数字电路2.4CMOS集成门电路ppt课件.ppt

2 4CMOS门电路 一 MOS管反相器 以增强型NMOS管基本开关电路为例 当uI UGS TH 时 MOS管工作在截止区 当uI UGS 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 UGS TH 输出为低电平 uO UOL 0V 输出即为高电平 uO UOH UDD UGS UGS TH UGS UGS TH 1 uI 0V时 T1导通 T2截止 输出与输入之间为逻辑非的关系 只有当uI UDD时 D1导通 uI 0V时D2导通 对电路进行保护 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 SymmeteryMOS 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 T1 T2 uI uo D1 D2 uO UDD uO 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 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 UDD 2 UDD UDD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1 A 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 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中同时截止 UO 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 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 5 3 CMOS 异或 门 当A B 0时 0 0 1 1 0 当A B 1时 1 1 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 0 0 1 输出F 1 当A 0 B 1时 0 1 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 9 5 CMOS或门 10 6 CMOS与或非门 A B C D Y 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 工作原理 TN TP均导通 TN TP均截止 导通电阻小 几百欧姆 关断电阻大 109 TG门 TransmissionGate 12 2 CMOS三态门 电路组成 工作原理 Y与上 下都断开 TP2 TN2均截止 Y Z 高阻态 非1非0 TP2 TN2均导通 1 0 控制端低电平有效 1或0 逻辑符号 13 3 CMOS漏极开路门 OD门 OpenDrain 电路组成 B A V DD RD 外接 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 P1 P2 V DD Y RD 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 VDD 3 18V 3 抗干扰能力强 输入端噪声容限 0 45VDD 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