1、主要要求：主要要求： 掌握掌握CMOS反相器的電路、工作原理和主要外反相器的電路、工作原理和主要外特性特性。 了解了解CMOS數(shù)字集成電路的應(yīng)用要點(diǎn)。數(shù)字集成電路的應(yīng)用要點(diǎn)。 了解了解CMOS與非門、或非門、開路門、三態(tài)門與非門、或非門、開路門、三態(tài)門和傳輸門的電路和邏輯功能。和傳輸門的電路和邏輯功能。 3.3 CMOS集成邏輯門集成邏輯門 是由增強(qiáng)型是由增強(qiáng)型PMOS管和增強(qiáng)型管和增強(qiáng)型NMOS管組成的互管組成的互補(bǔ)對稱補(bǔ)對稱MOS門電路。比之門電路。比之TTL，其突出優(yōu)點(diǎn)為：微功，其突出優(yōu)點(diǎn)為：微功耗、抗干擾能力強(qiáng)。耗、抗干擾能力強(qiáng)。 AuIYuOVDDSGDDGSBVPVNB一、一、CM

2、OS反相器反相器 （一）電路基本結(jié)構(gòu)（一）電路基本結(jié)構(gòu) 構(gòu)成構(gòu)成CMOS集成門集成門電路的基本單元電路的基本單元 要求要求VDDUGS(th)N+UGS(th)P且且UGS(th)N=UGS(th)P 增強(qiáng)型增強(qiáng)型NMOS管管（驅(qū)動(dòng)管）（驅(qū)動(dòng)管）增強(qiáng)型增強(qiáng)型PMOS管管（負(fù)載管）（負(fù)載管）柵極柵極G相連相連作輸入端作輸入端構(gòu)成互補(bǔ)構(gòu)成互補(bǔ)對稱結(jié)構(gòu)對稱結(jié)構(gòu)漏極漏極D相連相連作輸出端作輸出端UGS(th)N增強(qiáng)型增強(qiáng)型NMOS管開啟電壓管開啟電壓uGSN+- -UGS(th)P增強(qiáng)型增強(qiáng)型PMOS管開啟電壓管開啟電壓uGSP+- -UIL=0V，UIH=VDDuGSNUGS(th)N時(shí)，增強(qiáng)型時(shí)，

3、增強(qiáng)型NMOS管導(dǎo)通；管導(dǎo)通；uGSNUGS(th)N時(shí)，增強(qiáng)型時(shí)，增強(qiáng)型NMOS管截止。管截止。OiDuGSUGS(th)N增強(qiáng)型增強(qiáng)型NMOS管管轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性 NMOS管的襯底接電管的襯底接電路最低電位，路最低電位，PMOS管的管的襯底接最高電位，從而保襯底接最高電位，從而保證襯底與漏源間的證襯底與漏源間的PN結(jié)結(jié)始終反偏。始終反偏。uGSPUGS(th)P時(shí)，增強(qiáng)型時(shí)，增強(qiáng)型PMOS管截止。管截止。OiDuGSUGS(th)P增強(qiáng)型增強(qiáng)型PMOS管管轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性（二）工作原理（二）工作原理 AuIYuOVDDSGDDGSVP襯底襯底BVN襯底襯底B輸入為低電平，輸入為低電平，UI

4、L=0V時(shí)時(shí)uGSN=0VUGS(th)N，UIL=0V截止截止uGSN+- -VN截止，截止，uGSP=uGP- -uSP=0V- -VDDUGS(th)N，VN導(dǎo)通，導(dǎo)通，UIH=VDD導(dǎo)通導(dǎo)通uGSN+- -uGSP=VDD- -VDD=0VUGS(th)P，VP截止，截止，截止截止uGSP+- -uO0V為低電平。為低電平。ROFFNRONPuO+VDDSDDS導(dǎo)通電阻導(dǎo)通電阻RON截止電阻截止電阻ROFFRONNROFFPuO+VDDSDDS可見構(gòu)成可見構(gòu)成CMOS非門，又稱非門，又稱CMOS 反相器。反相器。 無論輸入高低，無論輸入高低，VN、VP中總有一管截止，使靜態(tài)漏中總有一管

