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NMOS邏輯門電路

作者: 時間:2011-07-25 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
NMOS邏輯門電路是全部由N溝道MOSFET構(gòu)成。由于這種器件具有較小的幾何尺寸,適合于制造大規(guī)模集成電路。此外,由于NMOS集成電路的結(jié)構(gòu)簡單,易于使用CAD技術(shù)進(jìn)行設(shè)計。與CMOS電路類似,NMOS電路中不使用難于制造的電阻 。NMOS反相器是整個NMO邏輯門電路的基本構(gòu)件,它的工作管常用增強(qiáng)型器件,而負(fù)載管可以是增強(qiáng)型也可以是耗盡型?,F(xiàn)以增強(qiáng)型器件作為負(fù)載管的NMOS反相器為例來說明它的工作原理。

  上圖是表示NMOS反相器的原理電路,其中T1為工作管,T2為負(fù)載管,二者均屬增強(qiáng)型器件。若T1和T2在同一工藝過程中制成,它們必將具有相同的開啟電壓VT。從圖中可見,負(fù)載管T2的柵極與漏極同接電源VDD,因而T2總是工作在它的恒流區(qū),處于導(dǎo)通狀態(tài)。當(dāng)輸入vI
高電壓(超過管子的開啟電壓VT)時,T1導(dǎo)通,輸出vO;為低電壓。輸出低電壓的值,由T1,T2兩管導(dǎo)通時所呈現(xiàn)的電阻值之比決定。通常T1的跨導(dǎo)gm1遠(yuǎn)大于T2管的跨導(dǎo)gm2,以保證輸出低電壓值在+1V左右
。當(dāng)輸入電壓vI為低電壓(低于管子的開啟電壓VT)時,T1截止,輸出vO為高電壓。由于T2管總是處于導(dǎo)通狀態(tài),因此輸出高電壓值約為(VDD—VT)。通常gm1在100~200之間,而gm2約為5~15。T1導(dǎo)通時的等效電阻Rds1約為3~10kΩ,而T2的Rds2約在100~200kΩ之間
。負(fù)載管導(dǎo)通電阻是隨工作電流而變化的非線性電阻。
  在NMOS反相器的基礎(chǔ)上,可以制成NMOS門電路。下圖即為NMOS或非門電路。只要輸入A,B中任一個為高電平,與它對應(yīng)的MOSFET導(dǎo)通時,輸出為低電平;僅當(dāng)A、B全為低電平時,所有工作管都截止時,輸出才為高電平??梢婋娐肪哂谢蚍枪δ?,即

  或非門的工作管都是并聯(lián)的,增加管子的個數(shù),輸出低電平基本穩(wěn)定,在整體電路設(shè)計中較為方便,因而NMOS門電路是以或非門為基礎(chǔ)的。這種門電路不像TTL或CMOS電路作成小規(guī)模的單個芯片 ,主要用于大規(guī)模集成電路。
  以上討論和分析了各種邏輯門電路的結(jié)構(gòu)、工作原理和性能,為便于比較,現(xiàn)用它們的主要技術(shù)參數(shù)傳輸延遲時間Tpd和功耗PD綜合描述各種邏輯門電路的性能,如圖所示。



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