[EDA] Transmission Gate (傳輸閘) - Logic Switch using CMOS design

目前數位 IC 設計上所用到的電晶體分成兩種型態 P-type MOSFET (P-MOS) & N-type MOSFET (N-MOS)，兩者在數位 IC 設計上的功用都是當做開關 (switch)，用以控制電流是否能通過。另外由於 MOSFET 本身的特性：電壓要低於一定閥值 (threshold voltage) 才能導通，同時這個閥值不是固定的，會受到源極 (source) 訊號以及汲極 (drain) 訊號的電壓影響 (好像是叫 body effect，先進製程應該會有更多會影響 threshold voltage 的問題)，因此 P-MOS 跟 N-MOS 在啟動開關跟傳輸電流上各有差異：

1. P-MOS 藉由在 gate (閘極) 訊號通入低電壓 (VSS) 導通電流，並且 P-MOS 比較善於導通高電壓的訊號
2. N-MOS 藉由在 gate (閘極) 訊號通入高電壓 (VDD) 導通電流，並且 N-MOS 比較善於導通低電壓的訊號

因此如果想讓 MOSFET 當開關的效果更好，有人就把 P-MOS 跟 N-MOS 組合起來當作一個開關，也就是這邊介紹的 transmission gate (長相如下圖)

圖中的上方那顆是 N-MOS (導通電壓是 1)，下方那個則是 P-MOS (導通電壓是 0)。仔細注意的話可以發現 P-MOS 的 gate 訊號跟 N-MOS 的控制訊號相反，這也就意味著這兩顆 MOSFET 會同時被導通或同時被關閉。此時如果 要流通的訊號 (v1 -> v2 or v2 -> v1) 是高電壓，我們有 P-MOS 可以處理，如果是低電壓則有 N-MOS 處理，所以是個概念簡單又表現良好的開關。

常見的 logic gate (邏輯閘) 中會運用到 transmission gate 的有這 2 種：

• sequential logic: latch, flip-flop
• XOR:

其實應該也不只這兩種，有需要用到開關的都有可能會用到就是，不過我目前查到普遍會用到 transmission gate 的只有這兩種。

Reference:
[1] The CMOS Transmission Gate