CMOS傳輸門(TransmissionGate)是一種既可以傳送數(shù)字信號又可以傳輸模擬信號的可控開關(guān)電路。CMOS傳輸門由一個PMOS和一個NMOS管并聯(lián)構(gòu)成,其具有很低的導通電阻(幾百歐)和很高的截止電阻(大于10^9歐)。
所謂傳輸門(TG)就是一種傳輸模擬信號的模擬開關(guān)。CMOS傳輸門由一個P溝道和一個N溝道增強型MOSFET并聯(lián)而成,如下圖所示。
cmos傳輸門工作原理
TP和TN是結(jié)構(gòu)對稱的器件,它們的漏極和源極是可互換的。設(shè)它們的開啟電壓|VT|=2V且輸入模擬信號的變化范圍為-5V到+5V。為使襯底與漏源極之間的PN結(jié)任何時刻都不致正偏,故TP的襯底接+5V電壓,而TN的襯底接-5V電壓。兩管的柵極由互補的信號電壓(+5V和-5V)來控制,分別用C和!C表示。
傳輸門的工作情況如下:當C端接低電壓-5V時TN的柵壓即為-5V,vI取-5V到+5V范圍內(nèi)的任意值時,TN不導通。同時、TP的柵壓為+5V,TP亦不導通。可見,當C端接低電壓時,開關(guān)是斷開的。為使開關(guān)接通,可將C端接高電壓+5V。此時TN的柵壓為+5V,vI在-5V到+3V的范圍內(nèi),TN導通。同時TP的棚壓為-5V,vI在-3V到+5V的范圍內(nèi)TP將導通。
由上分析可知,當vI《-3V時,僅有TN導通,而當vI》+3V時,僅有TP導通當vI在-3V到+3V的范圍內(nèi),TN和TP兩管均導通。
進一步分析還可看到,一管導通的程度愈深,另一管的導通程度則相應地減小。換句話說,當一管的導通電阻減小,則另一管的導通電阻就增加。由于兩管系并聯(lián)運行,可近似地認為開關(guān)的導通電阻近似為一常數(shù)。這是CMOS傳輸出門的優(yōu)點。在正常工作時,模擬開關(guān)的導通電阻值約為數(shù)百歐,當它與輸入阻抗為兆歐級的運放串接時,可以忽略不計。
邏輯功能
MOSFET的輸出特性在原點附近呈線性對稱關(guān)系,因而它們常用作模擬開關(guān)。模擬開關(guān)廣泛地用于取樣——保持電路、斬波電路、模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路等。在數(shù)字邏輯電路設(shè)計中,傳輸門左端為輸入,右端為輸出,上端C反、下端C為控制端,當C反為0,C為1時TG門開通,此時右端輸出out=左端輸入in。
TTL傳輸門
用一對極性相反的三極管也能構(gòu)成傳輸門。
如圖,若P=0,N=1:
當A作為輸入端且為高電平時,信號從上面的三極管傳輸?shù)紹端輸出(P端三極管導通);若A為低電平,則通過下面的三極管送到B端(N端三極管導通)。
當B作為輸入端且為高電平時,信號從下面的三極管送到A端輸出(N端三極管導通);若為低電平,則從上面的三極管傳輸?shù)紸端(P端三極管導通)。
若P=1,N=0,則兩個三極管都截止,此時A、B之間相當于斷開的開關(guān)。
因為是P=0,N=1時打開傳輸門,所以畫出的電路符號上是P上有小圓圈,N上沒有。
傳輸門的應用
(1)門控振蕩器
如圖3所示,當c為“1”時,TG導通電路振蕩,VO輸出矩形波;當c為“O”時,TG截止,電路停止振蕩。
圖3門控振蕩器
(2)程控脈沖振蕩器
如果要獲得不同頻率矩形波可采用如圖4所示的電路,只要對A、B、C加入不同的電平控制,即可獲得不同頻率的矩形波。
圖4程控脈沖振蕩器
(3)程控運算放大器
傳輸門可以傳輸數(shù)字信號,也可以傳輸模擬信號,在運算放大器的反饋部分采用程控方式,可以改變放大器的電壓放大倍數(shù)。如圖5程控放大器
圖5程控放大器
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