数字部分第3章--康华光-第五版-樊冰.ppt

第3章 逻辑门电路 3.1 MOS逻辑门电路 3.1.3 MOS开关及其等效电路 1、MOS管的开关作用 下图为N沟道增强型MOS管构成的开关电路， 其中 为开启电压 ，斜线为直流负载线。 当 时，MOS管处于截止状态， ，输出电压 。此时器件不损耗功率。 当 时，并且 时，MOS 管工作在饱和区。随着 的增加， 随之下降，MOS管最后工作在可变电阻区。 在可变电阻区， 一定时，d，s之间可近似等效为线性电阻。 越大，输出特性曲线越倾斜，等效电阻越小。此时MOS管可看作是受 控制的可变电阻。 当 足够大，Rd远远大于d、s之间的等效电阻时，电路输出为低电平。 由此可见，MOS管相当于一个由 控制的无触点开关，当输入为低电平时，MOS管截止，相当于开关“断开”，输出为高电平；当输入为高电平时，MOS管工作在可变电阻区，相当于开关“闭合”，输出为低电平。 2、MOS管的开关特性 3.1.4 CMOS反相器 1．逻辑关系： （设VDD＞（VTN+|VTP|），且VTN=|VTP|） （1）当Vi=0V时，TN截止，TP导通。输出VO≈VDD。 （2）当Vi=VDD时，TN导通，TP截止，输出VO≈0V。 2．电压传输特性：（设: VDD=10V， VTN=|VTP|=2V） （1）当Vi＜2V，TN截止，TP导通，输出Vo≈VDD=10V。 （2）当2V＜Vi＜5V，TN工作在饱和区，TP工作在可 变电阻区。 （3）当Vi=5V，两管都工作在饱和区， Vo=（VDD/2）=5V。 （4）当5V＜Vi＜8V， TP工作在饱和区， TN工作在可变电阻区。 （5）当Vi＞8V，TP截止， TN导通，输出Vo=0V。 可见： CMOS门电路的阈值电压 Vth=VDD/2 3、电流传输特性 4．工作速度 3.1.5 其它的CMOS门电路 3 CMOS异或门电路 若VDF=0.7V，则vIVDD+0.7V时，vG=VDD+0.7V vI-0.7V时，vG=-0.7V。使vC1、vC2均不超过VDD+0.7V。 5、输入、输出缓冲电路 为了稳定输出高低电平，可在输入输出端分别加反相器作缓冲级。下图所示为带缓冲级的二输入端与非门电路。 3.1.2 逻辑门电路的一般特性 1、输入、输出的高低电平及噪声容限 噪声容限 (抗干扰能力) 2、传输延迟时间 3、动态功耗－瞬时导通功耗PT 动态功耗－负载电容充放电功率PC 1. CMOS漏极开路门 2. CMOS三态输出门电路 3.1.7 CMOS传输门 工作原理：（设两管的开启电压VTN=|VTP|=2V） （1）当C接+5V， 接0V：若Vi在0V～+5V的范围变化，至少有一管导通，相当于一闭合开关，将输入传到输出，即Vo=Vi。 （2）当C接0V， 接+5V：Vi在0V～+5V的范围变化时，TN和TP都截止，输出呈高阻状态，相当于开关断开。 三、 CMOS逻辑门电路的系列及主要参数 1．CMOS逻辑门电路的系列 （1）基本的CMOS——4000系列。 （2）高速的CMOS——HC系列。 （3）与TTL兼容的高速CMOS——HCT系列。 2．CMOS逻辑门电路主要参数的特点 （1）VOH（min）=0.9VDD； VOL（max）=0.01VDD。 所以CMOS门电路的逻辑摆幅（即高低电平之差）较大。 （2）阈值电压Vth约为VDD/2。 （3）CMOS非门的关门电平VIL（max）为0.45VDD，开门电平VIH（min）为0.55VDD。因此，其高、低电平噪声容限均达0.45VDD。 （4）CMOS电路的功耗很小，一般小于1 mW/门； （5）因CMOS电路有极高的输入阻抗，故其扇出系数很大，可达50。 3.1.9 NMOS逻辑门电路 逻辑关系：（设两管的开启电压为VT1=VT2=4V，且gm1＞＞gm2 ） （1）当输入Vi为高电平8V时，T1 导通，T2也导通。因为 gm1＞＞gm2，所以两管的导通电阻 RDS1＜＜ RDS2，输出电压为：