第3章CMOS门电路ppt课件

1、第 3 章 CMOS门电路孙卫强2继电器逻辑电路o20世纪30年代，贝尔实验室第一部二进制加法器(1937)和后来的复数运算器(1940)，采用继电器逻辑Relay Logic输入A输入B输出高高高高低低低低低低高低3简单的回想o 按照运用器件技术的不同，数字逻辑电路可以分为：o 继电器逻辑电路：RL逻辑电路o 双极型晶体管电路：TTL逻辑电路，ECL电路o 单极型MOS电路：NMOS，PMOS和CMOS等o 常用的是TTL和CMOS电路o 本世纪80年代开场，CMOS逐渐取代TTL，成为集成电路的主导技术4内容提要o 半导体和半导体和PN结结o MOS晶体管晶体管o CMOS门电路门电路o

2、双极型逻辑和双极型逻辑和TTL电路电路5半导体资料硅(Si)硅的晶格构造硅的晶格构造平面图6半导体资料硅(Si)VCC电子挪动方向电流方向硅的晶格构造硅的晶格构造平面图7半导体的掺杂o半导体中参与导电的实体载流子(Carrier)o电子o空穴o经过改动载流子的数量，可以改动半导体的导电特性oP型掺杂oP：Positiveo参与三价元素杂质，例如硼或者铟o添加空穴的数量oN型掺杂oN：Negativeo参与五价元素杂质，例如磷、砷或锑o添加自在电子的数量8P型半导体B多余的空穴掺杂以后的半导体照旧是电中性不带电的9N型半导体P多余的电子掺杂以后的半导体照旧是电中性不带电的10P-N结(P-N J

3、unction)耗尽层11P-N结的导电特性VCC当PN结两端加上正向偏置电压时，PN结表现出很小的电阻，处于导通形状12P-N结的导电特性VCC当PN结两端加上反向偏置电压时，PN结表现出很大的电阻，处于截至形状PN结具有单导游电特性。13二极管和三极管N类型半导体P类型半导体二极管三极管双极型晶体管命名的由来两种载流子参与导电。ecbNPNPNPNPN BJT导通表示图14/wiki/Bipolar_junction_15部分小结o 本征半导体o 半导体掺杂(P型掺杂、N型掺杂)o P-N结o 双极型器件(二极管/三极管)16内容提要o 半导体和PN结o M

4、OS晶体管o CMOS门电路o 双极型逻辑和TTL电路17MOS晶体管构造PMOS晶体管n+n+p类型基底p+p+n类型基底NMOS晶体管Source:源极Gate:栅极Drain:漏极18MOS晶体管任务原理以NMOS晶体管为例 Vgs 0源极 (S)栅极(G)漏极(D)VgsVdsp类型基底19MOS晶体管符号栅极源极漏极栅极(gate)源极(source)漏极 (drain)VgsVgsN沟道MOS管P沟道MOS管+-+-Tips：栅极和另外两个极之间没有什么联络。但是栅极和源、漏极之间有电容耦合，在高速电路中会产生功耗。由其他资料构成的场效应管(FET)o Amorphous sili

5、con (无定形硅)o Polycrystalline silicon (多晶硅)o Organic semiconductors (有机半导体)o H. Sirringhaus, Materials and Applications for Solution-Processed Organic Field-Effect Transistors, Proc. IEEE, pp. 1570-1579, 2021o H. Sirringhaus, Device Physics of Solution-Processed Organic Field-Effect Transistors, Adv.

6、Mater. 2019, 17, 21内容提要o 半导体和PN结o MOS晶体管o CMOS门电路o 双极型逻辑和TTL电路22CMOS电路o CMOS: Complementary MOS，互补MOSo 用NMOS和PMOS用互补的方式共用，就构成CMOS。o NMOS晶体管和PMOS晶体管总是成对出现，形状互补。o 常用CMOS门电路o 反相器/与非门/或非门/与或非门/或与非门23CMOS反相器24CMOS反相器的开关模型25CMOS反相器的另一种表示法26CMOS与非门27CMOS与非门的开关模型28更多输入的CMOS与非门它的开关模型？门的数量和输入的关系？29更多。30CMOS与门

7、31CMOS或非门CMOS的或门如何得到？32CMOS非反相器33CMOS与或非门 AOI门用一级的延迟实现二级逻辑与-或，或-与，在设计中比较有用。34CMOS逻辑系列o标识一类CMOS器件一个CMOS逻辑系列- mmFAMnn，其中omm: 74/54，表示民用或军用oFAM：系列助记符，例如HCT，AHC等onn：功能描画代码o74HC30/74HCT30/74AHC30等均表示8输入与非门oHC/HCToHigh Speed CMOSoHigh Speed CMOS, TTL compatibleoVHC/VHCT (80s-90s)oVery High Speed CMOSoVery High Speed CMOS，TTL 35内容提要o 半导体和PN结o MOS晶体管o CMOS门电路o 双极型逻辑和TTL电路36TTL反相器37其它的TTL门电路TTL与非门电路TTL或非门电路TTL与或非门电路TTL异或门电路38TTL逻辑系列o 74S系列o 74LS系列o 74AS系列o 74ALS系列o 74F系列39TTL和CMOS电路的接口o 需求思索的要素o 噪声容限o 扇出o 电容负载高态直流高态直流噪声容限噪声容限低态直流低态直流噪声容限噪声容限40小结o