天美娱乐「游戏有保障,平台更省心」什么是CMOS传输门-详解CMOS传输门的工作原理、逻辑功能及应用等知识-KIA MOS管

什么(me)是CMOS传输门-详解CMOS传输门的工作(zuo)原理、逻辑功能及应用(yong)等知识-KIA MOS管

信息来源：本站　日期：2018-07-09　

分享到：

什么是CMOS传输门

CMOS传(chuan)输(shu)门(men)（Transmission Gate）是一(yi)种既可以传(chuan)送数(shu)字信(xin)号又可以传(chuan)输(shu)模(mo)拟(ni)信(xin)号的(de)可控开关(guan)电(dian)路。CMOS传(chuan)输(shu)门(men)由一(yi)个PMOS和(he)一(yi)个NMOS管并联构成，其具有很(hen)(hen)低的(de)导(dao)通电(dian)阻(zu)（几(ji)百(bai)欧）和(he)很(hen)(hen)高(gao)的(de)截止(zhi)电(dian)阻(zu)（大于(yu)10^9欧）。所(suo)谓传(chuan)输(shu)门(men)（TG）就是一(yi)种传(chuan)输(shu)模(mo)拟(ni)信(xin)号的(de)模(mo)拟(ni)开关(guan)。CMOS传(chuan)输(shu)门(men)由一(yi)个P沟道和(he)一(yi)个N沟道增强型MOSFET并联而(er)成，如(ru)下图所(suo)示。

CMOS传输门工作原理

图(tu)中的(de)(de)(de)Ti是N沟(gou)道增强型MOS管(guan)，T2是P沟(gou)道MOS管(guan)．Ti和(he)(he)(he)T2的(de)(de)(de)源(yuan)(yuan)极(ji)(ji)和(he)(he)(he)漏(lou)极(ji)(ji)在(zai)(zai)结构(gou)(gou)上是完全(quan)对(dui)(dui)称(cheng)的(de)(de)(de)，所以(yi)栅(zha)极(ji)(ji)的(de)(de)(de)引出端(duan)画(hua)在(zai)(zai)栅(zha)极(ji)(ji)的(de)(de)(de)中间，Ti和(he)(he)(he)T2的(de)(de)(de)源(yuan)(yuan)极(ji)(ji)和(he)(he)(he)漏(lou)极(ji)(ji)分别相连作为传输(shu)(shu)门的(de)(de)(de)输(shu)(shu)入端(duan)和(he)(he)(he)输(shu)(shu)出端(duan)．C和(he)(he)(he)刁是一对(dui)(dui)互补控制(zhi)信号．由于Ti、T2管(guan)的(de)(de)(de)结构(gou)(gou)形式(shi)是对(dui)(dui)称(cheng)的(de)(de)(de)，即漏(lou)极(ji)(ji)和(he)(he)(he)源(yuan)(yuan)极(ji)(ji)可互易使用，因而CMOS传输(shu)(shu)门属于双向器件，它的(de)(de)(de)输(shu)(shu)入端(duan)和(he)(he)(he)输(shu)(shu)出端(duan)也可以(yi)互易使用。

CMOS传输门工作原理

TP和(he)(he)TN是(shi)结构对称的(de)器件，它们的(de)漏(lou)极(ji)和(he)(he)源极(ji)是(shi)可互(hu)(hu)换的(de)。设它们的(de)开启(qi)电压(ya)|VT|=2V且输入模(mo)拟信号的(de)变化范围为(wei)-5V到+5V。为(wei)使衬底(di)与漏(lou)源极(ji)之(zhi)间的(de)PN结任何时刻都不致正偏，故TP的(de)衬底(di)接+5V电压(ya)，而(er)TN的(de)衬底(di)接-5V电压(ya)。两(liang)管的(de)栅(zha)极(ji)由互(hu)(hu)补的(de)信号电压(ya)（+5V和(he)(he)-5V）来(lai)控制，分别用C和(he)(he)！C表示(shi)。

