NOT Gate Analog CMOS 회로 설계 과정 [MOSFET]

디지털 회로 설계의 기본적인 요소인 NOT 게이트는 단순히 입력 신호를 반전시키는 역할을 합니다. 

 

NOT 게이트를 CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) 기술을 이용해 설계하는 것은 디지털 회로 설계의 기초적인 단계지만, 그 원리와 설계 과정을 이해하면 아날로그 CMOS 설계의 개념을 폭넓게 익힐 수 있습니다. 

 

이번 글에서는 NOT 게이트의 원리를 이해하고, CMOS 회로로 구현하는 방법을 자세히 알아보겠습니다.

 

● NOT Gate의 원리

NOT 게이트는 입력 신호를 반전시켜 출력하는 기본 논리 게이트입니다.

입력이 HIGH(1)일 때 출력은 LOW(0)
입력이 LOW(0)일 때 출력은 HIGH(1)

Not Gate 진리표

● CMOS 기술을 사용한 NOT 게이트의 설계 원리

CMOS 기술의 특징

CMOS는 PMOS와 NMOS 트랜지스터 두 가지를 조합해 동작합니다.

PMOS 트랜지스터: 입력이 LOW(0)일 때 전류를 전달합니다.
NMOS 트랜지스터: 입력이 HIGH(1)일 때 전류를 전달합니다.

 

CMOS는 고속, 낮은 전력 소모 및 높은 신뢰성을 제공하여 디지털 회로 설계에 널리 사용됩니다.

 

NOT 게이트 설계의 기본 구조

CMOS NOT 게이트는 두 개의 MOSFET으로 구성됩니다.

PMOS 트랜지스터: 소스가 전원 (VDD)에 연결되고 드레인은 출력에 연결됩니다.
NMOS 트랜지스터: 소스가 접지(GND)에 연결되고 드레인은 출력에 연결됩니다.

 

두 트랜지스터의 게이트는 입력 신호에 연결되어 서로 반대 방식으로 작동합니다.

입력이 HIGH: PMOS는 OFF, NMOS는 ON → 출력은 LOW.
입력이 LOW: PMOS는 ON, NMOS는 OFF → 출력은 HIGH.

 

● CMOS NOT 게이트 회로 설계

회로 구성

PMOS 트랜지스터 연결
소스(Source): 전원 (VDD)에 연결.
드레인(Drain): 출력 노드에 연결.
게이트(Gate): 입력 노드에 연결.

 

NMOS 트랜지스터 연결
소스(Source): 접지(GND)에 연결.
드레인(Drain): 출력 노드에 연결.
게이트(Gate): 입력 노드에 연결.

NOT Gate Mosfet 설계

동작 분석

입력 0 (LOW)
PMOS : 게이트가 LOW일 때 ON 상태 → VDD가 출력 노드로 전달.
NMOS : 게이트가 LOW일 때 OFF 상태 → GND와 단절.
출력 = 1 (HIGH)

입력 1 (HIGH)
PMOS : 게이트가 HIGH일 때 OFF 상태 → VDD와 단절.
NMOS : 게이트가 HIGH일 때 ON 상태 → 출력이 GND에 연결.
출력 0 (LOW)

 

 

● MOSFET NOT 게이트 설계의 중요성

CMOS NOT 게이트는 디지털 회로 설계의 핵심이자 출발점입니다. 

 

간단한 구조지만, PMOS와 NMOS의 상호작용을 통해 신호를 안정적으로 반전시키는 것이 가능합니다. 

 

이를 통해 전력 효율적이고 신뢰성 높은 디지털 시스템을 설계할 수 있습니다.

 

이러한 설계 과정을 익히는 것은 더욱 복잡한 회로 설계의 기초를 다지는 데 큰 도움이 될 것입니다.

앞으로 더 복잡한 CMOS 회로 설계를 시도하며, 더 유익한 정보를 가져오도록 하겠습니다