数字逻辑设计八
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1、第8讲22.5.301第8讲22.5.302MOS门电路：以MOS管作为开关元件构成的门电路。 MOS门电路，尤其是CMOS门电路具有制造工艺简单、集成度高、抗干扰能力强、功耗低、价格便宜等优点，得到了十分迅速的发展。第8讲22.5.3033.5.1 CMOS反相器反相器1MOS管的开关特性 MOS管有NMOS管和PMOS管两种。 当NMOS管和PMOS管成对出现在电路中，且二者在工作中互补，称为CMOS管(意为互补)。MOS管有增强型和耗尽型两种。 在数字电路中，多采用增强型。第8讲22.5.304NMOS管的电路符号及转移特性 (a) 电路符号 （b）转移特性D接正电源截止导通导通电阻相当
2、小 （1）NMOS管的开关特性 栅极栅极漏极漏极源极源极第8讲22.5.305PMOS管的电路符号及转移特性 (a) 电路符号 （b）转移特性D接负电源 （2）PMOS管的开关特性 导通导通电阻相当小截止栅极栅极漏极漏极源极源极第8讲22.5.306CMOS反相器 PMOS管负载管NMOS管驱动管 开启电压|UTP|=UTN，且小于VDD。 2CMOS反相器的工作原理 （1）基本电路结构互补对称式金互补对称式金属属-氧化物氧化物-半半导体电路导体电路第8讲22.5.307 （2）工作原理CMOS反相器 UIL=0V截止导通UOHVDD当uI= UIL=0V时，VTN截止，VTP导通， uO =
3、 UOHVDD 第8讲22.5.308CMOS反相器 UIH= VDD截止UOL 0V当uI =UIH = VDD ，VTN导通，VTP截止， uO =UOL0V导通第8讲22.5.309 （3）逻辑功能实现反相器功能（非逻辑）。 （4）工作特点VTP和VTN总是一管导通而另一管截止，流过VTP和VTN的静态电流极小（纳安数量级），因而CMOS反相器的静态功耗极小。这是CMOS电路最突出的优点之一。第8讲22.5.3010CMOS反相器的电压传输特性和电流传输特性 3 电压传输特性和电流传输特性AB段：截止区i iD D为0BC段：转折区阈值电压UTHVDD/2转折区中点：电流最大CMOS反相
4、器在使用时应尽量避免长期工作在BC段。CD段：导通区第8讲22.5.30114. CMOS电路的优点 （1）微功耗。 CMOS电路静态电流很小，约为纳安数量级。 （2）抗干扰能力很强。 输入噪声容限可达到VDD/2。 （3）电源电压范围宽。 多数CMOS电路可在318V的电源电压范围 内正常工作。 （4）输入阻抗高。 （5）负载能力强。 CMOS电路可以带50个同类门以上。 （6）逻辑摆幅大。（低电平0V，高电平VDD ）第8讲22.5.3012 负载管并联（并联开关） 驱动管串联（串联开关）3.5.2CMOS与非门与非门第8讲22.5.3013（1）当输入A0、B0时，VTN1和VTN2都截
5、止，VTP1和VTP2同时导通，输出Y1。（2）当输入A0、B1时，VTN1截止，VTP1导通，输出Y1。（3）当输入A1、B0时，VTN2截止，VTP2导通，输出Y1。（4）当输入A1、B1时，VTN1和VTN2同时导通，而VTP1和VTP2均截止，输出Y0。由上分析可知，电路实现了与非逻辑功能，其逻辑表达式为BAY第8讲22.5.3014 负载管串联（串联开关）3.5.3 CMOS或非门 驱动管并联（并联开关）CMOS或非门 A、B有高电平，则驱动管导通、负载管截止，输出为低电平。 10截止导通第8讲22.5.3015 该电路具有或非逻辑功能,即Y=A+B 当输入全为低电平，两个驱动管均截
6、止，两个负载管均导通，输出为高电平。00截止导通1第8讲22.5.3016C C和 是一对互补的控制信号。由于VTVTP P和VTVTN N在结构上对称，所以图中的输入和输出端可以互换，又称双向开关。3.5.4 CMOS传输门 CMOS传输门（a）电路 （b）逻辑符号C第8讲22.5.3017若 C =1（接VDD )、C =0（接地），当0uI(VDD|UT|)时，VTN导通；当|UT|uIVDD 时，VTP导通； uI在0VDD之间变化时，VTP和VTN至少有一管导通，使传输门TG导通。 若 C = 0（接地)、C = 1（接VDD ），uI在0VDD 之间变化时，VTP和VTN均截止，即
7、传输门TG截止。第8讲22.5.3018 （3） 应用举例 CMOS模拟开关 CMOS模拟开关：实现单刀双掷开关的功能。 C = 0时，TG1导通、TG2截止，uO = uI1； C = 1时，TG1截止、TG2导通，uO = uI2。第8讲22.5.30191.使用时的工作条件对于各种集成电路，在技术手册中都会给出各主要参数的工作条件和极限值，使用时一定要在推荐的工作条件范围内。 2.电源电压（1）CMOS电路的电源电压极性不可接反，否则。可能会造成电路永久性失效。（2）CC4000系列的电源电压可在315 V的范围内选择，最大不允许超过极限值18 V。电源电压选择得越高，抗干扰能力也越强。
8、第8讲22.5.3020（3）高速CMOS电路，HC系列的电源电压可在26 V的范围内选用，HCT系列的电源电压在4.55.5V的范围内选用，最大不允许超过极限值7 V。（4）在进行CMOS电路实验，或对CMOS数字系统进行调试、测量时，应先接入直流电源，后接信号源；使用结束时，应先关信号源，后关直流电源。3.闲置输入端的处理（1）闲置输入端不允许悬空。（2）对于与门和与非门，闲置输入端应接正电源或高电平；对于或门和或非门，闲置输入端应接地或低电平。第8讲22.5.3021（3）闲置输入端不宜与使用输入端并联使用因为这样会增大输入电容，从而使电路的工作速度下降。但在工作速度很低的情况下，允许输
9、入端并联使用。4.输出端的连接 （1）输出端不允许直接与电源或与地相连。因为电路的输出级通常为CMOS反相器结构，这会使输出级的NMOS管或PMOS管可能因电流过大而损坏。第8讲22.5.3022（2）为提高电路的驱动能力，可将同一芯片上相同门电路的输入端、输出端并联使用。（3）当CMOS电路输出端接大容量的负载电容时，流过管子的电流很大，有可能使管子损坏。因此，需在输出端和电容之间串接一个限流电阻，以保证流过管子的电流不超过允许值。第8讲22.5.30235.其它注意事项（1）焊接时，电烙铁必须接地良好，必要时，可将电烙铁的电源插头拔下，利用余热焊接。（2）集成电路在存放和运输时，应放在导电
10、容器或金属容器内。（3）组装、调试时，应使所有的仪表、工作台面等具有良好的接地。第8讲22.5.3024在数字系统中，如果同时采用TTL和CMOS电路，便出现TTL与CMOS电路的相互连接问题。两种不同类型的集成门电路，在相互连接时必须满足一定的条件，否则必须通过接口电路进行电平或电流的变换之后，才能连接。1.两类集成门电路互相连接的条件门电路在连接时，前者称为驱动门，后者称为负载门，如图所示。驱动门为负载门提供符合要求的高、低电平和足够的输入电流，具体条件是第8讲22.5.3025驱动门负载门UOH（min）UIH（min）UOL（max）UIL（max）IOH（max）NOHIIH（max
