PMOS і NMOS транзистори

Мікропроцесори побудовані з транзисторів. Зокрема, вони виготовлені з МОП-транзисторів. MOS — це абревіатура від Metal-Oxide Semiconductor. Існує два типи МОП-транзисторів: pMOS (позитивний МОП) і nMOS (негативний МОП). Кожен pMOS і nMOS оснащений трьома основними компонентами: затвором, джерелом і стоком.

Щоб правильно зрозуміти, як працюють pMOS і nMOS, важливо спочатку визначити деякі терміни:

замкнутий ланцюг: це означає, що електрика тече від воріт до джерела.

розімкнутий ланцюг: це означає, що електрика не тече від воріт до джерела; а скоріше, електрика тече від воріт до каналізації.

Коли nMOS-транзистор отримує напругу, яка не є незначною, з’єднання джерела зі стоком діє як провід. Електрика буде надходити від джерела до стоку без гальмування — це називається замкнутим ланцюгом. З іншого боку, коли транзистор nMOS отримує напругу близько 0 вольт, з'єднання від джерела до стоку буде розірвано, і це називається обривом.

Приклад транзистора nMOS

Транзистор p-типу працює точно проти транзистора n-типу. Тоді як nMOS утворить замкнутий ланцюг з джерелом, коли напруга не є незначною, pMOS утворить розімкнуту ланцюг з джерелом, коли напруга не є незначною.

Приклад pMOS транзистора

Як ви можете бачити на зображенні pMOS-транзистора, показаному вище, єдина відмінність між pMOS-транзистором і nMOS-транзистором полягає в невеликому колі між затвором і першою смугою. Це коло інвертує значення від напруги; Таким чином, якщо вентиль надсилає напругу, що представляє значення 1, то інвертор змінить 1 на 0 і спричинить відповідне функціонування схеми.

Оскільки pMOS і nMOS функціонують протилежним чином — комплементарним чином — коли ми об’єднуємо їх обох в одну гігантську MOS-ланцюг, це називається схемою cMOS, що означає комплементарний напівпровідник з оксиду металу.

Використання схем МОП

Ми можемо комбінувати схеми pMOS і nMOS, щоб побудувати більш складні структури, які називаються GATES, точніше: логічні вентилі. Ми вже представили концепцію цих логічних функцій та пов’язаних з ними таблиць істинності в попередньому блозі, які ви можете знайти, натиснувши тут.

Ми можемо підключити pMOS-транзистор, який підключається до джерела, і nMOS-транзистор, який підключається до землі. Це буде наш перший приклад cMOS-транзистора.

Приклад воріт НЕ

Цей cMOS-транзистор діє подібно до логічної функції НЕ.

Давайте подивимося на таблицю НЕ істини:

НЕ таблиця істинності

У таблиці істинності НЕ кожне вхідне значення: A інвертується. Що відбувається з схемою вище?

Ну, уявімо, що вхідним є 0.

0 входить і йде як вгору, так і вниз по дроту як до pMOS (зверху), так і до nMOS (унизу). Коли значення 0 досягає pMOS, воно інвертується до 1; отже, з'єднання з джерелом закрите. Це дасть логічне значення 1, якщо з’єднання із землею (стоком) також не закрите. Ну, оскільки транзистори є взаємодоповнювальними, ми знаємо, що транзистор nMOS не інвертує значення; таким чином, він приймає значення 0 як є, і, отже, створить обрив ланцюга на землю (сток). Таким чином, для воріт виходить логічне значення 1.

Значення IN, рівне 0, створює значення OUT 1

Що станеться, якщо 1 є значенням IN? Отже, дотримуючись тих же кроків, що й вище, значення 1 надсилається як на pMOS, так і на nMOS. Коли значення отримує pMOS, значення інвертується до 0; таким чином, з'єднання з ДЖЕРЕЛОМ відкрите. Коли значення отримує nMOS, значення не інвертується; таким чином, значення залишається 1. Коли nMOS отримує значення 1, з'єднання закривається; отже, з’єднання із землею закрите. Це дасть логічне значення 0.

Значення IN, рівне 1, створює значення OUT 0.

Поєднання двох наборів введення/виводу разом дає:

Таблиця істини для НЕ воріт.

Досить легко побачити, що ця таблиця істинності точно така ж, як та, яку НЕ створює логічна функція. Таким чином, це відомо як НЕ ворота.

Чи можемо ми використовувати ці два прості транзистори для створення більш складних конструкцій? Абсолютно! Далі ми побудуємо ворота НІ та ворота АБО.

Приклад воріт НІ

У цій схемі використовуються два pMOS транзистора зверху і два nMOS транзистора знизу. Знову ж таки, давайте подивимося на вхід до воріт, щоб побачити, як він поводиться.

Коли A дорівнює 0, а B дорівнює 0, цей вентиль інвертує обидва значення на 1, коли вони досягають pMOS-транзисторів; проте обидва транзистори nMOS будуть підтримувати значення 0. Це призведе до того, що вентиль створить значення 1.

