傳輸門是由外部施加的邏輯電平控制的NMOS和PMOS晶體管組成的雙向開關

模擬開關是控制模擬信號傳輸路徑的固態半導體開關。開關位置的打開和關閉操作通常由一些數字邏輯網絡控制，標準模擬開關可用于多種類型和配置。例如，單或雙常開（NO）或常閉（NC），單刀單擲（SPST），單刀，雙擲（SPDT）配置等，與傳統機電一樣繼電器和觸點。

數字和模擬信號（電壓和電流）的切換和布線可以使用機械繼電器及其觸點輕松完成，但這些可能很慢且成本高昂。顯而易見的選擇是使用速度更快的固態電子開關，其使用金屬氧化物半導體（MOS）模擬門將信號電流從其輸入路由到其輸出，眾所周知的CMOS 4016B雙向開關是最常見的例子。

MOS技術使用NMOS和PMOS器件來執行邏輯開關功能，從而允許數字計算機或邏輯電路控制這些模擬開關的操作。 CMOS和PMOS晶體管制造在同一門電路中的CMOS器件可以通過（閉合條件）或阻斷（開路）模擬或數字信號，具體取決于控制它的數字邏輯電平。

允許雙向信號或數據傳輸的固態開關類型稱為傳輸門或TG。但首先考慮將場效應晶體管或FET作為基本模擬開關的操作。

MOSFET作為模擬開關

兩個雙極結型晶體管（BJT）和場效應晶體管（FET）可用作各種不同應用中的單極電子開關。與雙極器件相比，MOSFET或金屬氧化物半導體FET技術的主要優點是其柵極端子通過薄金屬氧化物層與主導電溝道絕緣，并且用于開關的主MOSFET溝道是純電阻性的。

考慮下面的基本N溝道和P溝道增強MOSFET（eMOSFET）配置。

MOSFET作為開關

然后我們可以看到，對于n溝道（NMOS）和p溝道（PMOS）增強型MOSFET，它可以作為開路（OFF）或閉路（ON）工作）器件必須滿足下列條件：

當柵極 - 源極電壓V GS 時，N溝道MOSFET的行為類似于閉合開關大于閾值電壓V T 。即V GS > V T

當柵極 - 源極電壓V GS時，N溝道MOSFET的行為類似于開路開關小于閾值電壓V T 。即V GS T

當柵極 - 漏極電壓V GD時，P溝道MOSFET的行為類似于閉合開關小于閾值電壓V T 。即V GD T

當柵極 - 漏極電壓V GD時，P溝道MOSFET的行為類似于開路開關大于閾值電壓V T 。即V GD > V T

注意MOSFET 閾值電壓，V T 是施加到漏極和源極端子之間的主溝道的柵極端子以開始導通的最小電壓。此外，由于eMOSFET主要用作開關器件，因此它通常在其截止和飽和區域之間工作，因此V GS 用作MOSFET的ON / OFF控制電壓。

理想開關

理想的模擬開關在關閉時會產生短路狀態，在打開時會產生開路狀態，以類似于機械開關的方式。

然而，固態模擬開關并不理想，因為導通時總是有一些損耗，因為它在導通時會產生電阻值。

我們想如果我們應用了一個信號對于其輸入引腳，這將導致信號相同且輸出引腳沒有損耗，反之亦然。然而，雖然CMOS開關的確具有出色的傳輸門，但它們的“導通”狀態電阻R ON 可能是幾歐姆，從而產生I 2 * R功率損耗，而它們的“ OFF“狀態電阻可以是幾千歐姆，允許微微安培的電流仍然流過通道。

然而，互補金屬氧化物半導體FET作為模擬開關和傳輸門執行的能力仍然很高，和MOSFET器件，特別是增強型MOSFET，它需要一個電壓施加到柵極使其“導通”，零電壓使其“關斷”是最常用的開關晶體管。

