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MOS管邏輯電路-MOS管构成的基本门邏輯電路工程师必备技能-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2019-05-30 

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MOS管,MOS管邏輯電路

邏輯電路

邏輯電路是一种离散信号的传递和处理,以二进制为原理、实现数字信号逻辑运算和操作的电路。分组合邏輯電路和时序邏輯電路。前者由最基本的“与门”电路、“或门”电路和“非门”电路组成,其输出值仅依赖于其输入变量的当前值,与输入变量的过去值无关—即不具记忆和存储功能;后者也由上述基本逻辑门电路组成,但存在反馈回路—它的输出值不仅依赖于输入变量的当前值,也依赖于输入变量的过去值。由于只分高、低电平,抗干扰力强,精度和保密性佳。广泛应用于计算机、数字控制、通信、自动化和仪表等方面。最基本的有与电路、或电路和非电路。


MOS管邏輯電路解析

MOS管构成的各种基本MOS管邏輯電路必须熟记于心,才能够更熟练的看懂芯片的框图。場效應管(Field-Effect Transistor)通过不同的搭配可以构成各种各样的门电路,如开篇所说,这些最基本的单元电路或许是现代IC的基础。以下的电路形式在常用的74系列的芯片中大量存在着,之后介绍的OD门,缓冲器则常见于芯片的GPIO口等管脚的设计。



(一)MOS管邏輯電路-MOS管构成的与门、或门电路

與門可以由六個管子構成,通過示意圖應該能更清楚看出與門的工作示意圖,然後由真值表可以看出輸入輸出的對應關系。本文中給出與門的對應電路,如有興趣,大家可以思考或門的電路結構,其實二者是存在對應關系的。


MOS管,MOS管邏輯電路


(二)反相器

下圖則給出了反相器的電路圖,輸入和輸出狀態相反,謂之反相器。


MOS管,MOS管邏輯電路


電路分析:

輸入Vi爲低電平時,上管導通,下管截止,輸出爲高電平;輸入Vi爲高電平時,上管截止,下管導通,輸出爲低電平。


(三)與非門

下圖則給出了與非門的電路圖,與非門也就是同爲零,異爲一。


MOS管,MOS管邏輯電路


當A,B輸入均爲低電平時,1,2管導通,3,4管截止,C端電壓與Vdd一致,輸出高電平。當A輸入高電平,B輸入低電平,1,3管導通,2,4管截止,C端電位與1管的漏極保持一致,輸出高電平。當A輸入低電平,B輸入高電平,2,4導通,1,3管截止,C端電位與2管的漏極保持一致,輸出高電平。當A,B輸入均爲高電平時,1,2管截止,3,4管導通,C端電壓與地一致,輸出低電平。


(四)緩沖器Buffer

CMOS緩沖器(buffer),緩沖器跟反相器是對立的,緩沖器輸入與輸出相同,反相器輸入與輸出相反。


MOS管,MOS管邏輯電路


電路分析:

前面一級Q1,Q2組成了一個反相器;後面一級Q3,Q4又構成了一個反相器,相當于反了兩次相,于是又還原了。


(五)漏極開路門

漏極開路門是一個十分經典常用的電路,常見于主芯片的GPIO口或者單片機的GPIO口的設計中。要最重要的一點就是:漏極開路是高阻態,一般應用需要接上拉電阻。



MOS管,MOS管邏輯電路


【漏極開路門的應用-線與邏輯】Z=z1z2z3


MOS管,MOS管邏輯電路


“線與”邏輯是因爲多個邏輯單元的輸出的三極管,共用一個上拉電阻,只要一個邏輯單元輸出低電平,即集電極(漏極)開路輸出的管子導通,那麽輸出低電平;而只有全部單元截止,輸出端被上拉電阻置爲高電平,這是一個很實用的電路,可以用于邏輯仲裁等電路系統中。


MOS管,MOS管邏輯電路


MOS管邏輯電路-组合邏輯電路分析方法

在asic设计和pld设计中组合邏輯電路设计的最简化是很重要的,在设计时常要求用最少的逻辑门或导线实现。在asic设计和pld设计中需要处理大量的约束项,值为1或0的项却是有限的,提出组合邏輯電路设计的一种新方法。与逻辑表示只有在决定事物结果的全部条件具备时,结果才发生的因果关系。输出变量为1的某个组合的所有因子的与表示输出变量为1的这个组合出现、所有输出变量为0的组合均不出现,因而可以表示输出变量为1的这个组合。


组合邏輯電路的分析分以下几个步骤:


(1)有给定的邏輯電路图,写出输出端的逻辑表达式;


(2)列出真值表;


(3)通過真值表概括出邏輯功能,看原電路是不是最理想,若不是,則對其進行改進。


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