門電路詳細解說與用途介紹

　　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。

　　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。

　　門電路結構類型

　　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。