第4章第6讲MOS传输门逻辑电路课件.ppt

1、14.6 MOS传输门逻辑电路传输门逻辑电路uMOS传输门的基本特性传输门的基本特性uMOS传输门逻辑电路传输门逻辑电路2MOS传输门的基本特性传输门的基本特性nNMOS/PMOS传输门特性传输门特性nCMOS传输门特性传输门特性3 MOS传输门结构传输门结构CLVcVoutVinCLVVVcinout NMOS传输门传输门 Pass Transistor 源、漏端不固定源、漏端不固定双向导通双向导通CMOS传输门传输门Transmission GateNMOS,PMOS并联并联源、漏端不固定源、漏端不固定栅极接相反信号栅极接相反信号两管同时导通或两管同时导通或截止截止CMOS反相器反相器NM

2、OS,PMOS串联串联源端接固定电位、源端接固定电位、漏端输出漏端输出栅极接相同信号栅极接相同信号两管轮流导通或两管轮流导通或截止截止4NMOS传输门传输高电平特性传输门传输高电平特性CLVcVoutVin源端源端(G)(D)(S)Hints:VD=VG,器件始器件始终处于饱和区终处于饱和区,直到截止直到截止Vin=VDD,Vc=VDD5NMOS传输高电平2)(outTNDDNDNVVVKIn输出电压：有阈值损失输出电压：有阈值损失n工作在饱和区，但是电流不恒定工作在饱和区，但是电流不恒定n低效传输高电平低效传输高电平(电平质量差，充电电流小电平质量差，充电电流小)CLVcVoutVinVin

3、=VDD,Vc=VDD，VoutVDDVthVOUT=VDD-VTN6NMOS传输门传输低电平特性传输门传输低电平特性CLVcVoutVin漏端漏端(G)(s)(D)Hints:器件先处于饱和区，器件先处于饱和区，后处于线性区后处于线性区（类似于（类似于CMOS反相器中反相器中 的的NMOS管）管）Vin=0VC=VDD7NMOS传输低电平n输出电压：没有阈值损失输出电压：没有阈值损失n先工作在饱和区，后进入线形区先工作在饱和区，后进入线形区n高效传输低电平高效传输低电平（电平质量好，充电电流大）（电平质量好，充电电流大）CLVcVoutVinVin=0,Vc=VDD，Vout0outTNDD

4、NDNVVVKI)(22VOUT=08NMOS传输高电平和传输高电平和低电平的输出波形低电平的输出波形CLVcVoutVin9 PMOS传输门传输特性传输门传输特性CLVcVoutVin漏端漏端(G)(s)(D)传输传输高高电平情况电平情况传输传输低低电平情况电平情况器件先处于饱和区，器件先处于饱和区，后处于线性区后处于线性区器件始终处于饱和区器件始终处于饱和区,直到截止直到截止VOUT=VDDVOUT=-VTP10传输管（传输管（NMOS/PMOS传输门）传输门）n结构简单结构简单n有阈值损失有阈值损失nNMOS高效传输低电平，低高效传输低电平，低效传输高电平效传输高电平nPMOS高效传输高

5、电平，低高效传输高电平，低效传输低电平效传输低电平CLVcVoutVinCLVVVcinoutVOUT=VDD-VTNVOUT=0VOUT=VDDVOUT=-VTP11nNMOS/PMOS传输门特性传输门特性nCMOS传输门特性传输门特性MOS传输门的基本特性传输门的基本特性12CMOS传输门传输高电平特性传输门传输高电平特性CLVVVDDDDout,outTPVV,TPoutDDTNVVVV传输高电平分为传输高电平分为3个阶段：个阶段：（1）NMOS和和PMOS都饱和；都饱和；（2）NMOS饱和饱和,PMOS线性；线性；（3）NMOS截止截止,PMOS线性。线性。,outDDTNVVVCLV

6、cVoutVin0VDDVDDVinVoutVDDVTPVTN单 管导 通双 管导 通单 管导 通-VOUT=VDD-VTNVOUT=0VOUT=VDDVOUT=-VTP13CMOS传输门传输低电平特性传输门传输低电平特性CLVVDDout0,outDDTNVVV,DDTNoutTPVVVV 传输低电平分为传输低电平分为3个阶段：个阶段：（1）NMOS和和PMOS都饱和；都饱和；（2）NMOS线性线性,PMOS饱和；饱和；（3）NMOS线性线性,PMOS截止。截止。,outTPVV CLVcVoutVin0VDDVDDVinVoutVDDVTPVTN单 管导 通双 管导 通单 管导 通-VOU

7、T=VDD-VTNVOUT=0VOUT=VDDVOUT=-VTP14CMOS传输门直流电压传输特性传输门直流电压传输特性0VDDVDDVinVoutVDDVTPVTN单 管导 通双 管导 通单 管导 通-CLVVDDoutVin始终有一个器始终有一个器件是导通的，件是导通的，可以传输全摆可以传输全摆幅的信号幅的信号15CMOS传输门导通电流的变化传输门导通电流的变化传输高电平传输高电平 传输低电平传输低电平CLVVCoutVin 16CMOS传输门导通电阻的变化传输门导通电阻的变化ponLtR C1111 2(2)onNPonDDTRRRRK VV对称设计时传输延迟时间传输延迟时间 传输低电平

