数字电子技术基础刘如军ch23

1、+vdd+10vb1g1d1s1uauytntpb2d2s2g2vss+ +- -ugsn+ +- -ugsp2. 3 cmos 集成门电路集成门电路2. 3. 1 cmos 反相器反相器ay 一、一、电路组成及工作原理电路组成及工作原理ay10v+10vuaugsnugsptntpuy0 v utn utn utp导通导通截止截止0 vutn = 2 vutp = - - 2 v+10vronpuy +vdd10vstntp+10vronnuy +vdd0vstntpcmoscomplementary metal-oxide-semiconductor transistor 互补型金属氧化物

2、互补型金属氧化物半导体半导体输入端保护电路输入端保护电路: : c1、c2 栅极等效输入电容栅极等效输入电容(1) 0 ua vdd + udf d 导通电压：导通电压：udf = 0.5 0.7 v(3) ua - - udf 二极管导通时，限制了电容二极管导通时，限制了电容两端电压的增加。两端电压的增加。保护网络保护网络+vdduyuatpd1c1c2rstnd2d3vssd1、d2、d3 截止截止d2、d3 导通导通ug = vdd + udfd1 导通导通 ug = - - udf二、静态特性二、静态特性1. 输入特性：输入特性：)(iiufi +vddb1g1d1s1+ +ui -

3、-uotntpb2d2s2g2vss0ii ui -udfvdd+udf二、静态特性二、静态特性2. 输出特性：输出特性：)(ooifu +vddb1g1d1s1+ +ui - -uotntpb2d2s2g2vssui为低电平，为低电平，tn截止、截止、tp导通，导通，uo=uoh，带，带拉电流拉电流负载，电流负载，电流io从从vdd经经tp流出流出,供给负载供给负载rlui为高电平，为高电平，tn导通、导通、tp截止，截止，uo=uol，带，带灌电流灌电流负负载，电流载，电流io从从vdd经负载经负载rl流入反相器流入反相器二、静态特性二、静态特性3. 电压传输特性：电压传输特性：)(iou

4、fu id+vddb1g1d1s1+ +ui - -uotntpb2d2s2g2vssabcdefutnvdduthutpunlunhab 段：段：ui utn ，uo = vdd 、 id 0， 功耗极小。功耗极小。0uo /vui /vtn 截止、截止、tp 导通，导通，bc 段：段：, tniuu tn 导通，导通，uo 略下降。略下降。cd 段：段：tn、tp 均导通。均导通。, 5 . 0ddivu 。 (max)ddoiiu de、ef 段：段：与与 bc、ab 段对应，段对应，tn、tp 的状态与之相反。的状态与之相反。导通导通截止截止 :tn截止截止导通导通 :tp转折电压转折

5、电压指指uo为规定值时，允许为规定值时，允许ui波动的最大范围。波动的最大范围。unl： 输入为低电平时的噪声容限。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。输入为高电平时的噪声容限。= 0.3vdd噪声容限：噪声容限：4. 电流传输特性：电流传输特性：)(idufi id+vddb1g1d1s1+ +ui - -uotntpb2d2s2g2vssabcdefutnvdduthutpunlunh0uo / vui / va bcdef0id / maui / vuth电压传输特性电压传输特性电流传输特性电流传输特性ab、ef 段：段： tn、tp总有一个为总有一个为截止状态

6、，故截止状态，故 id 0 。cd 段：段： tn、tp 均导通，流过均导通，流过两管的漏极电流达到最大两管的漏极电流达到最大值值 id = id（max) 。阈值电压：阈值电压：uth = 0.5 vdd（vdd = 3 18 v）2. 3. 2 cmos 与非门、或非门、与门和或门与非门、或非门、与门和或门a btn1 tp1 tn2 tp2y0 00 11 01 1截截通通截截通通通通通通通通截截截截通通截截截截截截截截通通通通1110与非门与非门一、一、cmos 与非门与非门ua+vdd+10vvsstp1tn1tp2tn2abyubuyab&00100111aby =或非门或非门ba

7、y 二、二、cmos 或非门或非门ua+vdd+10vvsstp1tn1tn2tp2abyubuya btn1 tp1 tn2 tp2y0 00 11 01 1截截通通截截通通通通通通通通截截截截通通截截截截截截截截通通通通1000ab100100111三、三、cmos 与门和或门与门和或门1. cmos 与门与门ab&y1ababy +vddvsstp1tn1tp2tn2abyaby&ab +vddb1g1d1s1atntpb2d2s2g2vssay aby 2. cmos 或门或门y1babay ba +vddb1g1d1s1atntpb2d2s2g2vssay ab1aby1+vddvs

8、stp1tn1tn2tp2abybay 四、带缓冲的四、带缓冲的 cmos 与非门和或非门与非门和或非门1. 基本电路的主要缺点基本电路的主要缺点( (1) ) 电路的输出特性不对称：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。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。电压传输特性发生偏移，导致噪声容限下降。2. 带缓冲的门电路带缓冲的门电路在原电路的输入端和输出端加反相器。在原电路的输入端和输出端加反相器。1abybay ba ba 与非门与非门或非门或非门同理同理缓冲缓冲或非门或非门与非门与非门缓冲缓冲&112. 3. 3 c

