ไมโครโปรเซสเซอร์ถูกสร้างขึ้นจากทรานซิสเตอร์ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง พวกมันถูกสร้างขึ้นจากทรานซิสเตอร์ MOS MOS เป็นตัวย่อสำหรับ Metal-Oxide Semiconductor ทรานซิสเตอร์ MOS มีสองประเภท: pMOS (บวก-MOS) และ nMOS (ลบ-MOS) pMOS และ nMOS ทุกตัวมาพร้อมกับส่วนประกอบหลักสามส่วน: ประตู แหล่งที่มา และท่อระบายน้ำ

เพื่อให้เข้าใจถึงวิธีการทำงานของ pMOS และ nMOS อย่างถูกต้อง จำเป็นต้องกำหนดคำศัพท์บางคำก่อน:

วงจรปิด หมายถึง กระแสไฟฟ้าที่ไหลจากประตูไปยังแหล่งกำเนิด

วงจรเปิด: หมายความว่าไฟฟ้าไม่ได้ไหลจากประตูสู่แหล่งกำเนิด แต่ไฟฟ้ากำลังไหลจากประตูสู่ท่อระบายน้ำ

เมื่อทรานซิสเตอร์ nMOS ได้รับแรงดันไฟฟ้าที่ไม่มีนัยสำคัญ การเชื่อมต่อจากแหล่งกำเนิดไปยังท่อระบายน้ำจะทำหน้าที่เป็นลวด ไฟฟ้าจะไหลจากแหล่งจ่ายไปยังท่อระบายน้ำโดยไม่มีการยับยั้ง นี่เรียกว่าวงจรปิด ในทางกลับกัน เมื่อทรานซิสเตอร์ nMOS ได้รับแรงดันไฟฟ้าที่ประมาณ 0 โวลต์ การเชื่อมต่อจากแหล่งกำเนิดไปยังท่อระบายน้ำจะขาดและสิ่งนี้เรียกว่าวงจรเปิด

ตัวอย่างของทรานซิสเตอร์ nMOS

ทรานซิสเตอร์ชนิด p ทำงานตรงข้ามกับทรานซิสเตอร์ชนิด n ในขณะที่ nMOS จะสร้างวงจรปิดกับแหล่งกำเนิดเมื่อแรงดันไฟฟ้าไม่มีนัยสำคัญ pMOS จะสร้างวงจรเปิดพร้อมกับแหล่งกำเนิดเมื่อแรงดันไฟฟ้าไม่มีนัยสำคัญ

ตัวอย่างของทรานซิสเตอร์ pMOS

ดังที่คุณเห็นในภาพทรานซิสเตอร์ pMOS ที่แสดงด้านบน ความแตกต่างเพียงอย่างเดียวระหว่างทรานซิสเตอร์ pMOS และทรานซิสเตอร์ nMOS คือวงกลมเล็กๆ ระหว่างเกตและแถบแรก วงกลมนี้กลับค่าจากแรงดันไฟฟ้า ดังนั้นหากเกตส่งตัวแทนแรงดันไฟฟ้าเป็นค่า 1 อินเวอร์เตอร์จะเปลี่ยน 1 เป็น 0 และทำให้วงจรทำงานตามนั้น

เนื่องจาก pMOS และ nMOS ทำงานตรงกันข้าม — ในลักษณะเสริม — เมื่อเรารวมทั้งสองอย่างนี้เป็นวงจร MOS ยักษ์วงจรเดียว เรียกว่าวงจร cMOS ซึ่งย่อมาจากเซมิคอนดักเตอร์โลหะออกไซด์เสริม

การใช้วงจร MOS

เราสามารถรวมวงจร pMOS และ nMOS เข้าด้วยกันเพื่อสร้างโครงสร้างที่ซับซ้อนมากขึ้นที่เรียกว่า GATES โดยเฉพาะอย่างยิ่ง: ลอจิกเกต เราได้แนะนำแนวคิดของฟังก์ชันตรรกะเหล่านี้และตารางความจริงที่เกี่ยวข้องแล้วในบล็อกที่แล้ว ซึ่งคุณสามารถหาได้โดยการคลิก โปรดคลิกที่นี่เพื่ออ่านรายละเอียดเพิ่มเติม.

