NMOS基本逻辑电路分析

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NMOS逻辑门电路是全部由Ｎ沟道MOSFET构成。由于这种器件具有较小的几何尺寸，适合于制造大规模集成电路。此外，由于NMOS集成电路的结构简单，易于使用CAD技术进行设计。与CMOS电路类似,NMOS电路中不使用难于制造的电阻 。NMOS反相器是整个NMO逻辑门电路的基本构件，它的工作管常用增强型器件，而负载管可以是增强型也可以是耗尽型。现以增强型器件作为负载管的NMOS反相器为例来说明它的工作原理。

　　上图是表示NMOS反相器的原理电路，其中T₁为工作管，T₂为负载管，二者均属增强型器件。若T₁和T₂在同一工艺过程中制成，它们必将具有相同的开启电压V_T。从图中可见，负载管T₂的栅极与漏极同接电源V_DD，因而T₂总是工作在它的恒流区,处于导通状态。当输入v_I为
高电压（超过管子的开启电压V_T）时，T₁导通，输出v_O；为低电压。输出低电压的值，由T₁，T₂两管导通时所呈现的电阻值之比决定。通常T₁的跨导g_m1远大于T₂管的跨导g_m2，以保证输出低电压值在+1V左右
。当输入电压v_I为低电压（低于管子的开启电压V_T）时，T₁截止，输出v_O为高电压。由于T₂管总是处于导通状态，因此输出高电压值约为（V_DD—V_T）。通常g_m1在100～200之间,而g_m2约为5～15。T₁导通时的等效电阻R_ds1约为3～10kΩ，而T₂的R_ds2约在100～200kΩ之间
。负载管导通电阻是随工作电流而变化的非线性电阻。
　　在NMOS反相器的基础上，可以制成NMOS门电路。下图即为NMOS或非门电路。只要输入A，B中任一个为高电平，与它对应的MOSFET导通时，输出为低电平；仅当A、B全为低电平时，所有工作管都截止时，输出才为高电平。可见电路具有或非功能，即

　　或非门的工作管都是并联的，增加管子的个数，输出低电平基本稳定，在整体电路设计中较为方便，因而NMOS门电路是以或非门为基础的。这种门电路不像TTL或CMOS电路作成小规模的单个芯片 ，主要用于大规模集成电路。
　　以上讨论和分析了各种逻辑门电路的结构、工作原理和性能，为便于比较，现用它们的主要技术参数传输延迟时间T_pd和功耗P_D综合描述各种逻辑门电路的性能，如图所示。