数电第三章门电路.ppt

第三章 门电路（2),邓婉玲,3.3.4 CMOS反相器的动态特性,一、传输延迟时间,3.3.4 CMOS反相器的动态特性,减小tPHL和tPLH： 减小负载电容； MOS管的导通电阻 提高电源电压和输入信号的高电平,二、交流噪声容限,传输延迟时间越长，交流噪声容限也越大。 噪声电压作用时间越短，电源电压越高，交流噪声容限也越大。,三、动态功耗,导通功耗,VGS(th)NVGVDD-|VGS(th)P|T1和T2同时导通,总动态功耗,总功耗=动态功耗+静态功耗,例题,【例】有一CMOS反相器，已知电源电压VDD=5V，静态电源电流IDD=1A，负载电容CL=70pF，功耗电容CPD=14pF。输入信号加入标准方波信号，频率为200kHz，试计算其空载时的静态功耗和动态功耗。,解：静态功耗为,PS=IDDVDD=10-65W=0.005mW,动态功耗PD可根据式计算得到,3.3.5 其他类型的CMOS门电路,一、其他逻辑功能的门电路 1. 与非门,负载管并联 （并联开关）,驱动管串联 （串联开关）,1,1,导通,截止,0,与非门,与非门的输出端再接一级反相器就得到与门。,0 0 1,0 1 1,1 0 1,1 1 0,2019/7/17,11,负载管串联 （串联开关）,驱动管并联 （并联开关）,CMOS或非门,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,或非门,带缓冲级的CMOS门,1、与非门,带缓冲级的CMOS门,2.解决方法,缓冲器,带缓冲级的CMOS门,带缓冲输出的门电路输出端都是1个反相器，输出驱动能力仅由该输出级的管子特性决定，与各输入端所处逻辑状态无关。 带缓冲器的门电路的转移特性至少是由3级转移特性相乘的结果，因此转换区域窄，形状接近理想矩形，并且不随输入使用端数的情况而变化、加缓冲器的门电路，抗干扰性能提高。 带缓冲器的门电路还有输出波形对称、交流电压增益大、带宽窄、输入电容比较小等优点。 不过，由于附加了缓冲级，也带来了一些缺点。例如传输延迟时间加大，因此，带缓冲器的门电路适宜用在高速电路系统中。,二、漏极开路的门电路（OD门）,输出低电平时为低输出电阻,用途：电平转换 将输入高、低电平VDD1/0变成输出高、低电平VDD2/0,OD门,Y=(AB)(CD)=(AB+CD) Y1=0,T1 ON, Y2=1, T2 OFF, Y=0 Y1=1,T1 OFF, Y2=1, T2 OFF, Y=0,最大值的计算,最小值的计算,CMOS传输门,C和C是一对互补的控制信号。 由于T1和T2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。,CMOS传输门,CMOS传输门,C=1、 =0时，TG接通；C=0、 =1时，TG关闭，输入、输出阻断。 当C的高低电平为VDD和0时，TG可传输0VDD的信号 vO和vI可以互换。,N沟道增强型,P沟道增强型,异或门,双向模拟开关,模拟开关，用来传输连续变化的模拟电压信号。 模拟开关的基本电路由CMOS传输门和一个CMOS反相器组成; 当C=1时，开关接通，C=0时，开关断开，因此只要一个控制电压即可工作。和CMOS传输门一样，模拟开关也是双向器件。,SW：Switch,CMOS模拟开关接负载,希望vI变化时，RTG(KTG)不变。,2019/7/17,25,应用举例,图 CMOS模拟开关, CMOS模拟开关：实现单刀双掷开关的功能。,C = 0时，TG1导通、TG2截止，uO = uI1； C = 1时，TG1截止、TG2导通，uO = uI2。,三态输出的CMOS门电路,三态输出的CMOS门电路,三态门的用途,双向传输,总线结构,CMOS门电路的使用知识,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：,2019/7/17,30,（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。,二、输入电路的过流保护,输入端接低内阻信号源、大电容、长线等情况，为了使输入保护电路正常工作，在输入端接入保护电阻。,CMOS数字集成电路的各种系列,4000系列：最早，已被HC/HCT系列取代 HC/HCT系列（高速CMOS逻辑系列）： 传输延迟时间缩短 负载能力提高 HC系列不能跟TTL混合使用，而HCT系列却可以 AHC/AHCT系列：改进的HC/HCT系列 工作速度提高； 负载能力提高； 与HC/HCT系列兼容。,CMOS数字集成电路的各种系列,LVC系列：低压CMOS逻辑系列 低压工作：1.65-3.3V 更大的负载电流； 方便连接3.3V系统与5V系统。 ALVC系列：改进的LVC系列 器件名称：54/74HC04,TI产品标志,系列,逻辑功能：六反相器,小结,以上我们讲的门电路都是用MOSF