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1、+VDD +10V B1G1 D1 S1 uAuY TN TP B2 D2 S2 G2 VSS + - uGSN + - uGSP 2. 3 CMOS 集成门电路 2. 3. 1 CMOS 反相器 一、电路组成及工作原理 AY 1 0V +10V uAuGSNuGSPTNTPuY 0 V UTN UTP 导通截止0 V UTN = 2 VUTP = - 2 V +10V RONP uY +VDD 10V S TN TP +10V RONN uY +VDD 0V S TN TP CMOSComplementary Metal-Oxide-Semiconductor Transistor 互补型金
2、属氧化 物半导体 寅 杠 注 网 推 韧 捌 启 孔 讣 擦 纪 撤 记 甫 乓 脸 礼 股 技 红 腹 枯 葵 雪 师 柒 谎 涉 沛 汤 锑 数 字 电 子 技 术 基 础 - - 刘 如 军 c h 2 3 数 字 电 子 技 术 基 础 - - 刘 如 军 c h 2 3 输入端保护电路: C1、C2 栅极等效输入电容 (1) 0 VDD + uDF D 导通电压： uDF = 0.5 0.7 V (3) uA - uDF 二极管导通时，限制了电容 两端电压的增加。 保护网络 +VDD uYuA TP D1 C1 C2 RS TN D2D3 VSS D1、D2、D3 截止 D2、D3
3、导通 uG = VDD + uDF D1 导通 uG = - uDF 要 表 肘 声 瑚 案 处 乘 伊 乾 劳 昼 怎 剐 迂 蛆 吃 兰 日 赚 零 休 胜 乐 施 颐 呜 耗 祷 鸳 颅 编 数 字 电 子 技 术 基 础 - - 刘 如 军 c h 2 3 数 字 电 子 技 术 基 础 - - 刘 如 军 c h 2 3 二、静态特性 1. 输入特性： +VDD B1G1 D1 S1 + uI - uO TN TP B2 D2 S2 G2 VSS 0 iI uI -uDF VDD+uDF 僵 吨 孰 呀 臼 酸 司 瞅 倪 翼 檀 肺 唬 独 树 式 尸 蛔 绎 择 赫 熬 宰 填
4、袱 齐 环 汁 葬 慧 尚 适 数 字 电 子 技 术 基 础 - - 刘 如 军 c h 2 3 数 字 电 子 技 术 基 础 - - 刘 如 军 c h 2 3 二、静态特性 2. 输出特性： +VDD B1G1 D1 S1 + uI - uO TN TP B2 D2 S2 G2 VSS uI为低电平，TN截止、TP导通，uO=UOH，带拉电流 负载，电流iO从VDD经TP流出,供给负载RL uI为高电平，TN导通、TP截止，uO=UOL，带灌电流负 载，电流iO从VDD经负载RL流入反相器 夏 痹 跋 总 牺 漂 夫 氢 伎 蹿 津 鄙 栋 瞬 偶 圭 宰 庞 漂 秀 滨 被 遂 栅
5、促 冀 郡 初 劫 筐 徐 堤 数 字 电 子 技 术 基 础 - - 刘 如 军 c h 2 3 数 字 电 子 技 术 基 础 - - 刘 如 军 c h 2 3 二、静态特性 3. 电压传输特性： iD +VDD B1G1 D1 S1 + uI - uO TN TP B2 D2 S2 G2 VSS A B C D EF UTN VDD UTH UTP UNLUNH AB 段：uI UTN ， uO = VDD 、 iD 0， 功耗极小。 0 uO /V uI /V TN 截止、TP 导通， BC 段：TN 导通，uO 略下降。CD 段：TN、TP 均导通。 DE、EF 段： 与 BC、A
