門(mén)電路簡(jiǎn)介

　　用以實(shí)現(xiàn)基本邏輯運(yùn)算和復(fù)合邏輯運(yùn)算的單元電路稱(chēng)為門(mén)電路。常用的門(mén)電路在邏輯功能上有與門(mén)、或門(mén)、非門(mén)、與非門(mén)、或非門(mén)、與或非門(mén)、異或門(mén)等幾種。

　　集成電路原理

　　目前實(shí)際應(yīng)用的門(mén)電路都是集成電路。在集成電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，將復(fù)雜的邏輯函數(shù)轉(zhuǎn)換為具體的數(shù)字電路時(shí)，不管是手工設(shè)計(jì)還是EDA工具自動(dòng)設(shè)計(jì)，通常要用到七種基本邏輯（與、或、非、與非、或非、同或、異或）的圖形表示，在電路術(shù)語(yǔ)中這些邏輯操作符號(hào)被稱(chēng)作門(mén)，對(duì)應(yīng)的具體電路就叫做門(mén)電路，包括某個(gè)基本邏輯或者多個(gè)基本邏輯組合的復(fù)雜邏輯。

　　比如實(shí)現(xiàn)取反功能的反相器，就叫做非門(mén)；實(shí)現(xiàn)“先與后反”功能的就是與非門(mén)，如下圖所示。與非門(mén)由兩個(gè)N管和兩個(gè)P管組成：P管并聯(lián)，一端接電源；N管串聯(lián)，一端接地。根據(jù)CMOS結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的思想，每個(gè)N管都會(huì)和一個(gè)P管組成一對(duì)，它們的柵極連在一起，作為與非門(mén)的輸入；輸出則在“串-并”結(jié)構(gòu)的中間。當(dāng)輸入端A、B中只要有一個(gè)為0時(shí)，下面接地的通路斷開(kāi)，而上面接電源的通路導(dǎo)通，就輸出高電平1；而只有A、B同時(shí)為1時(shí)，才會(huì)使接地的兩個(gè)串聯(lián)NMOS管都導(dǎo)通，從而輸出低電平0。而這正是與非門(mén)的邏輯：只有兩個(gè)輸入都為1時(shí)，輸出為0；否則結(jié)果為1。

　　上述7種基本邏輯對(duì)應(yīng)的門(mén)即為：與門(mén)、或門(mén)、非門(mén)、與非門(mén)、或非門(mén)、異或門(mén)、同或門(mén)。另外還有一個(gè)常用的基本門(mén)電路叫傳輸門(mén)，可以模擬“開(kāi)關(guān)”的動(dòng)作，當(dāng)然也是由MOS-FET組成的，利用了其柵電壓控制MOS管導(dǎo)通的原理；當(dāng)CP為1，A的數(shù)據(jù)可以傳到B端，當(dāng)CP為0時(shí)，其內(nèi)部晶體管截止，可以把電路中的通路臨時(shí)關(guān)斷。它們的邏輯符號(hào)如右圖所示。

　　門(mén)電路幾乎可以組成數(shù)字電路里面任何一種復(fù)雜的功能電路，包括類(lèi)似于加法、乘法的運(yùn)算電路，或者寄存器等具有存儲(chǔ)功能的電路，以及各種自由的控制邏輯電路，都是由基本的門(mén)電路組合而成的。

　　門(mén)電路結(jié)構(gòu)類(lèi)型

　　門(mén)電路輸出端的電路結(jié)構(gòu)有三種型式：有源負(fù)載推拉式（或互補(bǔ)式）輸出、集電極（或漏極）開(kāi)路輸出和三態(tài)輸出。

　　推拉式輸出的門(mén)電路一般用于完成邏輯運(yùn)算。集電極開(kāi)路的門(mén)電路（OC門(mén)）在實(shí)現(xiàn)一定邏輯功能的同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)電平變換或驅(qū)動(dòng)較高電壓、較大電流的負(fù)載：可以把兩個(gè)門(mén)的輸出端直接并聯(lián)，實(shí)現(xiàn)邏輯與的功能（稱(chēng)“線(xiàn)與”聯(lián)接）。三態(tài)輸出門(mén)廣泛應(yīng)用于和系統(tǒng)總線(xiàn)的聯(lián)接以及實(shí)現(xiàn)信號(hào)雙向傳輸?shù)确矫妗?br />

　　邏輯門(mén)電路原理圖

　　N個(gè)輸入端必須有n個(gè)NMOS管串（并）聯(lián)、n個(gè)PMOS管并（串）聯(lián)。當(dāng)輸入端的數(shù)目越多，則串聯(lián)的管子也越多。

　　若串聯(lián)的管子全部導(dǎo)通時(shí)，其總的導(dǎo)通電阻會(huì)增加，以致影響輸出電平（與非門(mén)的低電平升高；或非門(mén)的高電平降低）CMOS邏輯門(mén)電路的輸入端不宜過(guò)多。并且在輸入輸出端增加緩沖電路（CMOS反相器），規(guī)范電路輸入和輸出邏輯電平。

　　布式二極管：可以通過(guò)較大的電流，使輸入引腳上的靜電荷得以釋放，從而保護(hù)了MOS管的柵極絕緣層二極管的反向擊穿電壓約為30V，小于柵極SiO2層的擊穿電壓輸入電壓在正常范圍（0≦vI≦VDD），保護(hù)電路不起作用。

　　電路在使用前，輸入端使懸空的，只要外界有很小的靜電路，都會(huì)在輸入端積累電荷而將柵極擊穿邏輯門(mén)電路輸出端也接入靜電保護(hù)二極管，確保輸出不超出正常的工作范圍。

　　門(mén)電路的用途

　　門(mén)電路是一種具有多個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端的開(kāi)關(guān)電路，當(dāng)輸入信號(hào)之間滿(mǎn)足某一特定關(guān)系時(shí)，門(mén)電路才有信號(hào)輸出，否則無(wú)信號(hào)輸出，如圖12-21所示。門(mén)電路的控制信號(hào)的通過(guò)與通不過(guò)，這好像是在滿(mǎn)足一定的條件時(shí)才會(huì)打開(kāi)的門(mén)一樣，故稱(chēng)門(mén)電路。

　　最基本的門(mén)電路有與門(mén)、或門(mén)和非門(mén)三種，利用各種門(mén)電路進(jìn)行一定的組合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)各種信號(hào)的邏輯控制。

　　門(mén)電路的作用

　　凡是對(duì)脈沖通路上的脈沖起著開(kāi)關(guān)作用的電子線(xiàn)路就叫做門(mén)電路，是基本的邏輯電路。門(mén)電路可以有一個(gè)或多個(gè)輸入端，但只有一個(gè)輸出端。門(mén)電路的各輸入端所加的脈沖信號(hào)只有滿(mǎn)足一定的條件時(shí)，“門(mén)”才打開(kāi)，即才有脈沖信號(hào)輸出。從邏輯學(xué)上講，輸入端滿(mǎn)足一定的條件是“原因”，有信號(hào)輸出是“結(jié)果”，門(mén)電路的作用是實(shí)現(xiàn)某種因果關(guān)系──邏輯關(guān)系。所以門(mén)電路是一種邏輯電路?；镜倪壿嬯P(guān)系有三種：與邏輯、或邏輯、非邏輯。與此相對(duì)應(yīng)，基本的門(mén)電路有與門(mén)、或門(mén)、非門(mén)。