【数字IC/FPGA】基本门电路

MOS管

MOS管分为NMOS管和PMOS管，NMOS管和PMOS管有分别分为耗尽型的和增强型的，如下图：

增强型NMOS管

增强型PMOS管

注意 V G S ( T H ) 为 负 数 V_{GS}(TH)为负数 VGS​(TH)为负数

耗尽型NMOS管

注意 V G S ( O F F ) V_{GS}(OFF) VGS​(OFF)为负数

耗尽型PMOS管

注意 V G S ( O F F ) V_{GS}(OFF) VGS​(OFF)为正数

COMS反相器 结构

如上图所示，CMOS反相器由一个增强型NMOS管和增强型PMOS管构成，栅端（G）相连作为输入端，漏端相连作为输出端，NMOS的源端接地，PMOS的源端接电源VDD。该电路可以实现逻辑非的功能： 当输入为高电平时，T2管导通，输出为低电平； 当输入为低电平时，T1管导通，输出为高电平。

电压、电流传输特性

AB：T1导通T2截止 BC：T1T2导通 CD：T1截止T2导通

动态功耗

包括信号翻转时电容充放电的功耗 P C P_C PC​和信号翻转瞬间两管同时导通所产生的短路功耗 P T P_T PT​(上图BC段)

与非门

上并下串，T1,T3为并联的增强型PMOS管，T2,T4为串联的增强型NMOS管。 当A,B至多只有一个为1时，T1,T3至少有一个导通，而T2,T4不可能同时导通，因此输出为高电平。 当AB均为1时，T1,T3截止，T2,T4均导通，输出为低电平。 因此，该电路实现了逻辑与非的功能。(共消耗4个MOS管)

或非门

上串下并，T1，T3为串联的增强型PMOS管，T2,T4为并联的增强型NMOS管。 当A,B至少有一个为1时，T2,T4至少有一个导通，而T1,T3不可能同时导通，因此输出为低电平 当AB均为0时，T2,T4截止，T1,T3导通，输出为高电平。 因此，该电路实现了逻辑或非的功能。（共消耗4个MOS管）

与非门和或非门的比较

与非门会更快，分析如下： 电子迁移率是空穴的2.5倍，对PMOS而言，载流子是空穴；对NMOS而言，载流子是电子。PMOS采用空穴导电，NMOS采用电子导电，由于PMOS的载流子的迁移率比NMOS的迁移率小，所以，同样尺寸条件下，PMOS的充电时间要大于NMOS的充电时间长。 而在互补CMOS电路中，与非门是PMOS管并联，NMOS管串联，或非门正好相反，所以，同样尺寸条件下，与非门的速度快，所以，在互补CMOS电路中，应该优先选择与非门。