알다시피 NMOS의 drain이 VDD와 연결되었을때, source의 전압은 Vs = VDD - Vtn까지만 올라올 수 있다.(MOS의 channel 형성 조건 때문에)
PMOS 역시 drain이 GND와 연결된다면 Vs = Vtp까지만 내려갈 수 있다.
즉 NMOS는 weak 1, PMOS는 weak 0를 전달하게 된다는 문제가 있다.(voltage drop이 생긴다)
따라서 static CMOS에서는 PUN으로 PMOS, PDN으로 NMOS를 사용하여 strong 0, 1을 전달할 수 있도록 하는 것이다.
static CMOS 방식 말고도 strong 0, 1을 전달할 수 있도록 하는 방식이 있는데, 이것이 transmission gate(=pass gate)이다.
transmission gate는 NMOS와 PMOS를 parallel하게 연결한 것으로 다음과 같은 구조를 갖는다.
(입력단이 source, 출력단이 drain이다)
A = 1일때, 인풋으로 0(GND)이 들어오면 NMOS의 Vg = VDD, Vgs = VDD가 되어 ids current가 흐르게 되고, 이 current와 출력단의 parasitic capacitor 덕분에 출력단의 전압을 GND로 끌어내릴 수 있다.(strong 0)
반대로 인풋으로 1(VDD)이 들어오면 PMOS의 Vg = GND, Vsg = VDD가 되어 역시 ids current가 흐르고, 이 current와 출력단 parasitic capacitor로 인해 출력단의 전압이 VDD까지 올라오게 된다.(strong 1)
정리하자면, 0이 들어올 땐 NMOS가 작동해 strong 0을 전달하고, 1이 들어올 땐 PMOS가 작동해 strong 1을 전달한다.
기호는 주로 다음과 같은 기호를 사용한다.
단점은 인풋으로 들어오는 신호가 VDD, GND가 아닌 weak 0, weak 1이라면, 출력단의 전압이 입력단의 전압까지만 올라갈 수 있기 때문에 출력단의 신호 역시 weak 0, weak 1이 된다는 것이다. (이러한 성질을 nonrestoring이라고 한다.)
참고로 static CMOS는 restoring하다. (weak 신호가 들어와도 strong 신호로 출력시킨다. 이를 rail-to-rail swing이라고도 한다.)