传输(shu)门(men)(men)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)工(gong)作(zuo)(zuo)情况如下：当(dang)C端接(jie)低电(dian)(dian)(dian)压(ya)-5V时TN的(de)(de)(de)(de)(de)(de)栅(zha)(zha)压(ya)即为(wei)(wei)-5V，vI取-5V到+5V范围(wei)内(nei)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)任意值时，TN不导(dao)(dao)(dao)(dao)通(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)。同(tong)(tong)时、TP的(de)(de)(de)(de)(de)(de)栅(zha)(zha)压(ya)为(wei)(wei)+5V，TP亦不导(dao)(dao)(dao)(dao)通(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)。可(ke)(ke)见，当(dang)C端接(jie)低电(dian)(dian)(dian)压(ya)时，开关(guan)是断(duan)开的(de)(de)(de)(de)(de)(de)。为(wei)(wei)使(shi)开关(guan)接(jie)通(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)，可(ke)(ke)将(jiang)C端接(jie)高电(dian)(dian)(dian)压(ya)+5V。此时TN的(de)(de)(de)(de)(de)(de)栅(zha)(zha)压(ya)为(wei)(wei)+5V，vI在(zai)(zai)-5V到+3V的(de)(de)(de)(de)(de)(de)范围(wei)内(nei)，TN导(dao)(dao)(dao)(dao)通(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)。同(tong)(tong)时TP的(de)(de)(de)(de)(de)(de)棚压(ya)为(wei)(wei)-5V，vI在(zai)(zai)-3V到+5V的(de)(de)(de)(de)(de)(de)范围(wei)内(nei)TP将(jiang)导(dao)(dao)(dao)(dao)通(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)。由上分析(xi)可(ke)(ke)知，当(dang)vI《-3V时，仅有TN导(dao)(dao)(dao)(dao)通(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)，而当(dang)vI》+3V时，仅有TP导(dao)(dao)(dao)(dao)通(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)当(dang)vI在(zai)(zai)-3V到+3V的(de)(de)(de)(de)(de)(de)范围(wei)内(nei)，TN和TP两管(guan)均导(dao)(dao)(dao)(dao)通(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)。进一(yi)(yi)步分析(xi)还(hai)可(ke)(ke)看(kan)到，一(yi)(yi)管(guan)导(dao)(dao)(dao)(dao)通(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)程度愈深，另一(yi)(yi)管(guan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)导(dao)(dao)(dao)(dao)通(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)程度则相应地减小(xiao)。换句话(hua)说，当(dang)一(yi)(yi)管(guan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)导(dao)(dao)(dao)(dao)通(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)电(dian)(dian)(dian)阻(zu)减小(xiao)，则另一(yi)(yi)管(guan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)导(dao)(dao)(dao)(dao)通(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)电(dian)(dian)(dian)阻(zu)就增加。由于(yu)两管(guan)系并联运(yun)(yun)行，可(ke)(ke)近似地认为(wei)(wei)开关(guan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)导(dao)(dao)(dao)(dao)通(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)电(dian)(dian)(dian)阻(zu)近似为(wei)(wei)一(yi)(yi)常(chang)数。这是CMOS传输(shu)出门(men)(men)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)优(you)点。在(zai)(zai)正常(chang)工(gong)作(zuo)(zuo)时，模拟开关(guan)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)导(dao)(dao)(dao)(dao)通(tong)(tong)(tong)(tong)(tong)电(dian)(dian)(dian)阻(zu)值约(yue)为(wei)(wei)数百欧(ou)，当(dang)它(ta)与输(shu)入阻(zu)抗为(wei)(wei)兆欧(ou)级的(de)(de)(de)(de)(de)(de)运(yun)(yun)放(fang)串接(jie)时，可(ke)(ke)以忽(hu)略不计。

TTL传输门

用(yong)一(yi)对极性相(xiang)反的三极管也能构成传输门。如图，若(ruo)P=0，N=1：

当A作为(wei)(wei)输(shu)入端且为(wei)(wei)高电平(ping)时，信号从上面的三(san)极(ji)管(guan)传输(shu)到B端输(shu)出(chu)（P端三(san)极(ji)管(guan)导(dao)通）；若(ruo)A为(wei)(wei)低电平(ping)，则(ze)通过下面的三(san)极(ji)管(guan)送(song)到B端（N端三(san)极(ji)管(guan)导(dao)通）。

