1.MOS管种类
MOS管又分为两种类型:N型和P型。
以N型MOS管为例, 2端为控制端,称为“栅极”; 3端通常接地,称为“源极”; 源极电压记作Vss,1端接正电压,称为“漏极”, 漏极电压记作VDD。要使1端与3端导通,栅极2上要加高电平。
对P型MOS管,栅极、源极、漏极分别为5端、4端、6端。要使4端与6端导通,栅极5要加低电平。
在CMOS工艺制成的逻辑器件或单片机中,N型MOS管与P型MOS管往往是成对出现的。同时出现的这两个CMOS管,任何时候,只要一只导通,另一只则不导通(即“截止”或"关断”) , 所以称为“互补型CMOS管”。
所以,NMOS需要输入高电压(逻辑1)才能导通,PMOS需要输入低电压(逻辑0)才能导通。可以认为NMOS是“正开关”,PMOS是“反开关”。
现在的工艺中,主要使用的就是CMOS工艺,就是把PMOS和NMOS这两类晶体管构成一个单元,称为CMOS单元或者反相器单元。
所以很多文章都在分析CMOS反相器,是因为CMOS反相器就是CMOS电路的基本单元,或者说可以看作最小单元。
2.CMOS逻辑电路
非门(CMOS反相器)
非门(反向器)
是最简单的门电路,由一对CMOS管组成。其工作原理如下:
vi为高电平时,P型管截止,N型管导通,输出端v0的电平与Vss保持一致,输出低电平;A端为低电平时,P型管导通,N型管截止,输出端C的电平与VDD一致,输出高电平。
与非门
与非门工作原理:
①、A、B输入均为低电平时,1、2管导通,3、4管截止,C端电压与VDD一致,输出高电平。
②、A输入高电平,B输入低电平时,1、3管导通,2、4管截止,C端电位与1管的漏极保持一致,输出高电平。
③、A输入低电平,B输入高电平时,情况与②类似,亦输出高电平。
④、A、B输入均为高电平时,1、2管截止,3、4管导通,C端电压与地一致,输出低电平
或非门
或非门工作原理:
①、A、B输入均为低电平时,1、2管导通,3、4管截止,C端电压与VDD一致,输出高电平。
②、A输入高电平,B输入低电平时,1、4管导通,2、3管截止,C端输出低电平。
③、A输入低电平,B输入高电平时,情况与②类似,亦输出低电平。
④、A、B输入均为高电平时,1、2管截止,3、4管导通,C端电压与地一致,输出低电平。
注:
将上述“与非”门、“或非”门逻辑符号的输出端的小圆圈去掉,就成了“与”门、“或”门的逻辑符号。而实现“与”、“或”功能的电路图则必须在输出端加上一个反向器,即加上一对CMOS管,因此,“与”门实际上比“与非”门复杂,延迟时间也长些,这一点在电路设计中要注意。
三态门
三态门的工作原理:
当控制端C为“1”时,N型管3导通,同时,C端电平通过反向器后成为低电平,使P型管4导通,输入端A的电平状况可以通过3、4管到达输出端B。
当控制端C为“0”时,3、4管都截止,输入端A的电平状况无法到达输出端B,输出端B呈现高电阻的状态,称为“高阻态”。
这个器件也称作“带控制端的传输门”。带有一定驱动能力的三态门也称作“缓冲器”,逻辑符号是一样的。
3.如何根据逻辑表达式画出CMOS逻辑电路
现在举个例子,逻辑表达式如下
整个逻辑表达式最后取了个非,我们先画由Nmos管组成的电路,再画PMOS管组成的电路,最后相连即可。
记住互补型CMOS管本身就是一个反相器,所以画NMOS部分时,先把逻辑表达式取反再画,而画PMOS管时则是原表达式。