PMOS ja NMOS transistorid

Mikroprotsessorid on ehitatud transistoridest. Eelkõige on need valmistatud MOS-transistoridest. MOS on akronüüm sõnast Metal-Oxide Semiconductor. MOS-transistore on kahte tüüpi: pMOS (positiivne-MOS) ja nMOS (negatiivne-MOS). Iga pMOS ja nMOS on varustatud kolme põhikomponendiga: värav, allikas ja äravool.

Et õigesti mõista, kuidas pMOS ja nMOS töötavad, on oluline esmalt määratleda mõned terminid:

suletud vooluring: see tähendab, et elekter voolab väravast allikani.

avatud vooluring: see tähendab, et elekter ei voola väravast allikasse; vaid pigem voolab elekter väravast äravoolu.

Kui nMOS-transistor saab mitteolulise pinge, toimib ühendus allikast äravooluga juhtmena. Elekter voolab allikast äravoolu takistamatult – seda nimetatakse suletud vooluringiks. Teisest küljest, kui nMOS-transistor saab umbes 0 volti pinget, katkeb ühendus allikast äravooluga ja seda nimetatakse avatud vooluringiks.

NMOS-transistori näide

P-tüüpi transistor töötab täpselt vastupidiselt n-tüüpi transistorile. Kui nMOS moodustab allikaga suletud ahela, kui pinge on tühine, siis pMOS moodustab allikaga avatud ahela, kui pinge on tühine.

pMOS-transistori näide

Nagu näete ülaltoodud pMOS-transistori pildil, on pMOS-transistori ja nMOS-transistori ainus erinevus väike ring värava ja esimese riba vahel. See ring pöörab väärtuse pingest ümber; Seega, kui värav saadab pinget, mille väärtus on 1, muudab muundur 1 väärtuseks 0 ja paneb vooluringi vastavalt töötama.

Kuna pMOS ja nMOS toimivad vastupidisel viisil - üksteist täiendavalt -, kui ühendame need mõlemad üheks hiiglaslikuks MOS-ahelaks, nimetatakse seda cMOS-ahelaks, mis tähistab komplementaarset metalloksiidi pooljuhti.

MOS-i vooluringide kasutamine

Saame kombineerida pMOS-i ja nMOS-i ahelaid, et ehitada keerulisemaid struktuure, mida nimetatakse GATES-iks, täpsemalt: loogikaväravateks. Oleme nende loogiliste funktsioonide mõistet ja nendega seotud tõetabeleid tutvustanud juba eelmises blogis, mille leiate klõpsates siin.

Saame ühendada pMOS-transistori, mis ühendub allikaga, ja nMOS-transistori, mis ühendub maapinnaga. See on meie esimene näide cMOS-transistorist.

EI-värava näide

See cMOS-transistor toimib sarnaselt NOT-loogilise funktsiooniga.

Vaatame EI-tõe tabelit:

EI ole tõetabel

Tõetabelis EI ole iga sisendväärtus: A inverteeritud. Mis juhtub ülaltoodud vooluringiga?

Kujutagem ette, et sisend on 0.

0 tuleb sisse ja läheb nii üles kui alla nii pMOS-i (ülemine) kui ka nMOS-i (alumine) juurde. Kui väärtus 0 jõuab pMOS-i, muudetakse see väärtuseks 1; seega on ühendus allikaga suletud. See annab loogilise väärtuse 1 seni, kuni ühendus maandusega (äravooluga) pole samuti suletud. Noh, kuna transistorid täiendavad üksteist, teame, et nMOS-transistor ei muuda väärtust ümber; seega võtab see väärtuse 0 sellisel kujul, nagu see on, ja loob seega maapinnaga avatud vooluringi (äravoolu). Seega genereeritakse värava jaoks loogiline väärtus 1.

IN väärtus 0 annab OUT väärtuse 1

Mis juhtub, kui 1 on IN väärtus? Noh, järgides samu samme nagu ülal, saadetakse väärtus 1 nii pMOS-i kui ka nMOS-i. Kui pMOS võtab väärtuse vastu, muudetakse väärtus 0-ks; seega on ühendus ALLIKAGA avatud. Kui nMOS võtab väärtuse vastu, siis väärtust ei inverteerita; seega jääb väärtuseks 1. Kui nMOS võtab vastu väärtuse 1, siis ühendus suletakse; seega on ühendus maaga suletud. See annab loogilise väärtuse 0.

IN väärtus 1 annab OUT väärtuse 0.

Kahe sisendi/väljundi komplekti liitmine annab tulemuseks:

Tõdetabel MITTE-värava jaoks.

On üsna lihtne näha, et see tõetabel on täpselt sama, mis loogiline funktsioon EI too. Seega on see tuntud kui EI värav.

Kas me saame neid kahte lihtsat transistorit kasutada keerukamate struktuuride tegemiseks? Absoluutselt! Järgmisena ehitame NOR-värava ja VÕI-värava.

NOR-värava näide

See vooluahel kasutab ülaosas kahte pMOS-transistorit ja allosas kahte nMOS-transistorit. Jällegi vaatame värava sisendit, et näha, kuidas see käitub.

Kui A on 0 ja B on 0, inverteerib see värav mõlemad väärtused 1-ks, kui need jõuavad pMOS-transistorideni; aga nMOS-transistorid säilitavad mõlemad väärtuse 0. See paneb värava tootma väärtuse 1.

