數字集成電路基本單元與版(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 ? 若 Vi VO –→ CL被充電 → VO上升 → Vomax= V? Vtn ? 若 Vi VO –→ CL放電 → VO下降 → VO= Vi – 若 VO – V? Vtn → Vgs Vtn → NMOS不通 → VO= VO – NMOS傳輸門 (續 ) 假定： ? = 0 —— V? = 0 ? = 1 —— V? = Vdd I = 0 —— Vi = 0 I = 1 —— Vi = Vdd 則傳輸門的輸出電壓 Vo特性為， ? =0 ——? VO= VO? ? =1 ——? VO= min(Vi， V ? Vtn) NMOS傳輸門 (續 ) 1） 傳輸門由 ?控制開關通斷。 – 當 ? = 1， MOS開關導通。 ?= 1 ? O=I– – 當 ? = 0， MOS開關不通。 ? = 0 ? O=O– 這時， Vo = Vo?，是前一個狀態之值。這表示，傳輸門是一種記憶元件，是一種時序邏輯。 2）當 NMOS傳輸門用作開關以傳輸邏輯信號時，傳輸“ 0‖邏輯將是理想的。傳輸“ 1‖邏輯則不理想，因為電平是蛻化的：盡管輸入 Vi = Vdd，輸出卻為 Vo = Vdd?VTn。 NMOS傳輸門 (續 ) NMOS傳輸門特性 1 O175。 0 O175。 ? I 0 0 1 1 如果電路工作頻率較低，狀態改變慢，則電容中存儲的電荷將消耗掉， O175。=0，這時， NMOS輸入輸出 邏輯函數關系為 OI? ? ?VddVTn 0 VO175。 VO175。 V? Vi 0 0 Vdd Vdd PMOS傳輸門 1） PMOS管的門限電壓 VTp是負的 ， 只有當 Vgs ? ?? VTp?， 即負得足夠時才會導通 。 2) 在 PMOS電路中，通常是加負電源電壓 ?Vdd，而正端接地。 3) 襯底接最高電位，即地。 I = input O = output ? = phase(control) PMOS傳輸門 (續 ) ? 早期的 PMOS電路采用負電源 ， 負邏輯 ， 上述各點都正確 。然而 ， PMOS邏輯電路已經淘汰 。 目前 ， PMOS管僅用于CMOS電路 。 它采用正電源 ， 正邏輯 。 于是 ， 襯底接 Vdd。 ? PMOS傳輸門的工作原理同 NMOS傳輸門完全一樣 . ? 定義：電壓變量為 Vi， Vo， V?； 邏輯變量為 I， O， ?。 ? = 0 —— V? = 0 ? = 1 —— V? = Vdd I = 0 —— Vi = 0 I = 1 —— Vi = Vdd PMOS傳輸門 (續 ) 1) ? = 0 (V? = 0) 若 VO175。 ??Vtp? → Vgs ? ?Vtp? → PMOS導通 ? Vi VO175。 → CL充電 → VO上升 → VO= Vi ? Vi VO175。 → CL放電 → VO下降 → VO= VOmin= ?Vtp? ?=0 ——? VO(t)= max(Vi， ?Vtp?) 2 ) ? = 1 (V? = Vdd)， PMOS不通， VO和 O保持不變， 即 VO(t)=VO175。 O=O175。 ?=1 ——? VO= VO175。 PMOS傳輸門 (續 ) 1. PMOS傳輸門用作開關傳輸邏輯信號時 – 傳輸“ 1‖邏輯， 將是理想的。 – 傳輸“ 0‖邏輯， 不是理想的。因為電平是蛻化的， 即Vi=0， Vomin=?Vtp?. – PMOS放電放不到底！ 2. PMOS 傳輸門也是由 ?控制的 . ? ?=0， MOS導通， 傳輸信號 ? ?=1， MOS截止， VO= VO – ? PMOS 傳輸門也是一種記憶元件， 可構成時序邏輯 PMOS傳輸門 (續 ) PMOS傳輸門特性 VO175。 Vdd VO175。 |VTp| V? Vi 0 0 Vdd Vdd O175。 1 O175。 0 ? I 0 0 1 1 PMOS傳輸門的基本特性為： ? ?O I??在 ?的控制下，傳送 I ? = 0 —— O = I ? = 1 —— O = O? CMOS傳輸門 將 NMOS傳輸門和 PMOS傳輸門的優缺點加以互補 ， 得到特性優良的 CMOS傳輸門 ggdsViVoVd dCLV?V?Pgate Ngate ? ?=0， NMOS和 PMOS都不導通， VO(t)= VO(tTp) 不傳輸信號 ? ?=1， NMOS和 PMOS導通， 有兩條通路 – 若 I=0， 則 NMOS通路更有效 CL可以放電放到 0 – 若 I=1， 則 PMOS通路更有效 CL可以充電充到 1 這樣，輸出電平要么是 0，要么是 1(Vdd)，沒有電平蛻化，可理想地實現信號傳送。 43 / 78 傳輸 門的連接 傳輸門的連接方式主要有：串聯、并聯、串并聯 通過適當的連接可以實現特定的邏輯關系。 串聯 OCLI?1?2a?1 ?2 VO 0 0 VO175。 0 1 VO175。 1 0 VO175。 1 1 Min(Va， V?2VTn) 兩個 NMOS傳輸門的控制信號分別是 ?1與 ?2 Va是連接點 a上的電壓 。 當兩個管子都導通時，最后輸出電壓 VO應當是 Va與 (V?2?VTn)之間的最小值。 Va是前級的輸出電壓 ， 應當是 Vi與 (V?1?VTn)之間的最小值 。 VO = min( Va， V?2?VTn) = min[min(Vi， V?1?VTn)， (V?2?VTn)] = min[Vi， V?1?VTn， V?2?VTn] 傳輸門串聯 OCLI?1?2a傳輸門串聯 (續 ) ?1 = 0 —— V?1 = 0 ?2 = 0 —— V?2 = 0 ?1 = 1 —— V?1 = Vdd ?2 = 1 —— V?2 = Vdd I = 0 —— Vi = 0 I = 1 —— Vi = VddVTn VO175。 VddVTn VO175。 VO175。 VO175。 0 VO175。 VO175。 V?2 V?2 00 0Vdd VddVdd Vdd0 Vi 0 Vdd