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1、第第2章逻辑门电路章逻辑门电路2本讲稿第一页，共七十页NMOS管的开关特性管的开关特性MOS管和晶体管一样可以当开关用。管和晶体管一样可以当开关用。如图所示，如图所示，RD为负载电阻，为负载电阻，T为负载。为负载。本讲稿第二页，共七十页NMOS管的开关特性管的开关特性当当用用增增强强型型NMOS做做工工作作管管时时，如如输输入入电电压压vI为为高高电电平平（大大于于开开启启电电压压VT）则则NMOS管管导导通通，开开关关闭合，输出电压闭合，输出电压vO为低电平。为低电平。本讲稿第三页，共七十页NMOS管的开关特性管的开关特性输输入入电电压压vI为为低低电电平平时时则则NMOS管管截截止止，开开
2、关关断开，输出电压断开，输出电压vO为高电平。为高电平。本讲稿第四页，共七十页PMOS管的开关特性管的开关特性A=1，开关断开，开关断开，F=0A=0，开关闭合，开关闭合，F=1本讲稿第五页，共七十页 NMOS 门电路门电路NMOS 反相器反相器NMOS 与非门与非门 NMOS 或非门或非门 NMOS 与或非门与或非门 NMOS 异或门异或门 NMOS 三态门三态门本讲稿第六页，共七十页NMOS反相器反相器T1管管为为工工作作管管(驱驱动动管管、控控制制管管)，T2管管为为负负载载管管，故此电路称为有源负载反相器。故此电路称为有源负载反相器。T2管：管：VGD=VGS-VDS=0VT，故，故T
3、2管工管工作在饱和区，作在饱和区，T2管称管称饱和型负载管，总是饱和型负载管，总是处于导通状态。处于导通状态。vI为高电平且为高电平且vIVT1时，时，T1、T2管同时导管同时导通，输出电压通，输出电压vO为两个为两个管子的导通电阻对管子的导通电阻对VDD的分压，即的分压，即vo=VDDRDS1/(RDS1+RDS2)。vI为高电平时，为高电平时，vO为低电平。为低电平。当输入电压当输入电压vI为低电为低电平时平时(vIVT1)，T1管截管截止，输出为高电平止，输出为高电平(vO=VOH=VDD-VT2)。为了保证在为了保证在T1和和T2同同时导通时满足时导通时满足RDS1RDS2，制造时使，
4、制造时使T1、T2在在结构上有不同的宽长比，结构上有不同的宽长比，即即W1/L1W2/L2。本讲稿第七页，共七十页NMOS反相器反相器饱和型负载反相器有两个缺点：饱和型负载反相器有两个缺点：输出高电平低。由于输出高电平低。由于负载管负载管T2导通时导通时，导通时导通时，栅源间至少要保持等于栅源间至少要保持等于开启电压开启电压VT2的电压，所的电压，所以输出高电平较电源电以输出高电平较电源电压低一个开启电压值。压低一个开启电压值。为了保证有足够高的输为了保证有足够高的输出高电平，必须增大电出高电平，必须增大电源电压。源电压。为了保证输出低为了保证输出低电平足够低，要求电平足够低，要求RDS2相应
5、的增大，造成相应的增大，造成工作管关闭时，输出工作管关闭时，输出端杂散电容或负载电端杂散电容或负载电容容CO的充电时间较的充电时间较长，使输出电压上长，使输出电压上升沿拖长，降低了升沿拖长，降低了工作速度。工作速度。对同一个对同一个MOS负载管，负载管，若要提高电路的速度，若要提高电路的速度，就必须减小其导通电阻，就必须减小其导通电阻，让它工作在非饱和区，让它工作在非饱和区，即工作在可变电阻区。即工作在可变电阻区。这样，可以提高电路的这样，可以提高电路的工作速度，降低电路的工作速度，降低电路的功率损耗。功率损耗。本讲稿第八页，共七十页NMOS反相器反相器非饱和型有源负载反相器如图非饱和型有源负
