CMOS傳輸門工作特性的Multisim分析

馬敬敏

（渤海大學(xué) 實(shí)驗(yàn)管理中心，遼寧 錦州 121000）

CMOS傳輸門是由NMOS管、PMOS管組成的一種特殊的門電路。CMOS傳輸門的導(dǎo)通、截止不但與控制電平有關(guān)，還與傳輸信號(hào)的電平有關(guān)。CMOS傳輸門具有輸入端輸出端可互換使用、輸入信號(hào)即可為數(shù)字信號(hào)也可為模擬信號(hào)及有高阻輸出狀態(tài)的特點(diǎn)[1-2]。

本文用Multisim10仿真軟件對(duì)CMOS傳輸門電路進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)測(cè)試，分析研究了CMOS傳輸門的工作特性，實(shí)驗(yàn)結(jié)論有利于全面地研究電路的原理及使用條件。

1 CMOS傳輸門的工作特性

NMOS管、PMOS管按圖1連接組成CMOS傳輸門。其中，uI為輸入電壓，uO為輸出電壓，C和C為互反的控制信號(hào)。

輸入電壓uI的變化范圍為0～VDD，互反控制信號(hào)C和C的高電平為 VDD（邏輯 1）、低電平為 0V（邏輯 0）。

當(dāng)控制信號(hào)C=1、C=0時(shí)，輸入電壓uI為0～VDD的變化范圍內(nèi)NMOS管和PMOS管至少有一個(gè)導(dǎo)通，uO=uI。

當(dāng)控制信號(hào)C=0、C=1時(shí)，輸入電壓uI在0～VDD的變化范圍內(nèi)NMOS管和PMOS管T均截止，輸出端呈高阻態(tài)Z，傳輸門截止。

圖1 CMOS傳輸門的電路組成Fig.1 Build-up of the CMOS transmission gate

輸出信號(hào)的表達(dá)式為

2 CMOS傳輸門工作特性的仿真

2.1 仿真方案設(shè)計(jì)

在Multisim仿真軟件中進(jìn)行CMOS傳輸門工作特性分析時(shí)，選擇以波形圖的形式描述CMOS傳輸門傳輸數(shù)字信號(hào)、模擬信號(hào)等類型輸入信號(hào)及高阻輸出的特性，可以直觀、定量描述電路的工作過程；用虛擬儀器中的函數(shù)發(fā)生器提供正弦信號(hào)、三角信號(hào)和脈沖數(shù)字信號(hào)，用虛擬儀器中的雙蹤示波器顯示輸入信號(hào)、輸出信號(hào)的波形[3-8]。

2.2 仿真電路構(gòu)建及仿真運(yùn)行

在Multisim10中構(gòu)建CMOS傳輸門工作特性仿真電路如圖2所示。MOS管從元件工具欄晶體管庫(kù)的TRANSISTORS-VITR…中找出；單刀雙擲開關(guān)從元件工具欄的基本元件庫(kù)找出；電壓源及接地端從元件工具欄的電源/信號(hào)源庫(kù)中找出?；蚴褂每旖萱ICtrl+W調(diào)出選用元件的對(duì)話框再找出相應(yīng)的元件。雙蹤示波器XSC1、函數(shù)發(fā)生器XFG1從虛擬儀器欄中找出。

圖2 CMOS傳輸門工作特性仿真電路Fig.2 Simulation circuit for the work properties of the CMOS transmission gate

選擇電壓源VDD=10 V，單刀雙擲開關(guān)提供CMOS傳輸門的互反控制信號(hào)C和C。

雙擊函數(shù)發(fā)生器的圖標(biāo)打開面板圖，選擇分別輸出正弦信號(hào)、三角信號(hào)和脈沖數(shù)字信號(hào)，選擇輸出幅度為±5 V。

函數(shù)發(fā)生器的±5 V輸出信號(hào)與5 V直流電壓源串聯(lián)，使CMOS傳輸門的輸入信號(hào)為uI=5 V±5 V=0 V～10 V，即輸入電壓uI在0～VDD的變化范圍內(nèi)。

按下仿真開關(guān)，雙擊雙蹤示波器的圖標(biāo)打開面板圖顯示波形如圖3～5所示，在Channel區(qū)通過通道選擇旋鈕調(diào)整各通道波形的位置及顯示幅度，各通道均設(shè)置為DC耦合方式，在Time base區(qū)設(shè)置Scale的數(shù)值使顯示波形的個(gè)數(shù)合適，Y/T顯示方式，在仿真過程中改變單刀雙擲開關(guān)的位置分別使C=0、C=1 和 C=1、C=0。

2.3 仿真結(jié)果分析

圖3～5所示雙蹤示波器顯示的波形中，由上至下依次為輸入信號(hào)為uI、輸出信號(hào)uO的波形。

顯示的各波形中，前部分為控制信號(hào)C=0、C=1時(shí)的波形，可看出傳輸門輸出端呈高阻態(tài)，不傳輸輸入信號(hào)；后部分為控制信號(hào)C=0、C=1時(shí)的波形，可看出傳輸門的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)相同，而無論輸入信號(hào)是模擬信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)。

圖3～5顯示的波形與CMOS傳輸門的特性一致。

圖3 CMOS傳輸門輸入正弦波時(shí)的仿真波形Fig.3 The simulated waveshape for an input sinusoidal input wave of the CMOS transmission gate

圖4 CMOS傳輸門輸入三角波時(shí)的仿真波形Fig.4 The simulated waveshape for an input triangle input wave of the CMOS transmission gate

圖5 CMOS傳輸門輸入脈沖波時(shí)的仿真波形Fig.5 The simulated waveshape for an input pulse input wave of the CMOS transmission gate

3 結(jié)束語

由于仿真方案中CMOS傳輸門有高阻輸出狀態(tài)及模擬信號(hào)，因此波形顯示波形只能用雙蹤示波器或四蹤示波器，而不能用邏輯分析儀。

用Multisim軟件仿真可直觀描述CMOS傳輸門的傳輸、禁止工作特性，所述方法的創(chuàng)新點(diǎn)是解決了CMOS傳輸門的工作波形無法用電子實(shí)驗(yàn)儀器進(jìn)行分析驗(yàn)證的問題。

所述方法具有實(shí)際應(yīng)用意義。

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