是電子。

PMOS采用空穴導(dǎo)電,NMOS采用電子導(dǎo)電,由于PMOS的載流子的遷移率比NMOS的遷移率小,所以,同樣尺寸條件下,PMOS的充電時間要大于NMOS的充電時間長。

在互補CMOS電路中,與非門是PMOS管并聯(lián),NMOS管串聯(lián),而或非門正好相反,所以,同樣尺寸條件下,與非門的速度快,所以,在互補CMOS電路中,優(yōu)先選擇與非門。

針對上面問題進行改進


數(shù)字電路基礎(chǔ)知識

采用或非門加反相器(緩沖器 就是與非門,如上圖所示。

帶緩沖的門電路,輸出電阻、輸出的高低電平以及電壓傳輸特性將不受輸入端狀態(tài)的影響

對于或非門,則是與非門加緩沖器。

3. OD門(漏極開路的門電路)

OD門:為了滿足輸出電平的轉(zhuǎn)換,吸收大負載電流以及線與邏輯,將MOS改為漏極開路

OD輸出的與非門結(jié)構(gòu)圖如下:

OD門工作必須接上拉電阻RL到電源上。


數(shù)字電路基礎(chǔ)知識

OD門的應(yīng)用:可以將多個OD門輸出端直接相連,實現(xiàn)線與邏輯,即將輸出并聯(lián)使用,可以實現(xiàn)線與或用作電平轉(zhuǎn)換和驅(qū)動。如下圖所示:

Y1、Y2中任何一個為低電平,輸出都為低電平,同時為高時,輸出才為高電平。


數(shù)字電路基礎(chǔ)知識

4. 傳輸門

CMOS傳輸門:利用P溝道MOS管和N溝道MOS管互補的特性連接如下圖

T1是N溝道增強型MOS管,T2是P溝道增強型MOS管。T1和T2的源極和漏極分別相連作為傳輸門的輸入端和輸出端。C和C’是互補的控制信號。


數(shù)字電路基礎(chǔ)知識

由于CMOS傳輸門的結(jié)構(gòu)是對稱的,所以,輸出端和輸入端可以互換,是一個雙向器件。

CMOS傳輸門的應(yīng)用:

1)傳輸門和反相器構(gòu)成異或門電路:


數(shù)字電路基礎(chǔ)知識

A=1,B=0,TG1截止,TG2導(dǎo)通,Y=B’=1

A=0,B=1,TG1導(dǎo)通,TG2截止,Y=B=1

A=0,B=0,TG1導(dǎo)通,TG2截止,Y=B=0

A=1,B=1,TG1截止,TG2導(dǎo)通,Y=B‘=0

2)模擬開關(guān):

由傳輸門和一個反相器組成,雙向器件。


數(shù)字電路基礎(chǔ)知識

傳輸連續(xù)變化的模擬電壓信號。

5. 三態(tài)門

1)高阻態(tài):

三態(tài)門除了高低電平,還有第三個狀態(tài)——高阻態(tài)。

高阻態(tài):電路的一種輸出狀態(tài),既不是高電平也不是低電平,如果高阻態(tài)再輸入下一級電路的話,對下級電路無任何影響,可以理解為斷路,不被任何東西所驅(qū)動,也不驅(qū)動任何東西。

三態(tài)門常用在IC的輸出端,也稱為輸出緩沖器

2)下圖是CMOS三態(tài)輸出反相器的結(jié)構(gòu):


數(shù)字電路基礎(chǔ)知識

當(dāng)EN’=0時,Y=A’:

A=1,G4、G5的輸出為高電平,T1截止、T2導(dǎo)通,Y=0;

A=0,G4、G5的輸出為低電平,T1導(dǎo)通、T2截止,Y=1;

當(dāng)EN’=1時,不管A為高低狀態(tài),G4輸出高電平,G5輸出低電平,T1和T2同時截止,輸出呈現(xiàn)高阻態(tài)。

3)三態(tài)門的應(yīng)用:

減少各單元之間的連線數(shù)目:


數(shù)字電路基礎(chǔ)知識

數(shù)據(jù)的雙向傳輸:


數(shù)字電路基礎(chǔ)知識

4)還有幾種常見的三門結(jié)構(gòu):


數(shù)字電路基礎(chǔ)知識

圖一:

三態(tài)非門,當(dāng)~ EN為1時,最上面的PMOS和最下面的NMOS管截止,無論A取什么狀態(tài),輸出為高阻態(tài),反之輸出為 Y= ~ A

圖二:

利用一個與非門,得到三態(tài)緩沖門,當(dāng)~EN為高電平時,最上面的PMOS管截止,輸出為高阻態(tài),反之,輸出為 Y=A

圖三:

