FPGA试题练习--------CMOS门电路分析

一．目标
通过CMOS门电路实现与门、非门、与非门、或门、或非门、异或门，同或门等门电路。实现门电路Y=A+B+C+D、Y=ABCD等类似门电路。
二．分析
课本上实现了三种基本CMOS构成的门电路：非门、与非门、或非门。这三种门电路都使用P沟道和N沟道MOS管。其构成如下所示

从上图中可以看出整个门电路可以分成三部分：上面P沟道MOS、中间信号输出、下面N沟道MOS管。便于分析下面简化成下图：

要想使得输出为1，只能使上面PMOS导通，同时下面NMOS截止；反之要得到输出为0，使上面PMOS截止，下面NMOS导通。
将与非门简化成下图：

只要上面一个PMOS管导通，输出Y即为1，而恰好下面的两个NMOS只有在两个PMOS都截止时才会存在通路。
或非门简化如下：

要想输出为1，只能使上面连个PMOS都导通；一旦有一个PMOS没导通，那么下面NMOS会到有一个导通，形成通路，输出就为1。

从上面的分析可以看出当上面PMOS进行并行连接、NMOS进行串行连接时，会得到与非门电路。当上面PMOS进行串行连接、NMOS进行并行连接时，会得到或非门电路。

因此考虑如下表达式所构成电路：

对于①来说需要将PMOS并行链接、NMOS串行连接。电路简化图如下：

对于②来说需要将PMOS串行链接、NMOS并行连接。电路简化图如下：

同样对于异或门来说，表达式如下

电路图简化如下

再加上4个去非所需的四个MOS管，共需要12个MOS管。
同样的可以求出同或电路。
对于一些变形的表达式也是同样的求法，如表达式：

电路图如下

因此，对于CMOS门电路只需仔细想一想便可得出器构成电路规律。