5、截止，使靜態(tài)漏極電流極電流iD=0。因此。因此CMOS反相器靜態(tài)功耗極微小。反相器靜態(tài)功耗極微小。 二、其它功能的二、其它功能的CMOS門電路門電路 （一）（一）CMOS與非門和或非門與非門和或非門 1. . CMOS與非門與非門 ABVDDVPBVPAVNAVNBY 每個(gè)輸入端對應(yīng)一對每個(gè)輸入端對應(yīng)一對NMOS管和管和PMOS管。管。NMOS管為驅(qū)動(dòng)管，管為驅(qū)動(dòng)管，PMOS管為負(fù)載管。管為負(fù)載管。輸入端與它們的柵極相連。輸入端與它們的柵極相連。 與非門結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：與非門結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：驅(qū)動(dòng)管相串聯(lián)驅(qū)動(dòng)管相串聯(lián)，負(fù)載管相并聯(lián)負(fù)載管相并聯(lián)。工作原理工作原理11 驅(qū)動(dòng)管均導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)管均導(dǎo)通，導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)

6、通 負(fù)載管均截止，負(fù)載管均截止，截止截止截止截止0 輸出為低電平。輸出為低電平。 低電平輸入端低電平輸入端相對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)管截相對應(yīng)的驅(qū)動(dòng)管截止，負(fù)載管導(dǎo)通，止，負(fù)載管導(dǎo)通，輸出為高電平。輸出為高電平。因此因此Y=ABABVDDVPBVPAVNAVNBY0截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通1 當(dāng)輸入均為當(dāng)輸入均為 高電平時(shí)：高電平時(shí)： 當(dāng)輸入中有當(dāng)輸入中有 低電平時(shí)：低電平時(shí)：使使并聯(lián)電阻很大并聯(lián)電阻很大，串串聯(lián)電阻很小聯(lián)電阻很小。2. . CMOS或非門或非門 ABVDDVPBVPAVNAVNBY 與與非門相同處：每與與非門相同處：每個(gè)輸入端對應(yīng)一對個(gè)輸入端對應(yīng)一對NMOS管和管和PMOS管。管。NMOS管管為驅(qū)

7、動(dòng)管，為驅(qū)動(dòng)管，PMOS管為負(fù)管為負(fù)載管。輸入端與它們的柵載管。輸入端與它們的柵極相連。極相連。 或非門結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：或非門結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：驅(qū)動(dòng)管相并聯(lián)驅(qū)動(dòng)管相并聯(lián)，負(fù)載管相串聯(lián)負(fù)載管相串聯(lián)。但結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與但結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與與非門不同與非門不同YABuOuIVDD1漏極開路的漏極開路的CMOS與非與非門電路門電路（二）漏極開路的（二）漏極開路的CMOS門門簡稱簡稱OD門門 與與OC門相似，常用作驅(qū)動(dòng)器、電平轉(zhuǎn)換器和實(shí)現(xiàn)線與等。門相似，常用作驅(qū)動(dòng)器、電平轉(zhuǎn)換器和實(shí)現(xiàn)線與等。構(gòu)成與門構(gòu)成與門 構(gòu)成輸構(gòu)成輸出端開出端開路的非路的非門門需外接上需外接上拉電阻拉電阻RDY=ABPMOSCuI/uOVDDCMOS傳輸傳輸門

8、電路結(jié)構(gòu)門電路結(jié)構(gòu)uO/uIVPCNMOSVN（三）（三）CMOS傳輸門傳輸門 工作原理工作原理 當(dāng)當(dāng)C=VDD，uI=0VDD時(shí)，時(shí)，VN、VP中至少有一管導(dǎo)通，輸出與輸入中至少有一管導(dǎo)通，輸出與輸入之間呈現(xiàn)低電阻，相當(dāng)于開關(guān)閉合。之間呈現(xiàn)低電阻，相當(dāng)于開關(guān)閉合。 uO=uI，稱傳輸門開通。，稱傳輸門開通。 由一對參數(shù)對稱一致的增由一對參數(shù)對稱一致的增強(qiáng)型強(qiáng)型NMOS管和管和PMOS管并聯(lián)管并聯(lián)構(gòu)成。構(gòu)成。 MOS管的漏極和源極在結(jié)構(gòu)上對稱，可互換使用，管的漏極和源極在結(jié)構(gòu)上對稱，可互換使用，因此因此CMOS傳輸門的輸出端和輸入端也可互換。傳輸門的輸出端和輸入端也可互換。 uOuIuIuO

