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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(yīng)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(shù)字信號又可以傳輸模擬信號的可控開關(guān)電路。CMOS傳輸門由一個PMOS和一個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的模擬開關(guān)。CMOS傳輸門由一個P溝道和一個N溝道增強型MOSFET并聯(lián)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)對稱的器件，它們的漏極和源極是可互換的。設(shè)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(jié)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(nèi)的任意值時，TN不導(dǎo)通。同時、TP的柵壓為+5V，TP亦不導(dǎo)通。可見，當C端接低電壓時，開關(guān)是斷開的。為使開關(guān)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(nèi)，TN導(dǎo)通。同時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vI《-3V時，僅有TN導(dǎo)通，而當vI》+3V時，僅有TP導(dǎo)通當vI在-3V到+3V的范圍內(nèi)，TN和TP兩管均導(dǎo)通。進一步分析還可看到，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，當一管的導(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)運行，可近似地認為開關(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。在正常工作時，模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻值約為數(shù)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(gòu)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?shù)紹端輸出（P端三極管導(dǎo)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(dǎo)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(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，則兩個三極管都截止，此時A、B之間相當于斷開的開關(guān)。

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(guān)系，因而它們常用作模擬開關(guān)。模擬開關(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(yīng)用

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、計數(shù)器、觸發(fā)器等．傳輸門的另一個重要用途是作模擬開關(guān)，用來傳輸連續(xù)變化的模擬電壓信號．這一點是無法用一般的邏輯門實現(xiàn)的．模擬開關(guān)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(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(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CP=0、CP=1時，TGl導(dǎo)通、TG2截止，D端的輸入信號送入主觸發(fā)器中，使Q`=D．但這時主觸發(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，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CP的上升沿到達時，TGl截止、TG2導(dǎo)通．由于門Gl的輸入電容存儲效應(yīng)，G。輸入端的電壓不會立刻消失，于是在TG．切斷前的狀態(tài)被保存下來．同時，由于TG 導(dǎo)通、TG 截止，主觸發(fā)器的狀態(tài)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(xiàn)與、或、非邏輯運算

CMOS傳輸門工作原理

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

CMOS傳輸門工作原理