《数字电路的分析与实践》课件-CMOS门电路及常用IC的认知

任务2.2

CMOS门电路及常用IC的认知CMOS管基础知识典型CMOS集成逻辑门CMOS特点及使用注意问题目录MOS管是指金属-氧化物-半导体结构的晶体管，简称MOS管，有P型MOS管和N型MOS管之分。由MOS管构成的集成电路称为MOS集成

电路，而由PMOS管和NMOS管共同构成的互补型MOS集成电路即为CMOS-IC(Complementary

MOS

Integrated

Circuit)。MOS管在模

拟电路和数字电路中都得到了广泛的应用。数字集成电路按导电类

型可分为双极型集成电路(主要为TTL)

和单极型集成电路

(CMOS、NMOS、PMOS

等

)

。MOS管与二极管和三极管一样具有开关特性，在数字电路中同样作为开关元件使用。一、CMOS管基础知识MOS管

简

介一、CMOS管基础知识1、CMOS管简介CMOS管是MOS管的一种，全称为Complementary

MetalOxide

Semiconductor,即互补金属氧化物半导体，大规模

应用于集成电路芯片制造中。将CMOS管组成的数字逻辑电

路集成在一块硅片上，形成各种功能，就是CMOS集成电路

(俗称芯片)。CMOS由PMOS管和NMOS管共同构成，它的特点是低功耗。

由于CMOS中一对MOS组成的门电路在瞬间，要么PMOS导通，要么NMOS导通，要么都截至，比线性的三极管

(BJT)效率

要高得多，因此功耗很低。CMOS电路结构使得该电路单门

静态功耗在纳瓦

(nW)

数量级。一、CMOS管基础知识2、CMOS

门电路性能特点(1)允许的电源电压范围宽，方便电源电路的设计；(2)逻辑摆幅大，使电路抗干扰能力强；(3)静态功耗低；(4)隔离栅结构使CMOS器件的输入电阻极大，从而使CMOS期间驱动同类逻辑门的能力比其他系列强得多。 1.CMOS反相器CMOS

反相器的基本电路结构形式为下图所示的有源负载反相器。其中VT1

是P沟道增强型MOS

管，VT2

是N沟道增强型MOS管

。+VmY=1A=1Y=0二、典型CMOS集成逻辑门+VDA1o+VmDA=0二、典型CMOS集成逻辑门 1.CMOS反相器CD4069

是常用的六反向器的集成芯片，其引线图如下图所示。Vcc

6A

6Y

5A

5Y4A

4Y1413

12

1110

9

81111

161A

1Y2A2Y3A3YVss二、典型CMOS集成逻辑门

2.COMS传输门和模拟开关COMS

传输门TG的电路如图所示，因源极和漏极可以对换，所以输入输出可以对换，是一种双向传输门。它可看做是一个受C和C互补控制的双向压控开关，当VT₁

、VT₂中至少

有一个导通时，相当于开关接通；当VT₁

、VT₂均截止，输入电压不能传到输出端，相当于

开关断开。CC1UiUi

一

TG

—U₀CCVT₂U₀SW

U₀TG

U₀VT₁UiUiCMOS集成逻辑门电路产品系列

1)基本的CMOS4000

系列这是常用的CMOS集成逻辑门系列产品，工作电源电压范围为3～18V,产品的输入端和输出端都加反相器作

为缓冲级。由于具有对称的驱动能力和输出波形，功耗

低、噪声容限大、扇出系数大等优点，是目前应用最广

的CMOS器件。CMOS集成逻辑门电路产品系列

2)高速的CMOS-HC(HCT)

系列一般CMOS电路工作速度较低，标准门的传输延迟时间平均为几十ns,

最高工作频率小于5MHz。在高速CMOS集成电路中，由于在制造工艺等方面做了许多改进，使

其大大提高了工作速度，逻辑门的平均传输延迟时间小

于10ns,最高工作频率可达50MHz。CMOS集成逻辑门电路产品系列

3)先进的CMOS-AC(ACT)

系

列该系列的工作频率得到了进一步的提高，同时保持了CMOS超低功耗的特点。其中ACT系列与TTL器件电压兼

容，电源电压范围为4.5～5.5V。AC系列的电源电压范围

为1.5～5.5V。AC(ACT)系列的逻辑功能、引脚排列顺

序等都与同型号的HC(HCT)

系列完全相同。CMOS类型IC编号VoHVVoLVn传递延迟功率消耗与TTL的兼容性早期CMOSCD40XXCD45XX0.01mW第一个以CMOS设

计而接脚与TTL兼

容的CMOS版本74Cxx3.5V0.1V1.5V7ns0.01mW与TTL引脚相容以高速CMOS做的IC74HCxx4.9V3.5V0.1V1.5V7ns0.01mW与TTL引脚相容高速CMOS74HCTxX4.9V2.0V0.1V0.8V8ns0.01mW与TTL引脚、电性能兼容高速CMOS,设计用

來与74ALS竞争74ACxx4.9V3.5V0.1V1.5V6ns0.01mW与TTL引脚、电性能不兼容高性能CMOS74ACTxX4.9V3.5V0.1V1.5V6ns0.01mW与TTL引脚不兼

容，但电性能相同CMOS集成逻辑门电路产品系列常用CMOS

芯片的类型及区别三、CMOS特点及使用注意问题

1.TTL和CMOS电路比较(1)CMOS

电路的工作速度比TTL电路的低。(2)CMOS

带负载的能力比TTL电路强。(3)CMOS电路的电源电压允许范围较大约在3～18V,抗干扰能力比TTL电路强。(4)CMOS电路的功耗比TTL电路小得多。门电路的功耗只有几个μW,

中规模集成电路的功耗也

不会超过100uW。(5)CMOS

集成电路的集成度比TTL电路高。(6)CMs电路适合于特殊环境下工作。(7)CMOS电路容易受静电感应而击穿，在使用和存放时应注意静电屏蔽，焊接时电烙铁应接地

良好，尤其是CMOS电路多余不用的输入端不能悬空，应根据需要接地或接高电平。三、CMOS特点及使用注意问题

2.注意事项(1)对于各种集成电路，使用时一定要在推荐的工作条件范围内，否则将导致性能下降或损坏

器

件

。(2)数字集成电路中多余的输入端在不改变逻辑关系的前提下可以并联起来使用，也可根据逻

辑关系的要求接地或接高电平。

TTL

电路多余的输入端悬空表示输入为高电平；但CMOS电路，多

余的输入端不允许悬空，否则电路将不能正常工作。(3)TTL

电路和CMOS电路之间一般不能直接连接，而需利用接口电路进行电平转换或电流变换才

可进行连接，使前级器件的输出电平及电流满足后级器件对输入电平及电流的要求，并不得对器

件造成损害。

小

结CMOS