CMOS-集成逻辑门电路(课堂PPT).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,*,*,3.4.1 CMOS,反相器,3.4.2,其它功能的,CMOS,门电路,3.4 CMOS 集成逻辑门电路,3.5.1,TTL电路和CMOS电路的接口,3.5 集成逻辑门电路的应用,返回,结束,放映,3.4.3 CMOS,集成门的使用注意事项,3.5.2,集成逻辑门的应用,7/15/2025,1,复习,为什么要用OC门？,OC门的工作条件？OC门有何应用？,三态门有哪三态？三态门有何应用？,7/15/2025,2,MOS,门电路：以,MOS,管作为开关元件构成的门电路。,MOS,门电路，尤其是,CMOS,门电路具有制造工艺简单、集成度高、抗干扰能力强、功耗低、价格便宜等优点，得到了十分迅速的发展。,3.4,CMOS 集成逻辑门电路,7/15/2025,3,MOS管有NMOS管和PMOS管两种。,MOS管有增强型和耗尽型两种。,当NMOS管和PMOS管成对出现在电路中，且二者在工作中互补，称为CMOS管(意为互补)。,在数字电路中，多采用增强型。,返回,3.4.1 CMOS,反相器,7/15/2025,4,图3-19 NMOS管的电路符号及转移特性,(a)电路符号 （b）转移特性,D接正电源,截止,导通,导通电阻相当小,（1）NMOS,管的开关特性,1,MOS,管的开关特性,7/15/2025,5,图3-20 PMOS管的电路符号及转移特性,(a)电路符号 （b）转移特性,D接负电源,（2）PMOS,管的开关特性,导通,导通电阻相当小,截止,7/15/2025,6,图3-21 CMOS反相器,PMOS管,负载管,NMOS管,驱动管,开启电压|U,TP,|=U,TN,，且小于V,DD,。,2,CMOS,反相器的工作原理,（1）基本电路结构,7/15/2025,7,（2）工作原理,U,IL,=0V,截止,导通,U,OH,V,DD,1、当,u,I,=U,IL,=0V,时，,VT,N,截止，,VT,P,导通，,u,O,=U,OH,V,DD,7/15/2025,8,U,IH,=V,DD,截止,U,OL,0V,2、当,u,I,=U,IH,=V,DD,，,VT,N,导通，,VT,P,截止，,u,O,=U,OL,0V,导通,7/15/2025,9,（3）逻辑功能,实现反相器功能（非逻辑）。,（4）工作特点,VT,P,和,VT,N,总是一管导通而另一管截止，流过,VT,P,和,VT,N,的静态电流极小（纳安数量级），因而,CMOS,反相器的,静态功耗极小,。这是,CMOS,电路最突出的优点之一。,7/15/2025,10,图,3-22 CMOS,反相器的电压传输特性和电流传输特性,3 电压传输特性和电流传输特性,AB段：截止区,i,D,为0,BC段：转折区,阈值电压,U,TH,V,DD,/2,转折区中点：电流最大,CMOS反相器,在使用时应尽,量避免长期工,作在BC段。,CD段：导通区,7/15/2025,11,4.CMOS,电路的优点,（1）微功耗。,CMOS,电路静态电流很小，约为纳安数量级。,（2）抗干扰能力很强。,输入噪声容限可达到,V,DD,/2,。,（3）电源电压范围宽。,多数,CMOS,电路可在,318V,的电源电压范围,内正常工作。,（4）输入阻抗高。,（5）负载能力强。,CMOS,电路可以带50个同类门以上。,（6）逻辑摆幅大。（低电平,0V,，高电平,V,DD,）,7/15/2025,12,图3-23 CMOS与非门,1、CMOS与非门,负载管并联,（并联开关）,驱动管串联,（串联开关）,3.4.2,其它功能的,CMOS,门电路,（1）,A、B全为高电平，则驱动管导通、负载管截止，输出为低电平。,1,0,导通,截止,7/15/2025,13,该电路具有与非逻辑功能，即,Y=AB,（2）,A、B中有低电平，则驱动管导通、负载管截止，输出为低电平。