cmos 集成逻辑门电路
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CMOS 集成逻辑门电路. ★ CMOS 反相器的电压传输特性. ★ CMOS 反相器的输入输出特性. ★ TTL 与 CMOS 集成电路性能比较. 7.1 MOS 集成逻辑门. MOS 集成逻辑门是由 MOS 场效应晶体管 组成的 数字集成电路. :制作工艺简单,. MOS 集成逻辑门. 成本低,. 输入阻抗极高,. 功耗低,. 集成度高. 工作电源允许变化范围大,抗干扰性能较好. 能与大多数的 TTL 逻辑电路兼容。. 在 LSI ( 大规模集成电路 ) 及 VLSI ( 超大规模集成电路 ) 的制作上 已经超过 TTL ,并占据优势。. - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
★ CMOS反相器的电压传输特性
★ CMOS反相器的输入输出特性
★ TTL与 CMOS集成电路性能比较
7.1 MOS集成逻辑门
能与大多数的 TTL 逻辑电路兼容。
MOS 集成逻辑门是由 MOS场效应晶体管组成的数字集成电路
MOS 集成逻辑门
在 LSI (大规模集成电路)及 VLSI( 超大规模集成电路 ) 的制作上 已经超过 TTL ,并占据优势。
:制作工艺简单,成本低,
输入阻抗极高, 功耗低, 集成度高
工作电源允许变化范围大,抗干扰性能较好
场效应晶体管是电压控制型器件
与双极性晶体管相比较具有许多优点。
MOS集成逻辑门分
P 沟道增强(称 PMOS ) N 沟道增强(称 NMOS )
和互补 MOS (称 CMOS )三种。PMOS 由于开关速度低,电源电压高而且是负电源,
不便与 TTL 集成逻辑门衔接,现以很少用;
NMOS 克服了 PMOS 的许多问题,但速度低的问题始终
限制了其发展;CMOS 充分表现了 MOS 技术的突出优点,成为LSI 及 VLSI 集成电路的主流产品。
7.2 CMOS反相器的工作原理
1.电路结构
这种由 T1, T2共同组成的互补对称型的场效应管集成电路称为 CMOS反相器。
P 沟道结构的增强型场效应管
N 沟道结构的增强型场效应管
负载管
驱动管
....
vI
T1iD
vo
vssT2
vDD
输入和输出之间为反相关系,实现非门逻辑功能
2.电路工作原理uI=0V时, uGSN=0V,
uGSP= 0V ,
uGSP= -10V
输出 vO 为高电平;uI= 10V 时, uGSN=10V,
输出 vO 为低电平。
0
0
截止
导通
-10
1
10
10
导通
截止
0
0
T2 截止
T1 导通
此时 T2 导通T1 截止 ,
vI
vo
vDD
vSS
T
T2
vI
vo
vDD
vSS
T1
T2
7.3 CMOS传输门和双向模拟开关
CMOS传输门 双向模拟开关
VI/Vo
T1
T2
VDD
C
Vo/VI
C
Vo/VITG
VI/Vo
C
C
1.电路结构
设 T1 管和 T2 管的开启电压 UGS(th)N=UGS(th)P=UGS(th) ,
VDD≥2 UGS(th), 控制信号 C 的高电平为 VDD ,低电平为 0V。
2.工作原理:PMOS管
PMOS管
T1
T2
VDD
C
Vo/VI
C
和 T2 管均处于截止状态相当于电路是断开的。
( 1 )当 0C 0C
0C0C( 2 )当 T1 管和 T2 管均导通,即传输门
导通, uo=uI uI 可以是 0V到 VDD 的任意电压。
结论:当输入信号电压在 0 - VDD 范围内变化时, T1 管和 T2 管至少有一个处于导通状态,输入和输出之间
