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  • 怎么使用MOS管來實(shí)現(xiàn)分立式邏輯門
    • 發(fā)布時(shí)間:2024-12-21 18:41:58
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    怎么使用MOS管來實(shí)現(xiàn)分立式邏輯門
    早期時(shí)候的工藝僅僅支持NMOS來實(shí)現(xiàn)邏輯功能。如今采用NMOS+PMOS,是因?yàn)镸OS管的占據(jù)面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電阻的面積,并且具有更高的放大倍數(shù)。
    1.
    例如下面這個(gè)比較典型的非門電路:
    MOS管 分立式邏輯門
    當(dāng)輸入高電平時(shí),流過導(dǎo)通NMOS管的電流會(huì)很大,這時(shí)就需要串入電阻,即Rd進(jìn)行限流,不過此時(shí)消耗的功率已經(jīng)很大了。
    對(duì)于那些需要絕對(duì)低的漏電流以及一些低功耗電源的應(yīng)用場景,實(shí)際是使用MOSFET來實(shí)現(xiàn)基本邏輯門會(huì)更好。
    因此上述電路,我們選擇用一個(gè)PMOS管來替代電阻,就構(gòu)成了一個(gè)互補(bǔ)MOS非門,即CMOS反相器。
    MOS管 分立式邏輯門
    當(dāng)輸入高電平時(shí),下管的NMOS導(dǎo)通,導(dǎo)通電阻為mΩ級(jí)別,上管PMOS截止,等效mΩ級(jí)別,非門輸出為低電平,輸出電壓Vout≈0,而通過兩端的電流接近于0,電路的功耗大大降低。
    當(dāng)輸入低電平時(shí),下管NMOS截止,上管PMOS導(dǎo)通,非門輸出為高電平,輸出電壓Vout≈VDD,消耗電流取決于out的接收端。CMOS反向器接近于一個(gè)理想的邏輯單元,其輸出電壓接近0或者VDD。
    2.
    反相器在處理高頻信號(hào)時(shí)一般有幾個(gè)重要的指標(biāo),如果反相器在實(shí)現(xiàn)過渡時(shí)不夠迅速,那么就會(huì)導(dǎo)致在處理高頻信號(hào)時(shí)出現(xiàn)失真。
    靜態(tài)電流;電流會(huì)直接決定功耗,在單用NMOS/PMOS時(shí),其中一個(gè)邏輯態(tài)電流一直是通的,而CMOS只有在過渡時(shí)會(huì)有短暫的大電流,在穩(wěn)態(tài)時(shí)沒有 顯著電流;
    VTC性能:即放大倍速、閾值電壓,抗噪音能力、過渡區(qū)域坡度等等;
    元件大?。涸诩呻娐分?,電阻相比之下會(huì)更占據(jù)空間,因此在考慮各方面性能時(shí),CMOS反相器會(huì)是不二之選。
    總的來說,當(dāng)只用一個(gè)MOS管時(shí),就需要上拉電阻,但這樣會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)較大,靜態(tài)功耗也大。而當(dāng)把NMOS和PMOS放在一個(gè)基板成對(duì),用CMOS規(guī)定PMOS上拉,NMOS下拉,反相器靜態(tài)工作時(shí)總能輸出高質(zhì)量的高低電平,且不依賴于上拉/下拉電阻,并且獲得了很低的靜態(tài)功耗。
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