在數(shù)字IC設(shè)計(jì)面試中經(jīng)常會(huì)被要求畫出某一個(gè)邏輯表達(dá)式的管級(jí)電路，本文將基于邏輯門的構(gòu)成解釋如何完成任意邏輯的管級(jí)電路設(shè)計(jì)。

PMOS & NMOS

要想輕松畫出管級(jí)電路，首先要理解，為什么在邏輯門中PMOS總是作為上管，NMOS總是作為下管。

對(duì)于P管來說，電流從S流向D，其導(dǎo)通條件為VSG>VTH(閾值)；N管反之。

假設(shè)P管作為下管，即D極接地，此時(shí)，S級(jí)連接外部電路，VS不可知，想要通過改變G級(jí)輸入控制VSG電壓差，G級(jí)控制邏輯會(huì)比較復(fù)雜。

相反，將P管作為上管，那么S接VCC，VS電壓確定，通過控制G級(jí)的高低電平即可控制MOS管開關(guān)。

同理分析NMOS，因此通常將P管作為上管，N管做為下管。

邏輯門的管級(jí)電路

明白上述原因后，就可以理解輸出的高電平由上管決定，低電平由下管決定。為了保證在某一時(shí)刻，輸出只能為高電平或低電平，需要結(jié)合上下管，即當(dāng)上管導(dǎo)通時(shí)，下管必然關(guān)斷，反之亦然。

非門的管級(jí)電路如下圖所示，由P管和N管串聯(lián)組合而成。

當(dāng)A = 1時(shí)，上管關(guān)斷，下管導(dǎo)通，輸出為0；

當(dāng)A = 0時(shí)，上管導(dǎo)通，下管關(guān)斷，輸出為1。

由于MOS管本身的特性，我們無法直接搭建出與門和或門，只能通過與非門或非門結(jié)合非門間接搭出，也就是說，與門和非門的搭建至少需要6個(gè)MOS管。

如圖所示為或非門管級(jí)電路結(jié)構(gòu)。兩個(gè)P管串聯(lián)后與兩個(gè)并聯(lián)的N管串聯(lián)。

其輸入輸出特性如下表：

與非門的管級(jí)電路如下所示：

其輸入輸出特性如下所示：

管級(jí)電路的轉(zhuǎn)換

在理解了上述門電路的管級(jí)電路后，結(jié)合下述三個(gè)步驟，即可輕松用MOS管搭建任意邏輯電路。

1. 對(duì)邏輯式按照摩爾公式取反，盡可能將每個(gè)輸入轉(zhuǎn)換成反邏輯形式；

2. 先畫上管，與為串聯(lián)，或?yàn)椴⒙?lián)；下管與上管相反；

3. 對(duì)整體結(jié)果取反(即加非門)；

這里對(duì)D=AB+C進(jìn)行舉例。

D=((AB+C)')'=((AB)'C')'=((A'+B')C')'

1

A'+B'

2

(A'+B')C'

3

根據(jù)上管畫出下管，串并聯(lián)相互轉(zhuǎn)換

4

A'+B'