《数字电子技术基础--刘如军》ch

2.3CMOS集成门电路,2.3.1CMOS反相器,一、电路组成及工作原理,uA,uGSN,uGSP,TN,TP,uY,0V,UTP,导通,截止,0V,UTN=2V,UTP=-2V,CMOSComplementaryMetal-Oxide-SemiconductorTransistor互补型金属氧化物半导体,输入端保护电路:,C1、C2栅极等效输入电容,(1)0uAVDD+uDF,D导通电压：uDF=0.50.7V,(3)uA-uDF,二极管导通时，限制了电容两端电压的增加。,保护网络,D1、D2、D3截止,D2、D3导通,uG=VDD+uDF,D1导通,uG=-uDF,二、静态特性,1.输入特性：,-uDF,VDD+uDF,二、静态特性,2.输出特性：,uI为低电平，TN截止、TP导通，uO=UOH，带拉电流负载，电流iO从VDD经TP流出,供给负载RL,uI为高电平，TN导通、TP截止，uO=UOL，带灌电流负载，电流iO从VDD经负载RL流入反相器,二、静态特性,3.电压传输特性：,iD,A,B,C,D,E,F,UTN,VDD,UTH,UTP,UNL,UNH,AB段：,uIUTN，,uO=VDD、iD0，功耗极小。,TN截止、TP导通，,BC段：,TN导通，uO略下降。,CD段：,TN、TP均导通。,DE、EF段：,与BC、AB段对应，TN、TP的状态与之相反。,转折电压,指uO为规定值时，允许uI波动的最大范围。,UNL：,输入为低电平时的噪声容限。,UNH：,输入为高电平时的噪声容限。,=0.3VDD,噪声容限：,4.电流传输特性：,iD,UTH,电压传输特性,电流传输特性,AB、EF段：TN、TP总有一个为截止状态，故iD0。,CD段：TN、Tp均导通，流过两管的漏极电流达到最大值iD=iD（max)。,阈值电压：,UTH=0.5VDD,（VDD=318V）,2.3.2CMOS与非门、或非门、与门和或门,AB,TN1TP1TN2TP2,Y,00,01,10,11,截,通,截,通,通,通,通,截,截,通,截,截,截,截,通,通,1,1,1,0,与非门,一、CMOS与非门,Y=,或非门,二、CMOS或非门,AB,TN1TP1TN2TP2,Y,00,01,10,11,截,通,截,通,通,通,通,截,截,通,截,截,截,截,通,通,1,0,0,0,三、CMOS与门和或门,1.CMOS与门,2.CMOS或门,四、带缓冲的CMOS与非门和或非门,1.基本电路的主要缺点,(1)电路的输出特性不对称：,当输入状态不同时，输出等效电阻不同。,(2)电压传输特性发生偏移，导致噪声容限下降。,2.带缓冲的门电路,在原电路的输入端和输出端加反相器。,A,B,Y,与非门,或非门,同理,缓冲,或非门,与非门,缓冲,2.3.3CMOS与或非门和异或门,一、CMOS与或非门,1.电路组成：,A,B,C,D,Y,2.工作原理：,由CMOS基本电路(与非门和反相器)组成。,二、CMOS异或门,1.电路组成：,A,B,Y,2.工作原理：,由CMOS基本电路(与非门)组成。,2.3.4CMOS传输门、三态门和漏极开路门,一、CMOS传输门,(双向模拟开关),1.电路组成：,2.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),二、CMOS三态门,1.电路组成,2.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),3.逻辑符号,三、CMOS漏极开路门,(OD门OpenDrain),1.电路组成,B,A,+VDD,RD,外接,符号,(1)漏极开路，工作时必须外接电源和电阻。,2.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,+VDD,Y,RD,(3)可实现逻辑电平变换：,(4)带负载能力强。,2.3.5CMOS电路使用中应注意的几个问题,一、CC4000和C000系列集成电路,1.CC4000系列：,符合国家标准，电源电压为318V，功能和外部引线排列与对应序号的国外产品相同。,2.C000系列：,早期集成电路，电源电压为715V，外部引线排列顺序与CC4000不同，用时需查阅有关手册。,传输延迟时间tpd,标准门=100ns,HCMOS=9ns,HCMOS:54/74系列,54/74HC(带缓冲输出),54/74HCU(不带缓冲输出),54/74HCT(与LSTTL兼容),二、高速CMOS(HCMOS)集成电路,三、CMOS集成电路的主要特点,(1)功耗极低。,LSI：几个W，MSI：100W,(2)电源电压范围宽。,CC4000系列：VDD=318V,(3)抗干扰能力强。,输入端噪声容限=0.3VDD0.45VDD,(4)逻辑摆幅大。,(5)输入阻抗极高。,(6)扇出能力强。,扇出系数：带同类门电路的个数，其大小反映了门电路的带负载能力。,(7)集成度很高，温度稳定性好。,(8)抗辐射能力强。,(9)成本低。,CC4000系列：50个,四、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