CMOS门电路ppt课件

1 第三节CMOS门电路 CMOS反相器的工作原理 CMOS反相器的静态输入 输出特性 CMOS反相器的动态特性 其他类型的CMOS门电路 MOS管的开关特性 CMOS电路的正确使用 下页 总目录 推出 2 下页 返回 上页 一 MOS管的开关特性 1 MOS管的结构和工作原理 当vDS 0 但vGS 0时 D S间不导通 iD 0 当vDS 0 且vGS vGS th MOS管的开启电压 时 栅极下面的衬底表面形成一个N型反型层 这个反型层构成了D S间的导电沟道 有iD流通 3 下页 返回 上页 2 MOS管的输入特性和输出特性 共源接法下的输出特性曲线又称为MOS管的漏极特性曲线 表示iD与vGS关系的曲线称为MOS管的转移特性曲线 4 下页 返回 上页 恒流区 截止区 漏极特性曲线分为三个工作区 5 下页 返回 上页 3 MOS管的基本开关电路 若参数选择合理输入低电平时MOS管截止 输出高电平 输入高电平时MOS管导通 输出低电平 当vI vGS vGS th 时 VOH VDD D S间相当于一个断开的开关 当vI vGS th 并继续升高 VOL 0 D S间相当于一个闭合的开关 6 返回 4 MOS管的开关等效电路 CI代表栅极的输入电容 CI的数值约为几皮法 RON为MOS管导通状态下的内阻 约在1k 以内 下页 上页 7 返回 二 CMOS反相器的电路结构和工作原理 当vI VIL 0时 T1导通 T2截止 输出为高电平VOH VDD 当vI VIH VDD时 T2导通 T1截止 输出为低电平VOL 0 输入与输出之间为逻辑非的关系 CMOS反相器的静态功耗极小 1 电路结构 下页 上页 8 T2的开启电压 T1的开启电压 阈值电压VTH AB段 T1导通 T2截止 VO VOH VDD CD段 T2导通 T1截止 VO VOL 0 BC段 T1 T2同时导通 为转折区 2 电压传输特性 下页 返回 上页 9 下页 返回 上页 3 电流传输特性 AB段 T2截止漏极电流几乎为0 CD段 T1截止漏极电流几乎为0 BC段 阈值电压附近电流很大 CMOS电路不应长时间工作在BC段 10 VDD 15V 适当提高VDD 可提高CMOS反相器的输入噪声容限 4 输入噪声容限 下页 返回 上页 11 下页 返回 上页 三 CMOS反相器的静态输入 输出特性 1 输入特性 因为MOS管的栅极和衬底之间存在输入电容 绝缘介质又非常薄 极易被击穿 所以必须采取保护措施 12 下页 返回 上页 输入特性曲线 13 下页 返回 上页 2 输出特性 低电平输出特性当输出为低电平时 工作状态如下图所示 14 下页 返回 上页 高电平输出特性当输出为高电平时 工作状态如下图所示 15 下页 返回 上页 四 其他类型的CMOS门电路 在CMOS门电路的系列产品中 除反相器外常用的还有 与非门 或非门 与门 或门 与或非门 异或门等几种 1 其他逻辑功能的CMOS门电路 16 当A B两个输入端全为 1 时 T1和T2都导通 T3和T4都截止 输出端为 0 当输入端有一个或全为 0 时 T1或T2 或都 截止 T3或T4 或都 导通 输出端Y为 1 1 CMOS与非门电路 下页 返回 上页 VDD 缺点 1 输入端的工作状态不同时影响电压传输特性 2 输出的高 低电平受输入端数目的影响 3 它的输出电阻受输入状态的影响 17 当A B两个输入端全为 1 或其中一个为 1 时 输出端为 0 只有当输入端全为 0 时 输出端才为 1 2 CMOS 或非 门电路 下页 返回 上页 存在和与非门类似的问题 18 下页 返回 上页 2 带缓冲级的CMOS门电路 电路构成 在门电路的每个输入端 输出端各增设一级反相器 加进的这些反相器具有标准参数 所以称为缓冲器 优点 这些带缓冲级的门电路 其输出电阻和输出的高 低电平以及电压传输特性将不受输入端状态的影响 电压传输特性的转折区也变得更陡 19 下页 返回 上页 3 漏极开路的门电路 OD门 用途 输出缓冲 驱动器 输出电平的变换 满足大功率负载电流的需要 实现线与逻辑 20 下页 返回 上页 21 下页 返回 上页 4 CMOS传输门和双向模拟开关 时 传输门导通 时 传输门截止 22 下页 返回 上页 利用CMOS传输门和CMOS反相器可以组合成各种复杂的逻辑电路 如异或门 数据选择器 寄存器 计数器等 用反相器和传输门构成异或门电路 23 下页 返回 上页 传输门的另一个用途是作模拟开关 用来传输连续变化的模拟电压信号 C 0时开关截止 C 1时开关接通 模拟开关的导通内阻为RTG 24 下页 返回 5 三态输出的CMOS门电路 时 输出呈现高阻态 时 反相器正常工作 上页 三态输出的CMOS反相器 动画 25 下页 返回 上页 用三态输出反相器接成总线结构 用三态输出反相器实现数据双向传输 26 下页 返回 五 CMOS电路的正确使用 1 输入电路的静电防护 为防止静电电压造成的损坏 应注意以下几点 1 在存储和运输CMOS器件时 不要使用易产生静电高压的化工材料和化纤织物包装 最好采用金属屏蔽层作包装材料 2 组装 调试时 应使电烙铁和其他工具 仪表 工作台台面等良好接地 操作人员的服装和手套等应选用无静电的原料制作 上页 3 不用的输入端不应悬空 27 下页 返回 2 输入电路的过流保护 由于输入保护电路中的钳位二极管电流容量有限 所以在可能出现较大输入电流的场合 必须采取以下保护措施 1 输入端接低内阻信号源时 应在输入端与信号源之间串进保护电阻 保证输入保护电路中的二极管导通时电流不超过1mA 2 输入端接有大电容时 应在输入端和电容之间接入保护电阻 上页 3 输入端接长线时 应在门电路的输入端接入保护电阻 28 返回 3 CMOS电路锁定效应的防护 锁定效应或称为可控硅效应 是CMOS电路中的一个特有问题