当B作为输(shu)入端且(qie)为高电(dian)(dian)平时，信号从(cong)下(xia)面(mian)的(de)三(san)极(ji)(ji)管送到A端输(shu)出(chu)（N端三(san)极(ji)(ji)管导(dao)通）；若(ruo)为低电(dian)(dian)平，则(ze)从(cong)上面(mian)的(de)三(san)极(ji)(ji)管传(chuan)输(shu)到A端（P端三(san)极(ji)(ji)管导(dao)通）。

若P=1，N=0，则两(liang)个三极管都(dou)截止(zhi)，此(ci)时A、B之间相当于断开的开关。

CMOS传输门工作原理

逻辑功能

MOSFET的(de)输(shu)(shu)(shu)出(chu)(chu)特性在(zai)原点(dian)附近呈线性对称关(guan)(guan)系(xi)，因而它们常用(yong)作模拟开关(guan)(guan)。模拟开关(guan)(guan)广泛地用(yong)于取样——保持电(dian)路(lu)(lu)(lu)、斩波(bo)电(dian)路(lu)(lu)(lu)、模数(shu)(shu)和数(shu)(shu)模转(zhuan)换电(dian)路(lu)(lu)(lu)等。在(zai)数(shu)(shu)字逻(luo)辑电(dian)路(lu)(lu)(lu)设计中，传输(shu)(shu)(shu)门(men)左端为(wei)输(shu)(shu)(shu)入(ru)，右端为(wei)输(shu)(shu)(shu)出(chu)(chu)，上端C反、下端C为(wei)控制端，当C反为(wei)0，C为(wei)1时(shi)(shi)TG门(men)开通，此时(shi)(shi)右端输(shu)(shu)(shu)出(chu)(chu)out=左端输(shu)(shu)(shu)入(ru)in。因为(wei)是(shi)P=0，N=1时(shi)(shi)打开传输(shu)(shu)(shu)门(men)，所以画出(chu)(chu)的(de)电(dian)路(lu)(lu)(lu)符号上是(shi)P上有小圆(yuan)圈，N上没有。

CMOS传输门的应用

1：利用CMOS传(chuan)输(shu)门(men)和(he)CMOS反相(xiang)器(qi)(qi)(qi)可以组成各种复杂的(de)(de)逻辑电(dian)路，例(li)如数(shu)据选择(ze)器(qi)(qi)(qi)、寄存器(qi)(qi)(qi)、计数(shu)器(qi)(qi)(qi)、触发(fa)器(qi)(qi)(qi)等．传(chuan)输(shu)门(men)的(de)(de)另一(yi)(yi)个(ge)重要用途是作模(mo)拟开关，用来传(chuan)输(shu)连续变化的(de)(de)模(mo)拟电(dian)压信号(hao)．这一(yi)(yi)点是无法(fa)用一(yi)(yi)般的(de)(de)逻辑门(men)实(shi)现的(de)(de)．模(mo)拟开关的(de)(de)基本电(dian)路由CMOS传(chuan)输(shu)门(men)和(he)一(yi)(yi)个(ge)CMOS反相(xiang)器(qi)(qi)(qi)组成的(de)(de)，如图2所示．同(tong)CMOS传(chuan)输(shu)门(men)一(yi)(yi)样，它也是一(yi)(yi)个(ge)双向器(qi)(qi)(qi)件．

