利用传输门做二选一选择器的CMOS电路分析

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利用传输门做二选一选择器的CMOS电路分析

灵感来源于今天的数字逻辑课程,因为对学数电时的传输门的印象不清了,然后分析传输门的CMOS电路时绕晕了,故做此记录。

注:分析传输门的CMOS电路时,不需要关注MOS管是否工作在饱和区,只需关注导电沟道是否产生即可。

图1传输门CMOS电路

如图1所示为传输门的CMOS电路示意图

  • 当 $C=1$ 时,下面对MOS管的导通情况进行分析:

NMOS导通情况

$$
\begin{align*}
\because &C=1\
\therefore &V_{GN} = V_{DD} \
\because &V_{BN} = 0V\
\end{align*}
$$

$$
\begin{align*}
\therefore &V_{GSN} = V_{GBN} -V_{SBN} = V_{DD} - V_{i}
\end{align*}
$$

PMOS导通情况

$$
\begin{align*}
\because &\overline{C}=0\
\therefore &V_{GP} = 0V \
\because &V_{BP} = V_{DD}\
\end{align*}
$$

$$
\begin{align*}
\therefore &V_{GSP} = V_{GBP} - V_{SBP} = V_{DD} - (V_{i} - V_{DD}) = - V_{i}
\end{align*}
$$

当 $V_{i}<V_{DD}-V_{TH}$ ,可保证 $V_{GSN}=V_{DD}-V_{i}\geq v_{TH}$ ,即NMOS产生导电沟道;

当 $V_{i} > V_{TH} $ ,可保证 $V_{GSP}=-V_{i}\leq-v_{TH}$ ,即PMOS产生导电沟道;

故 $V_{i}$ 无论取任何值(但都必须保证小于 $V_{DD}$ )都可保证至少有一个MOS管存在导电沟道,使得 $V_{o}=V_{i}$ 。

  • 当 $C=0$ 时,下面对MOS管的导通情况进行分析:

NMOS导通情况

$$\begin{align*}
\because &C=1\
\therefore &V_{GN} = 0V \
\because &V_{BN} = 0V\
\end{align*}$$

$$\begin{align*}
\therefore &V_{GSN} = 0 < V_{TH}
\end{align*}$$

PMOS导通情况

$$\begin{align*}
\because &\overline{C}=1\
\therefore &V_{GP} = V_{DD} \
\because &V_{BP} = V_{DD}\
\end{align*}$$

$$\begin{align*}
\therefore &V_{GSP} > - V_{TH}
\end{align*}$$

故 $V_{i}$ 无论取任何值(但都必须保证小于 $V_{DD}$ )都无法使任意一个MOS管存在导电沟道。

故根据传输门导通规律设计如下图所示的二选一数选器

如图2所示。

图2传输门实现二选一选择器