,0,1,截止,导通,7/15/2025,14,负载管串联,（串联开关）,2、,CMOS,或非门,驱动管并联,（并联开关）,图,3-24 CMOS,或非门,（1）,A、B有高电平，则驱动管导通、负载管截止，输出为低电平。,1,0,截止,导通,返回,7/15/2025,15,该电路具有或非逻辑功能,即,Y=A+B,（2）当输入全为低电平，两个驱动管均截止，两个负载管均导通，输出为高电平。,0,0,截止,导通,1,7/15/2025,16,（1）电路结构,C,和,C,是一对互补的控制信号。,由于,VT,P,和,VT,N,在结构上对称，所以图中的输入和输出端可以互换，又称双向开关。,3,CMOS,传输门,图,2-25 CMOS,传输门,（a）电路 （b）逻辑符号,7/15/2025,17,若,C=1,（接,V,DD,)、,C=0,（接地），,当,0,u,I,(V,DD,|U,T,|,)时，,VT,N,导通；,当,|U,T,|,u,I,V,DD,时，,VT,P,导通；,u,I,在,0V,DD,之间变化时，,VT,P,和,VT,N,至少有一管导通，使传输门,TG,导通,。,（2）工作原理（了解）,若,C=0,（接地)、,C =1,（接,V,DD,），,u,I,在,0V,DD,之间变化时，,VT,P,和,VT,N,均截止，即传输门,TG,截止,。,7/15/2025,18,（3）应用举例,图3-26,CMOS,模拟开关,CMOS,模拟开关：实现单刀双掷开关的功能。,C=0,时，,TG,1,导通、,TG,2,截止，,u,O,=,u,I1,；,C=1,时，,TG,1,截止、,TG,2,导通，,u,O,=,u,I2,。,7/15/2025,19,图3-27,CMOS,三态门,(a)电路 (b)逻辑符号,当,EN=0,时，,TG,导通，,F=A,；,当,EN=1,时，,TG,截止，,F,为高阻输出。,CMOS,三态门,7/15/2025,20,1,输入电路的静电保护,CMOS电路的输入端设置了保护电路，给使用者带来很大方便。但是，这种保护还是有限的。由于CMOS电路的输入阻抗高，极易产生感应较高的静电电压，从而击穿MOS管栅极极薄的绝缘层，造成器件的永久损坏。为避免静电损坏，应注意以下几点：,返回,3.4.3 CMOS,集成门的使用注意事项,7/15/2025,21,（1）所有与,CMOS,电路直接接触的工具、仪表等必须可靠接地。,（2）存储和运输,CMOS,电路，最好采用金属屏蔽层做包装材料。,2多余的输入端不能悬空。,输入端悬空极易产生感应较高的静电电压，造成器件的永久损坏。对多余的输入端，可以按功能要求接电源或接地，或者与其它输入端并联使用。,7/15/2025,22,TTL和CMOS电路的电压和电流参数各不相同，需要采用接口电路。,一般要考虑两个问题：,一是要求,电平匹配,，即驱动门要为负载门提供符合标准的输出高电平和低电平；,二是要求,电流匹配,，即驱动门要为负载门提供足够大的驱动电流。,返回,3.5.1 TTL电路和CMOS电路的接口,7/15/2025,23,1.,TTL,门驱动,CMOS,门,（1）电平不匹配,TTL门作为驱动门，它的,U,OH,2.4V,U,OL,0.5V,；CMOS门作为负载门，它的,U,IH,3.5V，U,IL,1V,。,可见,，,TTL,门的,U,OH,不符合要求,。,（2）电流匹配,CMOS,电路输入电流几乎为零，所以不存在问题。,7/15/2025,24,（3）解决电平匹配问题,图,3-28 TTL,门驱动,CMOS,门,外接上拉电阻,R,P,在,TTL,门电路的输出端外接一个上拉电阻,R,P,，使,TTL,门电路的,U,OH,5V,。（当电源电压相同时）,7/15/2025,25,选用,电平转换电路,(如,CC40109,),若电源电压不一致时可选用电平转换电路。