9、當(dāng)當(dāng)C=0V，uI=0VDD時(shí)，時(shí)，VN、VP均截止，輸出與輸入之間呈現(xiàn)高均截止，輸出與輸入之間呈現(xiàn)高電阻，相當(dāng)于開關(guān)斷開。電阻，相當(dāng)于開關(guān)斷開。 uI不能傳輸?shù)捷敵龆?，稱傳輸門不能傳輸?shù)捷敵龆耍Q傳輸門關(guān)閉。關(guān)閉。CCC、C為互補(bǔ)為互補(bǔ)控制信號(hào)控制信號(hào) PMOSCuI/uOVDDCMOS傳輸傳輸門電路結(jié)構(gòu)門電路結(jié)構(gòu)uO/uIVPCNMOSVN 傳輸門是一個(gè)理想的傳輸門是一個(gè)理想的雙向開關(guān)雙向開關(guān)，可傳輸，可傳輸模擬信號(hào)模擬信號(hào)，也可傳輸也可傳輸數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)。TGuI/uOuO/uICC傳輸門邏輯符號(hào)傳輸門邏輯符號(hào)TG即即Transmission Gate的縮寫的縮寫 （三）（三）CMOS

10、傳輸門傳輸門 C=1，C=0時(shí)，傳輸門開通，時(shí)，傳輸門開通，uO=uI；C=0，C=1時(shí)，傳輸門關(guān)閉，信號(hào)時(shí)，傳輸門關(guān)閉，信號(hào) 不能傳輸。不能傳輸。（四）（四）CMOS三態(tài)輸出門三態(tài)輸出門 AENVDDYVP2VP1VN1VN2低電平使能的低電平使能的CMOS三態(tài)輸出門三態(tài)輸出門在反相器基礎(chǔ)上串接了在反相器基礎(chǔ)上串接了PMOS管管VP2和和NMOS管管VN2，它們的，它們的柵極分別受柵極分別受EN和和EN控制?？刂?。工作原理工作原理 EN=1時(shí)，時(shí)，VP2、VN2均均截止，輸出端截止，輸出端Y呈現(xiàn)高阻呈現(xiàn)高阻態(tài)。態(tài)。 EN=0時(shí)，時(shí)，VP2和和VN2導(dǎo)導(dǎo)通，呈現(xiàn)低電阻，不影響通，呈現(xiàn)低電阻，不

11、影響CMOS反相器工作。反相器工作。 Y=A001導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通Y=A110截止截止截止截止Z 因此構(gòu)成使能端低因此構(gòu)成使能端低電平有效的三態(tài)門。電平有效的三態(tài)門。三、三、CMOS數(shù)字集成電路應(yīng)用要點(diǎn)數(shù)字集成電路應(yīng)用要點(diǎn) （一）（一）CMOS數(shù)字集成電路系列數(shù)字集成電路系列 CMOS4000系列系列 功耗極低、抗干擾能力強(qiáng)；功耗極低、抗干擾能力強(qiáng)；電源電壓范圍寬電源電壓范圍寬 VDD=315V；工作頻率低，工作頻率低，fmax=5MHz；驅(qū)動(dòng)能力差驅(qū)動(dòng)能力差。高速高速CMOS系列系列（又稱（又稱HCMOS系列）系列） 功耗極低、抗干擾能力強(qiáng)；電功耗極低、抗干擾能力強(qiáng)；電源電壓范圍源電壓范圍

