2.6 CMOS邏輯門.ppt

1 2 5 2 6MOS邏輯門 2 5 2MOS管開關(guān)特性 2 5 3MOS邏輯門 2 6 1CMOS電路結(jié)構(gòu) 2 6 4CMOS邏輯門的技術(shù)參數(shù) CMOS規(guī)范 2 5 1MOS管 2 6 2CMOS邏輯門 2 2 5 1MOS管 增強型 耗盡型 N溝道 P溝道 N溝道 P溝道 在數(shù)字電路中主要使用增強型的MOS管 1 MOS器件概述 3 以N溝道增強型MOSFET為例 P型襯底 溝道區(qū)域 絕緣層 2 5 1MOS管 2 MOS管的結(jié)構(gòu) 4 N溝道增強型MOSFET 靜態(tài)時沒有導(dǎo)電通道 5 3 MOS管工作原理 反型層 導(dǎo)電溝道 當(dāng)G S間加上正電壓 且VGS VT時 柵極與襯底之間形成電場 吸引襯底中的電子到柵極下面的襯底表面 形成一個N型的反型層 構(gòu)成D S之間的導(dǎo)電溝道 由于VGS 0時 無導(dǎo)電溝道 在增強VGS電壓后形成導(dǎo)電溝道 所以稱這類MOS管為增強型MOS管 VGS 0時 則D S之間相當(dāng)于兩個PN結(jié)背向的串聯(lián) D S之間不通 iD 0 P型襯底 2 5 1MOS管 6 耗盡型NMOS管 靜態(tài)時已有導(dǎo)電通道 7 耗盡型NMOS工作原理 G極加上負電壓 導(dǎo)電通道被關(guān)斷 8 N溝道增強型MOS管具有以下特點 當(dāng)VGS VT時 管子導(dǎo)通 當(dāng)VGS VT時 管子截止 對應(yīng)P溝道增強型MOS管 當(dāng) VGS VT 時 管子截止 當(dāng) VGS VT 時 管子導(dǎo)通 同晶體管類似 管子截止時電阻很大 相當(dāng)于開關(guān)打開 管子導(dǎo)通時電阻很小 相當(dāng)于開關(guān)閉合 數(shù)字電路中 兩種增強型MOS管均可作為開關(guān) 2 5 2MOS管的靜態(tài)與動態(tài)特性 1 MOS管作為開關(guān) 9 關(guān)斷狀態(tài) 導(dǎo)通狀態(tài) RON約在1k以內(nèi) 與VGS的大小有關(guān) 由于SiO2絕緣層的存在 MOS管的Ri近似為無窮大 但柵極與襯底之間存在電容CI 其容量約為幾皮法 2 MOS管的開關(guān)等效電路 2 5 2MOS管的靜態(tài)與動態(tài)特性 3 MOS管的動態(tài)特性 柵極電容與導(dǎo)通電阻的影響 10 2 5 3NMOS邏輯門 構(gòu)成NMOS門的基本單元負載管TL 電阻 輸入管TOa 增強型負載b 耗盡型負載 1NMOS反相器 11 2NMOS與非門 T1 T2 串聯(lián)輸入管TL T1 T2 增強型NMOS 一直導(dǎo)通 A加上正電壓T1導(dǎo)通 B加上正電壓T2導(dǎo)通 12 3NMOS或非門 T1 T2 并聯(lián)輸入管 13 2 6CMOS邏輯門 PMOS NMOS 2 6 1CMOS反相器及其工作原理 CMOS反相器的電路組成 14 當(dāng) I 0V時 VDD VGSN 0 VTN TN管截止 VGSP VDD VTP 電路中電流近似為零 忽略TN的截止漏電流 VDD主要降落在TN上 輸出為高電平VOH TP管導(dǎo)通 VDD 2 6 1CMOS反相器及其工作原理 CMOS反相器的工作原理 15 當(dāng) I VOH VDD時 VGSN VDD VTN TN管導(dǎo)通 VGSP 0 VTP TP管截止 此時 VDD主要降在TP管上 輸出為高電平VOL 2 6 1CMOS反相器及其工作原理 16 CMOS反相器的特點 靜態(tài) 關(guān)斷管子的內(nèi)阻極高 當(dāng) I VDD時 T1和T2總有一個處于關(guān)斷狀態(tài) CMOS反相器的靜態(tài)功耗極小 微瓦數(shù)量級 2 6 1CMOS反相器及其工作原理 17 CMOS反相器的特點 傳輸特性 VDD 10V 2 6 1CMOS反相器及其工作原理 18 CMOS反相器的工作速度與動態(tài)功耗 在電容負載情況下 由于電路具有互補對稱的性質(zhì) 它的開通時間與關(guān)閉時間是相等的 平均延遲時間 10ns 在動態(tài)情況下 CMOS反相器的功耗大大增加 2 6 1CMOS反相器及其工作原理 19 2 6 2CMOS邏輯門 1 與非門 二輸入 與非 門電路結(jié)構(gòu)如圖 當(dāng)A和B為高電平時 1 0 1 0 1 1 當(dāng)A和B有一個或一個以上為低電平時 電路輸出高電平 輸出低電平 電路實現(xiàn) 與非 邏輯功能 思考 三輸入 與非 門電路 輸入管串聯(lián) 輸入端增加時低電平抬高 20 2 或非門電路 1 當(dāng)A B全為低電平時 輸出為高電平 2 6 2CMOS邏輯門 0 1 1 當(dāng)A B都為高電平時 當(dāng)A B中有一個為高電平時 輸出為低電平 輸出為低電平 思考 三輸入 或非 門電路 負載管串聯(lián) 輸入端增加時高電平降低 21 3 CMOS三態(tài)門電路 2 6 2CMOS邏輯門 附加一對控制電路時 TON和TOP均截止 22 傳輸門 TG 是一種傳輸模擬信號的模擬開關(guān) 結(jié)構(gòu)對稱 其漏極和源極可互換 它們的開啟電壓 VT 2V 由互補的信號電壓來控制 分別用C和表示 它廣泛地用于采樣 保持電路 斬波電路 模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路等 4 CMOS傳輸門電路 2 6 2CMOS邏輯門 23 CMOS傳輸門電路的工作原理 設(shè)TP和TN的開啟電壓 VT 2V 且輸入模擬信號的變化范圍為 5V到 5V 當(dāng)c端接低電壓 5V時 5V 5V 5V 5V 開關(guān)斷開 導(dǎo)通電阻極大 當(dāng)c端接高電壓 5V 5V 5V I 3V I 3V 3V 3V 一管導(dǎo)通程度愈深 另一管導(dǎo)通愈淺 導(dǎo)通電阻較小且近似為一常數(shù) 數(shù)百歐 2 6 2CMOS邏輯門 24 2 6 4CMOS邏輯門電路的技術(shù)參數(shù) CMOS規(guī)范 與TTL規(guī)范比較 25 2