CMOS逻辑电路.PPT

* 半导体三极管分为： 双极型三极管 场效应三极管 双极型三极管：电流控制元件，载流子有空穴、电子两种。 场效应三极管：电压控制元件，仅用一种载流子参与导电。电子作为载流子称为N沟道器件，空穴作为载流子的称为P沟道器件。每一类又分为增强型和耗尽型两种。 增强型：VGS = 0, 无导电沟道，ID = 0 耗尽型：VGS = 0, 有导电沟道，ID ≠ 0 MOS逻辑门分为三类：NMOS、PMOS、和CMOS 1、电阻负载倒相器（非门） G:栅极 D:漏级 S:源极 VDD:电源 5~10V V t h:开启电压 0.5~2V RD:漏级负载电阻 25KΩ T: N沟道增强型MOS管 VGS V t h T 导通 VGS V t h T 截止 假设V t h＝1.5V 当：A=0时： VGS = 0 V t h T截止。F=1 当：A=5V时： VGS = 5 V V t h T饱和。 集成电路中非常不希望有大电阻，一个大电阻相当20多个管子。因此采用MOS 管做负载管。 F A 电路组成： 导通条件： 工作原理： 0 1 1 0 G D S A F RD +VDD T2:负载管 栅、漏极连在一起得的MOS管代替负载电阻RD。 T1：驱动管，起倒相作用。 T2负载管伏安特性曲线： VGS2 Vth2 i D2=0 VGS2 Vth2 i D2随VGS2增加而非线性增加，T2管起到了非线性电阻的作用。 F A +VDD T2 T1 当输入A=0V时： T1截止，T2导通。T1只有 n A 级漏电流。工作在负载 线A点。 A B 输出电压: F = VDD - Vth2 = 5 – 2 = 3 V 设： Vth2 = 2 V VGS1 Vth1 当输入A=3V时: VGS1 Vth1 T1导通:工作在负载 线B点。 输出电压: 由此可知：rd2 ? rd1 就能很好实现倒相器逻辑功能。 Vth1＝1.5V 负载管特性 F A +VDD T2 T1 ①、抗干扰能力 从NMOS倒相器的电压传输特性图中可以看出： 输入低电平噪声容限接近于T1的开启电压Vth1。 VNL=1.5V 输入高电平噪声容限: VNH=1V 提高电源电压，加大开启电压，就可以提高抗干扰能力。一般MOS管电源电压为：3~18V。 ②、负载能力 负载管导通电阻rD2一般为：几十KΩ,因而在输出高电平时，其输出阻抗比较高。但由于下一级的输入是MOS管的栅极，其输入阻抗为1010Ω，几乎不取负载电流。因此MOS管的负载能力是很强的。 电压传输特性 F A +VDD T2 T1 ③、功耗 当输入低电平时： T1管截止，T2管导通，电源电流几乎为0，因此静态功耗为0。 当输入高电平时： T1,T2 均导通，但T2的导通电阻 rd2=几十KΩ,电源电流一般为：100~200μA,所以静态功耗在1mW以下。 ④、工作速度 MOS 管的延迟时间由负载电容及充、放电的电流大小决定。 当输入由高电平变为低电平时： T1管截止，T2管导通。充电时常数 τ = rd2 CL 当输入由低电平变为高电平时： 放电时常数 τ = rd1 CL 充电电流几百微安 放电电流几毫安 当CL＝100pF时：平均延迟时间 t p d = 550 ns NMOS倒相器的速度比TTL的速度要低一至两个数量级。 ① 与非门 T3:负载管 T1，T2 两个串连驱动管 当A,B中有一个低电平时，相应的驱动管截止，输出F为高电平。 当A,B全为高电平时，T1，T2均导通，输出 F 为低电平。 0 导 导 1 1 1 止 导 0 1 1 导 止 1 0 1 止 止 0 0 F T2 T1 B A 电路组成： 工作原理： F A T2 T1 T3 B T3:负载管 T1、T2 两个并连驱作动管 当A，B中只要有一个高电平时，T1，T2总有一个导通，输出F为低电平。 只有A,B全为低电平，T1,T2均截止，输出 F 才是高电平。 输出和输入的逻辑关系是： 0 导 导 1 1 0 止 导 0 1 0 导 止 1 0 1 止 止 0 0 F T2 T1 B A 同理： 是与或非门 电路组成： 工作原理： F T2 T1 T3 A B -VDD F T5 T1 A T3 C -VDD T2 B T4 D PMOS集成电路采用负电源，一般用负逻辑分析。 PMOS倒相器，与非门，或非门电路结构形式与NMOS完全相同，不同之处PMOS电源电压为－VDD,