三態(tài)非門,在反相器后面加一個傳輸門,當(dāng)~EN為低電平,傳輸門導(dǎo)通,輸出 Y = ~A,反之傳輸門截止,輸出高阻態(tài)。如果想要EN高電平有效,交換傳輸門上下端子的反相器即可。

圖四:

利用一個與非門,得到三態(tài)緩沖門,當(dāng)~EN為高電平時,最上面的PMOS管截止,輸出為高阻態(tài),反之,輸出為 Y=A

本站聲明: 本文章由作者或相關(guān)機構(gòu)授權(quán)發(fā)布,目的在于傳遞更多信息,并不代表本站贊同其觀點,本站亦不保證或承諾內(nèi)容真實性等。需要轉(zhuǎn)載請聯(lián)系該專欄作者,如若文章內(nèi)容侵犯您的權(quán)益,請及時聯(lián)系本站刪除。
換一批
延伸閱讀

9月2日消息,不造車的華為或?qū)⒋呱龈蟮莫毥谦F公司,隨著阿維塔和賽力斯的入局,華為引望愈發(fā)顯得引人矚目。

關(guān)鍵字: 阿維塔 塞力斯 華為

加利福尼亞州圣克拉拉縣2024年8月30日 /美通社/ -- 數(shù)字化轉(zhuǎn)型技術(shù)解決方案公司Trianz今天宣布,該公司與Amazon Web Services (AWS)簽訂了...

關(guān)鍵字: AWS AN BSP 數(shù)字化

倫敦2024年8月29日 /美通社/ -- 英國汽車技術(shù)公司SODA.Auto推出其旗艦產(chǎn)品SODA V,這是全球首款涵蓋汽車工程師從創(chuàng)意到認證的所有需求的工具,可用于創(chuàng)建軟件定義汽車。 SODA V工具的開發(fā)耗時1.5...

關(guān)鍵字: 汽車 人工智能 智能驅(qū)動 BSP

北京2024年8月28日 /美通社/ -- 越來越多用戶希望企業(yè)業(yè)務(wù)能7×24不間斷運行,同時企業(yè)卻面臨越來越多業(yè)務(wù)中斷的風(fēng)險,如企業(yè)系統(tǒng)復(fù)雜性的增加,頻繁的功能更新和發(fā)布等。如何確保業(yè)務(wù)連續(xù)性,提升韌性,成...

關(guān)鍵字: 亞馬遜 解密 控制平面 BSP

8月30日消息,據(jù)媒體報道,騰訊和網(wǎng)易近期正在縮減他們對日本游戲市場的投資。

關(guān)鍵字: 騰訊 編碼器 CPU

8月28日消息,今天上午,2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會開幕式在貴陽舉行,華為董事、質(zhì)量流程IT總裁陶景文發(fā)表了演講。

關(guān)鍵字: 華為 12nm EDA 半導(dǎo)體

8月28日消息,在2024中國國際大數(shù)據(jù)產(chǎn)業(yè)博覽會上,華為常務(wù)董事、華為云CEO張平安發(fā)表演講稱,數(shù)字世界的話語權(quán)最終是由生態(tài)的繁榮決定的。

關(guān)鍵字: 華為 12nm 手機 衛(wèi)星通信

要點: 有效應(yīng)對環(huán)境變化,經(jīng)營業(yè)績穩(wěn)中有升 落實提質(zhì)增效舉措,毛利潤率延續(xù)升勢 戰(zhàn)略布局成效顯著,戰(zhàn)新業(yè)務(wù)引領(lǐng)增長 以科技創(chuàng)新為引領(lǐng),提升企業(yè)核心競爭力 堅持高質(zhì)量發(fā)展策略,塑強核心競爭優(yōu)勢...

關(guān)鍵字: 通信 BSP 電信運營商 數(shù)字經(jīng)濟

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 8月21日,由中央廣播電視總臺與中國電影電視技術(shù)學(xué)會聯(lián)合牽頭組建的NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟在BIRTV2024超高清全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展研討會上宣布正式成立。 活動現(xiàn)場 NVI技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)...

關(guān)鍵字: VI 傳輸協(xié)議 音頻 BSP

北京2024年8月27日 /美通社/ -- 在8月23日舉辦的2024年長三角生態(tài)綠色一體化發(fā)展示范區(qū)聯(lián)合招商會上,軟通動力信息技術(shù)(集團)股份有限公司(以下簡稱"軟通動力")與長三角投資(上海)有限...

關(guān)鍵字: BSP 信息技術(shù)
關(guān)閉
關(guān)閉