NAND Gates为什么便宜？

在我的数字电子实验室和讲座中，我们被告知要尝试从NAND门制造东西，因为它们是最便宜的门。为什么是这样？为什么OR / AND门最便宜？

NAND门之所以便宜，是因为它们的数量众多，始于1980年代。

严肃地说，“与非”门是最简单的逻辑门。您可以将其视为多输入逆变器。从电气上讲，这正是TTL NAND门的含义。每个输入只是添加到输入晶体管的另一个发射极。电路的其余部分只是一个逆变器。CMOS有所不同，但“与非”门仍然非常简单。

由于芯片只需要很少的晶体管，所以它们可以很小，从而每个硅晶片可以容纳很多，这使得它们很便宜。

可以说原因之一是，在CMOS电路中，NAND门比NOR门更小，面积更小，速度更快，而AND和OR门需要一个显式的反相器电路，其尺寸可与NAND /相媲美。也不。因此在CMOS中，NAND便宜一点。

nMOS并非如此（反之亦然），并且最肯定地不适用于74x系列之类的封装门-面积成本完全被封装成本和其他开销所抵消。

参考：Peter Robinson的VLSI Design，第14页，“在CMOS中，NAND门比NOR门具有更好的速度和面积特性”。

参考文献2：此处的解释是：“在CMOS中，或非门具有两个串联的pMOS，由于空穴的迁移率较差而使其变慢。”

任何逻辑功能都可以从NAND（或NOR）门构建，甚至是完整的系统。OR和AND门的成本与NAND大致相同，但您也需要反相器。1,000个NAND门将比OR，AND和反相器的混合物便宜。

因此，Seymour Cray曾经从ECL NOR门构建Cray超级计算机。

尚未提及的几点：

1. 在TTL逻辑中，在完全基于MOS的逻辑被接管之前，它曾经是“正常”类型的，一个两输入NAND门需要四个晶体管，其中一个具有两个发射极。一个两输入或非门将需要六个晶体管（每个带有一个发射极）。通常，N输入与非门将需要四个晶体管，其中一个具有N个发射极。N输入或非门将需要2N + 2晶体管。
2. 在NMOS逻辑中，一个N输入门，无论是NAND，NOR还是它们的某种组合（最后只有一个反转），都将需要N个晶体管和一个电阻。在NMOS中，“或非”门比“与非”门快一些。
3. 在CMOS逻辑中，N输入门，无论是NAND，NOR还是它们的某种组合（最后只有一个反转），通常都需要N PMOS晶体管和N NMOS晶体管。与非门相比，与非门输出“高电平”的速度会稍快，随着输入数量的增加，差异会变得更加明显。但是，“或非”门比“与非”门输出“低”的速度要快一些。由于CMOS技术在所有其他条件都相同的情况下，输出高信号的速度比输出低信号的速度稍慢，因此“与非”门的输出时间可能会更长一些。
4. 在大多数CPLD设计中，基本逻辑模块由一堆多输入NAND门（可以连接或断开输入）组成，其输出驱动一堆多输入NAND门。请注意，文档通常会显示一堆“ AND”驱动一堆“ OR”，但是驱动NAND的NAND产生的行为与驱动OR的AND相同，但反转较少，因为NAND门不仅是一个具有反相输出的AND，但其行为与具有反相输入的OR相同。儿子取“与”和“或”，将“与”的输出和“或”的输入取反（由于两个取反抵消了，所以可以做到），而其中一个由与非驱动器驱动。

不需要三态逻辑或最佳速度的任何逻辑设计都可以完全使用NAND门实现。这并不是说与非门始终是实现事物的最实用方法。例如，异或门将需要四个双输入NAND门来构建，代表CMOS中的总共十六个晶体管。但是，如果一个人直接从晶体管中构建一个CMOS异或门，则可以用八个来完成这项工作。

我似乎记得有一个自然的反转。因此，“与”门将需要一个额外的反相器，而“与非”门则不需要。否则我可能错了...

NAND门不仅简单，而且可以代替所有其他门使用，因此，当公司批量购买时，他们只购买NAND门，因为它们可以用于所有用途。这样可以节省它们的存储空间，并且批量购买更便宜。因此，生产商顺应趋势-更多需求使他们降低价格以增加未来利润。