6、载反相器如图2-26所示。所示。该该反反相相器器负负载载管管的的栅栅极极采采用用独独立立电电源源VGG，当当VGG-VDDVT2时时，负负载载管管T2工工作作在在非非饱饱和和区区。输输出出电电平平可可接接近近VDD值值，电电路路的的工工作作速速度度提提高高，功率损耗降低。功率损耗降低。缺缺点点是是增增加加了了一一个个电源。电源。本讲稿第九页，共七十页NMOS与非门与非门具具有有两两个个输输入入端端的的NMOS 与与非非门门电电路路如如图图2-27所所示。示。当当输输入入A、B都都为为高高电电平平时时，串串联联的的两两个个工工作作管管T1、T2都都导导通通，电电路路的的输输出即为低电平；出即为低
7、电平；本讲稿第十页，共七十页NMOS与非门与非门具具有有两两个个输输入入端端的的NMOS 与与非非门门电电路路如如图图2-27所所示。示。当输入当输入A、B中有中有一个为低电平时，一个为低电平时，则串联的两个工作则串联的两个工作管管T1、T2中必有一个中必有一个截止，则使电路输出截止，则使电路输出为高电平。为高电平。电路的输出与输电路的输出与输入之间为与非逻辑入之间为与非逻辑关系，即关系，即本讲稿第十一页，共七十页NMOS或非门或非门NMOS 或非门电路如图或非门电路如图2-28所示。所示。本讲稿第十二页，共七十页NMOS或非门或非门因为两个工作管因为两个工作管T1、T2相并联，所以只要相并联
8、，所以只要输入输入A、B中有一个为中有一个为高电平时，则相应的高电平时，则相应的工作管必导通，使电工作管必导通，使电路的输出为低电平；路的输出为低电平；工作原理工作原理本讲稿第十三页，共七十页NMOS或非门或非门工作原理工作原理只只有有输输入入A、B中中都都为为低低电电平平时时，则则并并联联的的两两个个工工作作管管T1、T2都都截截止止，则则使使电电路路输输出出为高电平。为高电平。电电路路的的输输出出与与输输入入之之间间为为或或非非逻逻辑辑关关系系，即即本讲稿第十四页，共七十页NMOS 与或非门与或非门NMOS 与或非门电路如图与或非门电路如图2-29所示。所示。工作原理：工作原理：A=B=1
9、F=0本讲稿第十五页，共七十页NMOS 与或非门与或非门NMOS 与或非门电路如图与或非门电路如图2-29所示。所示。工作原理：工作原理：A=B=1C=D=1F=0本讲稿第十六页，共七十页NMOS 与或非门与或非门工作原理：工作原理：当两组输入当两组输入(A、B和和C、D)中都有低电平时，则中都有低电平时，则每组串联的工作管中必每组串联的工作管中必有相应的工作管截止，有相应的工作管截止，则则F=1。电路的输出与输入之间电路的输出与输入之间为与或非逻辑关系，即为与或非逻辑关系，即 本讲稿第十七页，共七十页NMOS异或门异或门图图2-30是是NMOS异或门。异或门。同或门同或门非门非门本讲稿第十八
10、页，共七十页NMOS异或门异或门图图2-30是是NMOS异或门。异或门。当当A、B都都为为高高电电平平或或都都为为低低电电平平时时，T1、T2都都截截止止，F1为为高高电电平平，F为低电平；为低电平；当当A、B中中有有一一个个为为高高电电平平而而另另一一个个为为低低电电平平时时，T1和和T2中中必必有有一一个个管管导导通通，致致使使F1为为低电平，低电平，F为高电平。为高电平。电电路路的的输输出出与与输输入入之之间间为异或逻辑关系，即为异或逻辑关系，即本讲稿第十九页，共七十页NMOS三态门三态门图图2-31所示电路为所示电路为NMOS三态门。三态门。数据输入端数据输入端控制端控制端输出端输出端
