《CMOS门电路》PPT课件.ppt

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1、2.6 CMOS门电路n n一、一、CMOSCMOS反相器的工作原理反相器的工作原理G1S1G2S2P沟道增强型N沟道增强型vI=VIL=0时，T1通 T2止vO=VOHVDDvI=VIH=VDD时，T1止 T2通vO=VOL0一、一、CMOSCMOS反相器的工作原理反相器的工作原理nT1、T2状态互补，故称为互补对称式金属氧化物半导体电路（CMOS电路）n静态时iD=VDD/(RON+ROFF)很小，故功耗极小。一、一、CMOSCMOS反相器的工作原理反相器的工作原理n电压传输特性BC段：vIVGS(th)N T2通vIVDD+0.7V时，vG=VDDvI-0.7V时，vG。使vC1、vC2

2、均不超过VDD。分布式二极管二、二、CMOSCMOS反相器的静态输入输出特性反相器的静态输入输出特性n输入特性输入端的绝缘层使电路输入阻抗极高，若有静电感应则会在悬空端产生不定电位，故CMOS门电路输入端不允许悬空。D1通D2通二、二、CMOSCMOS反相器的静态输入输出特性反相器的静态输入输出特性n低电平输出特性IOL：低电平时向内灌入的电流。随VDD升高，IOL允许值上升。二、二、CMOSCMOS反相器的静态输入输出特性反相器的静态输入输出特性n高电平输出特性IOH：高电平时向外拉的电流。随VDD升高，IOH允许值上升。三、三、CMOSCMOS反相器的动态特性反相器的动态特性n传输延迟时间

3、三、三、CMOSCMOS反相器的动态特性反相器的动态特性n交流噪声容限噪声持续时间越短，噪声容限越大。三、三、CMOSCMOS反相器的动态特性反相器的动态特性n动态功耗瞬时导通功耗PTPT=VDDITAVT1、T2同时通三、三、CMOSCMOS反相器的动态特性反相器的动态特性n动态功耗负载电容充放电功率PC四、其它类型的四、其它类型的CMOSCMOS门电路门电路n其它逻辑功能的CMOS门电路与非门、或非门、与门、或门、与或非门等n带缓冲级的CMOS门电路n漏极开路的门电路（OD门）nCMOS传输门和双向模拟开关n三态输出的CMOS门电路四、其它类型的四、其它类型的CMOSCMOS门电路门电路n

4、CMOS与非门A=1、B=0时，T3通、T4止。Y=1。A=0、B=1时，T1通、T2止。Y=1。A=B=1时，T1、T3止，T2、T4通。Y=0。A=B=0时，T1、T3通，T2、T4通。Y=1。返回返回四、其它类型的四、其它类型的CMOSCMOS门电路门电路nCMOS或非门返回返回四、其它类型的四、其它类型的CMOSCMOS门电路门电路CMOS门电路存在的问题：输出电阻RO随输入状态不同而不同输出高、低电平受输入端数目影响。带缓冲级的CMOS门电路可解决以上问题。返回返回四、其它类型的四、其它类型的CMOSCMOS门电路门电路n带缓冲级的CMOS与非门电路返回返回缓冲器四、其它类型的四、其

5、它类型的CMOSCMOS门电路门电路n漏极开路的门电路（OD门）用途：(1)电平转换(2)输出缓冲/驱动器(3)实现线与逻辑(4)符号和OC门相同返回返回四、其它类型的四、其它类型的CMOSCMOS门电路门电路nCMOS传输门C=1、=0时，TG接通；C=0、=1时，TG关闭，输入、输出阻断。当C的高低电平为VDD和0时，TG可传输0VDD的信号vO和vI可以互换。N沟道增强型P沟道增强型四、其它类型的四、其它类型的CMOSCMOS门电路门电路nCMOS传输门和CMOS反相器构成的双向模拟开关C=0，开关关闭；C=1时，开关接通。一种常用的典型电路。SW：Switch返回返回四、其它类型的四、

