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TG传输们为什么是双MOS结构?

时间:2022-08-31 18:13:45浏览次数:67  
标签:高电平 MOS 导通 传输 电压 NMOS TG 输入

MOS晶体管有一个很有用处的特性-双向性。因为它的源和漏是完全一样的,可以互相交换工作。当栅极上加了超过阀值电压image.png的栅压时,随着源、漏之间电压极性不同,电流可以从左边流到右边,也可以从右边流到左边。若电流从左流向右,就认为左边的极为D,右边的极为S。相反,则右边为D极,左边为S极。利用上述特性,可以微成一种电子开关,即通常所说的传输门,根据沟道情况不同,可分为单沟道传输门和双沟道(CMOS)传输门。下面介绍它们的工作原理。

1、单沟道传输门

图2-75所示为NMOS单沟道传输门。它的栅极接控制电压,衬底接地,输入端与输出端可以任意选择,图中左边定为输入端,右边定为输出端,传输门可将高电平“1”和低电平“0”从输入端传至输出端。下面分别讨论传输“1”和传输“0”的情况。


MOS传输门工作原理

(1)高电平传输

图2-76(a)为高电平传输示意图。假定原来的栅压image.png,输入电压image.png,输出端image.png,传输门处于关闭状态。当栅极加上控制电压image.png(即栅和输出端电压为image.png),大于管子的阈值电压image.png,传输门被打开,输入电压image.png,通过导通的对电容image.png充电。可见,电流是从在向右的,故左边定为漏极,右边定为源极。随着image.png两端电压image.png的升高,栅源电压image.png跟着变小,门的沟道电阻增大,导通情况变差,充电电流越来越小,image.png的上升速度越来越慢。当电容image.png两端充到image.png时,此时image.pngimage.png趋近于0,传输门处于临界关闭状态。因此,传输门的输出电压最大只能达到image.pngimage.png,即使增大输入电压image.png,也不会使image.png增加,若要使输入电压全部传输到输出端,必须提高控制电压,使image.png,这样会增加电路的复杂性。

MOS传输门工作原理

紧上所述,单沟道传输门在传输高电平时,存在着过早截止的情况,从面限制了传输电压的幅度,而且沟道电阻变化很大,限制了开关速度。

(2)低电平传输

图2-76(b)为低电平传输示意图。假定原始为关闭状态,即:image.pngimage.png。当栅极上加控制电压image.png,使传输门打开,电容image.png就通过导通的门放电,电流由输出端流向输入端,故右边定为管子的漏,左边定为管子的源。由于输入端恒为0,栅源电压image.png也恒为image.png,因此,传输过程中管子始终保持导通,输出端电压可以达到与输入电压相同的幅度。另外,电容image.png在放电过程中,要通过管子的饱和区和非饱和区。由于image.png两端电压随时间而减小,所以放电速度越来越慢,限制了电路的开关速度。

2、CMOS 传输门

CMOS传输门是由一个PMOS管和一个NMOS管并联而成的。如图2-77所示。它比单沟道传输门具有更良好的传输特性,传输电压可以从0到电源电压之间的任何值。

MOS传输门工作原理

这是一对互补MOS管,源和漏相互连接,构成输入端和输出端;PMOS管的衬底接电源image.png,NMOS管的衬底接地电位;两只管子的栅极分别接互补控制电压VG和VG,一个处于高电平时,另一个处于低电平。

image.pngimage.png时,两管都导通,传输门处于导通状态,输入端的信号可以传到输出端;当image.png时,两管都截止,传输门处于截止状态,输入端的信号不能传到输出端。

下面将分别讨论高电平传输和低电平传输的情况。

(1)高电平传输

图2-78为高电平传输的实际电路。设输入电压image.png,原来的image.png。当加上控制信号image.pngimage.png时,NMOS管的image.png,PMOS管的image.png,两管都充分导通,传输门被打开。这时,输入电压通过导通的互补管对电容image.png充电。根据电流的流通方向,可以从图2-78分别确定PMOS管和NMOS管的源与漏。

因为NMOS管和PMOS管是并联的,所以,CMOS传输门的导通电阻image.png远比单沟道的PMOS或NMOS的小得多,因此,传输速度较快。虽然,随着image.png的增高,会使image.png变小,NMOS管的导通情况变差,直到截止;但PMOS管的image.png恒等于image.png,所以始终处于导通状态,输入端电压可以继续通过PMOS管对OL充电,直至MOS传输门工作原理

(2)低电平传输

图2-79所示为低电平传输电路。两管的栅电压与上述相同,传输门处于导通状态,电容image.png的起始电压image.png,输入电压为image.png,这时,image.png通过导通的传输门放电。当输出端电压逐渐降低时,PMOS管的image.png逐渐减小,管子的导通情况变差,直至截止,而NMOS管的image.png恒为image.png,所以始终处于导通状态,image.png可以继续通过NMOS管放电,一直到MOS传输门工作原理

MOS传输门工作原理


(3)CMOS传输门的特点

综上所述,CMOS传输门具有两个特点:

①CMOS传输门导通时,总有一个管子的栅源电压始终不变,处于充分导通状态,所以无论传输“0”还是传输“1”,传输门都不会过早关断,能把输入电压全部传到输出端。

②CMOS传输门是两个互补MOS管并联而成的,其导通电阻较小,并且在传输过程中,导通电阻随输入、输出电压的变化较小,所以电容image.png通过它充放电的速度较快,有利于提高电路的速度。

 

标签:高电平,MOS,导通,传输,电压,NMOS,TG,输入
From: https://www.cnblogs.com/amxiang/p/16644069.html

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