MOS传输门和单沟道传输门(高电平及低电平)工作原理详解

MOS晶体管有一个很有用处的特性-双向性。因为它的源和漏是完全一样的，可以互相交换工作。当栅极上加了超过阀值电压的栅压时，随着源、漏之间电压极性不同，电流可以从左边流到右边，也可以从右边流到左边。若电流从左流向右，就认为左边的极为D，右边的极为S。相反，则右边为D极，左边为S极。利用上述特性，可以微成一种电子开关，即通常所说的传输门，根据沟道情况不同，可分为单沟道传输门和双沟道（CMOS）传输门。下面介绍它们的工作原理。

1、单沟道传输门

图2-75所示为NMOS单沟道传输门。它的栅极接控制电压，衬底接地，输入端与输出端可以任意选择，图中左边定为输入端，右边定为输出端，传输门可将高电平“1”和低电平“0”从输入端传至输出端。下面分别讨论传输“1”和传输“0”的情况。

MOS传输门工作原理

（1）高电平传输

图2-76（a）为高电平传输示意图。假定原来的栅压，输入电压，输出端，传输门处于关闭状态。当栅极加上控制电压（即栅和输出端电压为），大于管子的阈值电压，传输门被打开，输入电压，通过导通的对电容充电。可见，电流是从在向右的，故左边定为漏极，右边定为源极。随着两端电压的升高，栅源电压跟着变小，门的沟道电阻增大，导通情况变差，充电电流越来越小，的上升速度越来越慢。当电容两端充到时，此时，趋近于0，传输门处于临界关闭状态。因此，传输门的输出电压最大只能达到，即使增大输入电压，也不会使增加，若要使输入电压全部传输到输出端，必须提高控制电压，使，这样会增加电路的复杂性。

MOS传输门工作原理

紧上所述，单沟道传输门在传输高电平时，存在着过早截止的情况，从面限制了传输电压的幅度，而且沟道电阻变化很大，限制了开关速度。

（2）低电平传输

图2-76（b）为低电平传输示意图。假定原始为关闭状态，即：。当栅极上加控制电压，使传输门打开，电容就通过导通的门放电，电流由输出端流向输入端，故右边定为管子的漏，左边定为管子的源。由于输入端恒为0，栅源电压也恒为，因此，传输过程中管子始终保持导通，输出端电压可以达到与输入电压相同的幅度。另外，电容在放电过程中，要通过管子的饱和区和非饱和区。由于两端电压随时间而减小，所以放电速度越来越慢，限制了电路的开关速度。

2、CMOS 传输门

CMOS传输门是由一个PMOS管和一个NMOS管并联而成的。如图2-77所示。它比单沟道传输门具有更良好的传输特性，传输电压可以从0到电源电压之间的任何值。

MOS传输门工作原理

这是一对互补MOS管，源和漏相互连接，构成输入端和输出端；PMOS管的衬底接电源，NMOS管的衬底接地电位；两只管子的栅极分别接互补控制电压VG和VG，一个处于高电平时，另一个处于低电平。

当，时，两管都导通，传输门处于导通状态，输入端的信号可以传到输出端；当时，两管都截止，传输门处于截止状态，输入端的信号不能传到输出端。

下面将分别讨论高电平传输和低电平传输的情况。

（1）高电平传输

图2-78为高电平传输的实际电路。设输入电压，原来的。当加上控制信号，时，NMOS管的，PMOS管的，两管都充分导通，传输门被打开。这时，输入电压通过导通的互补管对电容充电。根据电流的流通方向，可以从图2-78分别确定PMOS管和NMOS管的源与漏。

因为NMOS管和PMOS管是并联的，所以，CMOS传输门的导通电阻远比单沟道的PMOS或NMOS的小得多，因此，传输速度较快。虽然，随着的增高，会使变小，NMOS管的导通情况变差，直到截止；但PMOS管的恒等于，所以始终处于导通状态，输入端电压可以继续通过PMOS管对OL充电，直至 MOS传输门工作原理。

（2）低电平传输

图2-79所示为低电平传输电路。两管的栅电压与上述相同，传输门处于导通状态，电容的起始电压，输入电压为，这时，通过导通的传输门放电。当输出端电压逐渐降低时，PMOS管的逐渐减小，管子的导通情况变差，直至截止，而NMOS管的恒为，所以始终处于导通状态，可以继续通过NMOS管放电，一直到 MOS传输门工作原理。