数字电路2.4CMOS集成门电路.ppt

,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,2.4,CMOS,门电路,一、,MOS,管反相器,以增强型,NMOS,管基本开关电路为例,当,u,I,U,GS,（,TH,）,时，沟道电阻变得很小，,我们可以将,MOS,管看作是一个电压控制的电子开关,T,u,I,u,O,U,DD,R,D,D,G,S,U,GS(TH),U,DS,I,D,0,U,GS,I,D,0,输出为低电平，,u,O,=,U,OL,0V,输出即为高电平，,u,O,=,U,OH,U,DD,U,GS,U,GS(TH),1,u,I,=,0V,时，,T,1,导通，,T,2,截止，,输出与输入之间为逻辑,非,的关系,只有当,u,I,U,DD,时，,D,1,导通；,u,I,0V,时,D,2,导通。对电路进行保护,CMOS,反相器的工作原理,u,I,=,U,DD,时，,T,1,截止，,T,2,导通，,T,1,为增强型,PMOS,，,D,1,、,D,2,是保护二极管,T,2,为增强型,NMOS,静态时,T,1,、,T,2,总是有一个导通而另一个截止,谓互补状态，所以把这种电路结构形式称为互补,MOS,（,Complementary-Symmetery MOS,，简称,CMOS,）,。,由于总有一个,MOS,管截止，静态电流极小，静态功耗极小,T,1,T,2,U,DD,u,I,u,o,D,1,D,2,u,O,U,DD,u,O,0,由于总有一个,MOS,管导通，为负载提供了低阻通路，使充放电时间很短，开关速度比,NMOS,管大大提高,2,CMOS,反相器的特性曲线,（一）电压传输特性及噪声容限,T,1,T,2,U,DD,u,I,u,o,D,1,D,2,u,i,u,o,0,传输特性特性很陡，阈值电压，,从而获得了更大的输入噪声容限，,U,DD,/2,U,DD,U,DD,增大时的特性曲线,（二）输入特性,在正常情况下，保护电路不动作，其输入电流不大于,1A,。,由于保护电路的二极管电流的容量有限，一般为,1mA,，所以有可能出现大电流的场合，如：输入端接有低内阻的信号源、长线时（存在分布电感和分布电容），应在输入端串入保护电阻，,串入保护电阻,且随着电源电压,（,5-15V,）,提高而增大。,阈值电压,确保流经保护二极管的电流不超过,1mA,。,3,二、其它功能的,CMOS,门电路,在,CMOS,门电路的系列产品中，除了反相器外常用的还有与门、或门、与非门、或非门、与或非门、异或门等,V1,、,V2,为两只串联的,NMOS,管,V3,、,V4,为两只并联的,PMOS,管,输入,A,、,B,中有低电平时，,V,1,、,V,2,中有截止，,V,3,、,V,4,中有导通，输出,U,O,总为高电平。,1.,与非门,只有当,A,、,B,均为高电平输入时，,V1,、,V2,同时导通，,V3,、,V4,中同时截止，,U,O,(,F,),才为低电平,4,V1,、,V2,为两只并联的,NMOS,管,V3,、,V4,为两只串联的,PMOS,管,输入,A,、,B,中只要有高电平时，,V,1,、,V,2,中有导通，,V,3,、,V,4,中有截止，输出,U,O,就为低电平。