集成电路中的MOS开关与CMOS反相器

本文介绍了微电子学中的数据选择器和集成电路的相关知识。数据选择器是一种能够根据控制信号选择多个数据输入中的一个并将其输出的电路。文章以传输门(TG)为例，阐述了如何通过控制门的导通和断开来实现数据的选择。在传输门组成的数据选择器中，当控制信号C为0时，TG1导通，TG2断开，使得数据L=X被选择；而当C为1时，TG2导通，TG1断开，数据L=Y被选择。这展示了传输门在数字逻辑电路中的应用。 集成电路是微电子学的核心，包括集成度、速度、功耗和可靠性等关键性能指标。集成电路的制造过程涉及设计、工艺、加工、测试和封装等多个步骤。其中，光刻技术是集成电路制造中的关键技术，用于在硅片上形成微小的电路图案。随着技术的进步，特征尺寸不断减小，从0.25到0.18微米，甚至亚50纳米，但这也带来了新的挑战，例如使用EUV（极紫外光刻）等新技术来应对。 集成电路产业发展趋势表现为设计和制造的分离，出现了独立的设计公司（Design House）和制造厂家（Foundry）。集成电路类型主要包括数字集成电路和模拟集成电路。数字集成电路的基本单元是开关管、反相器和组合逻辑门，而模拟集成电路则包括放大器、电流源、电流镜和转换器等。 在MOS开关部分，文章解释了MOS管如何作为无触点开关工作，其工作状态取决于栅极电压υI与阈值电压VT的关系。当υI<VT，MOS管处于截止状态，相当于开关断开，输出高电平；反之，υI>VT时，MOS管工作在可变电阻区，相当于开关闭合，输出低电平。这一特性使得MOS管成为构建数字逻辑电路的重要组件。 CMOS反相器是数字集成电路中的基础单元，由P沟道和N沟道MOS管构成。工作原理是，当输入电压vi低时，P沟道MOS管导通，N沟道MOS管截止，输出为高电平；相反，当输入电压vi高时，N沟道MOS管导通，P沟道MOS管截止，输出为低电平。这种互补的工作方式确保了低功耗和高噪声免疫力。 这篇文章深入浅出地介绍了微电子学中的数据选择器原理、集成电路的制造工艺、发展趋势以及基本组件如MOS开关和CMOS反相器的工作机制，为理解微电子学领域的知识提供了坚实的基础。