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                            什么是CMOS傳輸門-詳解CMOS傳輸門的工作原理、邏輯功能及應用等知識-KIA MOS管

                            信息來源:本站 日期:2018-07-09 

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                            什么是CMOS傳輸門

                            CMOS傳輸門(Transmission Gate)是一種既可以傳送數字信號又可以傳輸模擬信號的可控開關電路。CMOS傳輸門由一個PMOS和一個NMOS管并聯構成,其具有很低的導通電阻(幾百歐)和很高的截止電阻(大于10^9歐)。所謂傳輸門(TG)就是一種傳輸模擬信號的模擬開關。CMOS傳輸門由一個P溝道和一個N溝道增強型MOSFET并聯而成,如下圖所示。

                            CMOS傳輸門工作原理


                            圖中的Ti是N溝道增強型MOS管,T2是P溝道MOS管.Ti和T2的源極和漏極在結構上是完全對稱的,所以柵極的引出端畫在柵極的中間,Ti和T2的源極和漏極分別相連作為傳輸門的輸入端和輸出端.C和刁是一對互補控制信號.由于Ti、T2管的結構形式是對稱的,即漏極和源極可互易使用,因而CMOS傳輸門屬于雙向器件,它的輸入端和輸出端也可以互易使用。


                            CMOS傳輸門工作原理

                            TP和TN是結構對稱的器件,它們的漏極和源極是可互換的。設它們的開啟電壓|VT|=2V且輸入模擬信號的變化范圍為-5V到+5V。為使襯底與漏源極之間的PN結任何時刻都不致正偏,故TP的襯底接+5V電壓,而TN的襯底接-5V電壓。兩管的柵極由互補的信號電壓(+5V和-5V)來控制,分別用C和!C表示。

                            傳輸門的工作情況如下:當C端接低電壓-5V時TN的柵壓即為-5V,vI取-5V到+5V范圍內的任意值時,TN不導通。同時、TP的柵壓為+5V,TP亦不導通??梢?,當C端接低電壓時,開關是斷開的。為使開關接通,可將C端接高電壓+5V。此時TN的柵壓為+5V,vI在-5V到+3V的范圍內,TN導通。同時TP的棚壓為-5V,vI在-3V到+5V的范圍內TP將導通。由上分析可知,當vI《-3V時,僅有TN導通,而當vI》+3V時,僅有TP導通當vI在-3V到+3V的范圍內,TN和TP兩管均導通。進一步分析還可看到,一管導通的程度愈深,另一管的導通程度則相應地減小。換句話說,當一管的導通電阻減小,則另一管的導通電阻就增加。由于兩管系并聯運行,可近似地認為開關的導通電阻近似為一常數。這是CMOS傳輸出門的優點。在正常工作時,模擬開關的導通電阻值約為數百歐,當它與輸入阻抗為兆歐級的運放串接時,可以忽略不計。


                            TTL傳輸門

                            用一對極性相反的三極管也能構成傳輸門。如圖,若P=0,N=1:

                            當A作為輸入端且為高電平時,信號從上面的三極管傳輸到B端輸出(P端三極管導通);若A為低電平,則通過下面的三極管送到B端(N端三極管導通)。

                            當B作為輸入端且為高電平時,信號從下面的三極管送到A端輸出(N端三極管導通);若為低電平,則從上面的三極管傳輸到A端(P端三極管導通)。

                            若P=1,N=0,則兩個三極管都截止,此時A、B之間相當于斷開的開關。

                            CMOS傳輸門工作原理

                            邏輯功能

                            MOSFET的輸出特性在原點附近呈線性對稱關系,因而它們常用作模擬開關。模擬開關廣泛地用于取樣——保持電路、斬波電路、模數和數模轉換電路等。在數字邏輯電路設計中,傳輸門左端為輸入,右端為輸出,上端C反、下端C為控制端,當C反為0,C為1時TG門開通,此時右端輸出out=左端輸入in。因為是P=0,N=1時打開傳輸門,所以畫出的電路符號上是P上有小圓圈,N上沒有。


                            CMOS傳輸門的應用

                            1:利用CMOS傳輸門和CMOS反相器可以組成各種復雜的邏輯電路,例如數據選擇器、寄存器、計數器、觸發器等.傳輸門的另一個重要用途是作模擬開關,用來傳輸連續變化的模擬電壓信號.這一點是無法用一般的邏輯門實現的.模擬開關的基本電路由CMOS傳輸門和一個CMOS反相器組成的,如圖2所示.同CMOS傳輸門一樣,它也是一個雙向器件.

                            CMOS傳輸門工作原理


                            2:利用CMOS傳輸門組成邊沿觸發器

                            下圖是利用CMOS傳輸門構成的一種邊沿觸發器.雖然這種電路結構在形式上也是一種主從結構,但是它與由TTL f-I電路構成的主從觸發器具有完全不同的動作特點.從圖3的典型電路中可以看到,反相器G1、G2和傳輸門TG1、TG2組成了主觸發器,反相器G3、G4和傳輸門TG3、TG4組成了從觸發器.TGI和TG3分別為主觸發器和從觸發器的輸入控制門.當CP=0、CP=1時,TGl導通、TG2截止,D端的輸入信號送入主觸發器中,使Q`=D.但這時主觸發器尚未形成反饋連接,不能自行保持,Q`跟隨D端的狀態變化.同時,由于TG3截止、TG 導通,所以從觸發器維持原狀態不變,而且它與主觸發器之間的聯系被TG 所切斷.當CP的上升沿到達時,TGl截止、TG2導通.由于門Gl的輸入電容存儲效應,G。輸入端的電壓不會立刻消失,于是在TG.切斷前的狀態被保存下來.同時,由于TG 導通、TG 截止,主觸發器的狀態通過TG3和G3送到了輸出端,使Q =Q`=D.

                            CMOS傳輸門工作原理


                            3:利用CMOS傳輸門實現與、或、非邏輯運算

                            CMOS傳輸門工作原理

                            可見,這種觸發器的動作特點是輸出端狀態轉換發生在CP的上升沿,而且觸發器所保存下來的狀態僅僅取決于CP上升沿到達時的輸入狀態.因為觸發器輸出端狀態的轉換發生在CP的上升沿,所以這是一個上升沿觸發的邊沿觸發器。

                            CMOS傳輸門工作原理

                            CMOS傳輸門工作原理








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