数电-门电路(二).ppt

第三章 门电路（二）,3.3 CMOS门电路,CMOS逻辑门电路是在TTL器件之后，出现的应用比较广泛的数字逻辑器件，在功耗、抗干扰、带负载能力上优于TTl逻辑门，所以超大规模器件几乎都采用CMOS门电路，如存储器ROM、可编程逻辑器件PLD等,3.3.1 MOS管(绝缘栅）的开关特性,一、MOS管的工作原理和符号 增强型NMOS管及其工作原理,3.3.1 MOS管(绝缘栅）的开关特性,二、MOS管的输入特性和输出特性 1、 NMOS管共源极接法电路及其输出特性,3.3.1 MOS管(绝缘栅）的开关特性,2、NMOS管共源极接法电路及其转移特性,(a),(b),3.3.2 CMOS反相器的电路结构和工作原理,一、CMOS反相器的电路结构 1.结构 其中T1为P沟道增强型MOS管，T2为N沟道增强型MOS管.它们构成互补对称电路 2.工作原理 当vI＝VIL＝0为低电平时，T2截止， T1管导通，输出电压为高电平，即,CMOS反相器电路,3.3.2 CMOS反相器的电路结构和工作原理,当vI＝VIH＝VDD为高电平时，T2导通， T1管截止，输出电压为低电平，即 3.电路特点 （1）互补电路结构； （2）静态电流很小，静态功耗很小。

3.3.2 CMOS反相器的电路结构和工作原理,二、电压传输特性和电流传输特性 1. 电压传输特性 反相器电压传输特性是输出电压vo和输入vI之间的关系曲线，如右图所示 并设,3.3.2 CMOS反相器的电路结构 和工作原理,2.电流传输特性 电流传输特性是反相器的漏极电流随输入电压变化曲线，如右图所示3.3.2 CMOS反相器的电路结构和工作原理,三、输入端噪声容限 1.定义：由图3.3.11 CMOS反相器的电压传输特性可知，在输入电压vI偏离正常低电平或高电平时，输出电压vo并不随之马上改变，允许输入电压有一定的变化范围输入端噪声容限是指在保证输出高、低电平基本不变（不超过规定范围）时，允许输入信号高、低电平的波动范围3.3.2 CMOS反相器的电路结构和工作原理,2.输入噪声容限和电源电压VDD有关,当VDD增加时，电压传输特性右移 3.结论：可以通过提高VDD来提高噪声容限,3.3.2 CMOS反相器的电路结构和工作原理,四、CMOS反相器的两种常用电路结构,CMOS反相器的两种常用保护电路,3.3.5 其他类型的CMOS逻辑门,一、其他逻辑功能的CMOS门电路 1.CMOS与非门 A、B至少有一个为“0”时，T2、 T4至少有一个截止， T1、 T3至少有一个导通，故输出为高电平，Y＝1。

A、B同时为“1”时，T2、 T4同时导通， T1、 T3同时截止，故输出为低电平，Y＝03.3.5 其他类型的CMOS逻辑门,2. 或非门： A、B有一个为“1”时，T2、 T4至少有一个导通， T1、 T3至少有一个截止，故输出为低电平，Y＝0 A、B同时为“0”时，T2、 T4同时截止， T1、 T3同时导通故输出为高电平，Y＝1,3.3.5 其他类型的CMOS逻辑门,3.带缓冲级的CMOS门电路 上面电路存在的问题（ 以与非门为例）： ①输出电阻RO受输入状态的影响； ②输出的高低电平受输入端数目的影响 输入端数目愈多，输出为低电平时串联的导通电阻越多，低电平VOL越高；输出为高电平时，并联电阻也多，输出高电平VOH也提高 ③ 输入状态不同对电压传输特性有影响，使T2、T4达到开启电压时，输入电压vI不同3.3.5 其他类型的CMOS逻辑门,改进电路均采用带缓冲级的结构，下图为带缓冲级的CMOS与非门电路,带缓冲级的CMOS与非门,3.3.5 其他类型的CMOS逻辑门,三、 CMOS传输门 1.电路结构及逻辑符号 其中T1为NMOS管， T2为PMOS管，C和C为一对互补控制信号。

3.3.5 其他类型的CMOS逻辑门,2.工作原理 若CMOS传输门的一端接输入电压vI，另一端接负载电阻RL，设RL RON， VIH＝ VDD， VIL＝0C的高低电平为VDD和0，则 （1）C＝0， C＝1 只要vI在0～ VDD之间变化， T1和T2同时截止，输入和输出为高阻态，传输门截止，输出vo＝0 （2）C＝1， C＝0 在vI 在0～ VDD时，若 0 vI VDD-VGS(th)N，T1管导通，T2管截止，如图3.3.35所示，输出为vo＝vI；若 |VGS(th)P| vI VDD，T1管截止，T2管导通，输出为vo＝vI,3.3.5 其他类型的CMOS逻辑门,3.3.5 其他类型的CMOS逻辑门,3.特点 a.由于T1和T2管的结构对称，即漏源可以互换，故CMOS传输门输入双向器件，其输出端和输入端也可以互换使用； b. 利用CMOS传输门和CMOS反相器可以组成各种复杂的逻辑电路，如一些组合逻辑电路，象数据选择器、寄存器、计数器等 c. 利用CMOS传输门可以组成双向模拟开关，用来传输连续变化的模拟电压信号，这一点是其它一般逻辑门无法实现的3.3.5 其他类型的CMOS逻辑门,4.CMOS双向模拟开关电路 其工作原理为：当C＝1,开关闭合，vo＝ vI ；当C＝0 ,开关断开，输出高阻态。

3.3.5 其他类型的CMOS逻辑门,设CMOS双向模拟开关接在输出端的电阻为RL，双向模拟开关的导通电阻为RTG 当C＝0时，开关截止，输出电压为 当C＝1时，开关接通，输出电压为,3.3.5 其他类型的CMOS逻辑门,四、三态输出的CMOS门电路 如下图所示，这是三态反相器，也称为输出缓冲器，输出的状态不仅有高电平、低电平，还有第三态－高阻态3.3.5 其他类型的CMOS逻辑门,3.3.6 CMOS电路的正确使用,一、输入电路的静电防护 二、输入电路的过流保护,。