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隱藏在晶片中的智慧：為什麼傳輸閘能在模擬與數位信號間自由切換？
在現代電子設備中，傳輸閘（Transmission Gate, TG）扮演著關鍵的角色，使得裝置能夠在模擬信號和數位信號之間流暢地切換。這類似於繼電器的功能，可以在控制信號的驅動下，有效地導通或阻擋電流。因此，深入了解傳輸閘的運作原理及其應用是非常重要的。
傳輸閘的結構
傳輸閘的基本結構是由兩個場效應晶體管（FET）組成，這些晶體管分別為n通道和p通道MOSFET。這與傳統的場效應晶體管不同，因為在傳輸閘中，基極端（bulk）並未連接到源端。這樣的配置確保了寄生基極二極體始終是反向偏置，從而不影響信號的流動。
在傳輸閘中，p通道MOSFET的基極連接到正電源，而n通道MOSFET的基極則連接到負電源。
傳輸閘的功能
當控制輸入為邏輯零時，n通道MOSFET的閘極會保持在負電壓，而p通道MOSFET的閘極則會由反相器推動至正電壓。這樣一來，兩個晶體管都不會導通，因而傳輸閘保持關閉狀態。相反，當控制輸入為邏輯一時，n通道MOSFET的閘極會變為正電壓，使得p通道MOSFET的閘極變為負電壓，這樣兩者開始導通，實現信號的傳輸。
透過收發器的設計，傳輸閘能夠在整個電壓範圍內進行切換，從而實現廣泛的應用。
傳輸閘的應用
電子開關
傳輸閘在電子開關和模擬多路復用器中的應用非常廣泛。透過多個傳輸閘的配合，可以有效實現信號的傳遞與阻擋功能。一個典型的例子是4066四路雙向開關，可處理模擬和數位信號，並在市場上由多個製造商提供。
模擬多路復用器
在混合信號系統中，模擬多路復用器能夠將多個模擬輸入通道路由到單一的模擬數位轉換器，從而提高系統的靈活性和效率。
邏輯電路
傳輸閘還可以用於構建邏輯電路，相較於傳統的CMOS上拉和下拉網絡，這類電路往往能夠更加緊湊，更加符合硅實現的要求。
負電壓應用
使用傳輸閘切換交流電壓（例如音訊信號）時，必須確保負電源電壓低於最低信號電壓，以保證基極二極體保持不導通。雖然傳輸閘仍然能夠切換至邏輯電壓水平，但也有特殊版本配備了集成的電平轉換器。
結論
傳輸閘的獨特設計和高效功能使其在現代電子系統中成為不可或缺的元件。隨著科技的進一步發展，對於傳輸閘的應用和改進將持續引發興趣。在未來，這項技術會如何進一步改變電子產品的設計和功能呢?