NMOS開關

N溝道金屬氧化物半導體（NMOS）晶體管可用作傳輸模擬信號的傳輸門。假設漏極和源極端子相同，輸入連接到漏極端子，控制信號連接到柵極端子，如圖所示。

NMOS FET作為模擬開關

當柵極上的控制電壓V C 為零（LOW）時，柵極端子不會相對于輸入端子（漏極）或輸出端子（源極）為正，因此晶體管處于其截止區域，并且輸入和輸出端子與每個晶體管隔離。然后NMOS作為一個開路開關，因此輸入端的任何電壓都不會傳遞到輸出端。

當柵極端子上有一個正控制電壓+ V C 時，晶體管被“接通”并且在其飽和區域中充當閉合開關。如果輸入電壓V IN 為正且大于V C ，電流將從漏極端子流向源極端子，從而連接V OUT 到V IN 。

然而，如果V IN 變為零（LOW），而柵極控制電壓仍為正，則晶體管通道仍然打開但漏極 - 源極電壓V DS 為零，因此沒有漏極電流流過溝道，因此輸出電壓為零。

因此，只要柵極控制電壓V C 為高電平，NMOS晶體管將輸入電壓傳遞給輸出端。如果為低電平，則NMOS晶體管變為“OFF”，輸出端子與輸入斷開。因此，柵極處的控制電壓V C 確定晶體管是“開路”還是“閉合”作為開關。

這里的NMOS開關的一個問題是柵極 - 源極電壓V GS 必須明顯大于溝道閾值電壓才能使其完全導通，否則將通過溝道降低電壓。因此，NMOS器件只能發送“弱”邏輯“1”（高電平）但強邏輯“0”（低電平）而不會丟失。

PMOS開關

P溝道金屬氧化物半導體（PMOS）晶體管類似但極性與先前的NMOS器件相反，其中電流從源極到漏極以相反的方向流動。然后對于PMOS器件，輸入連接到源極端子，控制信號連接到柵極端子，如圖所示。

PMOS FET作為開關

對于PMOS FET，當柵極上的控制電壓V C 為零時，因此相對于任一輸入端子（源極）或輸出端（漏極），晶體管為“ON”，其飽和區域用作閉合開關。如果輸入電壓V IN 為正且大于V C ，電流將從源極端子流向漏極端子，即I D 流出漏極，從而將V IN 連接到V OUT 。

如果輸入電壓V IN 變為當柵極控制電壓仍為零或負時，零（LOW），PMOS通道仍然打開，但源極 - 漏極電壓V SD 為零，因此沒有電流流過通道因此輸出（漏極）的電壓為零。

當柵極端子有正控制電壓+ V C 時，PMOS晶體管的溝道變為“關閉“并在其截止區域充當開關。因此，沒有漏極電流I D 流過導電溝道。

因此，只要柵極控制電壓V C 為低電平（或負極），PMOS晶體管將輸入電壓傳遞給輸出。如果為高電平，則PMOS晶體管變為“OFF”，輸出端子與輸入斷開。因此，與先前的NMOS器件一樣，柵極處的控制電壓V C 確定晶體管是“開路”還是“閉合”作為開關。

問題使用PMOS開關時，柵極 - 源極電壓V GS 必須明顯小于通道閾值電壓才能將其完全關閉，否則電流仍會流經通道。因此，PMOS器件可以無損耗地傳輸“強”邏輯“1”（高電平）電平，但可以傳輸弱邏輯“0”（低電平）。

因此我們可以看到，對于NMOS器件，正門 - 源電壓使電流從漏極到源極一個方向流動，而對于PMOS器件，負柵極 - 源極電壓將導致電流從源極到漏極反向流動。 / p>

然而，NMOS器件僅傳遞強“0”而弱“1”，而PMOS器件傳遞強“1”但弱“0”。因此，通過組合NMOS和PMOS器件的特性，可以在任一方向上傳輸強邏輯“0”或強邏輯“1”值而沒有任何劣化。然后形成傳輸門的基礎。