11、当当E为为高高电电平平时时，两两个个或或非非门门G1、G2输输出出均均为为低低电电平平，致致使使T1、T2管管都都截截止止，电电路路输输出出F呈呈现现高高阻状态；阻状态；若若E为为低低电电平平时时，两两个个或或非非门门G1、G2都都起起非非门门作作用用，若若A为为低低电电平平时时，或或非非门门G1输输出出为为高高电电平平，使使T1管管导导通通，同同时时使使G2输输出出为为低低电电平平，使使T2管管截截止止，电电路路输输出出为为低低电电平平，F=A。电电路路具具有有三三态态输输出出功功能。能。本讲稿第二十页，共七十页 CMOS门电路门电路CMOS:Complementary-Symmetry M
12、etal-Oxide SemiconductorCMOS反相器反相器CMOS与非门与非门CMOS或非门或非门CMOS三态门三态门CMOS传输门传输门 本讲稿第二十一页，共七十页CMOS反相器反相器CMOS反相器是构成反相器是构成CMOS集成电路的基本集成电路的基本单元。单元。如图如图2-32为为CMOS反相器反相器电路，是由互补的增强电路，是由互补的增强型型NMOS管管T1和和PMOS管管T2串联组成的。串联组成的。本讲稿第二十二页，共七十页CMOS反相器反相器两管的栅极连在一起，作两管的栅极连在一起，作为反相器的输入端，两个为反相器的输入端，两个管子的漏极连在一起作为管子的漏极连在一起作为反
13、相器的输出端。反相器的输出端。电源电压条件：电源电压条件：CMOS反反相器要求电源电压大于两相器要求电源电压大于两个管子开启电压的绝对值个管子开启电压的绝对值之和，即之和，即VDD|VT1|+|VT2|。本讲稿第二十三页，共七十页CMOS反相器反相器工作原理：工作原理：vI输入低电平时：输入低电平时：vI=VIL|VT2|，因此因此T2充分导通。充分导通。本讲稿第二十四页，共七十页CMOS反相器反相器工作原理：工作原理：由于由于T1的截止电阻远比的截止电阻远比T2的导通电阻大得多，的导通电阻大得多，所以电源电压差不多全所以电源电压差不多全部降落在工作管部降落在工作管T1的漏的漏源之间，使反相器
14、输出高源之间，使反相器输出高电平电平VOHVDD。本讲稿第二十五页，共七十页CMOS反相器反相器工作原理：工作原理：当当vI=VIHVT1时，时，T1管管导通。导通。但对于但对于PMOS负载管：负载管：VG2较高，使较高，使|VGS|VT2|，因此，因此T2管截止。管截止。本讲稿第二十六页，共七十页CMOS反相器反相器工作原理：工作原理：由由于于T2的的截截止止时时相相当当于于一一个个大大电电阻阻，T1的的导导通通电电阻阻相相当当于于一一个个较较小小的的电电阻阻，所所以以电电源源电电压压几几乎乎全全部部降降落落在在负负载载管管T2上上，使使反反相相器器输输出出低低电电平平且且很很低，低，VOL
15、0V。本讲稿第二十七页，共七十页特点（特点（1）CMOS反相器的静态功耗非常小。反相器的静态功耗非常小。原原因因：由由于于CMOS反反相相器器处处于于稳稳态态时时，无无论论是是输输出出高高电电平平还还是是输输出出低低电电平平，其其工工作作管管和和负负载载管管必必有有一一个个截截止止而而另另一一个个导导通通，因因此此电电源源向向反反相相器器提提供供的的仅仅为为纳纳安安级级的的漏漏电电流流，所所以以CMOS反反相相器器的的静静态功耗非常小。态功耗非常小。本讲稿第二十八页，共七十页特点（特点（2）CMOS反反相相器器输输出出电电压压的的上上升升时时间间和和下下降降时时间间都都比比较小，电路的工作速度
16、大为提高。较小，电路的工作速度大为提高。原原因因：由由于于CMOS反反相相器器的的工工作作管管和和负负载载管管不不同同时时导导通通，因因此此其其输输出出电电压压不不取取决决于于两两管管的的导导通通电电阻阻之之比比。这这样样，通通常常可可使使PMOS负负载载管管和和NMOS工工作作管管的的导导通通电电阻阻都都较较小小。所所以以，CMOS反反相相器器输输出出电电压压的的上上升升时时间和下降时间都比较小，电路的工作速度大为提高。间和下降时间都比较小，电路的工作速度大为提高。本讲稿第二十九页，共七十页CMOS与非门与非门工作原理：工作原理：图图2-33所示电路为两个输入端的所示电路为两个输入端的CMO
