2.6 CMOS逻辑门.ppt

2.5－2.6 MOS逻辑门 2.5.1 MOS管 2. MOS管的结构 N沟道增强型MOSFET 耗尽型NMOS管 耗尽型NMOS工作原理 2. MOS管的开关等效电路 2.5.3 NMOS逻辑门 构成NMOS门 的基本单元 负载管TL（电阻） 输入管TO a)增强型负载 b)耗尽型负载 2 NMOS与非门 T1、T2：串联输入管 TL、T1、T2：增强型NMOS 3 NMOS或非门 T1、T2：并联输入管 2.6.2 CMOS 逻辑门 2.7 集成逻辑门的使用 习题 * 2.5.2 MOS管开关特性 2.5.3 MOS逻辑门 2.6.1 CMOS电路结构 2.6.4 CMOS逻辑门的技术参数（CMOS规范） 2.5.1 MOS管 2.6.2 CMOS逻辑门 增强型 耗尽型 N沟道 P沟道 N沟道 P沟道 MOSFET 绝缘栅型 (IGFET) 在数字电路中主要使用增强型的MOS管 1. MOS器件概述 （以N沟道增强型MOSFET为例） P型衬底 沟道区域 绝缘层 金属铝 2.5.1 MOS管 静态时没有导电通道 3. MOS管工作原理 反型层 （导电沟道） 当G、S间加上正电压，且VGSVT时，栅极与衬底之间形成电场，吸引衬底中的电子到栅极下面的衬底表面，形成一个N型的反型层－－构成D、S之间的导电沟道。 由于VGS ＝0时，无导电沟道，在增强VGS 电压后形成导电沟道，所以称这类MOS管为增强型MOS管。 VGS=0时，则D、S之间相当于两个PN结背向的串联， D、S之间不通，iD＝0。 P型衬底 2.5.1 MOS管 静态时已有导电通道 G极加上负电压，导电通道被关断 N沟道增强型MOS管具有以下特点： 当VGSVT 时，管子导通 当VGSVT 时，管子截止 对应 P沟道增强型MOS管： 当|VGS| |VT|时，管子截止 当|VGS| |VT|时，管子导通 同晶体管类似：管子截止时电阻很大，相当于开关打开；管子导通时电阻很小，相当于开关闭合； 数字电路中，两种增强型MOS管均可作为开关 2.5.2 MOS管的静态与动态特性 1. MOS管作为开关 关断状态 导通状态 s g d CI s g d CI RON RON约在1k以内，与VGS的大小有关 由于SiO2绝缘层的存在，MOS管的Ri近似为无穷大，但栅极与衬底之间存在电容CI，其容量约为几皮法。 2.5.2 MOS管的静态与动态特性 3. MOS管的动态特性：栅极电容与导通电阻的影响 1 NMOS反相器 一直导通 A加上正电压T1导通 B加上正电压T2导通 2.6 CMOS逻辑门 V DD T P T N v O v I V DD P 沟道 v O v I N 沟道 PMOS NMOS 柵极相连做输入端 漏极相连做输出端 2.6.1 CMOS反相器及其工作原理 ①　CMOS反相器的电路组成 V DD T P T N v O v I 当?I = 0 V时 VDD VGSN =0 ＜ VTN TN管截止； |VGSP|=VDD＞VTP 电路中电流近似为零（忽略TN的截止漏电流）,VDD主要降落在TN上，输出为高电平VOH TP管导通。 ≈VDD 2.6.1 CMOS反相器及其工作原理 ② CMOS反相器的工作原理 V DD T P T N v O v I 当?I =VOH= VDD时 VGSN =VDD ＜ VTN TN管导通； |VGSP|= 0 ＞ VTP TP管截止。 此时，VDD主要降在TP管上，输出为高电平VOL : 2.6.1 CMOS反相器及其工作原理 ③　 CMOS反相器的特点（静态） V DD T P + v SGP v O v I + – – T N i D 关断管子的内阻极高 v SGN = V OH =VDD 负载曲线 工作点 v SGP =0 i D O v O 当 ?I=VDD时 v SGP = V DD 工作点 负载曲线 V OH ≈ V DD v O O i D 。 当 ?I=0V时 T1和T2总有一个处于关断状态 CMOS反相器的静态功耗极小（微瓦数量级） 2.6.1 CMOS反相器及其工作原理 C 10 8 6 4 2 0 D v I /V 2 4 6 8 10 V OH ≈ V DD v O /V B A ④ CMO