門電路簡介

　　用以實現基本邏輯運算和復合邏輯運算的單元電路稱為門電路。常用的門電路在邏輯功能上有與門、或門、非門、與非門、或非門、與或非門、異或門等幾種。門電路是數字電路里重要的電路。

　　集成電路原理

　　目前實際應用的門電路都是集成電路。在集成電路設計過程中，將復雜的邏輯函數轉換為具體的數字電路時，不管是手工設計還是EDA工具自動設計，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，在電路術語中這些邏輯操作符號被稱作門，對應的具體電路就叫做門電路，包括某個基本邏輯或者多個基本邏輯組合的復雜邏輯。

　　比如實現取反功能的反相器，就叫做非門；實現“先與后反”功能的就是與非門，如下圖所示。與非門由兩個N管和兩個P管組成：P管并聯，一端接電源；N管串聯，一端接地。根據CMOS結構互補的思想，每個N管都會和一個P管組成一對，它們的柵極連在一起，作為與非門的輸入；輸出則在“串-并”結構的中間。當輸入端A、B中只要有一個為0時，下面接地的通路斷開，而上面接電源的通路導通，就輸出高電平1；而只有A、B同時為1時，才會使接地的兩個串聯NMOS管都導通，從而輸出低電平0。而這正是與非門的邏輯：只有兩個輸入都為1時，輸出為0；否則結果為1。

　　上述7種基本邏輯對應的門即為：與門、或門、非門、與非門、或非門、異或門、同或門。另外還有一個常用的基本門電路叫傳輸門，可以模擬“開關”的動作，當然也是由MOS-FET組成的，利用了其柵電壓控制MOS管導通的原理；當CP為1，A的數據可以傳到B端，當CP為0時，其內部晶體管截止，可以把電路中的通路臨時關斷。它們的邏輯符號如右圖所示。

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

　　門電路輸出端的電路結構有三種型式：有源負載推拉式（或互補式）輸出、集電極（或漏極）開路輸出和三態輸出。

　　推拉式輸出的門電路一般用于完成邏輯運算。集電極開路的門電路（OC門）在實現一定邏輯功能的同時，還能實現電平變換或驅動較高電壓、較大電流的負載：可以把兩個門的輸出端直接并聯，實現邏輯與的功能（稱“線與”聯接）。三態輸出門廣泛應用于和系統總線的聯接以及實現信號雙向傳輸等方面。

　　邏輯門電路原理圖

　　N個輸入端必須有n個NMOS管串（并）聯、n個PMOS管并（串）聯。當輸入端的數目越多，則串聯的管子也越多。

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

　　布式二極管：可以通過較大的電流，使輸入引腳上的靜電荷得以釋放，從而保護了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，都會在輸入端積累電荷而將柵極擊穿邏輯門電路輸出端也接入靜電保護二極管，確保輸出不超出正常的工作范圍。

　　門電路的用途

　　門電路是一種具有多個輸入端和一個輸出端的開關電路，當輸入信號之間滿足某一特定關系時，門電路才有信號輸出，否則無信號輸出，如圖12-21所示。門電路的控制信號的通過與通不過，這好像是在滿足一定的條件時才會打開的門一樣，故稱門電路。

　　最基本的門電路有與門、或門和非門三種，利用各種門電路進行一定的組合，可以實現對各種信號的邏輯控制。

　　門電路的作用

　　凡是對脈沖通路上的脈沖起著開關作用的電子線路就叫做門電路，是基本的邏輯電路。門電路可以有一個或多個輸入端，但只有一個輸出端。門電路的各輸入端所加的脈沖信號只有滿足一定的條件時，“門”才打開，即才有脈沖信號輸出。從邏輯學上講，輸入端滿足一定的條件是“原因”，有信號輸出是“結果”，門電路的作用是實現某種因果關系──邏輯關系。所以門電路是一種邏輯電路。基本的邏輯關系有三種：與邏輯、或邏輯、非邏輯。與此相對應，基本的門電路有與門、或門、非門。