数字电子技术高职层次

书名：数字电子技术ISBN：978-7-111-35067-5作者：初玲出版社：机械工业出版社本书配有电子课件CMOS集成逻辑门电路

CMOS集成逻辑门★CMOS门电路的使用要求及注意事项★TTL与CMOS集成电路性能比较

CMOS与TTL的接口MOS集成逻辑门

8.1.1MOS集成逻辑门能与大多数的TTL逻辑电路兼容。MOS集成逻辑门是由MOS场效应晶体管组成的数字集成电路MOS集成逻辑门在LSI（大规模集成电路）及VLSI(超大规模集成电路)的制作上已经超过TTL，并占据优势。制作工艺简单，成本低，输入阻抗极高，功耗低，集成度高工作电源允许变化范围大，抗干扰性能较好场效应晶体管是电压控制型器件与双极性晶体管相比较具有许多优点。MOS集成逻辑门MOS集成逻辑门分为：P沟道增强（称PMOS）N沟道增强（称NMOS）和互补MOS（称CMOS）三种。PMOS由于开关速度低，电源电压高而且是负电源，不便与TTL集成逻辑门衔接，现已经很少使用；NMOS克服了PMOS的许多问题，但速度低的问题始终限制了其发展；CMOS充分表现了MOS技术的突出优点，成为LSI及VLSI集成电路的主流产品。MOS集成逻辑门8.1.2CMOS反相器的工作原理1.电路结构这种由VF1，VF2共同组成的互补对称型的场效应管集成电路称为CMOS反相器。P沟道结构的增强型场效应管N沟道结构的增强型场效应管负载管驱动管CMOS反相器输入和输出之间为反相关系，实现非门逻辑功能2.电路工作原理：uI=0V时，uGS2=0V,uGS1=0V,uGS1=-10V输出uO为高电平；uI=10V时，uGS2=10V,输出uO为低电平。00截止导通-1011010导通截止00

VF2截止VF1导通此时VF2导通VF1截止,CMOS反相器8.1.3CMOS传输门CMOS传输门和双向模拟开关1.电路结构及逻辑符号CMOS传输门逻辑符号设VF1管和VF2管的开启电压为UGS(th),UDD≥2UGS(th),

控制信号C的高电平为UDD，低电平为0V。2.工作原理：PMOS管NMOS管CMOS传输门和双向模拟开关传输门不传输信号。因为VF1管和VF2管均处于截止状态,相当于电路是断开的。（1）当（2）当VF1管和VF2管均导通，即传输门导通，uo=uIuI可以是0V到UDD的任意电压。结论：当输入信号电压在0－UDD范围内变化时，VF1管和VF2管至少有一个处于导通状态，输入和输出之间呈低阻态，相当于开关闭合信号得以传输，且uo=uI。CMOS传输门和双向模拟开关8.1.4其它类型的CMOS门电路由两个串联的N沟道和两个并联P沟道增强型MOS管构成VF1和VF2两个栅极相连构成又一互补电路，两个互补电路的输入端为与非门的2个输入端。VF3和VF4两个栅极相连构成互补电路2输入端CMOS与非门电路其他类型的CMOS门电路1.与非门电路结构输出端Y为低电平0，即“全1出0”输出端Y为高电平1，即“有0出1”2.逻辑功能当A，B同时为高电平1时，VF4

，VF2

均导通，VF3

，VF1

均截止当A，B端有一个或两个为低电平时，串联VF4

，VF2

有一个或两个截止并联的VF3

，VF1

有一个或两个导通其他类型的CMOS门电路由两个串联的P沟道增强型和两个并联N沟道增强型

MOS管构成。1.电路组成：8.2.2CMOS或非门2输入端CMOS或非门电路负载管驱动管CMOS或非门输入输出之间的逻辑关系为

2.逻辑功能：接高电平的驱动管VF3或VF4导通，输出端Y为低电平0，即“有1出0”。输出Y为高电平1，即“全0出1”。当A，B同时为高电平1时，当A、B端都为低电平0时，驱动管VF3和VF4两个都截止，负载管VF1、VF2同时导通CMOS或非门8.2.3CMOS模拟开关1.电路组成：CMOS模拟开关当C=UDD时，由此可见，只要适当控制反相器的输入电压，即可决定模拟开关的通断，传输门所能传输的电压值为0－UDD之间任意电压值。又因MOS管源极和漏极的对称性，所以模拟开关是一种双向开关。2.工作原理：控制CMOS传输门导通，使uo=uI。当C=0时，反相器输出控制CMOS传输门截止，使输入和输入断开。反相器输出CMOS模拟开关8.2.4TTL与CMOS集成电路性能比较不同点：频率不高情况下，电路的带负载能力比TTL集成电路强所以CMOS集成电路的工作速度比TTL集成电路慢。具有相同逻辑功能的TTL集成电路和CMOS集成电路相同点：（1）CMOS集成电路的输入阻抗很高，可达108Ω以上（2）