呈低阻态,相当于开关闭合信号得以传输,且 uo=uI 。
传输门不传输信号。因为 T1 管
7.4 其它类型的 CMOS门电路
由两个串联的 N 沟道和两个并联 P 沟道增强型 MOS管构成
T1 和 T2 两个栅极相连构成又一互补电路,两个互补电路的输入端为与非门的 2 个输入端。
T3 和 T4 两个栅极相连构成互补电路
2 输入端CMOS与非门电路
2 输入端CMOS与非门电路
1.电路结构
Y
T1
T4
T2
T3
B
A
VDD
T1 均截止,输出端 Y 为低电平 0 ,即“全 1出 0”
导通输出端 Y 为高电平 1 ,即“有 0 出 1”
2.逻辑功能
当 A , B 同时为高电平 1 时,T4 , T2 均导通, T3 ,
当 A , B 端有一个或两个为低电平时, 串联 T4 , T2
有一个或两个截止,并联的 T3 , T1 有一个或两个
由两个串联的 P 沟道增强型和两个并联 N 沟道增强型 MOS管构成。
1. 电路组成:
7.5 CMOS或非门
2 输入端CMOS或非门电路
2 输入端CMOS或非门电路
负载管
驱动管
VDD
B
A
T2
T1
T4T3
Y
输入输出之间的逻辑关系为 BAY
2.逻辑功能:
接高电平的驱动管 T3 或 T4
导通,输出端 Y 为低电平 0 ,即“有 1 出 0” 。
输出 Y 为高电平 1 ,即“全 0 出1”
当 A , B 同时为高电平 1 时,
当 A 、 B 端都为低电平 0 时,驱动管 T3 和 T4 两个都截止,
负载管 T1 、 T2 同时导通。
7.6 CMOS模拟开关
1.电路组成:
VDD
ui
V1 V2
V3
V4
uIuO
uo
1
TG
c
当 C=VDD 时,
由此可见,只要适当控制反相器的输入电压,即可决定模拟开关的通断,传输门所能传输的电压值为 0 - VDD
之间任意电压值。又因 MOS管源极和漏极的对称性,所以模拟开关是一种双向开关。
2.工作原理
0C
控制 CMOS传输门导通,使 uo=uI 。
DDVC 当 C=0时,反相器输出控制 CMOS传输门截止,使输入和输入断开。
反相器输出
7.7 TTL与 CMOS集成电路性能比较
不同点:
频率不高情况下,电路的带负载能力比 TTL 集成
电路强
所以 CMOS 集成电路的工作速度比 TTL 集成电路慢。
具有相同逻辑功能的 TTL 集成电路和 CMOS 集成电路相同点:
( 1 ) CMOS 集成电路的输入阻抗很高,可达 108Ω 以上
( 2 ) CMOS 集成电路的导通电阻比 TTL 集成电路的导通 电阻大得多
( 5 )由于 CMOS 集成电路内部电路功耗小,发热量小,
( 3 ) CMOS 集成电路的电源电压范围为 3-18V ,这使它的输
出电压摆幅大,因此其干扰能力比 TTL 集成电路强,
这与严格限制电源电压的 TTL 集成电路要优越的多。( 4 )由于 CMOS 集成电路静态时栅机电流几乎为0 , 因此该电路功耗比 TTL 电路功耗小。
所以 CMOS 集成电路集成度比 TTL 集成电路集成度高。
( 7 )由于 CMOS 集成电路的输入阻抗很高,使其容易 受静电感应而击穿,虽然制作集成电路时在其内 部设置了保护电路,但在存放和使用时应注意静 电屏蔽,焊接时电烙铁应注意良好的接地 , 尤其 是 CMOS 集成电路不用的多于输入端不能悬空,应 根据需要接地或接电源。
( 6 ) CMOS 集成电路的稳定性能好,抗辐射能力强, 可在特殊情况下工作。
TTL 集成电路一般不需要考虑静电感应和屏蔽的问题,不用的多于输入端可以悬空。