高中電子學實習_金氧半場效電晶體數位電路_電路設計PART A _莊凱喬

好,各位同學大家好,我是莊凱喬老師,那今天要跟各位講的課程是 金陽半廠校電晶體數位電路,而我們今天要討論的是電路設計的部分。 那我們先開始來看一下今天的單元學習目標以及大綱。 首先呢,我們會看到如何從輸出運算式來設計邏輯閘。 接下來我們會討論到三輸入的電路設計。 最後我們會從經典題目三輪表決器來設計電路。 那我們第一個先來看一下從輸出運算式設計邏輯閘。 首先我們來看一下先前跟各位提過的CMOS的廣義結構。 所謂的廣義結構就是我們根據CMOS上面網路跟下面網路互相互補的特性, 而設計出來的上拉跟下拉的電路。 而上拉電路我們會使用PMOS來組合而成,下拉網路的話會使用MMOS來組合, 這樣子一上一下就會構成是我們的廣義結構。 而電路設計的步驟呢,我們通常會使用反向形式來開始,什麼意思呢? 就是在我們的方程式當中,我們先確定它是不是反向形式, 如果已經是反向的話,就往下一步,也就是我們的第二點開始。 那如果說沒有反向的話,我們先把它反向,那因為反向之後, 我們最後再加上反向器,再還原的時候,它的結果是一樣的。 那我們再來看第二點,如果依據函數設計,設計上拉電路之後呢,就會進到第三點, 把函數做補數來設計下拉電路,最後第四點的話,就是結合上拉跟下拉來完成設計。 看起來相當的複雜,事實上我們實際上做過一遍,你就會知道它們的差距在哪裡。 我們先來看一下題目,請以西莫斯的反向器設計諾札的數位電路, 而它的輸出運算式y是等於a加b bar,這是典型的諾札的輸出運算式。 那我們來看,它的輸出運算式的話,a加b bar,它是一個反向的式子, 所以我們就直接進到下一步的設計,下一步設計的話,就是先開始分析上拉電路, 我們使用蒂摩根電力可以把我們a加b bar拆開成為a bar乘上b bar, 我們把它換算成為一個一個單獨的元素,為的就是要去放置我們的 莫斯,那上拉呢,因為是p莫斯電路,所以說它是第一態驅動,這是符合剛才所提到的 a bar跟b bar,而整個式子來看,a bar乘上b bar,代表呢,是兩個輸入是互相為串聯的, 所以最後組成的電路就像我們現在所看到的一樣,輸入a跟輸入b,它們兩個是串聯在一起的, 而且它是p莫斯,那就符合我們的結果。那接下來我們來看一下下拉電路, 我們將y等於a加b bar整體做個反向,會得到y bar等於a加b,那a加b的話,我們來看一下它的結構, 因為我們剛才所提到,下拉電路是n莫斯的電路,為高態驅動,所以a跟b兩個是符合的, 而整個式子來看,a加b代表兩個輸入是並聯的,因此在這個結構之下, 我們就可以把輸出的電路畫成像現在看到的樣子,就是a跟b兩個是互相並聯的, 這就是我們下半段的電路,之後我們再把上半部的電路跟下半部的電路,也就是上拉跟下拉, 兩個全部都組合在一起,輸入a跟輸入b也都把它接在一起之後,這個就是我們一個完整的電路。 那有快速解法嗎?是有的,快速解法的方式是我們按照剛才的做法,先把上拉電路找出來, 找出來之後,我們就來看一下,如果上拉是串聯,那下拉就是並聯, 後續的話我們也會看到相同的結構,所以在這張圖來講,上拉是兩個串聯,所以下拉兩個就會是並聯。 那我們來看第二個例子,以西莫斯反向器去設計臥閘的數位電路, 這個跟剛才差在哪裡?差在一個bar,那它的輸出運算是y等於a加b,那我們就先來看一下, 因為y等於a加b,它並沒有反向式,所以我們先自行反向它,所以得到y bar等於a加b bar, 那這個反向呢是我們自己加上去的,所以說最後會再把它反向回來,那我們就先用這種狀況往下看。 所以我們也是一樣來分析上拉電路,首先利用地模跟電律把它拆成一個一個的結構, 所以得到的結果呢會是a bar乘上b bar,好,那a bar乘上b bar, 它上拉是p莫斯,所以說它是敵態驅動的,那a bar乘上b bar是兩個輸入為串聯的狀態, 所以看到的電路圖也是這個樣子,就是a跟b兩個去做串聯,那接下來下拉電路 把y bar等於a加b bar,也就是剛才的式子反向得到y等於a加b,那這兩個的話呢, 它a跟b兩個是並聯的,所以說我們就可以把它畫成是這個樣子,那這個部分的話就是我們的剛才所說的敘述, 然後呢,接下來結合上拉跟下拉電路就是這個樣子,那同學可能會覺得怎麼跟剛才的立體1是一樣的呢? 沒有錯,因為霍雜跟諾雜事實上他們的內部結構是一樣的差別,只差在最後有一個not, 而這個not呢是我們現在要刻意把它加上去的,因此呢,在這個地方我們就可以看得到, 我們在左邊的部分是我們的not的輸出,最後再經過一個反向器就會變成是一個o的輸出了。 好,那總結一下我們剛才所提到的課程,我們可以看到第一個的重點是從輸出運算式來設計邏輯閘, 那總共有四個步驟,那這四個步驟的話,其實真正實際做起來的話並不是那麼的困難的, 那第二個就是從CMOS的廣義結構來做設計,那這四個步驟就是為了它而設計的, 第三個我們討論到了諾雜的電路設計,因為諾雜呢一開始它是具有反向的, 所以不需要額外再針對電路來做加工,需要針對電路來做加工是什麼呢? 就是第四個霍雜,他一開始的式子並沒有反向,所以說我們需要對它做反向, 電路設計完了之後再給他一個Nod雜。 好,那以上的部分呢是參考至於我們現在這個頁面上面所有的資料, 有興趣的同學可以自己上網去尋找,都是可以很容易找得到的。 本次的課程呢就是剛才所跟各位說明的部分,那有興趣的話各位可以網路上面繼續尋找或者是留言給我們, 那這次的課程就到這個地方做結束,謝謝各位。