数字电路基础知识：CMOS门电路详解

数字电路基础知识：CMOS门电路详解

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/vivid117/article/details/100187137

CMOS门电路是数字电路中最常用的门电路之一，广泛应用于各种集成电路中。本文将详细介绍CMOS门电路的基础知识，包括与非门、或非门、非门、OD门、传输门和三态门等。通过对比二极管门电路的缺点，我们将深入理解CMOS门电路的优势，并探讨各种门电路的工作原理和应用场景。

一、二极管门电路

在介绍CMOS门电路之前，我们先了解一下二极管门电路的基本原理：

1. 与门：只要有一个输入为低电平，输出Y端就会被拉低到0.7V。
2. 或门：只要有一个输入为高电平，输出Y端就会被拉高到2.3V。

然而，二极管门电路存在以下缺点：

• 输出的高低电平数值与输入的高低电平不相等，相差一个导通电压，这会导致高、低电平偏移。
• 输出端对地接上负载电阻时，电阻的改变会影响输出高电平。因此，这种电路只适用于IC内部的逻辑单元，不能直接驱动负载。

二、CMOS门电路

1. 反相器（非门）

反相器是CMOS门电路中最基本的单元，其工作原理可以参考《数字电路基础知识——反相器的相关知识》。

2. 常用逻辑门：或非门、与非门

除了反相器，常用的逻辑门还包括或非门、与非门、或门、与门、与或非门和异或门等。它们的逻辑表达式如下：

• 与非门：Y = (AB)'
• 或非门：T = (A+B)'

3. 与非门的缺点及改进

与非门的主要缺点包括：

• 输出电阻R0受输入状态影响，最大相差四倍。
• 输出的高低电平受输入端数目的影响。
• 使T2、T4的Vgs达到开启电压时，对应的Vi也会不同。

相同面积的CMOS与非门和或非门哪个更快？答案是与非门。 这是因为电子的迁移率是空穴的2.5倍，为了使上升延迟和下降延迟相同，PMOS需要做成NMOS两倍多大小。在互补CMOS电路中，与非门是PMOS管并联、NMOS管串联，而或非门正好相反，因此与非门的速度更快。

针对上述问题的改进方案是采用或非门加反相器（缓冲器）。带缓冲的门电路可以消除输入端状态对输出电阻、输出电平和电压传输特性的影响。

4. OD门（漏极开路的门电路）

OD门通过将MOS管改为漏极开路，以满足输出电平转换、吸收大负载电流以及实现线与逻辑。OD门工作时需要在输出端接上拉电阻RL到电源上。

OD门的应用：

• 可以将多个OD门输出端直接相连，实现线与逻辑。
• 可以实现线与或用作电平转换和驱动。

5. 传输门

传输门利用P沟道MOS管和N沟道MOS管互补的特性，可以实现信号的双向传输。其结构如下图所示：

传输门的应用包括：

• 与反相器构成异或门电路。
• 作为模拟开关，传输连续变化的模拟电压信号。

6. 三态门

三态门除了高低电平，还有一个高阻态。高阻态是一种特殊的输出状态，既不是高电平也不是低电平，可以理解为断路状态。三态门常用于IC的输出端，作为输出缓冲器。

三态门的结构和工作原理如下：

• 当EN' = 0时，Y = A'。
• 当EN' = 1时，输出呈现高阻态。

三态门的应用包括：

• 减少各单元之间的连线数目。
• 实现数据的双向传输。

总结

CMOS门电路是数字电路中最常用的门电路之一，具有速度快、功耗低等优点。通过对比二极管门电路的缺点，我们可以更好地理解CMOS门电路的优势。本文详细介绍了与非门、或非门、非门、OD门、传输门和三态门等CMOS门电路的工作原理和应用场景，希望对读者有所帮助。

本文原文来自CSDN