17、S与非门。与非门。当输入当输入A、B都为高电都为高电平时，串联的平时，串联的NMOS管管 T1、T2管都导通，并管都导通，并联的联的PMOS管管T3、T4都都截止，因此输出为低电截止，因此输出为低电平；平；工作管工作管负载管负载管本讲稿第三十页，共七十页CMOS与非门与非门工作原理：工作原理：图图2-33所示电路为两个输入端的所示电路为两个输入端的CMOS与非门。与非门。当输入当输入A、B中有一个中有一个为低电平时，两个串联为低电平时，两个串联的的NMOS管中必有一个管中必有一个截止，于是电路输出为截止，于是电路输出为高电平。高电平。电路的输入和输出之间电路的输入和输出之间是与非逻辑关系。是与
18、非逻辑关系。本讲稿第三十一页，共七十页CMOS或非门或非门 图图2-34所示电路为两个输入端的所示电路为两个输入端的CMOS或非或非门。门。当当输输入入A、B至至少少有有一一个个高高电电平平时时，并并联联的的NMOS管管 T1和和T2中中至至少少有有一一个个导导通通，串串联联的的PMOS管管T3、T4至至少少有有一一个个截截止止，因因此此输输出出为为低电平；低电平；本讲稿第三十二页，共七十页工作原理工作原理VDDT2(N)F图2-34 CMOS或非门T1(N)T4(P)BAT3(P)本讲稿第三十三页，共七十页工作原理工作原理当当输输入入A、B都都为为低低 电电 平平 时时，并并 联联NMOS管
19、管 T1和和 T2都都截截止止，串串联联PMOS管管T3和和T4都都导导通通，于于是是电电路路输输出出为为高高电电平平。电电路路的的输输入入和和输输出出之之间间是是或或非非逻逻辑关系。辑关系。VDDT2(N)F图2-34 CMOS或非门T1(N)T4(P)BAT3(P)本讲稿第三十四页，共七十页CMOS三态门三态门 图图 2-35所所 示示 为为三态输出门电路。三态输出门电路。A是是输输入入端端，E是是控控制制端端，F是是输输出端。出端。图2-35 CMOS三态门VDDT2(N)FT1(N)T4(P)EAT3(P)1本讲稿第三十五页，共七十页CMOS三态门三态门当当控控制制端端E为为高高电电平
20、平时时，NMOS管管T1和和PMOS管管T4均均截截止止，电电路路输输出出端端F呈现高阻态；呈现高阻态；当当控控制制端端E为为低低电电平平时时，T1和和T4管管同同时时导导通通，T2和和T3管管构构成成的的CMOS 反反相器正常工作。相器正常工作。图2-35 CMOS三态门VDDT2(N)FT1(N)T4(P)EAT3(P)1本讲稿第三十六页，共七十页CMOS传输门传输门 CMOS传输门是逻辑电路的一种基本单传输门是逻辑电路的一种基本单元电路，其功能是一种传输信号可控开元电路，其功能是一种传输信号可控开关电路。关电路。本讲稿第三十七页，共七十页电路组成电路组成 CMOS传输门电传输门电路如图所
21、示。路如图所示。它是利用结构上完它是利用结构上完全对称的全对称的NMOS管管和和PMOS管，按闭管，按闭环互补形式连接而环互补形式连接而成的一种成的一种双向传输开关。VDDvI/vOvO/vITPTNCC(a)逻辑电路本讲稿第三十八页，共七十页电路组成电路组成因为因为MOS管的漏极和源管的漏极和源极在结构上完全对称，可极在结构上完全对称，可以互换，所以传输门的输以互换，所以传输门的输入端和输出端也可以互换。入端和输出端也可以互换。传输门的导通电阻很低，传输门的导通电阻很低，约几百欧姆，相当于开关约几百欧姆，相当于开关接通，其截止电阻很高，接通，其截止电阻很高，可大于可大于109欧姆，相当于开欧