9、mos 与或非门和异或门与或非门和异或门一、一、cmos 与或非门与或非门1. 电路组成：电路组成：&abcd&1yabcdy12. 工作原理：工作原理：cdaby cdab cdab abcdcdab 由由cmos 基本电基本电路路( (与非门和反相器与非门和反相器) )组成。组成。二、二、cmos 异或门异或门1. 电路组成：电路组成：&aby2. 工作原理：工作原理：bababay bababa ba ababa &bab baba yab=1 由由cmos 基本电基本电路路( (与非门与非门) )组成。组成。2. 3. 4 cmos 传输门、三态门和漏极开路门传输门、三态门和漏极开路门

10、一、一、 cmos传输门传输门( (双向模拟开关双向模拟开关) )1. 电路组成：电路组成：tpcvss+vddio/uuoi/uuctncio/uuoi/uutgc2. 工作原理：工作原理：:0 1 ) 1 ( cc、tn、tp均导通，均导通，)0( ddiovuu :1 0 )2( cc、tn、tp均截止，均截止， iouu 导通电阻小导通电阻小( (几百欧姆几百欧姆) )关断电阻大关断电阻大( ( 109 ) )(tg 门门 transmission gate)二、二、cmos 三态门三态门1. 电路组成电路组成+vddvsstp2tn1tp1aytn21en2. 工作原理工作原理1 )

11、 1 ( eny 与上、下都断开与上、下都断开 tp2、tn2 均截止均截止y = z( (高阻态高阻态 非非 1 非非 0) )ay tp2、tn2 均导通均导通0110 ) 2 ( en010控制端低电平有效控制端低电平有效( (1 或或 0) )3. 逻辑符号逻辑符号ya1enen使能端使能端 en 三、三、cmos 漏极开路门漏极开路门( (od门门 open drain) )1. 电路组成电路组成ba&1+v ddybgdstnvssrd外接外接yab&符号符号(1) 漏极开路，工作时必须外接电源和电阻。漏极开路，工作时必须外接电源和电阻。2. 主要特点主要特点(2) 可以实现线与功

12、能：可以实现线与功能：输出端用导线连接起来实现与运算。输出端用导线连接起来实现与运算。ycd&p1p2+v ddyrd21ppy cdab cdab ( (3) ) 可实现逻辑电平变换：可实现逻辑电平变换：ddohvu (4) 带负载能力强。带负载能力强。2. 3. 5 cmos 电路使用中应注意的几个问题电路使用中应注意的几个问题一、一、cc4000 和和 c000 系列集成电路系列集成电路1. cc4000 系列：系列：符合国家标准，电源电压为符合国家标准，电源电压为 3 18 v，功能和外部引线排列与对，功能和外部引线排列与对应序号的国外产品相同。应序号的国外产品相同。2. c000 系

13、列：系列：早期集成电路，电源电压为早期集成电路，电源电压为 7 15 v，外部引线排列顺序与外部引线排列顺序与 cc4000 不同，不同，用时需查阅有关手册。用时需查阅有关手册。传输延迟时间传输延迟时间 tpd标准门标准门 = 100 nshcmos = 9nshcmos: 54/74 系列系列54/74 hc( (带缓冲输出带缓冲输出) )54/74 hcu( (不带缓冲输出不带缓冲输出) )54/74 hct( (与与 lsttl 兼容兼容) )二、高速二、高速 cmos (hcmos) 集成电路集成电路三、三、cmos 集成电路的主要特点集成电路的主要特点(1) 功耗极低。功耗极低。ls

14、i：几个：几个 w ， msi：100 w (2) 电源电压范围宽。电源电压范围宽。cc4000 系列：系列：vdd = 3 18 v(3) 抗干扰能力强。抗干扰能力强。输入端噪声容限输入端噪声容限 = 0.3vdd 0.45vdd(4) 逻辑摆幅大。逻辑摆幅大。(5) 输入阻抗极高。输入阻抗极高。(6) 扇出能力强。扇出能力强。扇出系数：带同类门电路的个数，其大小扇出系数：带同类门电路的个数，其大小 反映了门电路的带负载能力。反映了门电路的带负载能力。 (7) 集成度很高，温度稳定性好。集成度很高，温度稳定性好。(8) 抗辐射能力强。抗辐射能力强。(9) 成本低。成本低。ddohol , v0vuu cc4000系列：系列： 50个个 10 8四、四、cmos 电路使用中应注意的几个问题电路使用中应注意的几个问题1. 注意输入端的静电防护。注意输入端的静电防护。2. 注意输入电路的过流保护。注意输入电路的过流保护。3. 注意电源电压极性。注意电源电压极性。5. 多余的输入端不应悬空。多余的输入端不应悬空。6. 输入端外接电