[发明专利]一种基于CMOS工艺的TANDOR门电路

说明书

技术领域  本发明涉及一种由高低两种阈值的MOS管构成的三值“与或”复合门电路TANDOR。

背景技术  CMOS门电路的设计方法有二：具有恒定传输源的设计法和具有可变传输源的设计法。由于用后者设计的电路不具备信号整形的功能，所以其信号稳定性差，抗干扰能力弱。因此，常用的门电路都是采用恒定传输源的CMOS电路设计方法来设计的。本发明中提及的门电路都是采用恒定传输源的CMOS电路设计方法来设计的。

三值信号(变量)的基本运算：“与”运算和“或”运算，分别被定义为信号的取小运算和取大运算^[1-3]，“与”运算用“∩”表示，“或”运算用“∪”表示。这两种运算分别可由CMOS三值基本与门电路(TAND)^[1]和三值基本或门电路(TOR)^[1]实现。这两个门电路从输入到输出都经过两级MOS管，且都使用了12个MOS管^[1]。要实现四个三值变量的“与或”运算，即实现函数表达式：Y＝(A∩B)∪(C∩D)，其中输入变量A、B、C和D为三值输入变量，即A，B，C，D∈{0，1，2}，从目前的现有技术^[1～3]来看，需要用两个“与”门电路和一个“或”门电路予以实现。这样，实现四个三值变量的“与或”运算需要经过四级MOS管，共用36个MOS管。这种用基本门电路构成的三值数字电路的缺点是：电路复杂，连线和元器件用得过多；从输入到输出的路径过长，电路的工作性能不高。

参考文献：

[1]吴训威.多值逻辑电路设计原理[M].杭州：杭州大学出版社，1994.

[2]Wu，X.，Prosser，F.：Design of ternary CMOS circuits based on transmission function theory，International Journal of Electronics，1988；65(5)：891-905

[3]Prosser，F.，Wu，X.，Chen，X.CMOS Ternary Flip-Flops&Their Applications.IEE Proceedings on Computer&Digital Techniques1988；135(5)：266-272.

发明内容  针对用基本门电路实现三值“与或”运算而出现的电路复杂和工作效率低下的问题，本发明的目的就是发明一个能实现三值“与或”运算的单个复合门电路。它将基本的“与”运算和“或”运算集成在单个电路里，由该单个门电路实现三值四变量的“与或”运算，即实现函数表达式：Y＝(A∩B)∪(C∩D)，以降低电路的复杂度，提高电路的工作性能和效率。

本发明采取的技术方案是：根据传输电压开关理论，用MOS管从开关级来构建三值“与或”复合门(TANDOR)，而非现有技术的门级来实现“与或”运算。

上述的三值“与或”复合门(TANDOR)包含如下技术特征：

①设计一个阈值为0.5的四变量“与或非”复合门来产生控制信号N1；

②设计一个阈值为1.5的四变量“与或非”复合门来产生控制信号N2；

③用控制信号N1和N2去控制形成三值“与或”复合门的输出信号Y。

因为从四输入变量A、B、C和D到产生控制信号N1和N2为一级MOS管传输，从控制信号N1和N2到形成三值“与或”复合门的输出信号Y，又为一级MOS管传输，所以新设计的四变量三值“与或”复合门TANDOR为两级MOS管结构，共用掉20个MOS管。因此该单个复合门电路TANDOR比现有技术实现四个三值变量的“与或”运算，要节省元器件的数量，共节省了16个MOS管的使用量，节省幅度为44％。而且本发明的单个复合门电路从输入到输出的路径为两级MOS管，比现有技术的四级降低了一半。总之，本发明降低了电路的复杂度，减少了元器件和连线的数量，提高了电路的工作性能和效率。

附图说明  下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是基于CMOS工艺的四输入变量的三值“与或”复合门电路TANDOR的电路图。

图2是图1所示电路中四个三值输入变量A、B、C、D和一个三值输出信号Y的瞬态波形图。

具体实施方式  根据本发明的技术方案，要实现三值四变量“与或”运算，即实现函数表达式：Y＝(A∩B)∪(C∩D)，可根据传输电压开关理论对该表达式进行开关级变换，其开关级的函数表达式如式(1)所示，