,2.,或非门,只有当,A,、,B,均为低电平输入时，,V,1,、,V,2,同时截止，,V,3,、,V,4,中同时导通，,U,O,(,F,),才为高电平,5,3,、,CMOS“,异或”门,由三个,CMOS,反相器和一个,CMOS,传输门组成,传输门的控制信号,A,、,A,当,A=B=0,时,0,0,1,1,0,TG,断开,当,A=B=1,时，,1,1,TG,接通,1,1,0,F=0,输入端,A,和,B,相同,输入端,A,和,B,相同，输出,F=0,F=0,6,输入端,A,和,B,不同,当,A=1,，,B=0,时,1,0,TG,导通,0,0,1,输出,F=1,当,A=0,，,B=1,时,0,1,TG,断开,1,0,1,输出,F=1,输入端,A,和,B,不同，输出,F=1,7,输入端,A,和,B,不同,输出,F=1,输入端,A,和,B,相同,输出,F=0,由此可知：该电路实现的是“,异或,”的逻辑功能,8,4.CMOS,与门,A,B,&,Y,1,+,V,DD,V,SS,T,P1,T,N1,T,P2,T,N2,A,B,Y,A,B,Y,&,+,V,DD,B,1,G,1,D,1,S,1,A,T,N,T,P,B,2,D,2,S,2,G,2,V,SS,9,5.CMOS,或门,Y,1,+,V,DD,B,1,G,1,D,1,S,1,A,T,N,T,P,B,2,D,2,S,2,G,2,V,SS,A,B,1,A,B,Y,1,+,V,DD,V,SS,T,P1,T,N1,T,N2,T,P2,A,B,Y,10,6,、,CMOS,与或非门,&,&,&,A,B,C,D,&,1,Y,A,B,C,D,Y,1,11,三,CMOS,传输门、三态门和漏极开路门,1,、,CMOS,传输门,(,双向模拟开关,),电路组成：,T,P,C,V,SS,+V,DD,I,O,/,u,u,O,I,/,u,u,T,N,C,I,O,/,u,u,O,I,/,u,u,TG,工作原理：,T,N,、,T,P,均导通，,T,N,、,T,P,均截止，,导通电阻小,(,几百欧姆,),关断电阻大,(,10,9,),(,TG,门,T,ransmission,G,ate),12,2,、,CMOS,三态门,电路组成,+,V,DD,V,SS,T,P2,T,N1,T,P1,A,Y,T,N2,1,工作原理,Y,与上、下都断开,T,P2,、,T,N2,均截止,Y,=Z,(,高阻态,非,1,非,0,),T,P2,、,T,N2,均导通,0,1,1,0,1,0,控制端低电平有效,(,1,或,0,),逻辑符号,Y,A,1,EN,使能端,EN,13,3,、,CMOS,漏极开路,门,(,OD,门,O,pen,D,rain,),电路组成,B,A,&,1,+,V,DD,Y,B,G,D,S,T,N,V,SS,R,D,外接,Y,A,B,&,符号,(1),漏极开路，工作时必须外接电源和电阻。,主要特点,(2),可以实现线与功能：,输出端用导线连接起来实现与运算。,Y,C,D,&,P,1,P,2,+,V,DD,Y,R,D,(,3,),可实现逻辑电平变换：,(4),带负载能力强。,14,四、,CMOS,电路的主要特点,(1),功耗极低。,LSI,：几个,W,，,MSI,：,100,W,(2),电源电压范围宽。,CC4000,系列：,V,DD,=3 18 V,(3),抗干扰能力强。,输入端噪声容限,=0.45,V,DD,(4),逻辑摆幅大。,(5),输入阻抗极高。,(6),扇出能力强。,(7),集成度很高，温度稳定性好。,(8),抗辐射能力强。,(9),成本低。,对于,CMOS,电路，一般可以不考虑扇出系数，高频工作时，扇出系数与频率有关,15,五、,CMOS,电路使用中应注意的几个问题,1.,注意输入端的静电防护。,2.,注意输入电路的过流保护。,3.,注意电源电压极性。,5.,多余的输入端不应悬空。,6.,输入端外接电阻的大小不会引起输入电平的变化。,与,门,、,与,非门,：,接电源,或,与其他输入端并联,或,门,、,或,非门,：,接地,或,与其他输入端并联,多余输入端,的处理,思考原因？,4.,输出端不能和电源、地短接。,因为输入阻抗极高（,10,8,）,故,输入电流,0,，电阻上的压降,0,。,16,