6、其它类型的CMOSCMOS门电路门电路nCMOS模拟开关接负载希望vI变化时，RTG(KTG)不变。四、其它类型的四、其它类型的CMOSCMOS门电路门电路n三态输出的CMOS门电路(1)=1时，Y输出高阻态。=0时，四、其它类型的四、其它类型的CMOSCMOS门电路门电路n三态输出的CMOS门电路(2)n三态输出的CMOS门电路(3)四、其它类型的四、其它类型的CMOSCMOS门电路门电路CMOS门电路输入特性习题（P123（四）CMOS门电路输入端接电阻时，相当于接低电平。输入特性TTL、CMOS门电路输出特性习题n例2.3 试判断图中的电路能否按各图所要求的逻辑关系正常工作？若不能，请作

7、相应的改动。若电路解法有错，改电路；若电路正确但给定的逻辑关系不正确，则写出正确的逻辑表达式。已知TTL门的IOH/IOL=0.4mA/10mA，VOH/VOL=3.6V/0.3V，CMOS门的VDD=5V，VOH/VOL=5V/0V，IOH/IOL=0.51mA/0.51mA。n分析：分析：(1)(1)对一般对一般TTLTTL、CMOSCMOS门电路的输出端来说，不能直接相连实现逻门电路的输出端来说，不能直接相连实现逻辑与的关系（线与），同时输出端也不能直接接地或接电源。带辑与的关系（线与），同时输出端也不能直接接地或接电源。带负载时输出高电平的拉电流和输出低电平的灌电流均受到一定限负载时输

8、出高电平的拉电流和输出低电平的灌电流均受到一定限制。制。(2)(2)对于对于TTLOCTTLOC电路和电路和CMOSODCMOSOD电路来说，则可将输出端并接在一电路来说，则可将输出端并接在一起实现线与，但必须外接电阻和电源。起实现线与，但必须外接电阻和电源。(3)TS(3)TS门电路也可将输出端并联在一起，通过使能端的状态来选门电路也可将输出端并联在一起，通过使能端的状态来选择其中的某个门工作。但并不是逻辑与的关系，而是通过对使能择其中的某个门工作。但并不是逻辑与的关系，而是通过对使能端的控制，将不同门的输入、输出关系逐个反应在输出端。端的控制，将不同门的输入、输出关系逐个反应在输出端。n解

9、：(1)Y1处于高电平时向外拉的负载电流IL应小于IOH，现IL=VOH/RL=3.6/15=0.24(mA)IOL，因此负载过大，应加大RL的阻值，即RLVDD/IOL=5/0.51=9.8(k)，将RL改为10k即可。(3)Y3不允许这种连接方法，两个门输出状态不一致时，过大的电流 将使门烧毁。(4)对于Y4，由于两个门的输出状态总是相同的，因而不会产生象Y3 那样的大电流。两个门并联提高了Y4的驱动能力，比单个门是提 高了一倍。(5)OC门线与必须外接电阻和电源。(6)输入、输出逻辑关系应为CMOS门电路系列n(1)基本的基本的CMOS4000系列系列早期的CMOS集成逻辑门产品，工作电

10、源电压范围为318V，由于具有功耗低、噪声容限大、扇出系数大等优点，已得到普遍使用。缺点是工工作作速速度度较较低低，平均传输延迟时间为几十ns，最高工作频率小于5MHz。n(2)高速的高速的CMOSHC（HCT）系列）系列该系列电路主要从制造工艺上作了改进，使其大大大大提提高高了了工工作作速速度度，平平均均传传输输延延迟迟时时间间小小于于10ns10ns，最高工作频率可达50MHz。HC系列的电源电压范围为26V。HCTHCT系系列列的的主主要要特特点点是是与与TTLTTL器器件件电电压压兼兼容容，它 的 电 源 电 压 范 围 为 4.5 5.5V。它 的 输 入 电 压 参 数 为VIH（

11、min）=2.0V；VIL（max）=0.8V，与TTL完全相同。另外，74HC/HCT74HC/HCT系系列列与与74LS74LS系系列列的的产产品品，只只要要最最后后3 3位位数数字字相相同同，则则两两种种器器件件的的逻逻辑辑功功能能、外外形形尺尺寸寸，引引脚脚排排列列顺顺序序也也完完全全相相同同，这样就为以CMOS产品代替TTL产品提供了方便。n(3)先进的先进的CMOSAC（ACT）系列）系列该系列的工作频率得到了进一步的提高，同时保持了CMOS超低功耗的特点。其中ACT系列与TTL器件电压兼容，电源电压范围为4.55.5V。AC系列的电源电压范围为1.55.5V。AC（ACT）系列的

