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NMOS基本逻辑电路分析

助工
2014-08-05 15:02:34    评分

NMOS逻辑门电路是全部由N沟道MOSFET构成。由于这种器件具有较小的几何尺寸,适合于制造大规模集成电路。此外,由于NMOS集成电路的结构简单,易于使用CAD技术进行设计。与CMOS电路类似,NMOS电路中不使用难于制造的电阻 
。NMOS反相器是整个NMO逻辑门电路的基本构件,它的工作管常用增强型器件,而负载管可以是增强型也可以是耗尽型。现以增强型器件作为负载管的NMOS反相器为例来说明它的工作原理。



上图是表示NMOS反相器的原理电路,其中T1为工作管,T2为负载管,二者均属增强型器件。若T1和T2在同一工艺过程中制成,它们必将具有相同的开启电压VT。从图中可见,负载管T2的栅极与漏极同接电源VDD,因而T2总是工作在它的恒流区,处于导通状态。当输入vI为


高电压(超过管子的开启电压VT)时,T1导通,输出vO;为低电压。输出低电压的值,由T1,T2两管导通时所呈现的电阻值之比决定。通常T1的跨导gm1远大于T2管的跨导gm2,以保证输出低电压值在+1V左右


。当输入电压vI为低电压(低于管子的开启电压VT)时,T1截止,输出vO为高电压。由于T2管总是处于导通状态,因此输出高电压值约为(VDD—VT)。通常gm1在100~200



之间,而gm2约为5~15



。T1导通时的等效电阻Rds1约为3~10kΩ,而T2的Rds2约在100~200kΩ之间


。负载管导通电阻是随工作电流而变化的非线性电阻。


在NMOS反相器的基础上,可以制成NMOS门电路。下图即为NMOS或非门电路。只要输入A,B中任一个为高电平,与它对应的MOSFET导通时,输出为低电平;仅当A、B全为低电平时,所有工作管都截止时,输出才为高电平。可见电路具有或非功能,即


L=(A+B)非

或非门的工作管都是并联的,增加管子的个数,输出低电平基本稳定,在整体电路设计中较为方便,因而NMOS门电路是以或非门为基础的。这种门电路不像TTL或CMOS电路作成小规模的单个芯片 
,主要用于大规模集成电路。


以上讨论和分析了各种逻辑门电路的结构、工作原理和性能,为便于比较,现用它们的主要技术参数传输延迟时间Tpd和功耗PD综合描述各种逻辑门电路的性能,如图所示。



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