12、VDD=26V；工作頻率高，工作頻率高，fmax=50MHz；驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)。驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)。 提高速度措施：提高速度措施：減小減小MOS管的極間電容。管的極間電容。 民品民品 軍品軍品 電源電壓電源電壓VDD=26V T表示與表示與TTL兼容兼容電源電壓電源電壓VDD=4.55.5V 按工作溫度不同分按工作溫度不同分 CC74系列系列 CC54系列系列 CC54HC/74HC系列系列 CC54HC /74HC 系列系列 TT 高速高速CMOS系列系列 由于由于CMOS電路電路 UTHVDD/2，噪聲容限，噪聲容限UNLUNHVDD/2，因此，因此，CMOS電路的抗電路的抗干擾能干擾能力很強(qiáng)。電源電壓

13、越高，抗干擾能力越強(qiáng)。力很強(qiáng)。電源電壓越高，抗干擾能力越強(qiáng)。1. 注意不同系列注意不同系列CMOS電路允許的電源電壓范圍不同，電路允許的電源電壓范圍不同， 一般多用一般多用+ +5V。電源電壓越高，抗干擾能力也越強(qiáng)。電源電壓越高，抗干擾能力也越強(qiáng)。 （二）二）CMOS集成邏輯門使用要點(diǎn)集成邏輯門使用要點(diǎn) 2. 閑置輸入端的處理閑置輸入端的處理 不允許懸空不允許懸空。 與使用輸入端并聯(lián)使用。但這樣會(huì)增大輸入電容，與使用輸入端并聯(lián)使用。但這樣會(huì)增大輸入電容，使速度下降，因此工作頻率高時(shí)不宜這樣用。使速度下降，因此工作頻率高時(shí)不宜這樣用。 與門和與非門的閑置輸入端應(yīng)接正電源或高電平；與門和與非門的閑

14、置輸入端應(yīng)接正電源或高電平；或門和或非門的閑置輸入端應(yīng)接地或低電平?；蜷T和或非門的閑置輸入端應(yīng)接地或低電平。 主要要求：主要要求： 了解了解TTL和和CMOS電路的主要差異電路的主要差異。 了解了解集成門電路的選用和應(yīng)用集成門電路的選用和應(yīng)用。 3.4 集成邏輯門電路的應(yīng)用集成邏輯門電路的應(yīng)用 一、一、CMOS電路比之電路比之TTL的主要特點(diǎn)的主要特點(diǎn) 注意：注意：CMOS電路的扇出系數(shù)大是因?yàn)槠漭斎腚娐返纳瘸鱿禂?shù)大是因?yàn)槠漭斎胱杩垢?，所需?qū)動(dòng)功率極小，并非阻抗高，所需驅(qū)動(dòng)功率極小，并非CMOS電路的驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)能力比能力比TTL強(qiáng)。實(shí)際上強(qiáng)。實(shí)際上CMOS4000系列驅(qū)動(dòng)能力遠(yuǎn)小系列驅(qū)動(dòng)能

15、力遠(yuǎn)小于于TTL，HCMOS驅(qū)動(dòng)能力與驅(qū)動(dòng)能力與TTL相近。相近。 功耗極低功耗極低 抗干擾能力強(qiáng)抗干擾能力強(qiáng) 電源電壓范圍寬電源電壓范圍寬 輸出信號(hào)擺幅大（輸出信號(hào)擺幅大（UOHVDD，UOL0V） 輸入阻抗高輸入阻抗高 扇出系數(shù)大扇出系數(shù)大 二、集成邏輯門電路的選用二、集成邏輯門電路的選用 根據(jù)電路工作要求和市場因素等綜合決定根據(jù)電路工作要求和市場因素等綜合決定 若要求功耗低、抗干擾能力強(qiáng)，則應(yīng)選用若要求功耗低、抗干擾能力強(qiáng)，則應(yīng)選用CMOS電路。其中電路。其中CMOS4000系列一般用于工作頻率系列一般用于工作頻率1MHz以下、驅(qū)動(dòng)能力要求不高的場合；以下、驅(qū)動(dòng)能力要求不高的場合；HCM