,CMOS,电路的电源电压可选,318V,；,而,TTL,电路的电源电压只能为,5V,。,采用,TTL,的,OC,门,实现电平转换。,若电源电压不一致时也可选用OC门实现电平转换。,7/15/2025,26,2.,CMOS,门驱动,TTL,门,（1）电平匹配,CMOS,门电路作为驱动门，,U,OH,5V，U,OL,0V,；,TTL,门电路作为负载门，,U,IH,2.0V，U,IL,0.8V,。,电平匹配是符合要求的。,（2）电流不匹配,CMOS,门电路,4000系列,最大允许灌电流为,0.4mA，,TTL,门电路的,I,IS,1.4 mA,，,CMOS4000,系列驱动电流不足,。,7/15/2025,27,（3）解决电流匹配问题,CMOS,电路常用的是,4000,系列和,54HC/74HC,系列产品，后几位的序号不同，逻辑功能也不同。,选用,CMOS,缓冲器,比如，,CC4009,的驱动电流可达,4 mA,。,选用,高速,CMOS,系列产品,选用,CMOS,的,54HC/74HC,系列产品可以直接驱动,TTL,电路。,7/15/2025,28,表3-7 各种系列门电路的主要参数,7/15/2025,29,表3-8 常用集成门电路(TTL系列）,型 号,名 称,主 要 功 能,74LS00,四2输入与非门,74LS02,四2输入或非门,74LS04,六反相器,7,4LS05,六反相器,OC,门,74LS08,四,2,输入与门,74LS13,双,4,输入与非门,施密特触发,74LS20,双4,输入与非门,74LS32,四,2,输入或门,74LS64,4-2-3-2,输入与或非门,74LS133,13,输入与非门,74LS136,四异或门,OC,输出,74LS365,六总线驱动器,同相、三态、公共控制,74LS368,六总线驱动器,反相、三态、两组控制,7/15/2025,30,表3-8 常用集成门电路(,CMOS,系列）,型 号,名 称,主 要 功 能,CC4001,四,2,输入或非门,CC4011,四,2,输入与非门,CC4030,四异或门,CC4049,六反相器,CC4066,四双向开关,CC4071,四,2,输入或门,CC4073,三,3,输入与门,CC4077,四异或非门,CC4078,8,输入或/或非门,CC4086,2-2-2-2,输入与或非门,可扩展,CC4097,双,8,选1模拟开关,CC4502,六反相器/缓冲器,三态、有选通端,7/15/2025,31,二、TTL门电路的使用知识,1多余或暂时不用的输入端不能悬空，可按以,下方法处理：,（1）与其它输入端并联使用。,（2）将不用的输入端按照电路功能要求接电源或接地。比如将与门、与非门的多余输入端接电源，将或门、或非门的多余输入端接地。,返回,3.5.2,集成逻辑门的应用,7/15/2025,32,(1)在每一块插板的电源线上，并接几十F的低频去耦电容和0.010.047F的高频去耦电容，以防止TTL电路的动态尖峰电流产生的干扰。,(2)整机装置应有良好的接地系统。,2 电路的安装应尽量避免干扰信号的侵入，保证电路稳定工作。,7/15/2025,33,本章小结,门电路是构成各种复杂数字电路的基本逻辑单元，掌握各种门电路的逻辑功能和电气特性，对于正确使用数字集成电路是十分必要的。,本章介绍了目前应用最广泛的TTL和CMOS两类集成逻辑门电路。在学习这些集成电路时，应把重点放在它们的外部特性上。外部特性包含两个内容，一个是输出与输入间的逻辑关系，即所谓逻辑功能；另一个是外部的电气特性，包括电压传输特性、输入特性、输出特性等。本章也讲一些集成电路内部结构和工作原理，但目的是帮助读者加深对器件外特性的理解，以便更好地利用这些器件。,7/15/2025,34,作业题,1、3-4,2、3-7,返回,7/15/2025,35,返回首页,再 见！,7/15/2025,36,