數(shù)字電子技術(shù)高職層次

書名：數(shù)字電子技術(shù)ISBN：978-7-111-35067-5作者：初玲出版社：機械工業(yè)出版社本書配有電子課件CMOS集成邏輯門電路

CMOS集成邏輯門★CMOS門電路的使用要求及注意事項★TTL與CMOS集成電路性能比較

CMOS與TTL的接口MOS集成邏輯門

8.1.1MOS集成邏輯門能與大多數(shù)的TTL邏輯電路兼容。MOS集成邏輯門是由MOS場效應(yīng)晶體管組成的數(shù)字集成電路MOS集成邏輯門在LSI（大規(guī)模集成電路）及VLSI(超大規(guī)模集成電路)的制作上已經(jīng)超過TTL，并占據(jù)優(yōu)勢。制作工藝簡單，成本低，輸入阻抗極高，功耗低，集成度高工作電源允許變化范圍大，抗干擾性能較好場效應(yīng)晶體管是電壓控制型器件與雙極性晶體管相比較具有許多優(yōu)點。MOS集成邏輯門MOS集成邏輯門分為：P溝道增強（稱PMOS）N溝道增強（稱NMOS）和互補MOS（稱CMOS）三種。PMOS由于開關(guān)速度低，電源電壓高而且是負電源，不便與TTL集成邏輯門銜接，現(xiàn)已經(jīng)很少使用；NMOS克服了PMOS的許多問題，但速度低的問題始終限制了其發(fā)展；CMOS充分表現(xiàn)了MOS技術(shù)的突出優(yōu)點，成為LSI及VLSI集成電路的主流產(chǎn)品。MOS集成邏輯門8.1.2CMOS反相器的工作原理1.電路結(jié)構(gòu)這種由VF1，VF2共同組成的互補對稱型的場效應(yīng)管集成電路稱為CMOS反相器。P溝道結(jié)構(gòu)的增強型場效應(yīng)管N溝道結(jié)構(gòu)的增強型場效應(yīng)管負載管驅(qū)動管CMOS反相器輸入和輸出之間為反相關(guān)系，實現(xiàn)非門邏輯功能2.電路工作原理：uI=0V時，uGS2=0V,uGS1=0V,uGS1=-10V輸出uO為高電平；uI=10V時，uGS2=10V,輸出uO為低電平。00截止導(dǎo)通-1011010導(dǎo)通截止00

VF2截止VF1導(dǎo)通此時VF2導(dǎo)通VF1截止,CMOS反相器8.1.3CMOS傳輸門CMOS傳輸門和雙向模擬開關(guān)1.電路結(jié)構(gòu)及邏輯符號CMOS傳輸門邏輯符號設(shè)VF1管和VF2管的開啟電壓為UGS(th),UDD≥2UGS(th),

控制信號C的高電平為UDD，低電平為0V。2.工作原理：PMOS管NMOS管CMOS傳輸門和雙向模擬開關(guān)傳輸門不傳輸信號。因為VF1管和VF2管均處于截止狀態(tài),相當于電路是斷開的。（1）當（2）當VF1管和VF2管均導(dǎo)通，即傳輸門導(dǎo)通，uo=uIuI可以是0V到UDD的任意電壓。結(jié)論：當輸入信號電壓在0－UDD范圍內(nèi)變化時，VF1管和VF2管至少有一個處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸入和輸出之間呈低阻態(tài)，相當于開關(guān)閉合信號得以傳輸，且uo=uI。CMOS傳輸門和雙向模擬開關(guān)8.1.4其它類型的CMOS門電路由兩個串聯(lián)的N溝道和兩個并聯(lián)P溝道增強型MOS管構(gòu)成VF1和VF2兩個柵極相連構(gòu)成又一互補電路，兩個互補電路的輸入端為與非門的2個輸入端。VF3和VF4兩個柵極相連構(gòu)成互補電路2輸入端CMOS與非門電路其他類型的CMOS門電路1.與非門電路結(jié)構(gòu)輸出端Y為低電平0，即“全1出0”輸出端Y為高電平1，即“有0出1”2.邏輯功能當A，B同時為高電平1時，VF4

，VF2

均導(dǎo)通，VF3

，VF1

均截止當A，B端有一個或兩個為低電平時，串聯(lián)VF4

，VF2

有一個或兩個截止并聯(lián)的VF3

，VF1

有一個或兩個導(dǎo)通其他類型的CMOS門電路由兩個串聯(lián)的P溝道增強型和兩個并聯(lián)N溝道增強型

MOS管構(gòu)成。1.電路組成：8.2.2CMOS或非門2輸入端CMOS或非門電路負載管驅(qū)動管CMOS或非門輸入輸出之間的邏輯關(guān)系為

2.邏輯功能：接高電平的驅(qū)動管VF3或VF4導(dǎo)通，輸出端Y為低電平0，即“有1出0”。輸出Y為高電平1，即“全0出1”。當A，B同時為高電平1時，當A、B端都為低電平0時，驅(qū)動管VF3和VF4兩個都截止，負載管VF1、VF2同時導(dǎo)通CMOS或非門8.2.3CMOS模擬開關(guān)1.電路組成：CMOS模擬開關(guān)當C=UDD時，由此可見，只要適當控制反相器的輸入電壓，即可決定模擬開關(guān)的通斷，傳輸門所能傳輸?shù)碾妷褐禐?－UDD之間任意電壓值。又因MOS管源極和漏極的對稱性，所以模擬開關(guān)是一種雙向開關(guān)。2.工作原理：控制CMOS傳輸門導(dǎo)通，使uo=uI。當C=0時，反相器輸出控制CMOS傳輸門截止，使輸入和輸入斷開。反相器輸出CMOS模擬開關(guān)8.2.4TTL與CMOS集成電路性能比較不同點：頻率不高情況下，電路的帶負載能力比TTL集成電路強所以CMOS集成電路的工作速度比TTL集成電路慢。具有相同邏輯功能的TTL集成電路和CMOS集成電路相同點：（1）CMOS集成電路的輸入阻抗很高，可達108Ω以上（2）

