数字电路2.4CMOS集成门电路ppt课件
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2.4 CMOS门电路,以增强型NMOS管基本开关电路为例,当uIUGS(TH)时,MOS管工作在截止区,,当uI UGS(TH) 时,沟道电阻变得很小,,我们可以将MOS管看作是一个电压控制的电子开关,UGS(TH),输出为低电平,uO=UOL0V,输出即为高电平,uO=UOHUDD,UGSUGS(TH),UGSUGS(TH),1,uI=0V时,T1导通,T2截止,,输出与输入之间为逻辑非的关系,只有当uIUDD时,D1导通;uI 0V时D2导通。对电路进行保护,CMOS反相器的工作原理,uI=UDD时,T1截止,T2导通,,T1为增强型PMOS,,D1、 D2 是保护二极管,T2为增强型NMOS,静态时T1、T2总是有一个导通而另一个截止谓互补状态,所以把这种电路结构形式称为互补MOS(Complementary-Symmetery MOS,简称CMOS)。,由于总有一个MOS管截止,静态电流极小,静态功耗极小,T1,T2,uI,uo,D1,D2,uO UDD,uO0,由于总有一个MOS管导通,为负载提供了低阻通路,使充放电时间很短,开关速度比NMOS管大大提高,2,CMOS反相器的特性曲线,(一)电压传输特性及噪声容限,传输特性特性很陡,阈值电压,,从而获得了更大的输入噪声容限,,UDD/2,UDD,UDD增大时的特性曲线,(二)输入特性,在正常情况下,保护电路不动作,其输入电流不大于1A 。,由于保护电路的二极管电流的容量有限,一般为1mA,所以有可能出现大电流的场合,如:输入端接有低内阻的信号源、长线时(存在分布电感和分布电容),应在输入端串入保护电阻,,串入保护电阻,且随着电源电压(5-15V)提高而增大。,阈值电压,确保流经保护二极管的电流不超过1mA。,3,二、其它功能的CMOS门电路,在CMOS门电路的系列产品中,除了反相器外常用的还有与门、或门、与非门、或非门、与或非门、异或门等,V1、V2为两只串联的NMOS管 V3、V4为两只并联的PMOS管,输入A、B中有低电平时,V1、 V2中有截止, V3、 V4中有导通,输出UO总为高电平。,1.与非门,只有当A、 B均为高电平输入时, V1、 V2同时导通, V3、 V4中同时截止,UO(F)才为低电平,4,V1、V2为两只并联的NMOS管 V3、V4为两只串联的PMOS管,输入A、B中只要有高电平时,V1、 V2中有导通, V3、 V4中有截止,输出UO就为低电平。,2.或非门,只有当A、 B均为低电平输入时, V1、 V2同时截止, V3、 V4中同时导通,UO(F)才为高电平,5,3、CMOS“异或”门,当A = B = 0时,0,0,1,1,0,当A = B = 1时,,1,1,1,1,0,F=0, 输入端A和B相同,输入端A和B相同, 输出 F=0,F = 0,6,输入端A和B不同,当A = 1,B = 0时,1,0,0,0,1,输出F=1,当A = 0,B = 1时,0,1,1,0,1,输出F=1,输入端A和B不同, 输出 F=1,7, 输入端A和B不同,输出F=1, 输入端A和B相同,输出 F=0,由此可知:该电路实现的是“异或”的逻辑功能,8,4. CMOS 与门,9,5. CMOS 或门,10,6、CMOS 与或非门,A,B,C,D,Y,11,三 CMOS 传输门、三态门和漏极开路门,1、 CMOS传输门,(双向模拟开关),电路组成:,工作原理:,TN、TP均导通,,TN、TP均截止,,导通电阻小(几百欧姆),关断电阻大 ( 109 ),(TG 门 Transmission Gate),12,2、CMOS 三态门,电路组成,工作原理,Y 与上、下都断开,TP2、TN2 均截止,Y = Z(高阻态 非 1 非 0),TP2、TN2 均导通,1,0,控制端低电平有效,(1 或 0),逻辑符号,13,3、CMOS 漏极开路门,(OD门 Open Drain),电路组成,B,A,+VDD,RD,外接,符号,(1) 漏极开路,工作时必须外接电源和电阻。,主要特点,(2) 可以实现线与功能:,输出端用导线连接起来实现与运算。,P1,P2,+VDD,Y,RD,(3) 可实现逻辑电平变换:,(4) 带负载能力强。,14,四、CMOS 电路的主要特点,(1) 功耗极低。,LSI:几个 W , MSI:100 W,(2) 电源电压范围宽。,CC4000 系列:VDD = 3 18 V,(3) 抗干扰能力强。,输入端噪声容限 = 0.45VDD,(4) 逻辑摆幅大。,(5) 输入阻抗极高。,(6) 扇出能力强。,(7) 集成度很高,温度稳定性好。,(8) 抗辐射能力强。,(9) 成本低。,对于CMOS电路,一般可以不考虑扇出系数,高频工作时,扇出系数与频率有关,15,五、CMOS 电路使用中应注意的几个问题,1. 注意输入端的静电防护。,2. 注意输入电路的过流保护。,3. 注意电源电压极性。,5. 多余的输入端不应悬空。,6. 输入端外接电阻的大小不会引起输入电平的变化。,与门 、 与非门 :接电源 或 与其他输入端并联,或门 、 或非门 :接地 或 与其他输入端并联,多余输入端 的处理,思考原因?,4. 输出端不能和电源、地短接。,因为输入阻抗极高 ( 108 ),故 输入电流 0 ,电阻上的压降 0。,16,- 配套讲稿:
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