เราสามารถแนบทรานซิสเตอร์ pMOS ที่เชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดและทรานซิสเตอร์ nMOS ที่เชื่อมต่อกับกราวด์ นี่จะเป็นตัวอย่างแรกของเราสำหรับทรานซิสเตอร์ cMOS

ตัวอย่างเกท NOT

ทรานซิสเตอร์ cMOS นี้ทำหน้าที่คล้ายกับฟังก์ชันตรรกะไม่

ลองดูที่ตารางความจริงไม่:

ไม่ใช่ตารางความจริง

ในตาราง NOT ความจริง ทุกค่าอินพุต: A จะกลับด้าน เกิดอะไรขึ้นกับวงจรด้านบน?

สมมุติว่าอินพุตเป็น 0

0 เข้ามาและขึ้นและลงทั้ง pMOS (บนสุด) และ nMOS (ด้านล่าง) เมื่อค่า 0 ถึง pMOS ค่าจะถูกแปลงกลับเป็น 1 ดังนั้นการเชื่อมต่อกับแหล่งที่มาจึงถูกปิด สิ่งนี้จะสร้างค่าตรรกะเป็น 1 ตราบใดที่การเชื่อมต่อกับกราวด์ (ท่อระบายน้ำ) ยังไม่ปิด เนื่องจากทรานซิสเตอร์เป็นส่วนเสริม เรารู้ว่าทรานซิสเตอร์ nMOS จะไม่กลับค่า ดังนั้นจึงใช้ค่า 0 ตามที่เป็นอยู่และจะสร้างวงจรเปิดลงที่พื้น (ท่อระบายน้ำ) ดังนั้น ค่าตรรกะของ 1 จึงถูกสร้างขึ้นสำหรับเกต

ค่า IN เป็น 0 จะสร้างค่า OUT เป็น 1

จะเกิดอะไรขึ้นถ้า 1 เป็นค่า IN? ทำตามขั้นตอนเดียวกันกับข้างต้น ค่า 1 จะส่งไปยังทั้ง pMOS และ nMOS เมื่อ pMOS ได้รับค่า ค่าจะถูกแปลงกลับเป็น 0 ดังนั้นการเชื่อมต่อกับ SOURCE จึงเปิดอยู่ เมื่อ nMOS ได้รับค่า ค่าจะไม่กลับด้าน ดังนั้น ค่ายังคงเป็น 1 เมื่อ nMOS ได้รับค่า 1 การเชื่อมต่อจะปิดลง ดังนั้นการเชื่อมต่อกับกราวด์จึงถูกปิด สิ่งนี้จะสร้างค่าตรรกะเป็น 0

ค่า IN เท่ากับ 1 จะสร้างค่า OUT เป็น 0

การนำอินพุต/เอาต์พุตทั้งสองชุดมารวมกันให้ผลตอบแทน:

ตารางความจริงสำหรับประตูไม่

ค่อนข้างง่ายที่จะเห็นว่าตารางความจริงนี้เหมือนกับตารางที่ฟังก์ชันตรรกะไม่สร้าง ดังนั้นจึงเรียกว่าไม่เกท

เราสามารถใช้ทรานซิสเตอร์ธรรมดาสองตัวนี้เพื่อสร้างโครงสร้างที่ซับซ้อนมากขึ้นได้หรือไม่? อย่างแน่นอน! ต่อไป เราจะสร้างเกท NOR และเกท OR

ตัวอย่างประตู NOR

วงจรนี้ใช้ทรานซิสเตอร์ pMOS สองตัวที่ด้านบนและทรานซิสเตอร์ nMOS สองตัวที่ด้านล่าง อีกครั้ง ให้ดูที่ทางเข้าประตูเพื่อดูว่ามันทำงานอย่างไร

เมื่อ A เป็น 0 และ B เป็น 0 ประตูนี้จะกลับค่าทั้งสองเป็น 1 เมื่อไปถึงทรานซิสเตอร์ pMOS อย่างไรก็ตามทรานซิสเตอร์ nMOS ทั้งคู่จะรักษาค่าเป็น 0 ซึ่งจะทำให้เกตสร้างค่า 1

