CMOS门电路工作原理介绍.ppt

1、,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vDS 0，但 vGS= 0 时，D-S间不导通， iD= 0 。 当vDS 0， 且vGS vGS(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

2、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 =vGS vGS(th) 时， VOH VDD ， D-S间相当于一个断开的开关。,当vI vGS(th) 并继续升高， VOL 0， 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，

3、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VOH VDD 。,当vI = VIH= VDD 时， T2导通，T1截止，输出为低电平VOL 0。,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 = VOH VDD。,CD段： T2导通， T1截止， VO = VOL 0。,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

4、,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。,

5、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

6、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.

7、 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 CMO

8、S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。