PMOS og NMOS smári

Örgjörvar eru byggðir úr smára. Einkum eru þeir smíðaðir úr MOS smára. MOS er skammstöfun fyrir Metal-Oxide Semiconductor. Það eru tvær tegundir af MOS smára: pMOS (jákvæð-MOS) og nMOS (neikvæð-MOS). Sérhver pMOS og nMOS eru búin þremur aðalhlutum: hliðinu, uppsprettu og holræsi.

Til að skilja almennilega hvernig pMOS og nMOS starfa er mikilvægt að skilgreina fyrst nokkur hugtök:

lokað hringrás: Þetta þýðir að rafmagnið flæðir frá hliðinu að upptökum.

opinn hringrás: Þetta þýðir að rafmagnið flæðir ekki frá hliðinu að upptökum; heldur flæðir rafmagn frá hliðinu að niðurfallinu.

Þegar nMOS smári fær óhverfandi spennu, virkar tengingin frá uppsprettu til niðurfalls sem vír. Rafmagn mun flæða frá upptökum til niðurfalls óhindrað - þetta er nefnt lokað hringrás. Á hinn bóginn, þegar nMOS smári fær spennu í kringum 0 volt, mun tengingin frá uppsprettu til niðurfalls rofna og þetta er vísað til sem opinn hringrás.

Dæmi um nMOS smári

P-gerð smári virkar nákvæmlega á móti n-gerð smári. Þar sem nMOS mun mynda lokaða hringrás með uppsprettunni þegar spennan er ekki hverfandi, mun pMOS mynda opna hringrás með uppsprettunni þegar spennan er ekki hverfandi.

Dæmi um pMOS smári

Eins og þú sérð á myndinni af pMOS smáranum sem sýnd er hér að ofan er eini munurinn á pMOS smári og nMOS smári litli hringurinn á milli hliðsins og fyrstu stikunnar. Þessi hringur snýr gildinu frá spennunni; svo, ef hliðið sendir spennu sem er fulltrúi gildisins 1, þá mun inverterinn breyta 1 í 0 og valda því að hringrásin virkar í samræmi við það.

Þar sem pMOS og nMOS virka á gagnstæðan hátt - á ófylltan hátt - þegar við sameinum þau bæði í eina risastóra MOS hringrás, er það kallað cMOS hringrás, sem stendur fyrir complementary metal-oxide halfconductor.

Að nota MOS hringrásina

Við getum sameinað pMOS og nMOS hringrásir til að byggja upp flóknari mannvirki sem kallast GATES, nánar tiltekið: rökfræðileg hlið. Við höfum þegar kynnt hugmyndina um þessar röklegu aðgerðir og tengdar sannleikstöflur þeirra í fyrra bloggi, sem þú getur fundið með því að smella á hér.

Við getum tengt pMOS smári sem tengist upprunanum og nMOS smári sem tengist jörðu. Þetta verður fyrsta dæmið okkar um cMOS smári.

Dæmi um EKKI hlið

Þessi cMOS smári virkar á svipaðan hátt og EKKI rökfræðilega aðgerðin.

Við skulum kíkja á NOT sannleikatöfluna:

EKKI sannleikstöflu

Í NOT sannleikatöflunni er hverju inntaksgildi: A snúið við. Hvað gerist með hringrásina hér að ofan?

Jæja, við skulum ímynda okkur að inntakið sé 0.

Núllið kemur inn og fer bæði upp og niður vírinn til bæði pMOS (efst) og nMOS (neðst). Þegar gildið 0 nær pMOS, verður því snúið við í 0; þannig að tengingin við upprunann er lokuð. Þetta mun framleiða rökrétt gildi 1 svo framarlega sem tengingin við jörðu (holræsi) er ekki líka lokuð. Jæja, þar sem smári er viðbót, vitum við að nMOS smári mun ekki snúa gildinu; svo, það tekur gildið 1 eins og það er og mun - þess vegna - búa til opna hringrás til jarðar (holræsi). Þannig er rökrétt gildi 0 framleitt fyrir hliðið.

