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CMOS 集成逻辑门电路

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hoyt-chan
19 diapositives · 586 Views · Nov 03, 2014

CMOS 集成逻辑门电路. ★ CMOS 反相器的电压传输特性. ★ CMOS 反相器的输入输出特性. ★ TTL 与 CMOS 集成电路性能比较. 7.1 MOS 集成逻辑门. MOS 集成逻辑门是由 MOS 场效应晶体管 组成的 数字集成电路. ：制作工艺简单，. MOS 集成逻辑门. 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. 能与大多数的 TTL 逻辑电路兼容。. 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。.

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  1. CMOS集成逻辑门电路 ★CMOS反相器的电压传输特性 ★CMOS反相器的输入输出特性 ★TTL与CMOS集成电路性能比较

  2. 7.1 MOS集成逻辑门 MOS集成逻辑门是由MOS场效应晶体管组成的数字集成电路 ：制作工艺简单， MOS集成逻辑门 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 能与大多数的TTL逻辑电路兼容。 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。

  3. 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。

  4. MOS集成逻辑门分 N沟道增强（称NMOS） P沟道增强（称PMOS） 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，现以很少用； 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。

  5. 7.2 CMOS反相器的工作原理 1.电路结构 负载管 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 驱动管 这种由T1，T2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。

  6. 2.电路工作原理 T2截止 导通 截止 uI=0V时，uGSN=0V, uGSP= -10V T1导通 -10 0 输出vO为高电平； 0 1 10 0 uI= 10V时，uGSN=10V, 此时T2导通 10 0 uGSP= 0V , T1截止, 截止 导通 输出vO为低电平。 输入和输出之间为反相关系，实现非门逻辑功能

  7. 7.3 CMOS传输门和双向模拟开关 1.电路结构 CMOS传输门 双向模拟开关

  8. 2.工作原理： PMOS管 PMOS管 设T1管和T2管的开启电压UGS(th)N=UGS(th)P=UGS(th) , VDD≥2 UGS(th), 控制信号C的高电平为VDD，低电平为0V。

  9. （1）当 传输门不传输信号。因为T1管 和T2管均处于截止状态相当于电路是断开的。 （2）当 T1管和T2管均导通，即传输门 导通，uo=uI uI可以是0V到VDD的任意电压。 结论： 当输入信号电压在0－VDD范围内变化时， T1管 和T2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。

  10. 7.4 其它类型的CMOS门电路 1.电路结构 2输入端CMOS 与非门电路 由两个串联的N沟道和两个并联P沟道增强型MOS管构成 T3和T4两个栅极相连构成互补电路 T1和T2两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。

  11. 2.逻辑功能 当A，B同时为高电平1时， T4 ，T2 均导通， T3 ， T1 均截止，输出端Y为低电平0，即“全1出0” 串联T4 ，T2 当A，B端有一个或两个为低电平时， 有一个或两个截止，并联的T3 ，T1 有一个或两个 导通输出端Y为高电平1，即“有0出1”

  12. 7.5 CMOS或非门 1.电路组成： 负载管 2输入端CMOS 或非门电路 驱动管 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。

  13. 2.逻辑功能： 当A，B同时为高电平1时， 接高电平的驱动管T3或T4 导通，输出端Y为低电平0，即“有1出0”。 当A、B端都为低电平0时，驱动管T3和T4两个都截止， 输出Y为高电平1，即“全0出1” 负载管T1、T2同时导通。 输入输出之间的逻辑关系为

  14. 7.6 CMOS模拟开关 1.电路组成：

  15. 2.工作原理 当C=VDD时， 反相器输出 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。 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－VDD 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。

  16. 7.7 TTL与CMOS集成电路性能比较 相同点： 具有相同逻辑功能的TTL集成电路和CMOS集成电路 不同点： （1）CMOS集成电路的输入阻抗很高，可达108Ω以上 频率不高情况下，电路的带负载能力比TTL集成 电路强 （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 所以CMOS集成电路的工作速度比TTL集成电路慢。

  17. （3）CMOS集成电路的电源电压范围为3-18V，这使它的输（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。 （5）由于CMOS集成电路内部电路功耗小，发热量小， 所以CMOS集成电路集成度比TTL集成电路集成度高。

  18. （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。 （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。 TTL集成电路一般不需要考虑静电感应和屏蔽的问题， 不用的多于输入端可以悬空。

  19. 作业：1、3