什么是CMOS传输门-详解CMOS传输门的工作原理、逻辑功能及应用等知识-KIA MOS管

信息来源：本站　日期：2018-07-09　

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什么是CMOS传输门

CMOS传输门（Transmission Gate）是一种既可以传送数字信号又可以传输模拟信号的可控开关电路。CMOS传输门由一个PMOS和一个NMOS管并联构成，其具有很低的导通电阻（几百欧）和很高的截止电阻（大于10^9欧）。所谓传输门（TG）就是一种传输模拟信号的模拟开关。CMOS传输门由一个P沟道和一个N沟道增强型MOSFET并联而成，如下图所示。

CMOS传输门工作原理

图中的Ti是N沟道增强型MOS管，T2是P沟道MOS管．Ti和T2的源极和漏极在结构上是完全对称的，所以栅极的引出端画在栅极的中间，Ti和T2的源极和漏极分别相连作为传输门的输入端和输出端．C和刁是一对互补控制信号．由于Ti、T2管的结构形式是对称的，即漏极和源极可互易使用，因而CMOS传输门属于双向器件，它的输入端和输出端也可以互易使用。

CMOS传输门工作原理

TP和TN是结构对称的器件，它们的漏极和源极是可互换的。设它们的开启电压|VT|=2V且输入模拟信号的变化范围为-5V到+5V。为使衬底与漏源极之间的PN结任何时刻都不致正偏，故TP的衬底接+5V电压，而TN的衬底接-5V电压。两管的栅极由互补的信号电压（+5V和-5V）来控制，分别用C和！C表示。

传输门的工作情况如下：当C端接低电压-5V时TN的栅压即为-5V，vI取-5V到+5V范围内的任意值时，TN不导通。同时、TP的栅压为+5V，TP亦不导通。可见，当C端接低电压时，开关是断开的。为使开关接通，可将C端接高电压+5V。此时TN的栅压为+5V，vI在-5V到+3V的范围内，TN导通。同时TP的棚压为-5V，vI在-3V到+5V的范围内TP将导通。由上分析可知，当vI《-3V时，仅有TN导通，而当vI》+3V时，仅有TP导通当vI在-3V到+3V的范围内，TN和TP两管均导通。进一步分析还可看到，一管导通的程度愈深，另一管的导通程度则相应地减小。换句话说，当一管的导通电阻减小，则另一管的导通电阻就增加。由于两管系并联运行，可近似地认为开关的导通电阻近似为一常数。这是CMOS传输出门的优点。在正常工作时，模拟开关的导通电阻值约为数百欧，当它与输入阻抗为兆欧级的运放串接时，可以忽略不计。

TTL传输门

用一对极性相反的三极管也能构成传输门。如图，若P=0，N=1：

当A作为输入端且为高电平时，信号从上面的三极管传输到B端输出（P端三极管导通）；若A为低电平，则通过下面的三极管送到B端（N端三极管导通）。

当B作为输入端且为高电平时，信号从下面的三极管送到A端输出（N端三极管导通）；若为低电平，则从上面的三极管传输到A端（P端三极管导通）。

若P=1，N=0，则两个三极管都截止，此时A、B之间相当于断开的开关。

CMOS传输门工作原理

逻辑功能

MOSFET的输出特性在原点附近呈线性对称关系，因而它们常用作模拟开关。模拟开关广泛地用于取样——保持电路、斩波电路、模数和数模转换电路等。在数字逻辑电路设计中，传输门左端为输入，右端为输出，上端C反、下端C为控制端，当C反为0，C为1时TG门开通，此时右端输出out=左端输入in。因为是P=0，N=1时打开传输门，所以画出的电路符号上是P上有小圆圈，N上没有。

CMOS传输门的应用

1：利用CMOS传输门和CMOS反相器可以组成各种复杂的逻辑电路，例如数据选择器、寄存器、计数器、触发器等．传输门的另一个重要用途是作模拟开关，用来传输连续变化的模拟电压信号．这一点是无法用一般的逻辑门实现的．模拟开关的基本电路由CMOS传输门和一个CMOS反相器组成的，如图2所示．同CMOS传输门一样，它也是一个双向器件．

CMOS传输门工作原理

2：利用CMOS传输门组成边沿触发器

下图是利用CMOS传输门构成的一种边沿触发器．虽然这种电路结构在形式上也是一种主从结构，但是它与由TTL f-I电路构成的主从触发器具有完全不同的动作特点．从图3的典型电路中可以看到，反相器G1、G2和传输门TG1、TG2组成了主触发器，反相器G3、G4和传输门TG3、TG4组成了从触发器．TGI和TG3分别为主触发器和从触发器的输入控制门．当CP=0、CP=1时，TGl导通、TG2截止，D端的输入信号送入主触发器中，使Q`=D．但这时主触发器尚未形成反馈连接，不能自行保持，Q`跟随D端的状态变化．同时，由于TG3截止、TG 导通，所以从触发器维持原状态不变，而且它与主触发器之间的联系被TG 所切断．当CP的上升沿到达时，TGl截止、TG2导通．由于门Gl的输入电容存储效应，G。输入端的电压不会立刻消失，于是在TG．切断前的状态被保存下来．同时，由于TG 导通、TG 截止，主触发器的状态通过TG3和G3送到了输出端，使Q =Q`=D．

CMOS传输门工作原理