22、姆，相当于开关断开。接近于理想开关。关断开。接近于理想开关。VDDvI/vOvO/vITPTNCC(a)逻辑电路本讲稿第三十九页，共七十页TGvI/vOvO/vICC(b)逻辑符号图2-36 传输门VDDvI/vOvO/vITPTNCC(a)逻辑电路本讲稿第四十页，共七十页工作条件工作条件 设设NMOS管管TN和和PMOS管管TP的开启电压绝对值均的开启电压绝对值均为为3V，输入信号电压的，输入信号电压的变化范围在变化范围在010V之间，之间，加在两管栅极上的控制加在两管栅极上的控制信号的高、低电平分别信号的高、低电平分别为为10V和和0V(C=10V，=0V或C=0V，=10V)。VDDvI
23、/vOvO/vITPTNCC(a)逻辑电路本讲稿第四十一页，共七十页工作原理工作原理若C=0V，=10V时，时，TN和和TP同时截止，故传输同时截止，故传输门截止门截止，则输入和输出之间呈现高阻态，相当于开关断开开关断开；VDDvI/vOvO/vITPTNCC(a)逻辑电路本讲稿第四十二页，共七十页工作原理工作原理输入和输出之间呈现输入和输出之间呈现低阻状态，相当于低阻状态，相当于开关接通。若C=10V，=0V且vI在07V之间变化时，TN管导通；而vI在310V之间变化时，TP管导通；故故vI在在37V之间变化时，之间变化时，TN、TP管均导通管均导通。VDDvI/vOvO/vITPTNCC
24、(a)逻辑电路本讲稿第四十三页，共七十页结论结论C=1，=0时，传输门时，传输门导通；导通；而而C=0，=1时，传输时，传输门截止。门截止。由此可见，由此可见，CMOS传传输门的导通和截止取输门的导通和截止取决于控制端所加的电决于控制端所加的电平。平。VDDvI/vOvO/vITPTNCC(a)逻辑电路本讲稿第四十四页，共七十页模拟开关模拟开关利用利用CMOS传输门和非传输门和非门可构成模拟开关，如门可构成模拟开关，如图图2-37所示。所示。当当C=1时，模拟开关导时，模拟开关导通，通，vO=vI；当当C=0时，模拟开关截止，时，模拟开关截止，输入和输出之间断开。输入和输出之间断开。TGvIv
25、OCC图2-37 模拟开关本讲稿第四十五页，共七十页例：试分析图试分析图2-38所示电路的逻辑所示电路的逻辑功能。功能。TGFA图2-38 例图200kVDD本讲稿第四十六页，共七十页解：由由模模拟拟开开关关的的功功能能知知：当当A=1时时，开关接通。开关接通。传传输输门门导导通通时时，其其导导通通电电阻阻小小于于1k，1k与与 200k电电阻阻分分压压，输输出出电电平平近似为近似为0V。而A=0时，开关断开，呈高阻态。109以上的电阻与200k电阻分压，输出电平近似为VDD。故电路实现了非逻辑功能非逻辑功能。TGFA图2-38 例图200kVDD1本讲稿第四十七页，共七十页TTL逻辑门多余输
26、入端的处理多余输入端是指输入端个数多出实现逻辑函数所多余输入端是指输入端个数多出实现逻辑函数所需个数的那些输入端。对多余输入端的处理，必需个数的那些输入端。对多余输入端的处理，必须以不影响逻辑功能又能保证电路稳定可靠工作须以不影响逻辑功能又能保证电路稳定可靠工作为原则。一般多余端不允许悬空。为原则。一般多余端不允许悬空。对于与、与非、与或非中的与，根据对于与、与非、与或非中的与，根据A与与1为为A，A与与A为为A，可以将多余输入端通过电阻接电源，或，可以将多余输入端通过电阻接电源，或与有用输入端并接。与有用输入端并接。对于或、或非、与或非中的或，根据对于或、或非、与或非中的或，根据A或或0为为