เมื่อ A เป็น 0 และ B เป็น 1 ประตูนี้จะกลับค่าทั้งสองค่าเมื่อไปถึงทรานซิสเตอร์ pMOS ดังนั้น A จะเปลี่ยนเป็น 1 และ B จะเปลี่ยนเป็น 0 ซึ่งจะไม่นำไปสู่แหล่งที่มา เนื่องจากทรานซิสเตอร์ทั้งสองตัวต้องการวงจรปิดเพื่อเชื่อมต่ออินพุตกับแหล่งกำเนิด ทรานซิสเตอร์ nMOS ไม่กลับค่า; ดังนั้น nMOS ที่เกี่ยวข้องกับ A จะสร้าง 0 และ nMOS ที่เกี่ยวข้องกับ B จะสร้าง 1 ดังนั้น nMOS ที่เกี่ยวข้องกับ B จะสร้างวงจรปิดลงกับพื้น ซึ่งจะทำให้เกทสร้างค่าเป็น 0

เมื่อ A คือ 1 และ B เป็น 0 ประตูนี้จะกลับค่าทั้งสองค่าเมื่อไปถึงทรานซิสเตอร์ pMOS ดังนั้น A จะเปลี่ยนเป็น 0 และ B จะเปลี่ยนเป็น 1 ซึ่งจะไม่นำไปสู่แหล่งที่มา เนื่องจากทรานซิสเตอร์ทั้งสองตัวต้องการวงจรปิดเพื่อเชื่อมต่ออินพุตกับแหล่งกำเนิด ทรานซิสเตอร์ nMOS ไม่กลับค่า; ดังนั้น nMOS ที่เกี่ยวข้องกับ A จะสร้าง 1 และ nMOS ที่เกี่ยวข้องกับ B จะสร้าง 0 ดังนั้น nMOS ที่เกี่ยวข้องกับ Awill จะสร้างวงจรปิดลงกับพื้น ซึ่งจะทำให้ประตูสร้างค่าเป็น 0

เมื่อ A คือ 1 และ B คือ 1 ประตูนี้จะกลับค่าทั้งสองค่าเมื่อไปถึงทรานซิสเตอร์ pMOS ดังนั้น A จะเปลี่ยนเป็น 0 และ B จะเปลี่ยนเป็น 0 ซึ่งจะไม่นำไปสู่แหล่งที่มา เนื่องจากทรานซิสเตอร์ทั้งสองตัวต้องการวงจรปิดเพื่อเชื่อมต่ออินพุตกับแหล่งกำเนิด ทรานซิสเตอร์ nMOS ไม่กลับค่า; ดังนั้น nMOS ที่เกี่ยวข้องกับ A จะสร้าง 1 และ nMOS ที่เกี่ยวข้องกับ B จะสร้าง 1 ดังนั้น nMOS ที่เกี่ยวข้องกับ A และ nMOS ที่เกี่ยวข้องกับ B จะสร้างวงจรปิดลงกับพื้น ซึ่งจะทำให้เกทสร้างค่าเป็น 0

ดังนั้น ตารางความจริงของเกทจึงเป็นดังนี้:

ทางออกของประตู NOR

ในขณะเดียวกัน ตารางความจริงของฟังก์ชันตรรกะ NOR มีดังนี้:

ผลลัพธ์ของฟังก์ชันลอจิก NOR

ดังนั้นเราจึงได้ยืนยันว่าเกตนี้เป็นเกท NOR เพราะมันใช้ตารางความจริงร่วมกับฟังก์ชันลอจิคัล NOR

ตอนนี้ เราจะนำประตูทั้งสองที่เราสร้างขึ้นมาจนถึงตอนนี้ เพื่อสร้างประตู OR จำไว้ว่า NOR ย่อมาจาก NOT OR; ดังนั้น ถ้าเรากลับประตูที่กลับหัวแล้ว เราก็จะได้ของเดิมกลับมา มาลองทดสอบกันดูก่อนว่าใช้งานได้จริง

ตัวอย่างของเกท OR

สิ่งที่เราทำที่นี่คือเราได้นำเกท NOR มาใช้ก่อนหน้านี้ และใช้เกท NOT กับเอาต์พุต ดังที่เราได้แสดงไว้ข้างต้น เกท NOT จะใช้ค่า 1 และส่งออกเป็น 0 และเกท NOT จะใช้ค่า 0 และส่งออกเป็น 1

สิ่งนี้จะนำค่าของเกท NOR และแปลง 0s ทั้งหมดเป็น 1s และ 1s เป็น 0s ดังนั้นตารางความจริงจะเป็นดังนี้:

ตารางความจริงของเกท NOR และเกท OR

หากคุณต้องการฝึกฝนการทดสอบเกตเหล่านี้มากขึ้น อย่าลังเลที่จะลองใช้ค่าด้านบนด้วยตัวคุณเอง และดูว่าเกตให้ผลลัพธ์ที่เท่าเทียมกัน!

