一种CMOS电路结构的制作方法

本实用新型涉及集成电路涉及领域，更具体地说，涉及一种CMOS电路结构。

背景技术：

集成电路是通过将一定数量的常用电子元件以及这些元件之间的连线制作在半导体衬底上，封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构。CMOS集成电路由于工艺技术的进步以及低功耗、高稳定性、抗干扰性强、噪声容限大、可等比例缩小以及可适应较宽的环境温度和电源电压等一系列优点，成为现在IC设计的主流技术，IC设计者可以根据芯片的不同功能和要求采用各种不同结构的电路。在CMOS集成电路设计中，异或、同或电路是算术中逻辑单元和比较判别电路中非常重要的组成单元电路，被广泛应用。

在常规的异或、同或门电路结构设计中，采用与非(nand2)以及或与非(oai21)组成同或门，采用或非(nor2)以及与或非(aoi21)组成异或门，此种电路的CMOS结构，需要使用10个MOS管，两个输入端对称输入，通过P型MOS管和N型MOS管不同的导通条件最终获得异或、同或功能。随着集成电路集成度的发展，集成更多逻辑的方式朝减小线宽来实现，通过逻辑关系的设计，也可得到使用8个晶体管，6个晶体管来实现异或、同或功能电路结构。

文献《半导体技术》，第27卷第8期，公开日为2002年8月，公开了论文《CMOS异或电路的设计与应用》，作者吴孙桃，慈艳柯，纪安妮，该论文给出了一种仅用4个晶体管设计的异或电路，利用该电路的设计方法可实现四管同或、异或电路。其不足之处在于，电路连接不够简化，两个输入端到输出端路径一致，相对较大。

技术实现要素：

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的电路复杂，异或、同或电路中两个输入端到输出端的路径相对较大的问题，本实用新型提供了一种CMOS电路结构，实现了两个输入端的不对称传输，使其中一个输入端的传输路径更短，在实际应用中可作关键路径，减少系统延时，并且结构简单，简化了电路的连接。

2.技术方案

本实用新型的目的通过以下技术方案实现。

一种CMOS电路结构包括一个反相器、一个P型晶体管、一个N型晶体管；电路的第一输入端连接P型晶体管和N型晶体管的栅极，电路的第二输入端连接P型晶体管和N型晶体管的漏极，反相器加在电路的第二输入端与P型晶体管或N型晶体管的漏极之间，电路的输出端与P型晶体管和N型晶体管的源极连接，P型晶体管的衬底连接电源，N型晶体管的衬底接地。

更进一步的，当电路的第二输入端与P型晶体管的漏极和反相器输入端连接时，反相器的输出端与N型晶体管的漏极相连；电路构成异或电路。

更进一步的，当电路的第二输入端与N型晶体管的漏极和反相器输入端连接时，反相器的输出端与P型晶体管的漏极相连；电路构成同或电路。

更进一步的，反相器由一个负载管和一个驱动管组成；负载管的源极接电源；驱动管的源极接地；负载管和驱动管的栅极连接，构成反相器输入端；负载管和驱动管的漏极连接，构成反相器输出端；反相器输出端信号与输入端相反。

更进一步的，反相器中的负载管为P型晶体管，驱动管为N型晶体管。

更进一步的，电路中的P型晶体管和N型晶体管；反相器中的负载管和驱动管均为MOS管，减少了电路损耗。

每个门电路通过一个P型MOS管、一个N型MOS管以及一个反相器组成，加入反相器的设计简化了电路连接，且只需使用四个MOS管；电路的第一输入端与电路的第二输入端不对称传输，对电路的第一输入端到电路的输出端路径进行了优化，具有最短的信号路径，减少了系统延时，在实际应用中可使电路的第一输入端作为关键路径。

3.有益效果

相比于现有技术，本实用新型的优点在于：

本实用新型使用一个P型MOS管、一个N型MOS管和一个反相器共四个晶体管实现异或、同或电路，较传统的通过利用十个晶体管不同的导通条件下所得不同逻辑结果最终获得异或、同或电路，电路使用器件少，减小芯片体积，且电路连接简单，操作方便，减少电路延时，MOS管的使用还减少了电路的损耗。电路的第一输入端和电路的第二输入端的不对称传输，使得电路的第一输入端的传输路径更短，在实际集成电路应用中可作关键路径，减少相对路径损耗。

附图说明

图1是本实用新型一种CMOS同或电路结构；

图2是本实用新型一种CMOS异或电路结构；

图3是本实用新型反相器内部电路图；

图4是一种现有的CMOS异或电路结构；

图5是一种现有的CMOS同或电路结构。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例，对本实用新型作详细描述。

实施例1

图5所示为一种现有的四管CMOS电路结构，输入端A与输入端B为对称输入，可构成同或运算功能，输入端Y＝A⊙B。图1所示为本实施例一种CMOS同或电路结构，包括一个反相器I0、一个P型晶体管P0、一个N型晶体管N0。电路输入端A0与反相器I0的输入端和N0的漏极连接；反相器I0的输出端连接P0的漏极；P0和N0的源极都与电路输出端Y0连接；电路输入端B0同时连接P0和N0的栅极；P0的衬底连接电源，N0的衬底接地。

