什么是CMOS傳輸門(mén)

CMOS傳輸門(mén)（Transmission Gate）是一種既可以傳送數字信號又可以傳輸模擬信號的可控開(kāi)關(guān)電路。CMOS傳輸門(mén)由一個(gè)PMOS和一個(gè)NMOS管并聯(lián)構成，其具有很低的導通電阻（幾百歐）和很高的截止電阻（大于10^9歐）。所謂傳輸門(mén)（TG）就是一種傳輸模擬信號的模擬開(kāi)關(guān)。CMOS傳輸門(mén)由一個(gè)P溝道和一個(gè)N溝道增強型MOSFET并聯(lián)而成，如下圖所示。

圖中的Ti是N溝道增強型MOS管，T2是P溝道MOS管．Ti和T2的源極和漏極在結構上是完全對稱(chēng)的，所以柵極的引出端畫(huà)在柵極的中間，Ti和T2的源極和漏極分別相連作為傳輸門(mén)的輸入端和輸出端．C和刁是一對互補控制信號．由于Ti、T2管的結構形式是對稱(chēng)的，即漏極和源極可互易使用，因而CMOS傳輸門(mén)屬于雙向器件，它的輸入端和輸出端也可以互易使用。

CMOS傳輸門(mén)工作原理

TP和TN是結構對稱(chēng)的器件，它們的漏極和源極是可互換的。設它們的開(kāi)啟電壓|VT|=2V且輸入模擬信號的變化范圍為-5V到+5V。為使襯底與漏源極之間的PN結任何時(shí)刻都不致正偏，故TP的襯底接+5V電壓，而TN的襯底接-5V電壓。兩管的柵極由互補的信號電壓（+5V和-5V）來(lái)控制，分別用C和！C表示。

傳輸門(mén)的工作情況如下：當C端接低電壓-5V時(shí)TN的柵壓即為-5V，vI取-5V到+5V范圍內的任意值時(shí)，TN不導通。同時(shí)、TP的柵壓為+5V，TP亦不導通?？梢?jiàn)，當C端接低電壓時(shí)，開(kāi)關(guān)是斷開(kāi)的。為使開(kāi)關(guān)接通，可將C端接高電壓+5V。此時(shí)TN的柵壓為+5V，vI在-5V到+3V的范圍內，TN導通。同時(shí)TP的棚壓為-5V，vI在-3V到+5V的范圍內TP將導通。由上分析可知，當vI《-3V時(shí)，僅有TN導通，而當vI》+3V時(shí)，僅有TP導通當vI在-3V到+3V的范圍內，TN和TP兩管均導通。進(jìn)一步分析還可看到，一管導通的程度愈深，另一管的導通程度則相應地減小。換句話(huà)說(shuō)，當一管的導通電阻減小，則另一管的導通電阻就增加。由于兩管系并聯(lián)運行，可近似地認為開(kāi)關(guān)的導通電阻近似為一常數。這是CMOS傳輸出門(mén)的優(yōu)點(diǎn)。在正常工作時(shí)，模擬開(kāi)關(guān)的導通電阻值約為數百歐，當它與輸入阻抗為兆歐級的運放串接時(shí)，可以忽略不計。

TTL傳輸門(mén)

用一對極性相反的三極管也能構成傳輸門(mén)。如圖，若P=0，N=1：

當A作為輸入端且為高電平時(shí)，信號從上面的三極管傳輸到B端輸出（P端三極管導通）；若A為低電平，則通過(guò)下面的三極管送到B端（N端三極管導通）。

當B作為輸入端且為高電平時(shí)，信號從下面的三極管送到A端輸出（N端三極管導通）；若為低電平，則從上面的三極管傳輸到A端（P端三極管導通）。

若P=1，N=0，則兩個(gè)三極管都截止，此時(shí)A、B之間相當于斷開(kāi)的開(kāi)關(guān)。

邏輯功能

MOSFET的輸出特性在原點(diǎn)附近呈線(xiàn)性對稱(chēng)關(guān)系，因而它們常用作模擬開(kāi)關(guān)。模擬開(kāi)關(guān)廣泛地用于取樣——保持電路、斬波電路、模數和數模轉換電路等。在數字邏輯電路設計中，傳輸門(mén)左端為輸入，右端為輸出，上端C反、下端C為控制端，當C反為0，C為1時(shí)TG門(mén)開(kāi)通，此時(shí)右端輸出out=左端輸入in。因為是P=0，N=1時(shí)打開(kāi)傳輸門(mén)，所以畫(huà)出的電路符號上是P上有小圓圈，N上沒(méi)有。

CMOS傳輸門(mén)的應用

1：利用CMOS傳輸門(mén)和CMOS反相器可以組成各種復雜的邏輯電路，例如數據選擇器、寄存器、計數器、觸發(fā)器等．傳輸門(mén)的另一個(gè)重要用途是作模擬開(kāi)關(guān)，用來(lái)傳輸連續變化的模擬電壓信號．這一點(diǎn)是無(wú)法用一般的邏輯門(mén)實(shí)現的．模擬開(kāi)關(guān)的基本電路由CMOS傳輸門(mén)和一個(gè)CMOS反相器組成的，如圖2所示．同CMOS傳輸門(mén)一樣，它也是一個(gè)雙向器件．

2：利用CMOS傳輸門(mén)組成邊沿觸發(fā)器

下圖是利用CMOS傳輸門(mén)構成的一種邊沿觸發(fā)器．雖然這種電路結構在形式上也是一種主從結構，但是它與由TTL f-I電路構成的主從觸發(fā)器具有完全不同的動(dòng)作特點(diǎn)．從圖3的典型電路中可以看到，反相器G1、G2和傳輸門(mén)TG1、TG2組成了主觸發(fā)器，反相器G3、G4和傳輸門(mén)TG3、TG4組成了從觸發(fā)器．TGI和TG3分別為主觸發(fā)器和從觸發(fā)器的輸入控制門(mén)．當CP=0、CP=1時(shí)，TGl導通、TG2截止，D端的輸入信號送入主觸發(fā)器中，使Q`=D．但這時(shí)主觸發(fā)器尚未形成反饋連接，不能自行保持，Q`跟隨D端的狀態(tài)變化．同時(shí)，由于TG3截止、TG 導通，所以從觸發(fā)器維持原狀態(tài)不變，而且它與主觸發(fā)器之間的聯(lián)系被TG 所切斷．當CP的上升沿到達時(shí)，TGl截止、TG2導通．由于門(mén)Gl的輸入電容存儲效應，G。輸入端的電壓不會(huì )立刻消失，于是在TG．切斷前的狀態(tài)被保存下來(lái)．同時(shí)，由于TG 導通、TG 截止，主觸發(fā)器的狀態(tài)通過(guò)TG3和G3送到了輸出端，使Q =Q`=D．

3：利用CMOS傳輸門(mén)實(shí)現與、或、非邏輯運算

可見(jiàn)，這種觸發(fā)器的動(dòng)作特點(diǎn)是輸出端狀態(tài)轉換發(fā)生在CP的上升沿，而且觸發(fā)器所保存下來(lái)的狀態(tài)僅僅取決于CP上升沿到達時(shí)的輸入狀態(tài)．因為觸發(fā)器輸出端狀態(tài)的轉換發(fā)生在CP的上升沿，所以這是一個(gè)上升沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)器。

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