数字电子技术第三章第二节CMOS门电路精讲.ppt

第二节 CMOS门电路 二、CMOS反相器的电路结构和工作原理 3. 电流传输特性 三、CMOS反相器的静态输入、输出特性 四、 CMOS反相器的动态特性 2.交流噪声容限 3. 动态功耗 五、其他类型的CMOS门电路 2.带缓冲级的CMOS门电路 3. 漏极开路的门电路（OD门） 4. CMOS传输门和双向模拟开关 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。 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。 5. 三态输出的 CMOS门电路 6.改进的 CMOS门电路 六、CMOS电路的正确使用 第二节 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 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 S G D B P型衬底 B N+ N+ S G D + - + - iD 当vGS 0 时，D-S间不导通， iD 0 。 当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。 下页 返回 上页 2. MOS管的输入特性和输出特性 + - + - vGS vDS iD 共源接法 vGS UT iD/mA vDS/V O 输出特性曲线 共源接法下的输出特性曲线又称为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。 vGS/V iD/mA O 转移特性曲线 下页 返回 上页 可变 电阻区 恒流区 vGS UT iD/mA vDS/V O 输出特性曲线 截止区 截止区 漏极和源极之间没有导电沟道，iD≈0。 漏极特性曲线分为三个工作区。 可变电阻区 当vGS一定时，iD与vDS之比近似等于一个常数，具有类似于线性电阻的性质。 恒流区 iD的大小基本上由vGS决定，vDS的变化对iD的影响很小。 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。 + - + - vI vO iD VDD RD 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。 返回 CI G D S 截止状态 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，约在1k?以内。 下页 上页 CI G D S RON 导通状态 返回 CMOS反相器的电路图 当vI VIL 0时， 输出为高电平VOH ≈ VDD 。 当vI VIH VDD 时， 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 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 VDD VDD O vI vO VGH th N VGH th P A B C D CMOS反相器的电压传输特性 下页 返回 上页 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。 C B A D O 0 I vO VDD 10V 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 下页 返回 上页 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。 CC400系列的输入保护电路 C1 RS C2 输入保护电路 C1 RS C2 74HC系列的输入保护电路 输入保护电路 下页 返回 上页 74HC系列的输入特性 iI -0.7V O VDD+0.7V vI 输入特性曲线 CC400系列的输入特性 iI -0.7V O VDD+0.7V vI 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。 VDD 5V 10V 15V IOL VOL O CMOS反相器的低电平输出特性 下页 返回 上页 高电平输出特