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Welche Schaltfunktion Y realisiert das in Abbildung 2 gegebene CMOS-Gatter?
Um die Schaltungsfunktion eines CMOS-Gatters zu bestimmen, betrachten wir die Anordnung der MOSFETs (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistors) in der gegebenen Schaltung. Die Schaltung besteht aus zwei Teilen: einem p-Kanal-MOSFET-Teil (oben) und einem n-Kanal-MOSFET-Teil (unten).
In der Abbildung 2 wird ein einfacher Inverter dargestellt. Es gibt einen p-Kanal-MOSFET am oberen Ende, der mit der Versorgungsspannung (VDD) verbunden ist, und einen n-Kanal-MOSFET am unteren Ende, der mit dem Ground (GND) verbunden ist. Der Eingang \(A\) steuert beide Transistoren. Wenn \(A\) hoch (logisch 1) ist, leitet der n-Kanal-MOSFET und verbindet den Ausgang \(Y\) mit GND, was bedeutet, dass \(Y\) logisch 0 wird. Gleichzeitig sperrt der p-Kanal-MOSFET, da er bei hohem Eingangssignal nicht leitet. Ist \(A\) niedrig (logisch 0), ist das Gegenteil der Fall: Der n-Kanal-MOSFET sperrt und der p-Kanal-MOSFET leitet, sodass \(Y\) mit VDD verbunden und somit logisch 1 wird.
Die Schaltfunktion \(Y\) für diesen Inverter ist die Negation des Eingangssignals \(A\), also:
\(Y = \overline{A}\)
Welche Schaltfunktion Y realisiert das in Abbildung 3 gegebene komplexe CMOS-Gatter?
Diese Schaltung ist komplexer und kann ohne das direkte Bild nicht ganz genau beschrieben werden, daher erfolgt eine allgemeine Herleitung, wie man solche Schaltungen analysiert.
CMOS-Gatter kombinieren p-Kanal und n-Kanal MOSFETs, um Logikfunktionen zu realisieren. Der Schlüssel zum Verstehen dieser komplexen Gatter liegt im Erkennen, wie die Transistoren verbunden sind:
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Serie-Schaltung eines p-Kanal (oder n-Kanal) MOSFETs impliziert eine UND-Verknüpfung, da alle Transistoren leiten müssen, damit der Pfad aktiviert wird.
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Parallelschaltung bedeutet eine ODER-Verknüpfung, da der Strom durch einen der Transistoren fließen kann, um den Pfad zu aktivieren.
In der p-Kanal-Sektion (obere Hälfte) führt eine Serie-Schaltung zu einer UND-Verknüpfung, während Parallel-Schaltungen einer ODER-Verknüpfung entsprechen, wobei das Ergebnis negiert wird, da p-Kanal MOSFETs in dieser Konfiguration eine Negation der Eingangssignale bedeuten. Im n-Kanal-Bereich (untere Hälfte) arbeiten die Transistoren genau entgegengesetzt zum p-Kanal-Bereich.
Ohne das spezifische Design von Abbildung 3 zu kennen, basiert die Analyse auf dem Verständnis Ihres Aufbaus:
1. Identifiziere die Verbindung der Transistoren (Serie oder Parallel) für beide Abschnitte (p-Kanal und n-Kanal).
2. Formuliere die Logik entsprechend der Serie- und Parallelschaltungen.
3. Berücksichtige die Dualität der Konfigurationen, da der obere (p-Kanal) und untere (n-Kanal) Teil der Schaltung komplementäre Verhaltensweisen aufweisen.
Zusammengefasst, ohne das spezifische Design zu kennen, ist eine genaue Schaltfunktion nicht ableitbar, aber gegeben eine spezifische Konfiguration von Transistoren, kann die Funktion durch die genannten Prinzipien der CMOS-Gatter Logik erarbeitet werden.
