集成逻辑门电路PPT课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第,2,章 集成逻辑门电路,第,2,章 集成逻辑门电路,2.1 TTL,与非门,2.2,其它集成门电路简介,2.3 CMOS,门电路,2.3 CMOS,门电路,前面我们已经学过的,MOS,管有,NMOS,和,PMOS,两种，并且还分为增强型和耗尽型。如果将导电极性相反的增强型,NMOS,管和,PMOS,管做在同一块芯片上，就构成了互补型,MOS,电路，简称,CMOS,电路。,由于,CMOS,电路具有工作速度高、功耗低、性能优越等特点，因而近年来,CMOS,电路发展迅速，广泛应用于大规模集成器件中。,2.3.1CMOS,反相器,CMOS,反相器电路如图,2.12,（,a,）所示。它是由,NMOS,管,VN,和,PMOS,管,VP,组合而成的。,V,N,和,V,P,的栅极相连，作为反相器的输入端；漏极相连，作为反相器的输出端。,V,P,是负载管，其源极接电源,U,DD,的正极，,V,N,为放大管（驱动管），其源极接地。为了使电路正常工作，要求电源电压大于两管开启电压的绝对值之和，即,U,DD,|,U,TP,|+,U,TN,。,图,2.12 CMOS,反相器及其等效电路,(a),电路图,;(b),输入为低电平时的等效电路,;,(c),输入为高电平时的等效电路,1.,工作原理,设,+,U,DD,=+10V,，,V,N,、,V,P,的开启电压,U,TN,=|,U,TP,|,，其工作原理如下：,(1),当输入电压为低电平时，即,U,GSN,=0,，,V,N,截止，等效电阻极大，相当于,S,1,断开，而,U,GSP,=-,U,DD,U,TP,，所以,V,P,导通，导通等效电阻极小，相当于,S,2,接通，如图,2.12,（,b,）所示，输出电压为高电平，即,U,o,+,U,DD,。,(2),当输入电压为高电平时,工作情况正好相反,VN,导通,V,P,截止,相当于,S,1,接通,S,2,断开,如图,2.12,（,c,）所示，输出电压为低电平，即,U,o,0V,。,综上所述，可以得出以下结论：,输出电压,U,o,与输入电压,U,i,是反相关系。,反相器不论输入是高电平还是低电平，,V,N,管和,V,P,管中总有一个处于截止状态，静态电流近似为零，所以静态功耗很小。,V,N,管和,V,P,管跨导,g,m,都较大，即导通等效电阻都很小，能为负载电容提供一个低阻抗的充电回路，因而开关速度较高。,2.CMOS,反相器的电压传输特性,典型的,CMOS,反相器的电压传输特性曲线如图,2.20,所示。由图可知，电压传输特性的过渡区比较陡峭，说明,CMOS,反相器虽有动态功耗，但其平均功耗仍远低于其它任何一种逻辑电路。这是,CMOS,电路的突出特点。另外，,V,N,和,V,P,的特性接近相同，使电路有互补对称性，即,V,N,和,V,P,互为负载管，显然，阈值电压,V,TH,接近,U,DD,/2,，所以,CMOS,反相器的电压传输特性曲线比较接近理想开关特性。,图,2.20 CMOS,反相器电压传输特性,3.CMOS,反相器的主要特点,CMOS,反相器具有以下特点：,(1),静态功耗小。,(2),工作速度高。,(3),抗干扰能力强。由于,U,TH,=,U,DD,/2,，,U,oL,0,，,U,oH,+,U,DD,，则它的噪声容限为,U,NL,=,U,NH,=,U,DD,/2,，因而抗干扰能力强。,(4),扇出系数大。因为,V,N,、,V,P,管的导通等效电阻都比较小，所以拉电流和灌电流负载能力都很强，可以驱动比较多的同类型,CMOS,门电路。,(5),只用一组电源，且允许电源电压在,318V,范围内变化，所以,CMOS,的电源电压波动范围大。,(6,）制造工艺复杂，成本高，且门电路的集成度较小。