CMOS门电路工作原理介绍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vDS0，但vGS=0时，D-S间不导通，iD=0。当vDS0，且vGSvGS(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=vGSvGS(th)并继续升高，VOL0，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VOHVDD。,当vI=VIH=VDD时，T2导通，T1截止，输出为低电平VOL0。,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=VOHVDD。,CD段：T2导通，T1截止，VO=VOL0。,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