Коли A дорівнює 0, а B дорівнює 1, цей вентиль інвертує обидва значення, коли вони досягають pMOS-транзисторів; отже, A зміниться на 1, а B зміниться на 0. Це не призведе до джерела; оскільки обидва транзистора потребують замкнутого кола, щоб підключити вхід до джерела. Транзистори nMOS не інвертують значення; таким чином, nMOS, пов'язаний з A, вироблятиме 0, а nMOS, пов'язаний з B, вироблятиме 1; таким чином, nMOS, пов'язаний з B, створить замкнений ланцюг на землю. Це призведе до створення значення 0.

Коли A дорівнює 1, а B дорівнює 0, цей вентиль інвертує обидва значення, коли вони досягають pMOS-транзисторів; отже, A зміниться на 0, а B зміниться на 1. Це не призведе до джерела; оскільки обидва транзистора потребують замкнутого кола, щоб підключити вхід до джерела. Транзистори nMOS не інвертують значення; таким чином, nMOS, пов'язаний з A, вироблятиме 1, а nMOS, пов'язаний з B, вироблятиме 0; таким чином, nMOS, пов'язаний з A, створить замкнений ланцюг на землю. Це призведе до створення значення 0.

Коли A дорівнює 1, а B дорівнює 1, цей вентиль інвертує обидва значення, коли вони досягають pMOS-транзисторів; отже, A зміниться на 0, а B зміниться на 0. Це не призведе до джерела; оскільки обидва транзистора потребують замкнутого кола, щоб підключити вхід до джерела. Транзистори nMOS не інвертують значення; таким чином, nMOS, пов'язаний з A, вироблятиме 1, а nMOS, пов'язаний з B, вироблятиме 1; таким чином, nMOS, пов'язаний з A, і nMOS, пов'язаний з B, створить замкнений ланцюг із землею. Це призведе до створення значення 0.

Таким чином, таблиця істинності воріт виглядає так:

Вихід воріт НІ.

Тим часом таблиця істинності логічної функції NOR виглядає так:

Вихід логічної функції NOR.

Таким чином, ми підтвердили, що цей вентиль є вентилем НІ, оскільки він ділиться своєю таблицею істинності з логічною функцією НІ.

Тепер ми об’єднаємо обидва створені нами ворота разом, щоб створити вентиль АБО. Пам'ятайте, НІ означає НЕ АБО; отже, якщо ми інвертуємо вже перевернутий затвор, ми повернемо оригінал. Давайте перевіримо це, щоб побачити це в дії.

Приклад воріт АБО

Що ми зробили тут, так це ми взяли вентиль НІ з попереднього й застосували НЕ вентиль до виходу. Як ми показали вище, вентиль НЕ прийме значення 1 і виведе 0, а вентиль НЕ прийме значення 0 і виведе 1.

Це візьме значення вентиля НІ і перетворить усі 0 в 1 і 1 в 0 с. Таким чином, таблиця істинності буде такою:

Таблиця істинності воріт НІ та воріт АБО

Якщо ви хочете більше попрактикуватися в тестуванні цих воріт, не соромтеся випробувати наведені вище значення для себе і переконатися, що ворота дають еквівалентні результати!

Приклад вентиля NAND

Я стверджую, що це вентиль NAND, але давайте перевіримо таблицю істинності цього шлюза, щоб визначити, чи це дійсно вентиль NAND.

Коли A дорівнює 0, а B дорівнює 0, pMOS A створить 1, а nMOS A створить 0; таким чином, цей затвор буде генерувати логічну 1, оскільки він підключений до джерела замкненим ланцюгом і відключений від землі при розімкнутому ланцюзі.

Коли A дорівнює 0, а B дорівнює 1, pMOS A створить 1, а nMOS A створить 0; таким чином, цей затвор буде генерувати логічну 1, оскільки він підключений до джерела замкненим ланцюгом і відключений від землі при розімкнутому ланцюзі.

Коли A дорівнює 1, а B дорівнює 0, pMOS B створить 1, а nMOS B — 0; таким чином, цей затвор буде генерувати логічну 1, оскільки він підключений до джерела замкненим ланцюгом і відключений від землі при розімкнутому ланцюзі.

Коли A дорівнює 1, а B дорівнює 1, pMOS A створить 0, а nMOS A створить 1; тому ми також повинні перевірити pMOS і nMOS B. pMOS B дасть 0, а nMOS B дасть 1; таким чином, цей вентиль буде виробляти логічний 0, оскільки він відключений від джерела з розімкненим ланцюгом і з'єднаний із землею за допомогою замкнутого контуру.

Таблиця істинності виглядає так:

Таблиця істинності вищевказаних воріт.

Тим часом таблиця істинності логічної функції NAND виглядає наступним чином:

Таким чином, ми перевірили, що це дійсно ворота NAND.

Тепер, як ми побудуємо ворота І? Ну, ми побудуємо ворота І точно так само, як ми побудували ворота АБО з воріт НІ! Прикріпимо інвертор!

Приклад воріт І

Оскільки все, що ми зробили, це застосували функцію НЕ до виходу шлюза NAND, таблиця істинності буде виглядати так:

Повна таблиця істинності І та NAND

Ще раз, будь ласка, перевірте, щоб переконатися, що те, що я вам кажу, є правдою.

Сьогодні ми розглянули, що таке pMOS і nMOS транзистори, а також як їх використовувати для побудови більш складних структур! Сподіваюся, ви знайшли цей блог інформативним. Якщо ви хочете прочитати мої попередні блоги, ви знайдете список нижче.

Залишити повідомлення 

список повідомлень