27、A，A或或A为为A，可以将多余输入端接地，或与有用输入端，可以将多余输入端接地，或与有用输入端并接。并接。本讲稿第四十八页，共七十页集成TTL和CMOS门的结构和特点集集成成逻逻辑辑门门的的输输入入级级和和输输出出级级都都是是由由三三极管组成的逻辑门为极管组成的逻辑门为TTL门。门。由由NMOS管管和和PMOS管管组组成成的的互互补补MOS门为门为CMOS门。门。TTL门和门和CMOS门都有多种系列。门都有多种系列。不不同同系系列列的的逻逻辑辑门门的的电电气气性性能能有有所所不不同同。例例 如如，TTL与与 非非 门门 就就 有有 四四 种种 系系 列列(T1000,T2000,T3000,T
28、4000)，它它们们都都实实现现与与非非逻逻辑辑功功能能，但但在在电电气气性性能能上上有有所所不同。不同。本讲稿第四十九页，共七十页集成TTL和CMOS门的结构和特点TTL门门的的输输入入级级为为多多发发射射极极晶晶体体管管，输输出级为推拉式电路。出级为推拉式电路。CMOS非非 门门 由由 一一 个个 NMOS管管 和和 一一 个个PMOS管构成。管构成。NMOS管管的的栅栅极极和和PMOS管管的的栅栅极极接接在在一一起起作作为为非非门门的的输输入入端端，两两个个MOS管管的的漏漏极极接接到到一一起起作作为为非非门门的的输输出出端端，只只要要是是CC4000系系列列的的CMOS门门电电路路，它
29、它们们的的输入、输出电路就和输入、输出电路就和CMOS非门一样。非门一样。本讲稿第五十页，共七十页集成TTL和CMOS门的结构和特点TTL门是双极型数字集成电路中的一种。门是双极型数字集成电路中的一种。双双极极型型数数字字集集成成电电路路除除TTL之之外外，还还有有ECL，I2L，HTL等。等。ECL的的工工作作速速度度最最快快，但但抗抗干干扰扰能能力力差差，多多用用于于超超高高速电路中。速电路中。I2L有有低低功功耗耗、低低电电压压、集集成成度度高高等等特特点点，适适用用于于大大规规模模集集成成电电路路的的内内部部逻逻辑辑电电路路。HTL的的工工作作电电压压较较高高，抗抗干干扰扰能能力力较较
30、强强，但但工工作作速速度度较较低低，多多用于低速、高抗干扰的工业设备中。用于低速、高抗干扰的工业设备中。本讲稿第五十一页，共七十页集成TTL和CMOS门的结构和特点CMOS是是MOS集成电路中的一种。集成电路中的一种。除除CMOS之之外外，MOS电电路路还还有有NMOS和和PMOS两种电路。两种电路。由由于于NMOS的的工工作作速速度度快快，所所以以多多用用于于制制作作高高性性能能的的存存储储器器、微微处处理理器器等等大大规规模集成电路中。模集成电路中。本讲稿第五十二页，共七十页集成TTL和CMOS门的结构和特点TTL门和门和CMOS的电路结构不同。的电路结构不同。这就决定了它们有各自的特点。
31、这就决定了它们有各自的特点。在在使使用用逻逻辑辑门门时时，必必须须考考虑虑它它们们的的特特点点。TTL门和门和CMOS门的特点如下门的特点如下:本讲稿第五十三页，共七十页集成TTL和CMOS门的结构和特点TTL门门的的输输入入端端为为多多发发射射极极晶晶体体管管的的发发射极。射极。TTL门门的的输输入入端端悬悬空空时时，不不可可能能有有发发射射极电流从发射极流出。极电流从发射极流出。这这与与TTL门门输输入入端端接接高高电电平平时时，没没有有发发射射极极电电流流从从发发射射极极流流出出的的效效果果一一样样，故故认为认为TTL门输入端悬空在逻辑上为门输入端悬空在逻辑上为1。本讲稿第五十四页，共七