,THANK YOU,SUCCESS,2025/5/16 周五,11,可编辑,2.3.2 CMOS,门电路,1.CMOS,与非门,图,2.21,所示是一个两输入端的,CMOS,与非门电路，它是由两个,CMOS,反相器构成的。,A,、,B,为输入端，,Y,为输出端。其工作原理如下：,(1,）当输入端,A,或,B,中有一个为低电平时，两个串联的,NMOS,管,V,N1,、,V,N2,中至少有一个截止，而并联的,PMOS,管,V,P1,、,V,P2,中至少有一个是导通的，所以，输出端,Y,是高电平。,(2,）当输入端,A,和,B,都为高电平时，,V,N1,、,V,N2,导通，,V,P1,、,V,P2,截止，输出端,Y,为低电平。,电路符合与非门的逻辑关系：,Y=,图,2.21 CMOS,与非门电路图,2.CMOS,或非门,图,2.22,所示是一个两输入端的,CMOS,或非门电路。,A,、,B,为输入端，,Y,为输出端。其工作原理如下：,(1,）当输入端,A,和,B,都为低电平时，并联的,V,N1,、,V,N2,均截止，串联的,V,P1,、,V,N1,导通，其输出端,Y,是高电平。,(2,）当输入端,A,或,B,中有一个为高电平时，,V,N1,、,V,N2,中至少有一个导通，而,V,P1,、,V,N1,中至少有一个截止，所以，输出端,Y,是低电平。该电路符合或非门的逻辑关系：,图,2.23CMOS,三态门,(a),电路,;(b),逻辑符号,3.CMOS,三态门,图,2.23,（,a,）所示是,CMOS,三态门，其中,V,P1,和,V,N1,组成,CMOS,反相器，,V,P2,与,V,P1,串联后接电源，,V,N2,与,V,N1,串联后接地。,V,P2,、,V,N2,受使能端 控制。,A,为输入端，,Y,为输出端。其工作原理如下：,(1,）当,=0,时，,V,P2,、,V,N2,均导通，电路处于工作状态，,Y=,。,(2,）当,=1,时，,V,P2,、,V,N2,均截止，输出端如同断开，呈高阻状态。,这是一种控制端（使能端）为低电平有效的,CMOS,三态门，逻辑符号如图,2.23,（,b,）所示。,4.CMOS,传输门和模拟开关,1,）,CMOS,传输门,将,P,沟道增强型,MOS,管,V,P,和,N,沟道增强型,MOS,管,V,N,并联起来，并在两管的栅极加互补的控制信号就构成,CMOS,传输门，简称,TG,。其电路及逻辑符号如图,2.24,所示。它是一种传输信号的可控开关电路。其工作原理如下：,图,2.24CMOS,传输门,（,a,）电路,;,（,b,）逻辑符号,设电源电压,U,DD,=10V,，控制信号的高、低电平分别为,+10V,和,0V,，两管的开启电压的绝对值均为,3V,，输入信号,ui,的变化范围为,0+,U,DD,。,（,1,）当,u,C,=0V,，,=,10V,（,C=0,，,=1,）时：,u,i,在,0+10V,之间变化时，,V,N,、,V,P,均为反偏截止，,u,i,不能传输到输出端，相当于开关断开，即传输门截止。（,2,）当,u,C,=+10V,，,=0V,（,C=1,，,=0,）时：因为,MOS,管的结构对称，源极和漏极可以互换使用，所以,当,u,i,在,0+10V,之间变化时，,V,N,在,0V,u,i,+7V,期间导通，,V,P,在,3V,u,i,+10V,期间导通，,V,N,和,V,P,至少有一管导通，,u,o,u,i,，相当于开关接通，即传输门导通。,2),模拟开关,将,CMOS,传输门和一个反相器结合，则可组成一个模拟开关，如图,2.25,所示。当控制端,C=1,时，,TG,导通；当,C=0,时，,TG,截止。由于,MOS,管的源极、漏极可以互换，因而模拟开关是一种双向开关，即输入端和输出端可以互换使用。,图,2.25,模拟开关,THANK YOU,SUCCESS,2025/5/16 周五,22,可编辑,