cmos门电路实现的逻辑关系 数字电子技术基础:CMOS门电路

上一篇文章给大家介绍了数字电路设计中的基本单元——逻辑门单元，然而逻辑门的实现原理又是什么呢？其实门单元在物理实现上是利用更底层的元器件搭建而成的，在集成电路设计当中使用广泛的是CMOS门电路和TTL门电路。所谓CMOS门电路就使用MOS管搭建成的门电路，TTL门电路就是使用TTL管搭建成的门电路，这里先给大家介绍CMOS门电路。

MOS是英文Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor的缩写，中文名称是：半导体场效应晶体管。MOS管的结构和符号图如下所示：

在P型半导体衬底上，制造两个高参杂度的N型区，形成MOS管的源极S（Source）和漏极D（Drain）。第三个电极成为栅极G（Gate），通常用金属铝或多晶硅制作。栅极和衬底之间被二氧化硅绝缘层隔开，绝缘层厚度很薄，在0.1um以内。

上图是N沟道增强型MOS管，简称NMOS管。还有另外一种结构的MOS管，衬底采用的是N型衬底，导电沟道为P型，这种称为PMOS管。其符号图如下所示：

下面展示几种利用MOS管搭建的门电路：与门、或门、与非门和或非门。

1.与门：

2.或门:

3.与非门

4.或非门

上面例子可以看出利用NMOS管和PMOS管可以搭建逻辑门单元，下面介绍一下这些MOS管逻辑门的工作原理。

为了方便理解，可以简单的把MOS管等效为一个开关，如下图所示：

对于PMOS管，G为0时，开关闭合，G为1时，开关断开；

对于NMOS管，G为0时，开关断开，G为1时，开关闭合；

根据这两个等效原理，大家就可以回到上面去理解一下MOS管门电路是如何实现逻辑门功能的了。这里是为了容易理解把MOS管当作一个开关，至于底层的工作原理比较复杂，涉及到感应电荷和导电沟道的理解，感兴趣的伙伴可以自己查资料深究。