傳輸門

將PMOS和NMOS器件并聯連接在一起我們可以創建一個基本的雙邊CMOS開關，通常稱為“傳輸門”。注意，傳輸門與傳統的CMOS邏輯門完全不同，因為傳輸門是對稱的，或雙邊的，即輸入和輸出是可互換的。這個雙邊操作顯示在下面的傳輸門符號中，它顯示了兩個指向相反方向的疊加三角形，表示兩個信號方向。

CMOS傳輸門

兩個MOS晶體管與NMOS和PMOS的柵極之間使用的反相器并聯連接，以提供兩個互補的控制電壓。當輸入控制信號V C 為低電平時，NMOS和PMOS晶體管都截止，開關打開。當V C 為高電平時，兩個器件都被偏置為導通，開關閉合。

因此當V C <時，傳輸門充當“閉合”開關/ sub> = 1，而當V C = 0作為電壓控制開關工作時，門用作“開路”開關。指示PMOS FET柵極的符號氣泡。

傳輸門布爾表達式

與傳統邏輯門一樣，我們可以使用真值來定義傳輸門的操作表和布爾表達式如下。

傳輸門真值表

符號	真值表
傳輸門	Control	A	B
1	0	0
1	1	1
0	0	高阻
0	1	Hi-Z
布爾表達式B = A.Control	讀為AAND續。給出B

從上面的真值表我們可以看出，B處的輸出不僅依賴于輸入A的邏輯電平，還依賴于存在的邏輯電平。控制輸入。因此，B的邏輯電平值被定義為A AND Control，它給出了傳輸門的布爾表達式：

B = A.Control

由于傳輸門的布爾表達式包含邏輯AND功能，因此可以使用標準的2輸入AND門實現此操作，其中一個輸入是數據輸入，而另一個是控制輸入，如圖所示。

和門實現

關于傳輸門，單個NMOS或其他兩個要考慮的問題單個PMOS本身可以用作CMOS開關，但兩個晶體管并聯的組合具有一些優點。 FET溝道是電阻性的，因此兩個晶體管的導通電阻有效地并聯連接。

作為FET導通電阻是柵極 - 源極電壓的函數，V GS ，當一個晶體管由于柵極驅動而變得較不導通時，另一個晶體管接管并變得更導通。因此，兩個導通電阻（低至2或3Ω）的組合值與單個開關晶體管本身的情況相比或多或少保持不變。

何時可以證明這一點下圖。

傳輸門導通電阻

傳輸門總結

我們在這里看到連接P溝道FET（PMOS）和N溝道FET（NMOS），我們可以創建一個固態開關，使用邏輯電平電壓進行數字控制，通常稱為“傳輸”門“。

傳輸門，（TG）是雙向開關，其中任何一個端子都可以是輸入或輸出。除輸入和輸出端子外，傳輸門還有一個稱為控制的第三個連接，其中控制輸入將門的開關狀態確定為開路或閉路（NO / NC）開關。

此輸入通常由數字邏輯信號驅動，該信號在地（0V）和設定的直流電壓（通常為VDD）之間切換。當控制輸入為低電平（控制= 0）時，開關打開，當控制輸入為高電平（控制= 1）時，開關閉合。

傳輸門的作用類似于電壓控制開關，作為開關，CMOS傳輸門可用于切換通過全范圍電壓（從0V到V DD ）的模擬和數字信號。任何方向，如單個MOS器件所討論的那樣。

在單個柵極內將NMOS和PMOS晶體管組合在一起意味著NMOS晶體管將傳輸良好的邏輯“0”但是差的邏輯“1”，而PMOS晶體管傳輸良好的邏輯“1”但是邏輯“0”。因此，將NMOS晶體管與PMOS晶體管并聯連接可提供單個雙向開關，為單個輸入邏輯電平控制的CMOS邏輯門提供高效的輸出驅動能力。