数字电路CMOS集成门电路学习教案.pptx

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1、数字电路数字电路CMOS集成集成(j chn)门电路门电路第一页，共16页。uI=0V时，T1导通，T2截止(jizh)，输出(shch)与输入之间为逻辑非的关系 只有当uIUDD时，D1导通；uI 0V时D2导通。对电路(dinl)进行保护 CMOS反相器的工作原理uI=UDD时，T1截止，T2导通，T1为增强型PMOS，D1、D2 是保护二极管 T2为增强型NMOS静态时T1、T2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T1T2UD

2、DuIuoD1D2uO UDD uO0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 第1页/共16页第二页，共16页。CMOS反相器的特性反相器的特性(txng)曲线曲线（一）电压传输(chun sh)特性及噪声容限T1T2UDDuIuoD1D2uiuo0传输(chun sh)特性特性很陡，阈值电压，从而获得了更大的输入噪声容限，UDD/2UDDUDD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

3、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。第2页/共16页第三页，共16页。二、其它二、其它(qt)功能的功能的CMOS门电门电路路 在CMOS门电路的系列产品中，除了(ch le)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(chunlin)的NMOS管V3、V4为两只并联的PMOS管输入A、B中有低电平时，V1、V2中有截止，V3、V4中有导通，输出UO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

4、截止，UO(F)才为低电平第3页/共16页第四页，共16页。V1、V2为两只并联(bnglin)的NMOS管V3、V4为两只串联的PMOS管输入(shr)A、B中只要有高电平时，V1、V2中有导通，V3、V4中有截止，输出UO就为低电平。2.或非门只有(zhyu)当A、B均为低电平输入时，V1、V2同时截止，V3、V4中同时导通，UO(F)才为高电平第4页/共16页第五页，共16页。3、CMOS“异或异或”门门由三个由三个CMOSCMOS反相器和反相器和一个一个CMOSCMOS传输门组成传输门组成传传输输门门的的控控制信号制信号A、A当当A=B=0A=B=0时时00110TG断开断开当当A=B

5、=1A=B=1时，时，11TG接通110F=0F=0 输入输入(shr)端端A和和B相同相同输输入入(shr)(shr)端端A A和和B B相同，相同，输出输出 F=0 F=0F=0F=0第5页/共16页第六页，共16页。输入输入(shr)(shr)端端A A和和B B不同不同当当A=1A=1，B=0B=0时时10TGTG导通导通001输出输出(shch)F=1当当A=0A=0，B=1B=1时时01TGTG断开断开101输出输出(shch)F=1输输 入入 端端 A A和和B B不不 同同，输出输出 F=1F=1第6页/共16页第七页，共16页。输入输入(shr)端端A和和B不同不同输出输出(

6、shch)F=1 输入输入(shr)端端A和和B相同相同输出输出 F=0F=0由由此此可可知知：该该电电路路实实现现的的是是“异异或或”的的逻逻辑辑功能功能第7页/共16页第八页，共16页。4.CMOS 与门与门AB&Y1+VDDVSSTP1TN1TP2TN2ABYABY&+VDDB1G1D1S1ATNTPB2D2S2G2VSS第8页/共16页第九页，共16页。5.CMOS 或门或门Y1+VDDB1G1D1S1ATNTPB2D2S2G2VSSAB1ABY1+VDDVSSTP1TN1TN2TP2ABY第9页/共16页第十页，共16页。6、CMOS 与或非门与或非门&ABCD&1YABCDY1第1

7、0页/共16页第十一页，共16页。三三 CMOS 传输传输(chun sh)门、三态门和漏极开路门门、三态门和漏极开路门1、CMOS传输传输(chun sh)门门(双向模拟双向模拟(mn)(mn)开关开关)电路组成：电路组成：TPCVSS+VDDIO/uuOI/uuTNCIO/uuOI/uuTG工作原理：工作原理：TN、TP均导通，均导通，TN、TP均截止，均截止，导通电阻小导通电阻小(几百欧姆几百欧姆)关断电阻大关断电阻大(109 )(TG 门门 Transmission Gate)第11页/共16页第十二页，共16页。2、CMOS 三态门三态门电路电路(dinl)组组成成+VDDVSSTP

8、2TN1TP1AYTN21工作工作(gngzu)原原理理Y 与上、下都断开与上、下都断开(dun ki)TP2、TN2 均截止均截止Y=Z(高阻态高阻态 非非 1 非非 0)TP2、TN2 均导通均导通011010控制端低电平有效控制端低电平有效(1 或或 0)逻辑符号逻辑符号YA1EN使能端使能端 EN 第12页/共16页第十三页，共16页。3、CMOS 漏极开路漏极开路(kil)门门(OD门门 Open Drain)电路电路(dinl)组组成成BA&1+V DDYBGDSTNVSSRD外接外接YAB&符号符号(fho)(1)漏极开路，工作时必须外接电源和电阻。漏极开路，工作时必须外接电源和

9、电阻。主要特点主要特点(2)可以实现线与功能：可以实现线与功能：输出端用导线连接起来实现与运算。输出端用导线连接起来实现与运算。YCD&P1P2+V DDYRD(3)可实现逻辑电平变换：可实现逻辑电平变换：(4)带负载能力强。带负载能力强。第13页/共16页第十四页，共16页。四、四、CMOS 电路的主要电路的主要(zhyo)特点特点(1)功耗功耗(n ho)极低。极低。LSI：几个：几个(j)W，MSI：100 W(2)电源电压范围宽。电源电压范围宽。CC4000 系列：系列：VDD=3 18 V(3)抗干扰能力强。抗干扰能力强。输入端噪声容限输入端噪声容限=0.45VDD(4)逻辑摆幅大。

10、逻辑摆幅大。(5)输入阻抗极高。输入阻抗极高。(6)扇出能力强。扇出能力强。(7)集成度很高，温度稳定性好。集成度很高，温度稳定性好。(8)抗辐射能力强。抗辐射能力强。(9)成本低。成本低。对于对于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 第14页/共16页第十五页，共16页。五、五、CMOS 电路使用中应注意的几个电路使用中应注意的几个(j)问题问题1.注意输入端的静电注意输入端的静电(jngdin)防护。防护。2.注意输入电路注意输入电路(dinl)的过流保护。的过流保护。3.注意电源电压极性。注意电源电压极性。5.多余的输入端不应悬空。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。输入端外接电阻的大小不会引起输入电平的变化。与与门门、与与非门非门：接电源接电源 或或 与其他输入端并联与其他输入端并联或或门门、或或非门非门：接地接地 或或 与其他输入端并联与其他输入端并联多余输入端多余输入端 的处理的处理思考原因？思考原因？4.输出端不能和电源、地短接。输出端不能和电源、地短接。因为输入阻抗极高因为输入阻抗极高（108 ）故故 输入电流输入电流 0，电阻上的压降，电阻上的压降 0。第15页/共16页第十六页，共16页。