什么是CMOS傳輸門-詳解CMOS傳輸門的工作原理、邏輯功能及應(yīng)用等知識(shí)-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2018-07-09
CMOS傳輸門（Transmission Gate）是一種既可以傳送數(shù)字信號(hào)又可以傳輸模擬信號(hào)的可控開(kāi)關(guān)電路。CMOS傳輸門由一個(gè)PMOS和一個(gè)NMOS管并聯(lián)構(gòu)成，其具有很低的導(dǎo)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(hào)的模擬開(kāi)關(guān)。CMOS傳輸門由一個(gè)P溝道和一個(gè)N溝道增強(qiáng)型MOSFET并聯(lián)而成，如下圖所示。
圖中的Ti是N溝道增強(qiáng)型MOS管，T2是P溝道MOS管．Ti和T2的源極和漏極在結(jié)構(gòu)上是完全對(duì)稱的，所以柵極的引出端畫(huà)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(duì)互補(bǔ)控制信號(hào)．由于Ti、T2管的結(jié)構(gòu)形式是對(duì)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。
TP和TN是結(jié)構(gòu)對(duì)稱的器件，它們的漏極和源極是可互換的。設(shè)它們的開(kāi)啟電壓|VT|=2V且輸入模擬信號(hào)的變化范圍為-5V到+5V。為使襯底與漏源極之間的PN結(jié)任何時(shí)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(bǔ)的信號(hào)電壓（+5V和-5V）來(lái)控制，分別用C和！C表示。
傳輸門的工作情況如下：當(dāng)C端接低電壓-5V時(shí)TN的柵壓即為-5V，vI取-5V到+5V范圍內(nèi)的任意值時(shí)，TN不導(dǎo)通。同時(shí)、TP的柵壓為+5V，TP亦不導(dǎo)通。可見(jiàn)，當(dāng)C端接低電壓時(shí)，開(kāi)關(guān)是斷開(kāi)的。為使開(kāi)關(guān)接通，可將C端接高電壓+5V。此時(shí)TN的柵壓為+5V，vI在-5V到+3V的范圍內(nèi)，TN導(dǎo)通。同時(shí)TP的棚壓為-5V，vI在-3V到+5V的范圍內(nèi)TP將導(dǎo)通。由上分析可知，當(dāng)vI《-3V時(shí)，僅有TN導(dǎo)通，而當(dāng)vI》+3V時(shí)，僅有TP導(dǎo)通當(dāng)vI在-3V到+3V的范圍內(nèi)，TN和TP兩管均導(dǎo)通。進(jìn)一步分析還可看到，一管導(dǎo)通的程度愈深，另一管的導(dǎo)通程度則相應(yīng)地減小。換句話說(shuō)，當(dāng)一管的導(dǎo)通電阻減小，則另一管的導(dǎo)通電阻就增加。由于兩管系并聯(lián)運(yùn)行，可近似地認(rèn)為開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電阻近似為一常數(shù)。這是CMOS傳輸出門的優(yōu)點(diǎn)。在正常工作時(shí)，模擬開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電阻值約為數(shù)百歐，當(dāng)它與輸入阻抗為兆歐級(jí)的運(yùn)放串接時(shí)，可以忽略不計(jì)。
用一對(duì)極性相反的三極管也能構(gòu)成傳輸門。如圖，若P=0，N=1：
當(dāng)A作為輸入端且為高電平時(shí)，信號(hào)從上面的三極管傳輸?shù)紹端輸出（P端三極管導(dǎo)通）；若A為低電平，則通過(guò)下面的三極管送到B端（N端三極管導(dǎo)通）。
當(dāng)B作為輸入端且為高電平時(shí)，信號(hào)從下面的三極管送到A端輸出（N端三極管導(dǎo)通）；若為低電平，則從上面的三極管傳輸?shù)紸端（P端三極管導(dǎo)通）。
若P=1，N=0，則兩個(gè)三極管都截止，此時(shí)A、B之間相當(dāng)于斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)。
MOSFET的輸出特性在原點(diǎn)附近呈線性對(duì)稱關(guān)系，因而它們常用作模擬開(kāi)關(guān)。模擬開(kāi)關(guān)廣泛地用于取樣——保持電路、斬波電路、模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路等。在數(shù)字邏輯電路設(shè)計(jì)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(dāng)C反為0，C為1時(shí)TG門開(kāi)通，此時(shí)右端輸出out=左端輸入in。因?yàn)槭荘=0，N=1時(shí)打開(kāi)傳輸門，所以畫(huà)出的電路符號(hào)上是P上有小圓圈，N上沒(méi)有。
1：利用CMOS傳輸門和CMOS反相器可以組成各種復(fù)雜的邏輯電路，例如數(shù)據(jù)選擇器、寄存器、計(jì)數(shù)器、觸發(fā)器等．傳輸門的另一個(gè)重要用途是作模擬開(kāi)關(guān)，用來(lái)傳輸連續(xù)變化的模擬電壓信號(hào)．這一點(diǎn)是無(wú)法用一般的邏輯門實(shí)現(xiàn)的．模擬開(kāi)關(guān)的基本電路由CMOS傳輸門和一個(gè)CMOS反相器組成的，如圖2所示．同CMOS傳輸門一樣，它也是一個(gè)雙向器件．
2：利用CMOS傳輸門組成邊沿觸發(fā)器
下圖是利用CMOS傳輸門構(gòu)成的一種邊沿觸發(fā)器．雖然這種電路結(jié)構(gòu)在形式上也是一種主從結(jié)構(gòu)，但是它與由TTL f-I電路構(gòu)成的主從觸發(fā)器具有完全不同的動(dòng)作特點(diǎn)．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(fā)器，反相器G3、G4和傳輸門TG3、TG4組成了從觸發(fā)器．TGI和TG3分別為主觸發(fā)器和從觸發(fā)器的輸入控制門．當(dāng)CP=0、CP=1時(shí)，TGl導(dǎo)通、TG2截止，D端的輸入信號(hào)送入主觸發(fā)器中，使Q`=D．但這時(shí)主觸發(fā)器尚未形成反饋連接，不能自行保持，Q`跟隨D端的狀態(tài)變化．同時(shí)，由于TG3截止、TG 導(dǎo)通，所以從觸發(fā)器維持原狀態(tài)不變，而且它與主觸發(fā)器之間的聯(lián)系被TG 所切斷．當(dāng)CP的上升沿到達(dá)時(shí)，TGl截止、TG2導(dǎo)通．由于門Gl的輸入電容存儲(chǔ)效應(yīng)，G。輸入端的電壓不會(huì)立刻消失，于是在TG．切斷前的狀態(tài)被保存下來(lái)．同時(shí)，由于TG 導(dǎo)通、TG 截止，主觸發(fā)器的狀態(tài)通過(guò)TG3和G3送到了輸出端，使Q =Q`=D．
3：利用CMOS傳輸門實(shí)現(xiàn)與、或、非邏輯運(yùn)算
可見(jiàn)，這種觸發(fā)器的動(dòng)作特點(diǎn)是輸出端狀態(tài)轉(zhuǎn)換發(fā)生在CP的上升沿，而且觸發(fā)器所保存下來(lái)的狀態(tài)僅僅取決于CP上升沿到達(dá)時(shí)的輸入狀態(tài)．因?yàn)橛|發(fā)器輸出端狀態(tài)的轉(zhuǎn)換發(fā)生在CP的上升沿，所以這是一個(gè)上升沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)器。
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