32、十页集成TTL和CMOS门的结构和特点而而 CMOS门门 的的 输输 入入 端端 为为 NMOS管管 和和PMOS管管的的栅栅极极(接接在在一一起起)，当当CMOS门门的的输输入入端端悬悬空空时时，不不可可能能在在栅栅一一源源之之间间加加上上电电压压，当当然然MOS管管就就不不会会导导通通，故故不不能能认认为为CMOS门门输输入入端端悬悬空空逻逻辑辑上上为为l。CMOS门门输输入入端端悬悬空空在在输输入入端端既既末末加加高高电电平平，也也未未加加低低电电平平(NMOS门门输输入入端端悬悬空空可以认为逻辑上是可以认为逻辑上是0)。本讲稿第五十五页，共七十页集成TTL和CMOS门的结构和特点“开开
33、门门电电阻阻、关关门门电电阻阻”及及输输入入负负载载特特性性只只适适用用于于TTL门，而不适用于门，而不适用于CMOS门。门。TTL门门的的输输入入端端为为多多发发射射极极晶晶体体管管的的发发射射极极。当当有有发发射射极极电电流流从从发发射射极极流流出出，并并通通过过接接在在TTL门门输输入入端端的的电电阻阻RI到到地地时时，就就会会在在RI上上产产生生压压降降，即即在在TTL门门输入端加上了电压。输入端加上了电压。便便出出现现了了输输入入端端接接大大电电阻阻(大大于于开开门门电电阻阻)相相当当于于接接高高电电平平，输输入入端端接接小小电电阻阻(小小于于关关门门电电阻阻)相相当当于于加加低低电
34、电平平一一说说(T4000系系列列与与非非门门的的ROFF较较其其他他系系列列大大很多很多)。本讲稿第五十六页，共七十页集成TTL和CMOS门的结构和特点而而MOS管管的的栅栅极极电电流流几几乎乎为为0，不不可可能能在在RI上上产产生生压压降降，无无论论加加多多大大电电阻阻，也也不不可可能能便便MOS管管导导通通，与与末末加加电电压压的的效效果果是一样的。是一样的。本讲稿第五十七页，共七十页集成TTL和CMOS门的结构和特点TTL门门的的输输出出电电阻阻低低，而而CMOS门门的的输输出电阻高。出电阻高。TTL门门输输出出为为低低电电平平时时，输输出出级级的的T5管管处处干干饱饱和和导导通通状状
35、态态，输输出出电电阻阻很很小小(约约在在10以内以内);输输出出高高电电平平时时，T4和和T3管管构构成成射射极极跟跟随随器，输出电阻也很低。器，输出电阻也很低。本讲稿第五十八页，共七十页集成TTL和CMOS门的结构和特点由由于于CC4000系系列列门门输输出出电电路路为为非非门门，输输出出为为高高电电平平时时PMOS管管导导通通，NMOS管管截截止止，输输出出为为低低电电平平时时，PMOS管管截截止止，NMOS管管导导通通，所所以以，无无论论输输出出为为高高电电平平还还是是低低电电平平,输输出出电电阻阻都都为为MOS管管的的导导通电阻。通电阻。又又由由于于MOS管管的的导导通通电电阻阻较较大
36、大，所所以以，CMOS门的输出电阻较大。门的输出电阻较大。本讲稿第五十九页，共七十页集成TTL和CMOS门的结构和特点CMOS门门的的输输入入电电流流远远小小于于TTL门门的的输输入电流。入电流。由由于于CMOS门门采采取取绝绝缘缘栅栅场场效效应应管管，所所以栅极电流几乎为零。以栅极电流几乎为零。CMOS或或非非门门CC400l在在VDD=l8V时时，输输入电流入电流II才等于才等于0.1A，而而 T1000系系 列列 与与 非非 门门 的的 IIH=40A，IIL=1.6mA。本讲稿第六十页，共七十页集成TTL和CMOS门的结构和特点CMOS门的功耗较门的功耗较TTL门的功耗小很多。门的功耗