CMOS集成電路的導(dǎo)通電阻比

TTL集成電路的導(dǎo)通電阻大得多TTL與CMOS集成電路性能比較（5）由于CMOS集成電路內(nèi)部電路功耗小，發(fā)熱量小，（3）CMOS集成電路的電源電壓范圍為3-18V，這使它的輸出電壓擺幅大，因此其干擾能力比TTL集成電路強，這與嚴格限制電源電壓的TTL集成電路要優(yōu)越的多。（4）由于CMOS集成電路靜態(tài)時柵機電流幾乎為0，因此該電路功耗比TTL電路功耗小。所以CMOS集成電路集成度比TTL集成電路集成度高。TTL與CMOS集成電路性能比較（7）由于CMOS集成電路的輸入阻抗很高，使其容易受靜電感應(yīng)而擊穿，雖然制作集成電路時在其內(nèi)部設(shè)置了保護電路，但在存放和使用時應(yīng)注意靜電屏蔽，焊接時電烙鐵應(yīng)注意良好的接地,尤其是CMOS集成電路不用的多于輸入端不能懸空，應(yīng)根據(jù)需要接地或接電源。（6）CMOS集成電路的穩(wěn)定性能好，抗輻射能力強，可在特殊情況下工作。TTL集成電路一般不需要考慮靜電感應(yīng)和屏蔽的問題，不用的多余輸入端可以懸空。TTL與CMOS集成電路性能比較

CMOS集成電路應(yīng)用的有關(guān)問題

8.2.5、CMOS集成電路的使用要求1、對電源的要求2、對輸入端連接的要求3、對輸出端連接的要求4、注意事項1、對電源的要求（3點）（1）電源電壓范圍3～18V，極限值18V，使用時電源電壓不能超出規(guī)定值。但高速CMOS電源電壓不得超過7V。（2）電源極性不能接反，否則將造成芯片永久性損壞。（3）使用電源電壓越高，抗干擾能力越強。

CMOS集成電路應(yīng)用的有關(guān)問題

2、對輸入端連接的要求（1）輸入信號必須在USS～UDD之間。（2）每個輸入端的電流不能超過1MA,必要時應(yīng)在輸入端串接限流電阻（3）多余的輸入端不能懸空，與門及與非門的多余輸入端接至UDD或高電平，或門及或非門的多余輸入端接至USS或低電平。

CMOS集成電路應(yīng)用的有關(guān)問題

3、對輸出端連接的要求（1）端不允許直接接USS或UDD，否則會導(dǎo)致MOS管的損壞。（2）為增加驅(qū)動能力同一芯片上的幾個電路可以并聯(lián)使用，不同芯片上的幾個電路不可以并聯(lián)使用。（3）CMOS輸出端接較大容性負載時，必須在輸出端與電容負載之間串接限流電阻，使瞬態(tài)電流限制在10mA以下。

CMOS集成電路應(yīng)用的有關(guān)問題

4、注意事項（1）焊接要求同TTL電路，但應(yīng)注意操作過程良好接地（2）存放、運輸和使用時應(yīng)注意靜電屏蔽。（3）電源接通期間，CMOS集成電路不能插入或拔出。（4）測試電路時，先接通線路板電源，后接通信號源；斷點時先斷開信號源，后斷開線路板電源。（5）組裝、調(diào)試時，所有應(yīng)用儀表以及工作臺面必須有良好的接地。

CMOS集成電路應(yīng)用的有關(guān)問題

8.3TTL電路與CMOS電路的接口一、TTL電路驅(qū)動CMOS電路1、TTL電路驅(qū)動CMOS4000系列和CC74HC系列（a）當TTL電路和CMOS電路的電源都是5V時，在TTL電路的輸出端與電源之間接入一個上拉電阻RU，可以提高輸出高電平UOH大約到UDD。如右圖所示。當TTL電路輸出高電平時，輸出級的負載管和驅(qū)動管都截止，所以有：UOH＝UDD－RU（IO+nIIH）（b）當CMOS電路的電源高于5V時，可以用OC門作驅(qū)動門。（c）當TTL電路與CMOS電路電源不同時，還可以采用能實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換的專用芯片進行接口。它的接口情況如下圖所示。（c）當TTL電路與CMOS電路電源不同時，還可以采用能實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換的專用芯片進行接口。它的接口情況如下圖所示。2、TTL電路驅(qū)動74HCT系列CMOS電路由于TTL電路的輸出能滿足CMOS的74HCT系列的所有輸入要求，因此，可以將TTL電路的輸出端與74HCT電路的輸入直接相連接，不需要另用其它元器件。1、CMOS4000系列驅(qū)動TTL電路當CMOS4000和它驅(qū)動的TTL電路電源都是5V時，通常采用兩個方法：一是將同一個芯片上的多個CMOS門電路并聯(lián)使用，增大CMOS電路總的輸出低電平電流，給TTL電路提供合適的輸入低電平電流。如圖1所示。二是在CMOS電路和TTL電路之間接入CMOS驅(qū)動器。如圖2所示。圖1圖22、高速CMOS電