cmos与非门电路原理图
任何复杂的逻辑功能均可分解为“与”、“或”和“非”操作。通常，CMOS采用正逻辑。对于P管是“串或并与”，而对N管则为“串与并或”。以此可以构成CMOS或非门和与非门。
目前CMOS静态门电路在超大规模集成电路芯片中是非常重要的功能电路。例如在门阵列器件中几乎完全采用CMOS静态门。又如在微处理器及其外围电路中，大部分的控制接口逻辑电路是用CMOS静态门实现的。CMOS静态逻辑电路所以能取得这样的地位主要是由于该电路简单、可靠。
CMOS静态门电路用增强型NFET做下拉管，而用增强型PFET做上拉管，同其他结构的逻辑电路相比CMOS静态门可实现更为对称的上拉和下拉操作。而且在逻辑门处于静态下没有直流通过，其结果是：(1)逻辑电平等于电源电压值(Vdd和地)，故逻辑摆幅最大，(2)CMOS静态门为无比(Ratioless)电路，即门电路的正确操作与PFET和NFET的相对尺寸(两管沟道宽／长比的比值)无关。
静态CMOS逻辑门是由完全对称的NMOS和PMOS晶体管阵列构成的，图2-1给出一个含有任意门的方框示意图。每个输入A，B，C，…同时都连接到一NMOSFET(Ā方框内)和一PMOSFET(A方框内)。
当某条件满足Ā＝o和A＝1时，它表明上部的A方框内的PMOS FET导通，而此时的Ā方框内的NMOS FET截止处于开路。在此情况下，输出节点与电源电压Vdd接通，故输出为高电平。反之，当条件为Ā＝1和A＝o时，下部Ā方框内的NMOS FET导通，上部A方框内的PMOS FET截止处于开路，输出节点与地接通，将输出电平下拉至地。
逻辑门电路的设计基本围绕着三个主要任务：形成所需逻辑功能，建立电路的直流特性和分析电路的瞬态响应。逻辑功能的建立是通过上图中Ā和A方框内的串联和并联连接的MOS FET的恰当的布局来实现的。而电路的电特性(直流特性和瞬态响应)则取决于器件的沟道宽／长比、逻辑晶体管的连接和几何版图。
CMOS二输入与非门的电路、真值表分别示于图2-2的(a)、(b)。其中BG1和BG2是增强型PMOS管，它们的源极并联接到正电源Vdd，漏极并联与BG3漏极连接。BG3和BG4是增强型NMOS管。每个PMOS管的栅极与一个NMOS管的栅极连在一起，作为信号输入端。这种PMOS管并联而NMOS串联的结构是CMOS与非门电路的特点。
CMOS电路结构有一个特点，即当电路输入高电平时，PMOS管截止，而NMOS管导通；当电路输入低电平时，PMOS管导通，而NMOS管截止。这是学习CMOS电路的基本原则。根据这个原则，可知CMOS与非门的工作原理是：当输入端A、B中有一个或两个同时是低电平，则NMOS管BG3与BG4中至少有一个是截止的，PMOS管BG1和BG2中至少有一个是导通的，所以输出Z为高电平。只有当两个输入端全为高电平时，两个串联的NMOS管BG3和BG4才同时导通，而两个PMOS管BG1和BG2同时截止，使输出Z为低电平。由此可见，电路的输出Z与输入A、B之间是与非关系。
在门电路的工作中，与反向器有着共同之处，仍以二输入的与非门为例，当A或B其中任何一个输入端为低电平时，因为T1或T2管有一只导通，并且T3或T4管有一只截止，故输出都为高电平。只有当A和B同时为高电平时，了T1和T2管都截止，T3和T4管都通导，输出为低电平，完成与非逻辑功能。我们把它用图2-3中所示的两种方法，测量其传输特性。上左图是仅在一个输入端(B)输入信号，另一输入端A接电源，称为“单门开关”。上右图是把两个输入端并联在一起输入信号，称为“双门开关”。则它们的传输特性如下图所示。在高增益区的特性曲线分为两支。分别对应两个转换电平V单*和V双*。这是因为多输入端门中负载管和输入管的并联、串联效应所引起的。为了说明这一现象，我们先讨论一下MOS晶体管的并联和串联时的情况。
考虑一个MOS晶体管（N沟道）。其电流常数为k0，如图2-4(a)。如果把两只特性相同的MOS管分别串联和并联起来，则串联的管子总夸导下降，并联的管子的总夸导增加。如果用一个新的等效MOS管来代替，则这支等效的阈值电压不变，而其k串U1/n*k0，k并＝n*k0。这一结论可以用来讨论和分析与非门的性质。
我们再来看图2-4(a)中的电路。在双门开关时，输入端为低电平，T1和T2管全部导通，T3和T4管全部截止。当输入电平逐渐增加经过转换区时，T3和T4管也导通了，这时电流流过两只并联的T1和T2管和两只串联的T3和T4管，见图2-4(b)。若把他等效为一个倒相器，则等效倒相器的负载管电流常数为kp等＝2kp，输入管的kn等＝1/2kN。这里kp和kn分别为与非门的伏在关和输入管的k值。图2-4(c)表示出单门开关时的电流流通途径和等效倒相器。这时在转换区中，电流流经过一只T1管和串联的T3和T4管。因为A端接固定的高电平，使T2管永远保持截止。等效倒相器分别有kp等＝kp和kn等＝1/2kn。由以上分析可以看出，当单门开关和双门开关时，在转换区内，这个与非门两种不同的状态，可以用两个不同性质的倒相器来等效。所以呈现出不同的传输特性。