IN gildi 0 gefur OUT gildi 1

Hvað gerist ef 1 er IN gildi? Jæja, eftir sömu skrefum og hér að ofan er gildið 1 sent til bæði pMOS og nMOS. Þegar gildið er móttekið af pMOS, verður gildinu snúið við í 0; þannig er tengingin við SOURCE opin. Þegar gildið er móttekið af nMOS, verður gildinu ekki snúið við; þannig er gildið áfram 1. Þegar gildið 1 er móttekið af nMOS er tengingunni lokað; þannig að tengingin við jörðina er lokuð. Þetta mun framleiða rökrétt gildi 0.

IN gildi 1 gefur OUT gildi 0.

Að setja tvö sett af inntak/úttak saman gefur:

Sannleiksborðið fyrir EKKI hlið.

Það er frekar auðvelt að sjá að þessi sannleikstafla er nákvæmlega sú sama og rökfræðilega fallið framleiðir EKKI. Þannig er þetta þekkt sem EKKI hlið.

Getum við notað þessa tvo einföldu smára til að búa til flóknari mannvirki? Algjörlega! Næst munum við byggja NOR hlið og OR hlið.

Dæmi um NOR hlið

Þessi hringrás notar tvo pMOS smára efst og tvo nMOS smára neðst. Aftur skulum við skoða inntakið í hliðið til að sjá hvernig það hegðar sér.

Þegar A er 0 og B er 0, mun þetta hlið snúa báðum gildunum í 1 þegar þau ná til pMOS smára; hins vegar munu nMOS smárarnir báðir halda gildinu 0. Þetta mun leiða til þess að hliðið framleiðir gildið 1.

Þegar A er 0 og B er 1 mun þetta hlið snúa báðum gildunum við þegar þau ná til pMOS smára; þannig að A breytist í 1 og B breytist í 0. Þetta mun ekki leiða til upprunans; þar sem báðir smára þurfa lokaðan hringrás til að tengja inntakið við uppsprettu. nMOS smárarnir snúa ekki gildunum við; þannig að nMOS sem tengist A mun framleiða 0, og nMOS sem tengist B mun framleiða 1; þannig mun nMOS sem tengist B framleiða lokaða hringrás til jarðar. Þetta mun leiða til þess að hliðið framleiðir gildið 0.

Þegar A er 1 og B er 0 mun þetta hlið snúa báðum gildunum við þegar þau ná til pMOS smára; þannig að A breytist í 0 og B breytist í 1. Þetta mun ekki leiða til upprunans; þar sem báðir smára þurfa lokaðan hringrás til að tengja inntakið við uppsprettu. nMOS smárarnir snúa ekki gildunum við; þannig að nMOS sem tengist A mun framleiða 1, og nMOS sem tengist B mun framleiða 0; þannig, nMOS sem tengist Awill framleiðir lokaða hringrás til jarðar. Þetta mun leiða til þess að hliðið framleiðir gildið 0.

Þegar A er 1 og B er 1 mun þetta hlið snúa báðum gildunum við þegar þau ná til pMOS smára; þannig að A mun breytast í 0 og B mun breytast í 0. Þetta mun ekki leiða til uppruna; þar sem báðir smára þurfa lokaðan hringrás til að tengja inntakið við uppsprettu. nMOS smárarnir snúa ekki gildunum við; þannig að nMOS sem tengist A mun framleiða 1 og nMOS sem tengist B mun framleiða 1; þannig mun nMOS sem tengist A og nMOS sem tengist B framleiða lokaða hringrás til jarðar. Þetta mun leiða til þess að hliðið framleiðir gildið 0.

Þannig er sannleikstafla hliðsins sem hér segir:

Úttak NOR hliðsins.

Á sama tíma er sannleikatafla NOR rökfræðilegrar falls sem hér segir:

Úttak NOR rökfræðilegrar aðgerðar.