16、OS用于工作頻率用于工作頻率20MHz以下、要求較強(qiáng)驅(qū)以下、要求較強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力的場合。動(dòng)能力的場合。 若對功耗和抗干擾能力要求一般，可選用若對功耗和抗干擾能力要求一般，可選用TTL電路。目前多用電路。目前多用74LS系列，它的功耗較系列，它的功耗較小，工作頻率一般可用至小，工作頻率一般可用至20MHz；如工作頻；如工作頻率較高，可選用率較高，可選用CT74ALS系列，工作頻率一系列，工作頻率一般可用至般可用至50MHZ。 解：解：三、集成邏輯門電路的應(yīng)用舉例三、集成邏輯門電路的應(yīng)用舉例 例例 試改正下圖電路的錯(cuò)誤。使其正常工作。試改正下圖電路的錯(cuò)誤。使其正常工作。CMOS門門TTL門門OD門門(

17、a)(b)(c)(d)CMOS門門懸空懸空VDDCMOS門門Ya=ABVDDTTL門門懸空懸空Yb=A+BTTL門門OD門門&OD門門Yc=AVDDENYd=ABEN=1時(shí)時(shí)EN=0時(shí)時(shí) 例例 試分別采用與非門和或非門實(shí)現(xiàn)與門和或門。試分別采用與非門和或非門實(shí)現(xiàn)與門和或門。解：解：(1) 用與非門實(shí)現(xiàn)與門。用與非門實(shí)現(xiàn)與門。設(shè)法將設(shè)法將Y=AB用與非式表示用與非式表示可用兩級(jí)可用兩級(jí)2個(gè)與非門實(shí)現(xiàn)之個(gè)與非門實(shí)現(xiàn)之因?yàn)橐驗(yàn)閅=AB=AB因此，用與非門實(shí)現(xiàn)的與門電路為因此，用與非門實(shí)現(xiàn)的與門電路為Y=AB將與非門多余輸入端與有用端并聯(lián)使用構(gòu)成非門將與非門多余輸入端與有用端并聯(lián)使用構(gòu)成非門(

18、2) 用與非門實(shí)現(xiàn)或門。用與非門實(shí)現(xiàn)或門。設(shè)法將設(shè)法將Y=A+B用與非式表示用與非式表示因?yàn)橐驗(yàn)閅=A+B=A+B因此，用與非門實(shí)現(xiàn)的或門電路為因此，用與非門實(shí)現(xiàn)的或門電路為可用兩級(jí)可用兩級(jí)3個(gè)與非門實(shí)現(xiàn)之個(gè)與非門實(shí)現(xiàn)之Y=A+B實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)A實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)B=AB(3) 用或非門實(shí)現(xiàn)與門。用或非門實(shí)現(xiàn)與門。設(shè)法將設(shè)法將Y=AB用或非式表示用或非式表示可用兩級(jí)可用兩級(jí)3個(gè)或非門實(shí)現(xiàn)之個(gè)或非門實(shí)現(xiàn)之因此，用或非門實(shí)現(xiàn)的與門電路為因此，用或非門實(shí)現(xiàn)的與門電路為(4) 用或非門實(shí)現(xiàn)或門。用或非門實(shí)現(xiàn)或門。設(shè)法將設(shè)法將Y=A+B用或非式表示用或非式表示因?yàn)橐驗(yàn)閅=A+B=A+B因此，用或非門實(shí)現(xiàn)的或門電路為因此，用或非門實(shí)現(xiàn)的或門電路為可用兩級(jí)可用兩級(jí)2個(gè)或非門實(shí)現(xiàn)之個(gè)或非門實(shí)現(xiàn)之因?yàn)橐驗(yàn)閅=AB=AB =A+BY=ABY=A+B實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)A將或非門多余輸入端與有將或非門多余輸入端與有用端并聯(lián)使用構(gòu)成非門用端并聯(lián)使用構(gòu)成非門實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)B 例例 有一個(gè)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，設(shè)有煙感、溫感和紫外光感有一個(gè)火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)，設(shè)有煙感、溫感和紫外光感三種不同類型的火災(zāi)探測器。為了防止誤報(bào)警，只有當(dāng)其三種不同類型的火災(zāi)探測器。為了防止誤報(bào)警，只有當(dāng)其中兩種或三種探測器發(fā)出探