CMOS集成电路的导通电阻比

TTL集成电路的导通电阻大得多TTL与CMOS集成电路性能比较（5）由于CMOS集成电路内部电路功耗小，发热量小，（3）CMOS集成电路的电源电压范围为3-18V，这使它的输出电压摆幅大，因此其干扰能力比TTL集成电路强，这与严格限制电源电压的TTL集成电路要优越的多。（4）由于CMOS集成电路静态时栅机电流几乎为0，因此该电路功耗比TTL电路功耗小。所以CMOS集成电路集成度比TTL集成电路集成度高。TTL与CMOS集成电路性能比较（7）由于CMOS集成电路的输入阻抗很高，使其容易受静电感应而击穿，虽然制作集成电路时在其内部设置了保护电路，但在存放和使用时应注意静电屏蔽，焊接时电烙铁应注意良好的接地,尤其是CMOS集成电路不用的多于输入端不能悬空，应根据需要接地或接电源。（6）CMOS集成电路的稳定性能好，抗辐射能力强，可在特殊情况下工作。TTL集成电路一般不需要考虑静电感应和屏蔽的问题，不用的多余输入端可以悬空。TTL与CMOS集成电路性能比较

CMOS集成电路应用的有关问题

8.2.5、CMOS集成电路的使用要求1、对电源的要求2、对输入端连接的要求3、对输出端连接的要求4、注意事项1、对电源的要求（3点）（1）电源电压范围3～18V，极限值18V，使用时电源电压不能超出规定值。但高速CMOS电源电压不得超过7V。（2）电源极性不能接反，否则将造成芯片永久性损坏。（3）使用电源电压越高，抗干扰能力越强。

CMOS集成电路应用的有关问题

2、对输入端连接的要求（1）输入信号必须在USS～UDD之间。（2）每个输入端的电流不能超过1MA,必要时应在输入端串接限流电阻（3）多余的输入端不能悬空，与门及与非门的多余输入端接至UDD或高电平，或门及或非门的多余输入端接至USS或低电平。

CMOS集成电路应用的有关问题

3、对输出端连接的要求（1）端不允许直接接USS或UDD，否则会导致MOS管的损坏。（2）为增加驱动能力同一芯片上的几个电路可以并联使用，不同芯片上的几个电路不可以并联使用。（3）CMOS输出端接较大容性负载时，必须在输出端与电容负载之间串接限流电阻，使瞬态电流限制在10mA以下。

CMOS集成电路应用的有关问题

4、注意事项（1）焊接要求同TTL电路，但应注意操作过程良好接地（2）存放、运输和使用时应注意静电屏蔽。（3）电源接通期间，CMOS集成电路不能插入或拔出。（4）测试电路时，先接通线路板电源，后接通信号源；断点时先断开信号源，后断开线路板电源。（5）组装、调试时，所有应用仪表以及工作台面必须有良好的接地。

CMOS集成电路应用的有关问题

8.3TTL电路与CMOS电路的接口一、TTL电路驱动CMOS电路1、TTL电路驱动CMOS4000系列和CC74HC系列（a）当TTL电路和CMOS电路的电源都是5V时，在TTL电路的输出端与电源之间接入一个上拉电阻RU，可以提高输出高电平UOH大约到UDD。如右图所示。当TTL电路输出高电平时，输出级的负载管和驱动管都截止，所以有：UOH＝UDD－RU（IO+nIIH）（b）当CMOS电路的电源高于5V时，可以用OC门作驱动门。（c）当TTL电路与CMOS电路电源不同时，还可以采用能实现电平转换的专用芯片进行接口。它的接口情况如下图所示。（c）当TTL电路与CMOS电路电源不同时，还可以采用能实现电平转换的专用芯片进行接口。它的接口情况如下图所示。2、TTL电路驱动74HCT系列CMOS电路由于TTL电路的输出能满足CMOS的74HCT系列的所有输入要求，因此，可以将TTL电路的输出端与74HCT电路的输入直接相连接，不需要另用其它元器件。1、CMOS4000系列驱动TTL电路当CMOS4000和它驱动的TTL电路电源都是5V时，通常采用两个方法：一是将同一个芯片上的多个CMOS门电路并联使用，增大CMOS电路总的输出低电平电流，给TTL电路提供合适的输入低电平电流。如图1所示。二是在CMOS电路和TTL电路之间接入CMOS驱动器。如图2所示。图1图22、高速CMOS电