Þannig höfum við staðfest að þetta hlið er NOR hlið vegna þess að það deilir sannleikatöflu sinni með NOR rökfræðilegu fallinu.

Nú munum við setja bæði hliðin, sem við höfum búið til hingað til, saman til að framleiða OR hlið. Mundu að NOR stendur fyrir NOT OR; þannig að ef við snúum við hliði sem þegar hefur verið hvolft, fáum við upprunalega hliðið til baka. Við skulum prófa þetta til að sjá það í verki.

Dæmi um OR hlið

Það sem við höfum gert hér er að við höfum tekið NOR hliðið frá því áður og sett NOT hlið á úttakið. Eins og við höfum sýnt hér að ofan mun NOT hliðið taka gildið 1 og gefa út 0, og NOT hliðið mun taka gildið 0 og gefa út 1.

Þetta mun taka gildi NOR hliðsins og breyta öllum 0s í 1s og 1s í 0s. Þannig verður sannleikstaflan sem hér segir:

Sannleikatafla yfir NOR hlið og OR hlið

Ef þú vilt æfa þig meira í að prófa þessi hlið skaltu ekki hika við að prófa ofangreind gildi sjálfur og sjá að hliðið skilar jafngildum árangri!

Dæmi um NAND hlið

Ég fullyrði að þetta sé NAND hlið, en við skulum prófa sannleikstöflu þessa hliðs til að ákvarða hvort þetta sé raunverulega NAND hlið.

Þegar A er 0 og B er 0, mun pMOS A gefa 1, og nMOS A mun framleiða 0; þannig mun þetta hlið framleiða rökrétt 1 þar sem það er tengt við uppsprettu með lokuðu hringrás og aftengt frá jörðu með opinni hringrás.

Þegar A er 0 og B er 1, mun pMOS A gefa 1, og nMOS A mun framleiða 0; þannig mun þetta hlið framleiða rökrétt 1 þar sem það er tengt við uppsprettu með lokuðu hringrás og aftengt frá jörðu með opinni hringrás.

Þegar A er 1 og B er 0, mun pMOS frá B framleiða 1, og nMOS frá B mun framleiða 0; þannig mun þetta hlið framleiða rökrétt 1 þar sem það er tengt við uppsprettu með lokuðu hringrás og aftengt frá jörðu með opinni hringrás.

Þegar A er 1 og B er 1, mun pMOS A gefa 0, og nMOS A mun framleiða 1; svo við verðum líka að athuga pMOS og nMOS hjá B. pMOS B mun framleiða 0, og nMOS B mun framleiða 1; þannig mun þetta hlið framleiða rökrétt 0 þar sem það er aftengt upprunanum með opinni hringrás og tengt við jörðu með lokaðri hringrás.

Sannleikstaflan er sem hér segir:

Sannleikatafla hliðsins hér að ofan.

Á sama tíma er sannleikstafla NAND rökfræðilegrar falls sem hér segir:

Þannig höfum við sannreynt að þetta sé örugglega NAND hlið.

Nú, hvernig byggjum við OG hlið? Jæja, við munum byggja OG hlið á nákvæmlega sama hátt og við byggðum OR hlið úr NOR hliði! Við munum tengja við inverter!

Dæmi um OG hlið

Þar sem allt sem við höfum gert er að nota NOT fall á úttak NAND hliðs mun sannleikstaflan líta svona út:

Ljúktu við sannleikatöflu yfir OG og NAND

Aftur, vinsamlegast staðfestu til að ganga úr skugga um að það sem ég er að segja þér sé sannleikurinn.

Í dag höfum við fjallað um hvað eru pMOS og nMOS smári sem og hvernig á að nota þá til að byggja flóknari mannvirki! Ég vona að þér hafi fundist þetta blogg fróðlegt. Ef þú vilt lesa fyrri bloggin mín, þá finnurðu listann hér að neðan.

Skildu eftir skilaboð 

Skilaboðalisti