Kui A on 0 ja B on 1, inverteerib see värav mõlemad väärtused, kui need jõuavad pMOS-transistorideni; seega A muutub 1-ks ja B muutub 0-ks. See ei vii allikani; kuna mõlemad transistorid vajavad sisendi allikaga ühendamiseks suletud vooluahelat. nMOS-transistorid väärtusi ei inverteeri; seega annab A-ga seotud nMOS väärtuse 0 ja B-ga seotud nMOS väärtuse 1; seega tekitab B-ga seotud nMOS maapinnale suletud ahela. See paneb värava tootma väärtuse 0.

Kui A on 1 ja B on 0, inverteerib see värav mõlemad väärtused, kui need jõuavad pMOS-transistorideni; seega A muutub 0-ks ja B muutub 1-ks. See ei vii allikani; kuna mõlemad transistorid vajavad sisendi allikaga ühendamiseks suletud vooluahelat. nMOS-transistorid väärtusi ei inverteeri; seega annab A-ga seotud nMOS 1 ja B-ga seotud nMOS 0; seega tekitab Awilliga seotud nMOS maapinnale suletud vooluringi. See paneb värava tootma väärtuse 0.

Kui A on 1 ja B on 1, inverteerib see värav mõlemad väärtused, kui need jõuavad pMOS-transistorideni; seega, A muutub 0-ks ja B muutub 0-ks. See ei vii allikani; kuna mõlemad transistorid vajavad sisendi allikaga ühendamiseks suletud vooluahelat. nMOS-transistorid väärtusi ei inverteeri; seega annab A-ga seotud nMOS 1 ja B-ga seotud nMOS 1; seega tekitavad A-ga seotud nMOS ja B-ga seotud nMOS maapinnaga suletud vooluringi. See paneb värava tootma väärtuse 0.

Seega on värava tõetabel järgmine:

NOR-värava väljund.

Samal ajal on loogilise funktsiooni NOR tõesuse tabel järgmine:

Loogilise funktsiooni NOR väljund.

Seega oleme kinnitanud, et see värav on NOR-värav, kuna see jagab oma tõesuse tabelit loogilise funktsiooniga NOR.

Nüüd paneme mõlemad seni loodud väravad kokku, et luua VÕI-värav. Pidage meeles, et NOR tähistab EI VÕI; nii et kui pöörame juba ümberpööratud värava ümber, saame originaali tagasi. Paneme selle proovile, et näha seda tegevuses.

VÕI-värava näide

Oleme siin ära võtnud varem NOR-värava ja rakendanud väljundile EI-värava. Nagu ülalpool näitasime, võtab EI-värav väärtuse 1 ja väljastab 0 ning EI värav võtab väärtuse 0 ja väljastab 1.

See võtab NOR-värava väärtused ja teisendab kõik 0-d 1-deks ja 1-d 0-deks. Seega on tõetabel järgmine:

VÕI-värava ja VÕI-värava tõetabel

Kui soovite nende väravate katsetamist rohkem harjutada, proovige ülaltoodud väärtusi ise ja veenduge, et värav annab samaväärseid tulemusi!

NAND-värava näide

Väidan, et see on NAND-värav, kuid testime selle värava tõesuse tabelit, et teha kindlaks, kas see on tõesti NAND-värav.

Kui A on 0 ja B on 0, annab A pMOS väärtuse 1 ja A nMOS väärtuse 0; seega annab see värav loogilise 1, kuna see on allikaga ühendatud suletud vooluringiga ja maapinnast lahti ühendatud avatud ahelaga.

Kui A on 0 ja B on 1, annab A pMOS väärtuse 1 ja A nMOS väärtuse 0; seega annab see värav loogilise 1, kuna see on allikaga ühendatud suletud vooluringiga ja maapinnast lahti ühendatud avatud ahelaga.

Kui A on 1 ja B on 0, annab B pMOS väärtuse 1 ja B nMOS 0; seega annab see värav loogilise 1, kuna see on allikaga ühendatud suletud vooluringiga ja maapinnast lahti ühendatud avatud ahelaga.

Kui A on 1 ja B on 1, annab A pMOS väärtuse 0 ja A nMOS väärtuse 1; seega peame kontrollima ka B pMOS-i ja nMOS-i. B pMOS annab 0 ja B nMOS annab 1; seega annab see värav loogilise 0, kuna see on lahtise vooluahelaga allikast lahti ühendatud ja suletud ahelaga ühendatud maandusega.

Tõe tabel on järgmine:

Ülaltoodud värava tõetabel.

Vahepeal on loogilise funktsiooni NAND tõesuse tabel järgmine:

Seega oleme veendunud, et see on tõepoolest NAND-värav.

Kuidas me nüüd JA väravat ehitame? Noh, me ehitame JA-värava täpselt samamoodi, nagu ehitasime VÕI-värava NOR-väravast! Kinnitame inverteri!

JA-värava näide

Kuna kõik, mida oleme teinud, on rakendanud NAND-värava väljundile funktsiooni NOT, näeb tõesuse tabel välja järgmine:

Täielik JA ja NAND tõetabel

Jällegi, palun kontrollige veendumaks, et see, mida ma teile räägin, on tõde.

Täna oleme käsitlenud, mis on pMOS ja nMOS transistorid ning kuidas neid kasutada keerukamate struktuuride ehitamiseks! Loodan, et see blogi oli teile informatiivne. Kui soovite lugeda minu varasemaid ajaveebi, leiate alloleva nimekirja.

Jäta sõnum 

Sõnumite nimekiri