第四章数字集成电路.PDF

第四章 数字集成电路 第四章 数字集成电路 设计基础 设计基础 4.1 MOS开关及CMOS传输门 4.2 CMOS反向器 4.3 全互补CMOS集成门电路 4.4 改进的COMS逻辑电路 4.5 移位寄存器、锁存器、触发器、I/O单元 4.1 MOS开关及CMOS传输门 4.1 MOS开关及CMOS传输门 4.1.1 单管MOS开关 NMOS单管开关电路如下图所示：图中电容 C为负载电容，Ug为栅电压。 C 4.1.1 单管MOS开关 当Ug=0时，NMOS管截止，输出UO=0; 当Ug=1时,NMOS管导通。 • UIUG-UTH,开关可无损的传输信号，若UI=0则 Uo=0 。 • UIUG-UTH,开关不能无损的传输信号，若UI= Ug=Udd则Uo= Udd-Uth 。 4.1.1 单管MOS开关 PMOS 单管开关如下图所示，其衬底接Udd. 当Ug=1时，PMOS管截止，UO=0 。 当Ug=0时，PMOS管导通，此时： • UI=UDD 时，开关整个接通，UO=UI=1 。 • UI=0时，输出存在阈值损失，即 UO=|Uthp |。 4.1.1 单管MOS开关 结论 结论 ——单开关控制电压Ug使MOS管导通时， NMOS 、PMOS传输信号均存在阈值损 失，只不过NMOS发生在传输高电平 时，而PMOS 发生在传输低电平时。 4.1.2 CMOS传输门 根据NMOS和PMOS单管开关的特性，将其组 合在一起，形成一个互补的CMOS传输门，这 是一个没有阈值损失的理想开关。 CMOS传输门电路及栅极控制电压波形 4.1.2 CMOS传输门 CMOS传输门的直流传输特性 CMOS传输门的直流传输特性如图所示，由于它利用 了CMOS的互补作用，传输低电平靠N管，传输高电平 靠P管，可以使信号做到无损传输。 4.1.2 CMOS传输门 CMOS传输门的设计 为保证导电沟道与衬底的隔离，N管的衬底 必须接地，P管的衬底必须接电源Udd. 沟道电流Id与管子的宽长比（W/L)成正比， 为使传输速度快，要求Id大些，沟道长度L 取决于硅栅多晶硅条的宽度，视工艺而定。 一般L工艺最小宽度（2 λ），那么，要使Id 大，就要将沟道宽度W设计的大些。 4.2 CMOS反相器 4.2 CMOS反相器 CMOS反相器相当于非门, 是数字 集成电路中最基本的单元电路.搞 清楚CMOS反相器的特性, 可为一 些复杂数字电路的设计打下基础. 4.2.1 反相器电路 4.2.1 反相器电路 图4-6给出了一些反相器的电路. (a) 电阻反相器 (b)用增强型 (c)用耗尽型 (d) CMOS NMOS做 NMOS做 反相器 负载的 负载的E/D E/E反相器 反相器 4.2.2 CMOS反向器的功耗 4.2.2 CMOS反向器的功耗 静态功耗PS V1