37、小很多。TTL门门 的的 静静 态态 电电 源源 电电 流流 为为 几几 十十 毫毫 安安(T4000系列为几毫安系列为几毫安)。而而CMOS门门在在VDD=15V时时，静静态态电电源源电电流才流才1A。可可见见，CMOS门门的的功功耗耗远远小小于于TTL门门的的功耗。功耗。本讲稿第六十一页，共七十页集成TTL和CMOS门的结构和特点CMOS门门的的输输出出高高电电平平电电流流和和输输出出低低电电平电流相等；平电流相等；而而TTL门门的的输输出出高高电电平平电电流流远远小小于于输输出出低低电电平平电电流流，而而且且CMOS门门输输出出低低电电平平电流远小于电流远小于TTL门的输出低电平电流。门
38、的输出低电平电流。本讲稿第六十二页，共七十页集成TTL和CMOS门的结构和特点CMOS门门的的扇扇出出系系数数大大于于TTL门门的的扇扇出出系系数数，但但CMOS的的输输出出电电流流特特别别是是低低电电平平电电流流要要远远小小于于TTL门门的的输输出出低低电电平平电电流。流。扇扇出出系系数数是是指指逻逻辑辑门门带带同同类类门门的的个个数数。由由于于CMOS门门的的输输入入电电流流非非常常小小，所所以以CMOS门的扇出系数大。门的扇出系数大。扇扇出出系系数数大大只只表表明明带带同同类类门门的的个个数数多多，而不一定表明输出电流大。而不一定表明输出电流大。本讲稿第六十三页，共七十页集成TTL和CM
39、OS门的结构和特点TTL门门的的工工作作速速度度比比CC4O00系系列列CMOS门门的的工工作作速速度度快快，这这表表现现在在TTL门门的的传传输输延延迟迟时时间间小小于于CC4O00系列的传输延迟时间。系列的传输延迟时间。TTL门门传传输输延延迟迟时时间间在在几几一一几几十十纳纳秒秒，CC4O00系列系列CMOS门的传输延迟时间在几十一几百纳秒。门的传输延迟时间在几十一几百纳秒。可可是是，高高速速CMOS(54/74HC系系列列)的的传传输输延延迟迟时时间间才才 为为 9ns是是 普普 通通 CMOS电电 路路 的的 十十 分分 之之 一一，与与54LS/74LS系列的系列的TTL电路相当。
40、电路相当。另另外外，高高速速CMOS电电路路使使用用5V电电源源，逻逻辑辑电电平平与与TTL电平兼容。电平兼容。本讲稿第六十四页，共七十页集成TTL和CMOS门的结构和特点CMOS门的抗干扰能力大于门的抗干扰能力大于TTL门的抗干扰能力。门的抗干扰能力。CMOS门门的的噪噪声声容容限限接接近近于于VDD/2，而而TTL门门的的噪噪声容限才为声容限才为0.4V。TTL门门的的供供电电电电源源是是固固定定的的(VCC=5V)，而而CMOS门门的的供电电源是可以改变的供电电源是可以改变的(VDD=518V)。使用使用CMOS和和TTL时，不用的输入端都不得悬空。时，不用的输入端都不得悬空。使使用用C
41、MOS门门时时，要要注注意意输输入入电电路路的的静静电电防防护护，输输入入保护电路的过流保护，保护电路的过流保护，CMOS锁定效应的防护。锁定效应的防护。本讲稿第六十五页，共七十页例例试写出由试写出由TTL门构成的逻辑图如图门构成的逻辑图如图所示的输出所示的输出F。由由TTL门门输输入入端端悬悬空空逻逻辑辑上上认认为为是是1可可写写出出 本讲稿第六十六页，共七十页例例试分别写出由试分别写出由TTL门和门和CMOS门构成门构成的逻辑图的表达式或逻辑值。的逻辑图的表达式或逻辑值。由由TTL门门组组成成上上面面逻逻辑辑门门由由于于10k大大于于开门电阻开门电阻RON，所以，无论，所以，无论 A、B为何值为何值 本讲稿第六十七页，共七十页例例试分别写出由试分别写出由TTL门和门和CMOS门构成门构成的逻辑图的表达式或逻辑值。的逻辑图的表达式或逻辑值。由由CMOS门门组组成成上上面面逻逻辑辑门门由由于于CMOS无开门电阻和关门电阻之说，所以，无开门电阻和关门电阻之说，所以，本讲稿第六十八页，共七十页本讲稿第六十九页，共七十页本讲稿第七十页，共七十页