靜態CMOS閘電路是數位電子電路中常用的一種類型，它由兩個網路組合而成，即上拉網路（PUN）和下拉網路（PDN）。 本文將介紹如何理解和設計靜態CMOS閘電路，以及一些關鍵的設計原則和規則。
理解靜態CMOS閘電路：
靜態CMOS閘電路是數位邏輯電路中的基本建構塊，用於執行邏輯運算。 它由兩個互補的網路組成，一個用於上拉操作，一個用於下拉操作。 上拉網路的任務是在輸出應為1時連接輸出到電源電壓（通常表示為VDD），而下拉網路的任務是在輸出應為0時連接輸出到接地電壓（通常表示為VSS）。 這兩個網路建構在一種互斥的方式下，以確保在穩態下只有一個網路處於導通狀態，從而確保輸出節點始終處於低阻抗狀態。
設計靜態CMOS閘電路的關鍵原則：
在設計靜態CMOS閘電路時，需要考慮以下幾個關鍵原則：
電晶體的作用： 電晶體在靜態CMOS閘電路中充當開關，其導通與否由閘門訊號控制。 NMOS電晶體在閘極訊號高電位時導通，而PMOS電晶體在閘極訊號低電位時導通。
NMOS和PMOS的選擇： 下拉網路通常使用NMOS元件構建，因為NMOS電晶體可以提供強電平0，而上拉網路通常使用PMOS元件構建，因為PMOS電晶體可以提供強電平1。
建構規則： 可以使用一組建構規則來實作邏輯函數，例如，串聯的NMOS元件表示AND函數，而並聯的NMOS元件表示OR函數。 類似地，可以使用建構規則來設計PMOS網路。
對偶性原理： 靜態CMOS閘電路的上拉和下拉網路是對偶網路。 這意味著建構其中一個網路後，可以使用對偶原理來建構另一個網路。 這涉及到將串聯子網路替換為並聯子網絡，以及將並聯子網路替換為串聯子網路。
非反向功能： 靜態CMOS閘電路自然是反向的，只能實現NAND、NOR和XNOR等函數。 要實現非反向的布林函數（例如AND、OR或XOR），需要添加額外的反向器等級。
電晶體數量： 實現N輸入邏輯閘所需的電晶體數量為2的N次方。
範例應用：
以一個二輸入NAND閘為例，我們可以看到如何應用上述原則來設計該閘電路。 下拉網路由兩個NMOS電晶體串聯實現AND函數，而上拉網路則是下拉網路的對偶，由兩個並聯的PMOS電晶體構成。 這確保了NAND閘的正確功能。 真值表驗證了輸出始終連接到VDD或GND，但從不同時連接到兩者。
結論：
靜態CMOS閘電路是數位電子電路中的關鍵元件，理解其原理和設計原則對於數位電路設計至關重要。 遵循上述原則，可以有效設計出各種邏輯閘電路，以滿足不同應用的需求。 在設計時，始終要牢記電晶體的作用和對偶性原理，以確保電路的正確性和性能。