12、逻辑功能、引脚排列顺序等都与同型号的HC（HCT）系列完全相同。五、改进的五、改进的CMOSCMOS电路电路n高速CMOS电路减小器件尺寸减小G和S、G和D间的重叠区通用系列：54HC/74HC，可与54LS/74LS互换。五、改进的五、改进的CMOSCMOS电路电路nBi-CMOS电路输出级采用双极型三极管。低功耗、低RO。下拉电阻有源下拉六、六、CMOSCMOS电路的正确使用电路的正确使用n输入电路的静电防护1.不要使用易产生静电高压的化工材料化纤织物包装，最好采用金属屏蔽层作包装材料。2.组装、调试时，应使电烙铁和其它工具、仪表、工作台台面等良好接地。操作人员的服装和手套等应选用无静电的

13、原料制作。3.不用的输入端不应悬空。(1)对于与与非非门门及与与门门，多余输入端应接高电平，比如直接接电源正端；或通过一个上拉电阻接电源正端；在前级驱动能力允许时，也可以与有用的输入端并联使用。(2)对于或或非非门门及或或门门，多余输入端应接低电平，比如直接接地；也可以与有用的输入端并联使用。六、六、CMOSCMOS电路的正确使用电路的正确使用n输入电路的静电防护措施：加保护电阻RP1.输入端接低内阻信号源时。2.输入端接大电容时。3.输入端接长线时。六、六、CMOSCMOS电路的正确使用电路的正确使用n锁定效应（可控硅效应）的防护n双极型寄生三极管效应六、六、CMOSCMOS电路的正确使用电

14、路的正确使用n寄生三极管电路中的正反馈iB1iC1iB2iC2，类似于可控硅的触发原理。六、六、CMOSCMOS电路的正确使用电路的正确使用n防止锁定效应的方法：1.vI、vO、VDD数值符合规定2.采取防护措施：输入、输出端设置钳位电路输入端加去耦电路电源开关顺序合理3.在工艺上改进2.8 TTL电路与CMOS电路的接口n用TTL电路驱动CMOS电路1.用TTL电路驱动4000系列和74HC系列CMOS电路 驱动门（74系列）应满足条件负载门（4000系列）是否满足VOH(min)2.4VVIH(min)3.5V否VOL(max)0.4VVIL(max)1.5V是IOH(max)-0.4mA

15、nIIH(max)0.1A是IOL(max)16mAmIIL(max)-0.110-3mA是解决方法(1)在TTL电路的输出端与电源之间接入上拉电阻(2)在CMOS电路的电源电压较高时，应采用OC门作为驱动门(3)使用带电平偏移的CMOS门电路实现电平转换2.用TTL电路驱动74HCT系列CMOS门电路 可直接驱动n用CMOS电路驱动TTL电路用4000系列驱动74系列TTL电路(1)同一封装内的门电路并联使用(2)CMOS电路的输出端增加一级CMOS驱动器(3)使用分立元件的电流放大器实现电流扩展9月月20日作业日作业P128 16P129 17,18$u*x+A2D5H8KcNfQiUlX

16、o#s%v)y0B3F6I9LdOgSjVmYq!t&w-z1C4G7JbMePhTkWnZr$u(x+A2E5H8KcNfRiUlXp#s%v)y0C3F6IaLdOgSjVnYq!t*w-z1D4G8JbMeQhTkWoZr%u(x+B2E5H9KcNfRiUmXp#s&v)y0C3F7IaLdPgSjVnYq$t*w-A1D4G8JbNeQhTlWoZr%u(y+B2E6H9KcOfRjUmXp!s&v)z0C4F7IaMdPgSkVnZq$t*x-A1D5G8JbNeQiTlWo#r%u(y+B3E6H9LcOfRjUmYp!s&w)z0C4F7JaMdPhSkVnZq$u*x-A2D

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