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CMOS逻辑电路图文详解-KIA MOS管

信息来源:本站 日期:2022-07-20 

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CMOS逻辑电路图文详解-KIA MOS管


CMOS逻辑电路实现

CMOS逻辑电路,分两部分,上拉部分,下拉部分。上拉部分由PMOS管电路构成,下拉部分由NMOS管电路组成,如下。上下拉,形成互补。


CMOS 逻辑电路


由前面的基础可知,CMOS只能实现基本逻辑的非,比如或逻辑,与逻辑,如果不加反相器,CMOS只能实现或非,与非逻辑。原因就是上拉逻辑只能用PMOS实现,下拉逻辑只能由NMOS实现,而PMOS的导通需要输入信号为0,NMOS导通需要输入信号为1。


一般的设计过程

既然如此,在用CMOS实现逻辑电路时,一般可以照如下顺序去做:

可以先将其整体先加上一个非,作相应的逻辑转化。

上拉逻辑中各个PMOS,与操作为并联,或操作为串联。

下拉逻辑中各个NMOS,与操作为串联,或操作为并联。


举例说明

比如我们想从CMOS层去实现逻辑 OUT = D+A*(B+C) (减号“-”表示取反(非)操作,“+”表示或,*表示与)。


设计过程如下:

OUT = - ( -(D+A*(B+C)) )

OUT1 = -(D+A*(B+C))

OUT = -OUT1


对于OUT1 = -(D+A*(B+C)),正好是逻辑整体上带了个非,设计(D+A*(B+C))部分之后再加上一个非即可。


故对于上拉逻辑:

1.或操作为串联,从而输入B,C接到的PMOS之间为串联。

CMOS 逻辑电路


2.与操作为并联,故输入A接到的PMOS跟B,C或逻辑之间为并联。

CMOS 逻辑电路


3.或操作为串联,故D与A*(B+C)的PMOS逻辑为串联。

CMOS 逻辑电路


对于下拉逻辑与上拉逻辑正好相反:

4.或操作为并联,从而输入B,C接到的NMOS之间为并联。

CMOS 逻辑电路


5.与操作为串联,故输入A接到的NMOS跟B,C或逻辑之间为串联。

CMOS 逻辑电路


6.或操作为并联,故D与A*(B+C)的NMOS逻辑为并联。

CMOS 逻辑电路


7.从而得到 OUT1 = -(D+A*(B+C)) 的CMOS实现如下:

过程中上下拉两部分的逻辑式相同,组合起来后,自行补充一个非。

则实际分析电路中,一般只需单独分析一部分就行了。

CMOS 逻辑电路


8.OUT = -OUT1,故得最终答案如下:

CMOS 逻辑电路


当然,在MOS管级别还可以做一些优化,比如MOS管级别的逻辑优化,MOS管栅源共用,晶体管尺寸调整,重新安排各个输入的上下顺序等等,都可以在MOS管级别使得电路的时序与面积功耗等得到优化,但这不是我们的重点,一般对于全定制IC设计会从MOS管级开始考虑电路的实现。这里只是对其做一个了解。


实际设计的重点还是会注重于门级以上的电路实现与优化,特别是到了Verilog描述,主要着重于数据流级,行为级描述。



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