mos管與門(mén)電路圖詳解及概述-CMOS邏輯門(mén)電路原理圖分析-KIA MOS管
信息來(lái)源:本站 日期:2019-04-03
mos管與門(mén)電路圖,mos管是金屬(metal)、氧化物(oxide)、半導體(semiconductor)場(chǎng)效應晶體管,或者稱(chēng)是金屬—絕緣體(insulator)、半導體。MOS管的source和drain是可以對調的,他們都是在P型backgate中形成的N型區。在多數情況下,這個(gè)兩個(gè)區是一樣的,即使兩端對調也不會(huì )影響器件的性能。這樣的器件被認為是對稱(chēng)的。
MOS管又分為兩種類(lèi)型:N型和P型。如下圖所示:
以N型管為例,2端為控制端,稱(chēng)為“柵極”;3端通常接地,稱(chēng)為“源極”;源極電壓記作Vss,1端接正電壓,稱(chēng)為“漏極”,漏極電壓記作VDD。要使1端與3端導通,柵極2上要加高電平。
對P型管,柵極、源極、漏極分別為5端、4端、6端。要使4端與6端導通,柵極5要加低電平。
在CMOS工藝制成的邏輯器件或單片機中,N型管與P型管往往是成對出現的。同時(shí)出現的這兩個(gè)CMOS管,任何時(shí)候,只要一只導通,另一只則不導通(即“截止”或“關(guān)斷”),所以稱(chēng)為“互補型CMOS管”。
與門(mén),又稱(chēng)“與電路”、邏輯“積”、邏輯“與”電路。是執行“與”運算的基本邏輯門(mén)電路。有多個(gè)輸入端,一個(gè)輸出端。當所有的輸入同時(shí)為高電平(邏輯1)時(shí),輸出才為高電平,否則輸出為低電平(邏輯0)。
與門(mén)有3種邏輯符號,包括:形狀特征型符號(ANSI/IEEEStd 91-1984)、IEC矩形國標符號(IEC 60617-12)、DIN符號(DIN 40700)。
ANSI/IEEE Std 91-1984
IEC 60617-12(國標符號)
DIN 40700
1、高速CMOS電路的電源電壓VDD通常為+5V;Vss接地,是0V。
高電平視為邏輯“1”,電平值的范圍為:VDD的65%~VDD(或者VDD-1.5V~VDD)。低電平視作邏輯“0”,要求不超過(guò)VDD的35%或0~1.5V。+1.5V~+3.5V應看作不確定電平。在硬件設計中要避免出現不確定電平。
近年來(lái),隨著(zhù)亞微米技術(shù)的發(fā)展,單片機的電源呈下降趨勢。低電源電壓有助于降低功耗。VDD為3.3V的CMOS器件已大量使用。在便攜式應用中,VDD為2.7V,甚至1.8V的單片機也已經(jīng)出現。將來(lái)電源電壓還會(huì )繼續下降,降到0.9V,但低于VDD的35%的電平視為邏輯“0”,高于VDD的65%的電平視為邏輯“1”的規律仍然是適用的。
2、非門(mén)
非門(mén)(反向器)是最簡(jiǎn)單的門(mén)電路,由一對CMOS管組成。其工作原理如下:
A端為高電平時(shí),P型管截止,N型管導通,輸出端C的電平與Vss保持一致,輸出低電平;A端為低電平時(shí),P型管導通,N型管截止,輸出端C的電平與VDD一致,輸出高電平。
3、與非門(mén)
與非門(mén)工作原理:
①、A、B輸入均為低電平時(shí),1、2管導通,3、4管截止,C端電壓與VDD一致,輸出高電平。
②、A輸入高電平,B輸入低電平時(shí),1、3管導通,2、4管截止,C端電位與1管的漏極保持一致,輸出高電平。
③、A輸入低電平,B輸入高電平時(shí),情況與②類(lèi)似,亦輸出高電平。
④、A、B輸入均為高電平時(shí),1、2管截止,3、4管導通,C端電壓與地一致,輸出低電平。
4、或非門(mén)
或非門(mén)工作原理:
①、A、B輸入均為低電平時(shí),1、2管導通,3、4管截止,C端電壓與VDD一致,輸出高電平。
②、A輸入高電平,B輸入低電平時(shí),1、4管導通,2、3管截止,C端輸出低電平。
③、A輸入低電平,B輸入高電平時(shí),情況與②類(lèi)似,亦輸出低電平。
④、A、B輸入均為高電平時(shí),1、2管截止,3、4管導通,C端電壓與地一致,輸出低電平。
注:
將上述“與非”門(mén)、“或非”門(mén)邏輯符號的輸出端的小圓圈去掉,就成了“與”門(mén)、“或”門(mén)的邏輯符號。而實(shí)現“與”、“或”功能的電路圖則必須在輸出端加上一個(gè)反向器,即加上一對CMOS管,因此,“與”門(mén)實(shí)際上比“與非”門(mén)復雜,延遲時(shí)間也長(cháng)些,這一點(diǎn)在電路設計中要注意。
5、三態(tài)門(mén)
三態(tài)門(mén)的工作原理:
當控制端C為“1”時(shí),N型管3導通,同時(shí),C端電平通過(guò)反向器后成為低電平,使P型管4導通,輸入端A的電平狀況可以通過(guò)3、4管到達輸出端B。
當控制端C為“0”時(shí),3、4管都截止,輸入端A的電平狀況無(wú)法到達輸出端B,輸出端B呈現高電阻的狀態(tài),稱(chēng)為“高阻態(tài)”。這個(gè)器件也稱(chēng)作“帶控制端的傳輸門(mén)”。帶有一定驅動(dòng)能力的三態(tài)門(mén)也稱(chēng)作“緩沖器”,邏輯符號是一樣的。
6、組合邏輯電路
“與非”門(mén)、“或非”門(mén)等邏輯電路的不同組合可以得到各種組合邏輯電路,如譯碼器、解碼器、多路開(kāi)關(guān)等。
組合邏輯電路的實(shí)現可以使用現成的集成電路,也可以使用可編程邏輯器件,如PAL、GAL等實(shí)現。
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