原创 硬件工程师必会模块之MOS管构成的基本门逻辑电路—看芯片手册框图必备技能

** 本文你可以获得什么？

1. MOS管构成的缓冲器Buffer和漏极开路们OD门是数字电路非常重要的概念，怎么构成的；


2. 反相器，线与逻辑怎么玩，又怎么用呢？


3. 根据原理图，真值表，应用典型电路全面了解基本的逻辑门，与门，或门，与非门。


4. 半导体SS, TT, FF是怎么回事？**

1. MOS管逻辑电路（与门，或门，非门等）

作为硬件工程师，不能不懂芯片；而要想懂芯片，MOS管构成的各种基本逻辑电路必须熟记于心，才能够更熟练的看懂芯片的框图。场效应管（Field-Effect Transistor）通过不同的搭配可以构成各种各样的门电路，如开篇所说，这些最基本的单元电路或许是现代IC的基础。以下的电路形式在常用的74系列的芯片中大量存在着，之后介绍的OD门，缓冲器则常见于芯片的GPIO口等管脚的设计。



MOS管构成基本的与门、或门电路

与门可以由六个管子构成，通过示意图应该能更清楚看出与门的工作示意图，然后由真值表可以看出输入输出的对应关系。本文中给出与门的对应电路，如有兴趣，大家可以思考或门的电路结构，其实二者是存在对应关系的。

2. 反相器

下图则给出了反相器的电路图，输入和输出状态相反，谓之反相器。

电路分析：

输入Vi为低电平时，上管导通，下管截止，输出为高电平；输入Vi为高电平时，上管截止，下管导通，输出为低电平。

与非门

下图则给出了与非门的电路图，与非门也就是同为零，异为一。

当A,B输入均为低电平时，1,2管导通，3,4管截止，C端电压与Vdd一致，输出高电平。当A输入高电平，B输入低电平，1,3管导通，2,4管截止，C端电位与1管的漏极保持一致，输出高电平。当A输入低电平，B输入高电平，2,4导通，1,3管截止，C端电位与2管的漏极保持一致，输出高电平。当A，B输入均为高电平时，1,2管截止，3,4管导通，C端电压与地一致，输出低电平。

4. 缓冲器Buffer

CMOS缓冲器(buffer)，缓冲器跟反相器是对立的，缓冲器输入与输出相同，反相器输入与输出相反。



电路分析：

前面一级Q1，Q2组成了一个反相器；后面一级Q3，Q4又构成了一个反相器，相当于反了两次相，于是又还原了。

5. 漏极开路门

漏极开路门是一个十分经典常用的电路，常见于主芯片的GPIO口或者单片机的GPIO口的设计中。要最重要的一点就是：漏极开路是高阻态，一般应用需要接上拉电阻。

【漏极开路门的应用-线与逻辑】Z=z1z2z3



“线与”逻辑是因为多个逻辑单元的输出的三极管，共用一个上拉电阻，只要一个逻辑单元输出低电平，即集电极（漏极）开路输出的管子导通，那么输出低电平；而只有全部单元截止,输出端被上拉电阻置为高电平，这是一个很实用的电路，可以用于逻辑仲裁等电路系统中。

或许工作几年后，一般会觉得二极管三极管电路很简单，那只能说明研究得还不够深入。有时候越简单的东西底层的东西其实更复杂。比如从工艺角度来说，晶体管分为TT, SS, FF, IC设计是绕不过这些的，基础也并不容易，考虑到更深入一些，又觉得只学到皮毛。