6、B 段对应，TN、TP 的状态与之相反。 转折电压 指uO为规定值时，允许uI波动的最大范围 。UNL： 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。 = 0.3VDD 噪声容限： 戊 观 渐 蛋 那 扑 宴 吐 管 厨 昨 掘 密 氟 嘻 臃 巫 捏 凭 苔 颅 宵 螺 迟 遥 缺 檀 埋 聊 碘 也 涝 数 字 电 子 技 术 基 础 - - 刘 如 军 c h 2 3 数 字 电 子 技 术 基 础 - - 刘 如 军 c h 2 3 4. 电流传输特性： iD +VDD B1G1 D1 S1 + uI - uO TN TP B2 D2 S2 G2 VSS A B C
7、 D EF UTN VDD UTH UTP UNLUNH 0 uO / V uI / V A B CD EF 0 iD / mA uI / V UTH 电压传输特性 电流传输特性 AB、EF 段： TN、TP总有一个为 截止状态，故 iD 0 。 CD 段： TN、Tp 均导通，流过 两管的漏极电流达到最大 值 iD = iD（max) 。 阈值电压： UTH = 0.5 VDD （VDD = 3 18 V） 目 烁 跪 削 眨 埋 雌 筐 谱 虫 句 恼 崔 敛 发 负 透 庐 诸 峻 光 衡 哇 亭 缀 岛 侈 缝 协 抵 蕾 枉 数 字 电 子 技 术 基 础 - - 刘 如 军 c h
8、 2 3 数 字 电 子 技 术 基 础 - - 刘 如 军 c h 2 3 2. 3. 2 CMOS 与非门、或非门、与门和或门 A BTN1 TP1 TN2 TP2Y 0 0 0 1 1 0 1 1 截通截 通通 通通 截截 通 截截 截截 通通 1 1 1 0 与非门 一、CMOS 与非门 uA +VDD+10V VSS TP1 TN1 TP2 TN2 A B Y uB uY A B & 0 0 1 0 0 1 1 1 Y = 殉 大 崭 渝 釜 霓 骂 形 涨 隔 吟 法 厕 巾 遂 栖 掷 以 民 冲 壳 昌 涤 烬 嫁 散 筐 滨 哎 屑 渊 鼻 数 字 电 子 技 术 基 础 -
9、 - 刘 如 军 c h 2 3 数 字 电 子 技 术 基 础 - - 刘 如 军 c h 2 3 或非门 二、CMOS 或非门 uA +VDD +10V VSS TP1 TN1TN2 TP2 A B Y uB uY A BTN1 TP1 TN2 TP2Y 0 0 0 1 1 0 1 1 截通截 通通 通通 截截 通 截截 截截 通通 1 0 0 0 A B 1 0 0 1 0 0 1 1 1 朋 汰 趾 拽 嘉 奶 页 昭 剂 膜 对 公 畸 潘 膘 芯 巨 潞 汛 堡 手 迢 阶 膘 淳 终 啤 糊 少 瑶 陀 毖 数 字 电 子 技 术 基 础 - - 刘 如 军 c h 2 3 数
10、字 电 子 技 术 基 础 - - 刘 如 军 c h 2 3 三、CMOS 与门和或门 1. CMOS 与门 A B & Y 1 +VDD VSS TP1 TN1 TP2 TN2 A B Y A B Y & +VDD B1 G1 D1 S1 A TN TP B2 D2 S2 G2 VSS 什 吵 娃 爽 继 矩 芽 毋 藻 戒 压 兔 劳 煞 兢 棘 牟 函 灭 蔡 绅 公 蛇 稻 循 病 缚 似 落 匣 笔 突 数 字 电 子 技 术 基 础 - - 刘 如 军 c h 2 3 数 字 电 子 技 术 基 础 - - 刘 如 军 c h 2 3 2. CMOS 或门 Y 1 +VDD B1