CMOS传输门工作原理

2：利用CMOS传输门组成(cheng)边(bian)沿(yan)触发器

下图是利(li)用CMOS传(chuan)输(shu)(shu)(shu)门(men)构成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)一(yi)种(zhong)边沿触(chu)发(fa)器(qi)．虽然这种(zhong)电(dian)路(lu)(lu)结构在形(xing)式上也是一(yi)种(zhong)主从(cong)结构，但是它(ta)与由(you)TTL f-I电(dian)路(lu)(lu)构成(cheng)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)主从(cong)触(chu)发(fa)器(qi)具有完全不同的(de)(de)(de)(de)(de)(de)动作(zuo)特点．从(cong)图3的(de)(de)(de)(de)(de)(de)典型电(dian)路(lu)(lu)中(zhong)可(ke)以看到(dao)，反(fan)相(xiang)器(qi)G1、G2和(he)(he)传(chuan)输(shu)(shu)(shu)门(men)TG1、TG2组成(cheng)了主触(chu)发(fa)器(qi)，反(fan)相(xiang)器(qi)G3、G4和(he)(he)传(chuan)输(shu)(shu)(shu)门(men)TG3、TG4组成(cheng)了从(cong)触(chu)发(fa)器(qi)．TGI和(he)(he)TG3分别为主触(chu)发(fa)器(qi)和(he)(he)从(cong)触(chu)发(fa)器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)输(shu)(shu)(shu)入控制门(men)．当CP=0、CP=1时，TGl导通、TG2截(jie)(jie)止，D端的(de)(de)(de)(de)(de)(de)输(shu)(shu)(shu)入信号送入主触(chu)发(fa)器(qi)中(zhong)，使Q`=D．但这时主触(chu)发(fa)器(qi)尚未形(xing)成(cheng)反(fan)馈连(lian)接，不能(neng)自行保持(chi)，Q`跟随D端的(de)(de)(de)(de)(de)(de)状(zhuang)态(tai)(tai)变化．同时，由(you)于TG3截(jie)(jie)止、TG 导通，所以从(cong)触(chu)发(fa)器(qi)维持(chi)原状(zhuang)态(tai)(tai)不变，而且它(ta)与主触(chu)发(fa)器(qi)之间的(de)(de)(de)(de)(de)(de)联系被TG 所切断．当CP的(de)(de)(de)(de)(de)(de)上升(sheng)沿到(dao)达时，TGl截(jie)(jie)止、TG2导通．由(you)于门(men)Gl的(de)(de)(de)(de)(de)(de)输(shu)(shu)(shu)入电(dian)容存(cun)储效应(ying)，G。输(shu)(shu)(shu)入端的(de)(de)(de)(de)(de)(de)电(dian)压(ya)不会立刻消失(shi)，于是在TG．切断前的(de)(de)(de)(de)(de)(de)状(zhuang)态(tai)(tai)被保存(cun)下来．同时，由(you)于TG 导通、TG 截(jie)(jie)止，主触(chu)发(fa)器(qi)的(de)(de)(de)(de)(de)(de)状(zhuang)态(tai)(tai)通过TG3和(he)(he)G3送到(dao)了输(shu)(shu)(shu)出端，使Q =Q`=D．

CMOS传输门工作原理

3：利用CMOS传输门实现与、或、非逻辑运算

CMOS传输门工作原理

可见，这种(zhong)触(chu)发(fa)(fa)器(qi)(qi)的(de)(de)(de)(de)动作特点是输出端状(zhuang)(zhuang)态(tai)(tai)转(zhuan)换发(fa)(fa)生在(zai)(zai)CP的(de)(de)(de)(de)上(shang)(shang)升(sheng)沿，而且触(chu)发(fa)(fa)器(qi)(qi)所保存(cun)下(xia)来的(de)(de)(de)(de)状(zhuang)(zhuang)态(tai)(tai)仅仅取(qu)决于CP上(shang)(shang)升(sheng)沿到(dao)达时的(de)(de)(de)(de)输入状(zhuang)(zhuang)态(tai)(tai)．因为触(chu)发(fa)(fa)器(qi)(qi)输出端状(zhuang)(zhuang)态(tai)(tai)的(de)(de)(de)(de)转(zhuan)换发(fa)(fa)生在(zai)(zai)CP的(de)(de)(de)(de)上(shang)(shang)升(sheng)沿，所以这是一个(ge)上(shang)(shang)升(sheng)沿触(chu)发(fa)(fa)的(de)(de)(de)(de)边(bian)沿触(chu)发(fa)(fa)器(qi)(qi)。

CMOS传输门工作原理