当电路输入端A、B均为高电平时，反相器输出端为低电平，P型晶体管截止，N型晶体管导通，由于N型晶体管漏极为高电平，电路输入端Y为高电平；当电路输入端A为高电平，电路输入端B为低电平时，反相器输出端为低电平，P型晶体管导通，N型晶体管截止，由于P型晶体管漏极为低电平，电路输入端Y为低电平；当电路输入端A为低电平，电路输入端B为高电平时，反相器输出端为高电平，P型晶体管截止，N型晶体管导通，由于N型晶体管漏极为低电平，电路输入端Y为低电平；当电路输入端A、B均为低电平时，反相器输出端为高电平，P型晶体管导通，N型晶体管截止，由于P型晶体管漏极为高电平，电路输入端Y为高电平；构成的逻辑关系是Y0＝A0⊙B0。

如图3所示，是反相器I1的内部结构，反相器I1由一个负载管和一个驱动管构成；负载管的源极接电源，驱动管源极接地；负载管和驱动管的漏极接在一起，构成反相器输出端；负载管和驱动管的栅极接在一起，构成反相器输入端。当反相器输入端为高电平时，负载管截止，驱动管导通，反相器输出端为低电平；当反相器输入端为低电平时，负载管导通，驱动管截止，反相器输出端为高电平。

如表1所示为所述异或门电路转换的真值表，电路输入端A0为高电平信号、电路输入端B0为低电平信号时，电路输出端Y0输出低电平信号；电路输入端A0和B0为高电平信号时，电路输出端Y0输出高电平信号；电路输入端A0和B0为低电平信号时，电路输出端Y0输出高电平信号；电路输入端A0为低电平信号、电路输入端B0高电平信号时，电路输出端Y0输出低电平信号；构成了一个同或门。

表1

通过图1与图5的对比可得，本实施例通过一个反相器的连接，虽同样使用四个MOS管，但电路的A0和B0输入端都只需与两个MOS管连接，而现有技术输入端需各连接三个MOS管，本实施例与现有电路相比，连接更简单，用线更少，电路损耗更低，速度更快。且本实施例较现有四管MOS电路中输入端A0和输入端B0为不对称输入，输入端B0到输出端信号路径最短，可用作关键路径减少系统延时。

实施例2

图4所示为一种现有的四管CMOS电路结构，输入端A与输入端B为对称输入，可构成异或运算功能，输出端Y＝A⊕B。图2所示为本实施例一种CMOS异或电路结构，包括一个反相器I1、一个P型晶体管P1、一个N型晶体管N1。电路输入端A1与反相器I1的输入端和P1的漏极连接；反相器I1的输出端连接N1的漏极；P1和N1的源极都与电路输出端Y1连接；电路输入端B1同时接P1和N1的栅极；P1的衬底连接电源，N1的衬底接地。

当电路输入端A、B均为高电平时，反相器输出端为低电平，P型晶体管截止，N型晶体管导通，由于N型晶体管漏极为低电平，电路输入端Y为低电平；当电路输入端A为高电平，电路输入端B为低电平时，反相器输出端为低电平，P型晶体管导通，N型晶体管截止，由于P型晶体管漏极为高电平，电路输入端Y为高电平；当电路输入端A为低电平，电路输入端B为高电平时，反相器输出端为高电平，P型晶体管截止，N型晶体管导通，由于N型晶体管漏极为高电平，电路输入端Y为高电平；当电路输入端A、B均为低电平时，反相器输出端为高电平，P型晶体管导通，N型晶体管截止，由于P型晶体管漏极为低电平，电路输入端Y为低电平；构成的逻辑关系是Y1＝A1⊕B1。

和实施例1相同，反相器I0的内部结构如图3所示。当反相器输入端为高电平时，负载管截止，驱动管导通，反相器输出端为低电平；当反相器输入端为低电平时，负载管导通，驱动管截止，反相器输出端为高电平。

如表2所示为所述异或门电路转换的真值表，电路输入端A1为高电平信号、电路输入端B1为低电平信号时，电路输出端Y1输出高电平信号；电路输入端A1和B1为高电平信号时，电路输出端Y1输出低电平信号；电路输入端A1和B1为低电平信号时，电路输出端Y1输出低电平信号；电路输入端A1为低电平信号、电路输入端B1高电平信号时，电路输出端Y1输出高电平信号；构成了一个异或门。

表2

和实施例1相同，通过图2与图4的对比可得，本实施例通过一个反相器的连接，虽同样使用四个MOS管，但电路的A1和B1输入端都只需与两个MOS管连接，而现有技术输入端需各连接三个MOS管，本实施例与现有电路相比，连接更简单，用线更少，电路损耗更低，速度更快。且本实施例较现有四管MOS电路中输入端A1和输入端B1为不对称输入，输入端B1到输出端信号路径最短，可用作关键路径减少系统延时。

以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，在不背离本发明的精神或者基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。附图中所示的也只是本发明创造的实施方式之一，实际的结构并不局限于此，权利要求中的任何附图标记不应限制所涉及的权利要求。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。此外，“包括”一词不排除其他元件或步骤，在元件前的“一个”一词不排除包括“多个”该元件。产品权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。