第6次课——第3章-门电路解析.ppt

复习:,3.1概述,3.2半导体二极管门电路,3.3.1MOS管的开关特性,门电路、正负逻辑系统、高低电平的实现、数字电路的优点及分类,门电路的动态特性、二极管与门与或门、二极管门电路的缺点,vGSVDD+VF时，D1导通，将栅极电位vG钳位在VDD+VF，而当vI-VF时，D2导通，将栅极电位vG钳位在VF，这样使得C1、C2不会超过允许值。,图3.3.15CMOS反相器的两种常用保护电路,其输入特性如图3.3.16所示,图3.3.16CMOS反相器的输入特性,D1、D2截止,二、输出特性,输出特性为从反相器输出端看输出电压和输出电流的关系，包括输出为低电平输出特性和输出为高电平输出特性,1.低电平输出特性,在输入为高电平,即vIVIHVDD时，此时T1截止，T2导通，如图3.3.17所示，电流从负载注入T2，输出电压VOL随电流增加而提高。,图3.3.17输出为低电平时的电路,其特性曲线如图3.3.18所示,实际上是T2管漏极电流iD和漏源电压vDS之间的关系,图3.3.18输出为低电平时的输出特性,2.高电平输出特性,在输入为低电平，即vIVIL0时，此时T1导通，T2截止，如图3.3.18所示，电流从T1管流出到负载，输出电压VOHVDDIOHRON1随电流增加而下降。,图3.3.18输出为高电平时的电路,电流的实际方向与所设方向相反,其特性曲线如图3.3.19所示,图3.3.19输出为高电平时的输出特性,高电平输出特性也和管子的输出特性有关，而且vGS越负，电压下降的越多,3.3.4CMOS反相器的动态特性,一、传输延迟时间tPHL和tPLH,前面的输入输出特性为静态特性，没有考虑电路转换状态时的延迟，动态特性要考虑传输延迟时间。,由于MOS管的寄生电容和负载电容的存在，使得输出电压的变化滞后输入电压的变化，将输出电压变化迟后输入电压变化的时间成为传输延迟时间。,tPHL输出由高电平跳变为低电平时的传输延迟时间,tPLH输出由低电平跳变为高电平时的传输延迟时间,tpd平均传输延迟时间，tpd（tPHLtPLH）/2,CMOS电路tPHLtPLH,MOS管的电极之间以及电极与衬底之间都存在寄生电容,当负载为下一级反相器时，下一级反相器的输入电容和接线电容就构成这一级的负载电容,图3.3.20为CMOS非门的输出输入波形。,图3.3.20CMOS反相器的输入输出波形,tPHL输入电压前沿上升到幅值的50与输出后沿下降到幅值的50之间的差值,tPLH输入电压后沿下降到幅值的50与输出前沿上升到幅值的50之间的差值,二、交流噪声容限,图3.3.20交流噪声容限在不同VDD时交流噪声容限与噪声电压作用时间的关系,它反映CMOS反相器的动态抗干扰能力。其中tw是脉冲宽度。,交流噪声容限是在窄脉冲作用下，输入电压允许变化的范围，图3.3.20是输入为不同宽度窄脉冲时CMOS反相器的交流噪声容限曲线。即,VNA=f(tw),由于电路中存在着开关时间和分布电容的充放电过程，因而门电路输出状态的改变，直接与输入脉冲信号的幅度和宽度有关，当输入脉冲信号的宽度接近于门电路传输延迟时间的情况下，则需要较大的输入脉冲幅度才能使电路的输出发生变化。也就是说门电路对窄脉冲的噪声容限要高于直流噪声容限。,因而，噪声电压作用时间越短、电源电压越高，则交流噪声的容限越大。,三、动态功耗,当CMOS反相器从一种稳定工作状态突然转变到另一种稳定状态过程中，将产生附加的功耗，称为动态功耗。它包括对负载电容充放电的功耗PC和在两个管子同时导通时的瞬时功耗PT。,其中：CL负载电容f输入信号的频率VDD漏极电源电压,电容充放电的功耗为,两个管子同时导通时的功耗PT为,其中：CPD功耗电容，厂家给出,总的动态功耗为,CMOS反相器的总功耗：静态功耗和动态功耗之和，即,其中：PS静态功耗，由于稳定