信號強度與電壓源

信號的強度可以通過它與理想電壓源的接近程度來衡量。通常，信號越強，它能提供或吸收的電流就越大。電源（VDD）和地（GND）是數字信號中“1”和“0”的來源。

NMOS與PMOS晶體管簡介及反相器電路回顧

NMOS晶體管幾乎是一個完美的開關，當輸入為“0”時導通，輸出為“0”（強0）。然而，請注意只是"幾乎"，NMOS晶體管在輸入為“1”時表現不完美，高電壓水平會略低于VDD，這將在后續文章中詳細解釋。我們稱之為“退化1”或“弱1”。

PMOS晶體管則具有相反的特性，當輸入為“0”時導通，輸出為“1”（強1），但當輸入為“1”時，輸出會是“退化0”。

上圖總結了晶體管的符號和行為，其中g、s和d分別表示柵極、源極和漏極

在CMOS邏輯電路中，輸入信號通常同時驅動下拉網絡中的NMOS晶體管柵極和互補上拉網絡中的PMOS晶體管柵極。這種配置確保了NMOS晶體管在導通時能提供穩定的“0”電平，PMOS晶體管在導通時能提供穩定的“1”電平，從而保證輸出信號的強驅動能力和電平的無退化。我們將這種特性稱為“完全恢復邏輯門”，它顯著簡化了電路設計，并降低了設計復雜性。下圖為典型的CMOS邏輯電路原理圖及典型的版圖設計，也稱為反相器電路。

傳輸門

當NMOS或PMOS單獨使用時，它們是不完美的開關，我們稱之為“傳輸晶體管”或“直通門”。通過將NMOS和PMOS晶體管并聯（下圖(a)），我們得到一個當輸入為“1”時導通的開關（下圖(b)），并且在“0”和“1”兩種情況下都能完美導通（下圖(c)）。我們稱之為“傳輸門”或“直通門”。

在某些電路中，如果只有單個“0”或“1”信號，則可以刪除相應的傳輸晶體管（n管或p管），退化為單個NMOS或PMOS器件。

為什么要用傳輸門/傳輸門存在的意義是？

靜態CMOS邏輯電路（反相器）設計的輸入和輸出必須是反相的。當輸入為“1”時，NMOS下拉網絡導通，輸出為“0”；當輸入為“0”時，PMOS上拉網絡導通，輸出為“1”。我們可能會嘗試將晶體管倒置以構建非反相門。例如，下圖顯示了一個非反相緩沖器。為什么在下圖打X，因為這種設計存在問題。

雖然這種設計可以使輸入輸出相同，但是NMOS和PMOS晶體管都會產生退化的輸出（詳見上文NMOS與PMOS晶體管簡介及反相器電路回顧章節描述），因此應避免這種技術。

傳輸門的功能像一個電子開關， 它可以根據控制信號來選擇性地“接通”或“斷開”一條信號通路，從而控制輸入信號是否能夠傳遞到輸出端。 當它“接通”時，輸入信號幾乎無改變地通過；當它“斷開”時，輸出端處于高阻態（High-Z），相當于斷路。另外，傳輸門可以雙向傳輸信號，而反相器只能單向傳輸信號。

總結

簡單來說，可以將反相器想象成一個“唱反調”的設備，你給它“1”，它就輸出“0”。而傳輸門則像一個“水龍頭”，通過一個開關（控制信號）來決定是讓水流（輸入信號）通過，還是關掉。

傳輸門本質上是一個三態電路，它的三個狀態是：

導通（ON）：當使能信號有效時（例如 EN=1），它像一個閉合的開關，允許輸入信號 A 通過，此時輸出 Y = A。

截止（OFF）/高阻態（High-Z）：當使能信號無效時（例如 EN=0），它像一個斷開的開關。此時輸出端與輸入端斷開，呈現高阻抗狀態。這就是它的“第三態”。

（注：嚴格來說，傳輸門只有導通和高阻態兩個由控制信號決定的狀態。但因為它能輸出高阻態，所以被歸類為三態邏輯電路。）