ตัวอย่างเกท NAND

ฉันอ้างว่านี่คือเกต NAND แต่มาทดสอบตารางความจริงของเกทนี้เพื่อดูว่าเป็นเกท NAND จริงหรือไม่

เมื่อ A เป็น 0 และ B เป็น 0 pMOS ของ A จะสร้าง 1 และ nMOS ของ A จะสร้าง 0 ดังนั้นเกตนี้จะสร้างลอจิก 1 เนื่องจากเชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดด้วยวงจรปิดและตัดการเชื่อมต่อจากพื้นดินด้วยวงจรเปิด

เมื่อ A เป็น 0 และ B เป็น 1 pMOS ของ A จะสร้าง 1 และ nMOS ของ A จะสร้าง 0 ดังนั้นเกตนี้จะสร้างลอจิก 1 เนื่องจากเชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดด้วยวงจรปิดและตัดการเชื่อมต่อจากพื้นดินด้วยวงจรเปิด

เมื่อ A เป็น 1 และ B เป็น 0 pMOS ของ B จะสร้าง 1 และ nMOS ของ B จะสร้าง 0 ดังนั้นเกตนี้จะสร้างลอจิก 1 เนื่องจากเชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดด้วยวงจรปิดและตัดการเชื่อมต่อจากพื้นดินด้วยวงจรเปิด

เมื่อ A คือ 1 และ B คือ 1 pMOS ของ A จะสร้าง 0 และ nMOS ของ A จะสร้าง 1 ดังนั้นเราต้องตรวจสอบ pMOS และ nMOS ของ B ด้วย pMOS ของ B จะสร้าง 0 และ nMOS ของ B จะสร้าง 1 ดังนั้นเกทนี้จะสร้างลอจิก 0 เนื่องจากถูกตัดการเชื่อมต่อจากแหล่งกำเนิดด้วยวงจรเปิดและเชื่อมต่อกับกราวด์ด้วยวงจรปิด

ตารางความจริงมีดังนี้:

ตารางความจริงของประตูด้านบน

ในขณะเดียวกัน ตารางความจริงของฟังก์ชันตรรกะ NAND มีดังนี้:

ดังนั้นเราจึงได้ตรวจสอบแล้วว่านี่คือเกท NAND อย่างแท้จริง

ตอนนี้เราจะสร้างประตู AND ได้อย่างไร? เราจะสร้างเกท AND แบบเดียวกับที่เราสร้างเกท OR จากเกท NOR! เราจะแนบอินเวอร์เตอร์!

ตัวอย่างของเกท AND

เนื่องจากทั้งหมดที่เราทำไปนั้นใช้ฟังก์ชัน NOT กับเอาต์พุตของเกต NAND ตารางความจริงจึงมีลักษณะดังนี้:

เติมตารางความจริงของ AND และ NAND

โปรดยืนยันอีกครั้งเพื่อให้แน่ใจว่าสิ่งที่ฉันบอกคุณเป็นความจริง

วันนี้ เราได้กล่าวถึงทรานซิสเตอร์ pMOS และ nMOS ว่าเป็นอย่างไร รวมถึงวิธีการใช้เพื่อสร้างโครงสร้างที่ซับซ้อนมากขึ้น! ฉันหวังว่าคุณจะพบข้อมูลบล็อกนี้ หากคุณต้องการอ่านบล็อกก่อนหน้าของฉัน คุณจะพบรายการด้านล่าง

ก่อนหน้า:โหมดความล้มเหลวของซีเนอร์ไดโอด - ความแตกต่างระหว่างไดโอดแบบเปิดและไดโอดแบบสั้นหรือแบบสั้น

ถัดไป:พื้นฐาน: การส่งสัญญาณแบบปลายเดียวและแบบดิฟเฟอเรนเชียล

ฝากข้อความ

รายการข้อความ

ความคิดเห็นกำลังโหลด ...