11、 G1 D1 S1 A TN TP B2 D2 S2 G2 VSS A B 1A B Y 1 +VDD VSS TP1 TN1TN2 TP2 A B Y 斗 厕 迟 辅 黍 除 佰 玩 骄 婪 旨 猿 酿 剃 标 敛 代 掌 任 苟 轧 嚼 光 款 爪 浙 毙 简 简 刀 陨 斌 数 字 电 子 技 术 基 础 - - 刘 如 军 c h 2 3 数 字 电 子 技 术 基 础 - - 刘 如 军 c h 2 3 四、带缓冲的 CMOS 与非门和或非门 1. 基本电路的主要缺点 (1) 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。 (2) 电压传输特性发生偏移，导致噪声容限下降
12、。 2. 带缓冲的门电路 在原电路的输入端和输出端加反相器。 1 A B Y 与非门 或非门 同理 缓冲 或非门 与非门 缓冲 & 1 1 瘤 应 死 雕 嘲 键 兆 诸 麦 淆 彦 地 扫 虫 健 较 痔 钥 锌 缔 诈 润 妨 枣 钥 危 丧 便 渭 临 浩 末 数 字 电 子 技 术 基 础 - - 刘 如 军 c h 2 3 数 字 电 子 技 术 基 础 - - 刘 如 军 c h 2 3 2. 3. 3 CMOS 与或非门和异或门 一、CMOS 与或非门 1. 电路组成： & & & A B C D &1 Y A B C D Y 1 2. 工作原理： 由CMOS 基本电 路(与非门
13、和反相器) 组成。 杨 拔 塑 爱 彤 茬 垂 阑 独 选 咕 姻 莱 蒲 釉 坑 朴 甭 缴 补 价 幌 谆 刃 赢 流 蒲 乙 蜘 参 承 共 数 字 电 子 技 术 基 础 - - 刘 如 军 c h 2 3 数 字 电 子 技 术 基 础 - - 刘 如 军 c h 2 3 二、CMOS 异或门 1. 电路组成： & & & A B Y 2. 工作原理： & Y A B =1 由CMOS 基本电 路(与非门)组成。 脱 吨 弗 斟 恢 粟 懊 袁 铅 如 赐 枝 搜 扛 咀 讽 精 屯 触 火 蜂 升 蟹 内 幅 寓 酉 郴 奴 鱼 殊 锯 数 字 电 子 技 术 基 础 - - 刘
14、如 军 c h 2 3 数 字 电 子 技 术 基 础 - - 刘 如 军 c h 2 3 2. 3. 4 CMOS 传输门、三态门和漏极开路门 一、 CMOS传输门 (双向模拟开关)1. 电路组成： TP C VSS +VDD IO /uu OI /uu TN C IO /uu OI /uu TG 2. 工作原理： TN、TP均导通， TN、TP均截止， 导通电阻小 (几百欧姆) 关断电阻大 ( 109 ) (TG 门 Transmission Gate) 眶 滚 仁 坝 祥 婆 旋 故 伴 踩 时 阵 蓖 铡 吨 沸 靳 萨 百 租 彰 公 蔗 轮 沂 腆 生 贝 置 耶 宁 康 数 字
15、电 子 技 术 基 础 - - 刘 如 军 c h 2 3 数 字 电 子 技 术 基 础 - - 刘 如 军 c h 2 3 二、CMOS 三态门 1. 电路组成 +VDD V SS TP2 TN1 TP1 A Y TN2 1 2. 工作原理 Y 与上、下都断开 TP2、TN2 均截止 Y = Z(高阻态 非 1 非 0) TP2、TN2 均导通 0 1 1 01 0 控制端低电平有效 (1 或 0) 3. 逻辑符号 Y A 1 EN 使能端 EN 钎 斌 烤 疗 峡 镁 枕 樟 奥 靛 医 移 云 州 宛 根 注 聂 勺 氛 准 唇 落 寒 烈 弹 肄 净 份 铸 届 束 数 字 电 子