8、传输低电平17MOS传输门逻辑电路传输门逻辑电路n传输门组合逻辑传输门组合逻辑n传输门阵列传输门阵列n传输门逻辑形式（传输门逻辑形式（CPL和和DPL）18AYCC12AYCCB12两个传输管串联两个传输管串联Y=C1C2A+C1C2X两个传输管并联两个传输管并联 Y=C1C2A+C1C2B+C1C2X+C1+C2XAYC一个一个MOS管可以看作一个可控管可以看作一个可控开关开关(传输管传输管)，Y=CA+CX传输门的逻辑特点传输门的逻辑特点避免不定态：短路（同时驱动）和输出高阻（没有驱动）避免不定态：短路（同时驱动）和输出高阻（没有驱动）19 用传输门实现组合逻辑用传输门实现组合逻辑用传输门

9、实现2输入或门的电路 问题：为什么M1不用CMOS传输门VOUT=VDD-VTNVOUT=0VOUT=VDDVOUT=-VTPY=?20 传输门组合逻辑传输门组合逻辑传输门结构传输门结构 ABYVDD=A+BMMMMN1N2P2P1互补互补CMOS结构结构n传输门结构灵活，可以用较少的器件实现逻辑功能n实际的传输门电路一般需要输入/输出端加反相器n传输门结构与或逻辑一般不如互补CMOS结构高效21异或门n传输门结构灵活，可以用较传输门结构灵活，可以用较少的器件实现逻辑功能少的器件实现逻辑功能n传输门实现传输门实现异或异或等复杂逻辑等复杂逻辑门结构效率较高门结构效率较高nNMOS和和CMOS结构

10、结构VDDABYACCVDDABDBDYY22改进的传输门结构异或电路改进的传输门结构异或电路VDDABYA=0时工作时工作,实现实现ABA=1时工作时工作,实现实现ABVDDABY23多路选择器多路选择器10SDDSYVddD0D0D1D1SSSSYSD0D1Yn多路选择器逻辑类似于异多路选择器逻辑类似于异或逻辑，适合传输门结构或逻辑，适合传输门结构n也可以利用传输门实现三也可以利用传输门实现三态门态门24全加器全加器n全加器中全加器中求和逻辑求和逻辑是是3异或异或CBASCABCABCo25传输门逻辑电路传输门逻辑电路n传输门组合逻辑传输门组合逻辑n传输门阵列传输门阵列n传输门逻辑形式（传

11、输门逻辑形式（CPL和和DPL）26传输门阵列逻辑传输门阵列逻辑用用NMOS传输门阵列实现多功能发生器传输门阵列实现多功能发生器3210YK ABK ABK ABK AB讨论：如何避免输出不定态讨论：如何避免输出不定态27多功能发生器的真值表多功能发生器的真值表3210YK ABK ABK ABK AB2829用用CMOS传输门构成多功能发生器传输门构成多功能发生器传输门阵列的优点：结构简单、规整，逻辑组合能力灵活多样，传输门阵列的优点：结构简单、规整，逻辑组合能力灵活多样，便于版图自动化设计。便于版图自动化设计。传输门阵列的缺点：驱动负载的能力弱，单独的传输门阵列的缺点：驱动负载的能力弱，单

12、独的NMOS或或PMOS 传输门有阈值损失。传输门有阈值损失。30传输门逻辑电路传输门逻辑电路n传输门组合逻辑传输门组合逻辑n传输门阵列传输门阵列n传输门逻辑形式（传输门逻辑形式（CPL和和DPL）31逻辑形式（逻辑形式（logic style）n可以实现任意逻辑的一种器件排列方法可以实现任意逻辑的一种器件排列方法n互补互补CMOS逻辑逻辑n各种传输门逻辑各种传输门逻辑nDomino逻辑逻辑n不同的逻辑形式根据自身特点，适合特不同的逻辑形式根据自身特点，适合特定逻辑功能（互补定逻辑功能（互补CMOS适合与或逻辑，适合与或逻辑，传输门适合异或逻辑）传输门适合异或逻辑）32互补传输晶体管逻辑互补传

13、输晶体管逻辑(CPL)Complementary Pass-transistor Logic优点：非常简单规则的电路形式，具有很强的逻辑组合能力；优点：非常简单规则的电路形式，具有很强的逻辑组合能力；用互补的输入信号同时产生一对互补的输出（双轨逻辑）；用互补的输入信号同时产生一对互补的输出（双轨逻辑）；模块式电路结构，用基本模块式电路结构，用基本模块组合成复杂功能电路。模块组合成复杂功能电路。缺点：输出有阈值损失，噪声容限低，驱动能力差。缺点：输出有阈值损失，噪声容限低，驱动能力差。可以在输出增加可以在输出增加CMOS反相器改善性能。反相器改善性能。33CPLn增加输出反相器和电增加输出反相器

14、和电平恢复器件平恢复器件n提高驱动能力，恢复提高驱动能力，恢复阈值损失电平阈值损失电平34双传输晶体管逻辑双传输晶体管逻辑(DPL)BAAAABBBVDDYYAAAAAAAABBBBBBBBYYAND/NANDXOR/XNORABAAABBBYYCCCCAAAABBBBYYVDDOR/NORMultiplexerDouble Pass-transistor Logic优点：保持了优点：保持了CPL的优点，的优点，没有阈值损矢，没有阈值损矢，双路传输，双路传输，速度快。速度快。缺点：比缺点：比CPL用的管子多。用的管子多。35 几种传输门电路的比较几种传输门电路的比较36n互补互补CMOS结结构输入信号均构输入信号均连接器件栅极，连接器件栅极，结构规整，版结构规整，版图面积更小图面积更小37其他传输门逻辑形式其他传输门逻辑形式n文献报道了很多种基文献报道了很多种基于传输门的逻辑形式于传输门的逻辑形式nCPL和和DPL有所应用有所应用