CMOS集成逻辑门电路.ppt

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1、2023/7/5,1,3.4.1 CMOS反相器,其它功能的CMOS门电路,3.4 CMOS 集成逻辑门电路,3.5.1 TTL电路和CMOS电路的接口,3.5 集成逻辑门电路的应用,返回,结束放映,3.4.3 CMOS集成门的使用注意事项,3.5.2 集成逻辑门的应用,2023/7/5,2,复习,为什么要用OC门？OC门的工作条件？OC门有何应用？三态门有哪三态？三态门有何应用？,2023/7/5,3,MOS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。,3.4 CMOS

2、集成逻辑门电路,2023/7/5,4,MOS管有NMOS管和PMOS管两种。MOS管有增强型和耗尽型两种。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)。在数字电路中，多采用增强型。,返回,3.4.1 CMOS反相器,2023/7/5,5,图3-19 NMOS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,（1）NMOS管的开关特性,1MOS管的开关特性,2023/7/5,6,图3-20 PMOS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,2023/7/5,7,图3-21 CMOS反相器,

3、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,2023/7/5,8,（2）工作原理,UIL=0V,截止,导通,UOHVDD,1、当uI=UIL=0V时，VTN截止，VTP导通，uO=UOHVDD,2023/7/5,9,UIH=VDD,截止,UOL 0V,2、当uI=UIH=VDD，VTN导通，VTP截止，uO=UOL0V,导通,2023/7/5,10,（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

4、的静态功耗极小。这是CMOS电路最突出的优点之一。,2023/7/5,11,图3-22 CMOS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iD为0,BC段：转折区阈值电压UTHVDD/2转折区中点：电流最大,CMOS反相器在使用时应尽量避免长期工作在BC段。,CD段：导通区,2023/7/5,12,4.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

5、以带50个同类门以上。（6）逻辑摆幅大。（低电平0V，高电平VDD）,2023/7/5,13,图3-23 CMOS与非门,1、CMOS与非门,负载管并联（并联开关）,驱动管串联（串联开关）,3.4.2 其它功能的CMOS门电路,（1）A、B全为高电平，则驱动管导通、负载管截止，输出为低电平。,截止,2023/7/5,14,该电路具有与非逻辑功能，即,（2）A、B中有低电平，则驱动管导通、负载管截止，输出为低电平。,导通,2023/7/5,15,负载管串联（串联开关）,2、CMOS或非门,驱动管并联（并联开关）,图3-24 CMOS或非门,（1）A、B有高电平，则驱动管导通、负载管截止，输出为低

6、电平。,导通,返回,2023/7/5,16,该电路具有或非逻辑功能,即,（2）当输入全为低电平，两个驱动管均截止，两个负载管均导通，输出为高电平。,0,2023/7/5,17,3 CMOS传输门,图2-25 CMOS传输门（a）电路（b）逻辑符号,2023/7/5,18,（2）工作原理（了解）,2023/7/5,19,（3）应用举例,图3-26 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。,2023/7/5,20,图3-27 CMOS三态门(a)电路(b)逻辑符号,CMOS三态门,

7、2023/7/5,21,1输入电路的静电保护 CMOS电路的输入端设置了保护电路，给使用者带来很大方便。但是，这种保护还是有限的。由于CMOS电路的输入阻抗高，极易产生感应较高的静电电压，从而击穿MOS管栅极极薄的绝缘层，造成器件的永久损坏。为避免静电损坏，应注意以下几点：,返回,3.4.3 CMOS集成门的使用注意事项,2023/7/5,22,（1）所有与CMOS电路直接接触的工具、仪表等必须可靠接地。（2）存储和运输CMOS电路，最好采用金属屏蔽层做包装材料。,2多余的输入端不能悬空。输入端悬空极易产生感应较高的静电电压，造成器件的永久损坏。对多余的输入端，可以按功能要求接电源或接地，或者

8、与其它输入端并联使用。,2023/7/5,23,TTL和CMOS电路的电压和电流参数各不相同，需要采用接口电路。一般要考虑两个问题：一是要求电平匹配，即驱动门要为负载门提供符合标准的输出高电平和低电平；二是要求电流匹配，即驱动门要为负载门提供足够大的驱动电流。,返回,3.5.1 TTL电路和CMOS电路的接口,2023/7/5,24,1.TTL门驱动CMOS门,（1）电平不匹配TTL门作为驱动门，它的UOH2.4V,UOL0.5V；CMOS门作为负载门，它的UIH3.5V，UIL1V。可见，TTL门的UOH不符合要求。（2）电流匹配CMOS电路输入电流几乎为零，所以不存在问题。,2023/7/

9、5,25,（3）解决电平匹配问题,图3-28 TTL门驱动CMOS门,外接上拉电阻RP在TTL门电路的输出端外接一个上拉电阻RP，使TTL门电路的UOH5V。（当电源电压相同时）,2023/7/5,26,选用电平转换电路(如CC40109)若电源电压不一致时可选用电平转换电路。CMOS电路的电源电压可选318V；而TTL电路的电源电压只能为5V。,采用TTL的OC门实现电平转换。若电源电压不一致时也可选用OC门实现电平转换。,2023/7/5,27,2.CMOS门驱动TTL门,（1）电平匹配 CMOS门电路作为驱动门，UOH5V，UOL0V；TTL门电路作为负载门，UIH2.0V，UIL0.8

10、V。电平匹配是符合要求的。,（2）电流不匹配 CMOS门电路4000系列最大允许灌电流为0.4mA，TTL门电路的IIS1.4 mA，CMOS4000系列驱动电流不足。,2023/7/5,28,（3）解决电流匹配问题,CMOS电路常用的是4000系列和54HC/74HC系列产品，后几位的序号不同，逻辑功能也不同。,选用CMOS缓冲器 比如，CC4009的驱动电流可达4 mA。选用高速CMOS系列产品选用CMOS的54HC/74HC系列产品可以直接驱动TTL电路。,2023/7/5,29,表3-7 各种系列门电路的主要参数,2023/7/5,30,表3-8 常用集成门电路(TTL系列）,2023

11、/7/5,31,表3-8 常用集成门电路(CMOS系列）,2023/7/5,32,二、TTL门电路的使用知识,1多余或暂时不用的输入端不能悬空，可按以下方法处理：,（1）与其它输入端并联使用。（2）将不用的输入端按照电路功能要求接电源或接地。比如将与门、与非门的多余输入端接电源，将或门、或非门的多余输入端接地。,返回,3.5.2 集成逻辑门的应用,2023/7/5,33,(1)在每一块插板的电源线上，并接几十F的低频去耦电容和0.010.047F的高频去耦电容，以防止TTL电路的动态尖峰电流产生的干扰。(2)整机装置应有良好的接地系统。,2 电路的安装应尽量避免干扰信号的侵入，保证电路稳定工作

12、。,2023/7/5,34,本章小结,门电路是构成各种复杂数字电路的基本逻辑单元，掌握各种门电路的逻辑功能和电气特性，对于正确使用数字集成电路是十分必要的。本章介绍了目前应用最广泛的TTL和CMOS两类集成逻辑门电路。在学习这些集成电路时，应把重点放在它们的外部特性上。外部特性包含两个内容，一个是输出与输入间的逻辑关系，即所谓逻辑功能；另一个是外部的电气特性，包括电压传输特性、输入特性、输出特性等。本章也讲一些集成电路内部结构和工作原理，但目的是帮助读者加深对器件外特性的理解，以便更好地利用这些器件。,2023/7/5,35,作业题,1、3-42、3-7,返回,2023/7/5,36,返回首页,再 见！,