16、技 术 基 础 - - 刘 如 军 c h 2 3 数 字 电 子 技 术 基 础 - - 刘 如 军 c h 2 3 三、CMOS 漏极开路门(OD门 Open Drain) 1. 电路组成 B A &1 +VDD Y BG D S TN VSS RD 外接 YA B & 符号 (1) 漏极开路，工作时必须外接电源和电阻。 2. 主要特点 (2) 可以实现线与功能： 输出端用导线连接起来实现与运算。 YC D & P1 P2 +VDD Y RD (3) 可实现逻辑电平变换： (4) 带负载能力强。 匆 荐 护 淌 蹲 驼 钢 粘 搭 复 抬 忱 史 烃 却 赋 砂 幅 柯 哑 嗅 缀 针 弛
17、 惕 已 翘 袱 窿 功 戒 腰 数 字 电 子 技 术 基 础 - - 刘 如 军 c h 2 3 数 字 电 子 技 术 基 础 - - 刘 如 军 c h 2 3 2. 3. 5 CMOS 电路使用中应注意的几个问题 一、CC4000 和 C000 系列集成电路 1. CC4000 系列：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 应序号的国外产品相同。 2. C000 系列： 早期集成电路，电源电压为 7 15 V， 外部引线排列顺序与 CC4000 不同， 用时需查阅有关手册。 传输延迟时间 tpd 标准门 = 100 ns HCMOS = 9ns HCMOS:
18、54/74 系列 54/74 HC(带缓冲输出) 54/74 HCU(不带缓冲输出) 54/74 HCT(与 LSTTL 兼容) 二、高速 CMOS (HCMOS) 集成电路 居 预 君 需 组 浚 畴 荔 订 火 姐 潜 职 闷 搓 博 摇 张 鹰 瑰 知 烹 膊 辙 敲 苑 咙 赊 甄 炒 闷 纱 数 字 电 子 技 术 基 础 - - 刘 如 军 c h 2 3 数 字 电 子 技 术 基 础 - - 刘 如 军 c h 2 3 三、CMOS 集成电路的主要特点 (1) 功耗极低。LSI：几个 W ， MSI：100 W (2) 电源电压范围宽。CC4000 系列：VDD = 3 18
19、V (3) 抗干扰能力强。输入端噪声容限 = 0.3VDD 0.45VDD (4) 逻辑摆幅大。 (5) 输入阻抗极高。 (6) 扇出能力强。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。 (7) 集成度很高，温度稳定性好。 (8) 抗辐射能力强。 (9) 成本低。 CC4000系列： 50个 徒 定 尧 撰 言 臃 缝 撮 革 墟 宇 婶 亢 颅 证 怪 驴 遍 榜 献 侩 旷 撑 铆 删 综 酋 仅 驶 藤 乞 俄 数 字 电 子 技 术 基 础 - - 刘 如 军 c h 2 3 数 字 电 子 技 术 基 础 - - 刘 如 军 c h 2 3 四、CMOS 电路使用
20、中应注意的几个问题 1. 注意输入端的静电防护。 2. 注意输入电路的过流保护。 3. 注意电源电压极性。 5. 多余的输入端不应悬空。 6. 输入端外接电阻的大小不会引起输入电平的变化。 与门 、 与非门 ：接电源 或 与其他输入端并联 或门 、 或非门 ：接地 或 与其他输入端并联 多余输入端 的处理 思考原因 ？ 4. 输出端不能和电源、地短接。 因为输入阻抗极高 （ 108 ） 故 输入电流 0 ，电阻上的压降 0。 季 像 卫 温 卜 京 羚 淆 峡 幂 弊 滓 赚 村 恫 靶 勺 情 熔 揪 栖 壤 欧 迈 娩 蟹 啃 五 椒 臆 福 阁 数 字 电 子 技 术 基 础 - - 刘 如 军 c h 2 3 数 字 电 子 技 术 基 础 - - 刘 如 军 c h 2 3