如何使用MOS管來實(shí)現(xiàn)分立式邏輯門？

早期時(shí)候的工藝僅僅支持NMOS來實(shí)現(xiàn)邏輯功能。如今采用NMOS+PMOS，是因?yàn)?a target="_self">MOS管的占據(jù)面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于電阻的面積，并且具有更高的放大倍數(shù)。

1.

例如下面這個(gè)比較典型的非門電路：

當(dāng)輸入高電平時(shí)，流過導(dǎo)通NMOS管的電流會很大，這時(shí)就需要串入電阻，即Rd進(jìn)行限流，不過此時(shí)消耗的功率已經(jīng)很大了。

對于那些需要絕對低的漏電流以及一些低功耗電源的應(yīng)用場景，實(shí)際是使用MOSFET來實(shí)現(xiàn)基本邏輯門會更好。

因此上述電路，我們選擇用一個(gè)PMOS管來替代電阻，就構(gòu)成了一個(gè)互補(bǔ)MOS非門，即CMOS反相器。

當(dāng)輸入高電平時(shí)，下管的NMOS導(dǎo)通，導(dǎo)通電阻為mΩ級別，上管PMOS截止，等效mΩ級別，非門輸出為低電平，輸出電壓Vout≈0，而通過兩端的電流接近于0，電路的功耗大大降低。

當(dāng)輸入低電平時(shí)，下管NMOS截止，上管PMOS導(dǎo)通，非門輸出為高電平，輸出電壓Vout≈VDD，消耗電流取決于out的接收端。CMOS反向器接近于一個(gè)理想的邏輯單元，其輸出電壓接近0或者VDD。

2.

反相器在處理高頻信號時(shí)一般有幾個(gè)重要的指標(biāo)，如果反相器在實(shí)現(xiàn)過渡時(shí)不夠迅速，那么就會導(dǎo)致在處理高頻信號時(shí)出現(xiàn)失真。

靜態(tài)電流;電流會直接決定功耗，在單用NMOS/PMOS時(shí)，其中一個(gè)邏輯態(tài)電流一直是通的，而CMOS只有在過渡時(shí)會有短暫的大電流，在穩(wěn)態(tài)時(shí)沒有 顯著電流；

VTC性能：即放大倍速、閾值電壓，抗噪音能力、過渡區(qū)域坡度等等；

元件大?。涸诩呻娐分?，電阻相比之下會更占據(jù)空間，因此在考慮各方面性能時(shí)，CMOS反相器會是不二之選。

總的來說，當(dāng)只用一個(gè)MOS管時(shí)，就需要上拉電阻，但這樣會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)較大，靜態(tài)功耗也大。而當(dāng)把NMOS和PMOS放在一個(gè)基板成對，用CMOS規(guī)定PMOS上拉，NMOS下拉，反相器靜態(tài)工作時(shí)總能輸出高質(zhì)量的高低電平，且不依賴于上拉/下拉電阻，并且獲得了很低的靜態(tài)功耗。