逻辑设计技术第一节 MOS 管的串、并联特性晶体管的驱动能力是用其导电因子B来表示的，B值越大，其驱动能力越强单个管子 是如此，对于多个管子的串、并情况下，其等效导电因子应如何推导？下面我们来具体分析 一下：一、 两管串联：设：Vt相同，工作性区——⑴IDS 1 = ( V G - V t - V m)- ( V G - V t - V d)ids 2 = 0 2(V G - V t - V S)-( V G - V t - V m)——(2)Ds 1 Ds 2( \ 2 卩 2 ( \ 2 卩 1 ( \ 2•••( VG _ VT _ VM)=点(VG _ VT _ VS)* 丁( VG _ VT _ VD)将上式代入（1）得：Ids 1 = 2 [(vg _ vt _ vs)_(vg _vt _vd)] (3)0 1 +0 2由等效管得： 比较(3)(4)得：I ds = 0 eff [( V G ~ V t _ V s) _ ( V g _ V t _ V d) ] (4)0 22其等效增益因子为0 =市同理可推出 N 个管子串联使用时卩eff1ig二、两管并联:DS+DS 1)2… 一 --(VG-VT-Vd)IDSp eff(V G - V T - V S)2 _( V-Vt - VD)2•-卩 eff同理可证，N个Vt相等的管子并联使用时:p effpi1第二节各种逻辑门的实现一、 与非门如图2所示为CMOS与非门，它由两个P管和两个N构成，P管并联，N管串联。
从 逻辑功能上，问题在一个组合逻辑电路中，为了使各种组合门电路之间能够很好地匹配，各个逻辑门的驱动能力都要与标准反相器相当即在最坏工作条件下，各个逻辑门的驱动能力要与标准反相器的特性相同设：标准反相器的导电因子为B =Bnp与非门的导电因子为 B n1=B n2=B n' , B p1=B p2=B p' n1 n2 n p1 p2 p与非门的工作情况如下：(1) 当 a，b=1，1 时，下拉管的等效导电因子： B effn=B n'/2effn n(2) 当 a，b=0，0 时，上拉管的等效导电因子： B effp=2B p'effp p(3) 当 a，b=1，0 或 0，1 时，上拉管的等效导电因子： B effp=B 'p综合以上情况，在最坏的工作情况下，即：(1)、(3)，应与标准反相器相当，既使B effp=B p ' =B pB effn=B n ' /2=B noxPpf WLox卩 effn卩 effpWLp(w“ C2 n ox L pn一 〜0 . 5 x 2 . 5 = 1 . 252 “p即要求p管的沟道宽度比n管大1.25倍以上WnVddX图 2 CMOS 与非门如图 4 为 CMOS 与或非门，它实现的逻辑功能为："2*2.5=5pp 管的宽度要比 n 管宽度大五图 3 CMOS 或非门二、或非门如图 3是或非门电路，其逻辑功能为X = a + b下面分析其工作情况。
1) 当 a，b=0，0 时，上拉管的等效导电因子： B effp=B p'/2effp p(2) 当 a，b=1，1 时，下拉管的等效导电因子： B effn=2B n'effn n(3) 当 a，b=1，0 或 0，1 时，下拉管的等效导电因子： B effn=B n'effn n综合以上情况，在最坏的工作情况下，即：(1)、(3)，应与标准反相器相当，既使：effp=B p'/2=B effn=B n'=B n即： B ' =2 B 'pn所以 W '/W ' =2p /pp n n 要求在或非门情况下，倍才行三、CMOS与或非门X = ab + cd(1) 当 a,b,c,d=0,0,0,0 时： B effp=B p;effp p(2) 当 a,b,c,d=1,1,1,1 时： B effn=B n'effn n(3) 当 a,b,c,d 有一个为 1 时： B effp=2B /p'3effp p(4)当 a,b,c,d=1,1,0,0 或 a,b,c,d=0,0,1,1 时：effn=B '/2n(5)当 a,b,c,d=0,1,0,1 或 1,0,1,0 或 0,1,1,0 或l,O,O,l 时：B f 邙 72effp p综合以上情况，在最坏的工作情况下，即： （4）、5），应使：则：effp=B p'/2=Beffn=B n'/2=BW' /W' =p /|jp n n四、CMOS传输门一个MOS管（图5）可以作为一个开关使用, 下面我们分析一个 NMOS 管的开关特性。
电路中 Cl是其负载电容ab当v=o时，T截止，相当于开关断开 图4 CMOS与或非门g 当V=1时，T导通，相当于开关合上g• v.〈V-V时：输入端处于开启状态，设初始时V=0,则V.刚加上时，输出端也处于开 i g t o i启状态，MOS管导通，沟道电流对负载电容C］充电，至VO=Vi 0• V.三V-V时：输入沟道被夹断，设初使V〈V-V，则Vi刚加上时，输出端导通，沟 . g t o g t道电流对Cl充电，随着V0的上升，沟道电流逐渐减小，当VO=V -V时，输出端也夹断，l g tMOS管截止，，V0保持Vg-Vt不变 综上所述：VgVVg-Vt时，MOS管无损地传输信号为了解决NMOS管在传输时的信号损失，我们通常采用CMOS传输门（图6）作为开 关使用，它是由一个N管和一个P管构成工作时，NMOS管的衬底接地，PMOS管的衬 底接电源，且NMOS管栅压Vgn与PMOS管的栅压Vgp极性相反• V =1，V =0时：双管截止，相当于开关断开；gPgp gn• v_=o, V_=l时：双管有下列三种工作状态:(1)2)3)gp gnVV +|V | P 管导通. gp tpV.通过双管对Cl充电至: .lV> V +|V | P 管导通. gp tpV> V +V N 管截止. gn tnV =VoiV =VoiV =VoiCMOS传输门的开关特性V.通过P管对Cl充电至: .l图6五、异或门及同或门1、异或门 _ _异或门的逻辑表达式为：X = A㊉B = AB + AB其电路如图所示，图7 (a)的逻辑功能很清楚，但它使用了 12个管子，而实现同样的 逻辑功能我们可以化简成图7 (b)的电路。
Tl，T2组成一个标准反相器，T3, T4组成CMOS传输门，T5, T6是一个特殊的CMOS 反相器 _(1) 当B=1时，传输门断开，特殊反相器工作：X = A(2) 当B=0时，特殊反相器不工作，传输门把A送到X： X=A 所以 X = AB + AB = A ㊉ BABX1 1 00 1 11 0 10 0 0A+ V ss(a )B(b)图 7 同或门电路2、同或门逻辑表达式： x = AB + AB = A ® BA B X001 100010111T6、 T7 总是导通的：A,B=0,0 时：Tl, T2,T3,T4 关，T5 通，Vdd通过 T7 充电，X=l；A,B=l,0 时：T1,T3 关，T2,T5 通, T5 通, T7, T5, T4 形成通路，X=0； A,B=0,1 时：Tl, T3 通, T2,T4 关，T5 通, T7，T5, T3 形成通路，X=0； A,B=1, 1 时：Tl, T2,T3,T4 通，T5 关，Vdd通过 T7 充电，X=1。