cmos门电路(精)
CMOS门电路
CMOS门电
CMOS组合逻辑门的实现
• 每个输入端必接到一对NMOS和 PMOS管栅极上 • 构成组合逻辑的NMOS和PMOS必 须互补 • NMOS串联实现“与” • NMOS并联实现“或”
CMOS门电
CMOS组合逻辑门的实现
• NMOS支路并联实现各支路函数的 “或” • 各部分逻辑函数串联时实现“与” 以上构成CMOS电路的NMOS部分 • 输出为NMOS部分的“反” • PMOS部分为NMOS部分的对偶电路
CMOS门电
即:
0 0 0 1 1 0 1 1
1 0 0 0
可以看出,输出F与输入A,B 之间是“或非”逻辑
F = A+ B
CMOS门电
怎 么 样 实 现 “与 ” “或 ” 逻 辑 ? 只要在上述的CMOS“与 非门”或者“或非门” 电路后再加一级倒相器 就可以得到相应的 CMOS“与门”或者“或 门”电路了
CMOS门电路 CMOS门电路
回 顾
基本逻辑关系
“与” F=AB “或” F=A+B
“与非” F = AB “或非” F = A+ B “异或”
F = A ⊕ B = AB + AB
CMOS门电
CMOS基本逻辑门电路 CMOS基本逻辑门电路 S与非门及或非门
VDD
COMS与非门电路
T3 T4
F = A• B
P并N串
A
T2
T1
B
CMOS门电
工作原理
① 当输入端输入的均为“1”,T1,T2管都 导通,T3,T4都截止,输出“O” ② 若输入端中有一个输入“0”,则由于两 个串联的N管中有一个截止,使得输出对 地不能构成通路,同时,由于并联的P管 中有一个导通,因而输出和电源之间可以 形成通路,输出“1” ③ 若输入端输入的都为“0”,T1,T2管都 截止,T3,T4管都导通,输出“1”
cmos门电路
CMOS反相器MOSFET有P沟道和N沟道两种,每种中又可分为耗尽型和增强型两类。
由N沟道和P沟道MOSFET组成的电路称为互补MOS或CMOS电路。
图4.6.1(a)表示CMOS反相器电路,由两种增强型MOSFET组成,其中一个为N沟道,另一个为P沟道。
图4.6.1(b)为其简化画法。
为了电路能正常工作,要求电源电压V DD>(V TN+|V TP|)1. 工作原理首先考虑两种极限情况:当v1输入逻辑0时,相应的电压近似为0V;而当v输入逻辑1时,相应的电压近似为V DD。
假设N沟道管T N为工作管,P沟道管1T为负载管。
由于电路是互补对称的,这种假设可以是任意的,其结果相同。
p图4.6.2分析了当v1=V DD时的工作情况。
参看图4.6.2(b)。
在T N的输出特性i D-v DS曲线簇中选择V GSN=V DD,并叠加一条负载线,它是负载管T p在v SGP=0V时的输出特性i D-v SD。
由于v SGP<V T(V TN=|V TP|=V T),负载曲线几乎是一条与横轴重合的水平线。
两条曲线的交点即工作点。
显然,这时的V DSN=0V,由于电路的输出V O=V DSN,故V OL=0V(典型值<10mV),而通过两管的电流接近于零。
这就是说,电路的功耗很小(微瓦数量级)。
(a)电路(b)简化电路图4.6.1 CMOS反相器(a)电路(b)图解图4.6.2 CMOS反相器在输入为高电平时的图解分析图4.6.3分析了另一种极限情况,此时对应于v I=0V,其工作状态示于图4.6.3(b)中。
此时工作管T N在v GSN=0的情况下运用,其输出特性i D-v DS几乎与横轴重合,负载曲线是负载管T p在v GSP=V DD时的输出特性i D-v DS。
由图可知,工作点决定了V OH≈V DD;通过两器件的电流接近于零值。
可见上述两种极限情况下的功耗都很低。
(a)电路(b)图解图4.6.3 CMOS反相器在输入为低电平时的图解分析由此可知,基本CMOS反相器近似于理想的逻辑单元,其输出电压接近于零,而功耗几乎为零。
常用CMOS门电路.
(5)因CMOS集成电路的功耗小,其内部发热量小,所以CMOS电路的集成度 要比TTL电路高。 (6)CMOS集成电路的温度稳定性好,抗辐射能力强,适合于特殊环境下工作。 (7)由于CMOS电路的输入阻抗高,使其容易受静电感应而击穿,所以在其内部 一般都设置了保护电路。
数字逻辑电路
常用CMOS门电路
图1 CMOS开关电路
图2 CMOS三态双向传输电路
图2为COMS三态门双向传输控制电路。当 CMOS三态门G1或G2的控制端为高电平时, 该门起传输作用,否则呈高阻状态。即当C =1时,三态门G1接通,三态门G2处于高阻 状态,信号D送至Q;当C = 0时,三态门 G2接通,三态门G1处于高阻状态,信号Q 送至D。某些集成电路就具有这种三态双向 传输控制的功能,在计算机的接口技术中被 广泛使用。
CMOS数字电路的特点有: (1)由于CMOS管的导通内阻比双极型晶体管导通内阻大,所以CMOS电路的工 作速度比TTL电路的工作速度低。
(2)CMOS电路的输入阻抗很高,可达10MΩ以上,在频率不高的情况下,电 路可以驱动的CMOS电路多于TTL电路。
(3)允许CMOS电路的电源电压的变化范围较大,约在5~15V之间,所以其输 出高、低电平的摆幅较大。与TTL电路相比,该电路的抗干扰能力更强,噪音容限 可达30%VDD(VDD为电源电压)。
CMOS门电路工作原理介绍
CMOS门电路工作原理介绍
CMOS门电路是一种由元件组成的电路,可以执行电路的逻辑操作。
它采用电容多路复用器技术,电路根据输入信号的不同执行不同的逻辑操作,它可以克服传统的晶体管电路的各种不足,具有较高的效能,可靠性和稳定性。
CMOS门电路是一种由金属氧化物半导体技术构成的门电路,它具有多路复用、短路保护、低功耗、抗击穿和抗静态干扰等特点,具有良好的动态性能和效率高的可靠性。
CMOS门电路的工作原理通常可以分为三个主要部分,它们分别是:电容变换器、电流增益器和输出驱动器。
1.电容变换器:电容变换器由各种晶体管和电容组成,其功能是将输入信号转换成较小的电流输出,如果输入电压是正向的,就会在电容变换器上产生正向电流,以激发输出驱动器把输出设为高电平。
如果输入电压是反向的,就会在电容变换器上产生反向电流,以抑制输出驱动器把输出设为低电平。
可以理解成,这个电容变换器是电路的感应元件,它可以根据输入信号的不同来改变输出驱动器的输出。
2.电流增益器:电流增益器由一组晶体管组成,它吸收电容变换器输出的小电流,可以把这小电流转换成足够大的电流。
CMOS门电路工作原理介绍课件
工作台台面等良好接地。
操作人员的服装和手套等应选用无静电的原料制作。
3)不用的输入端不应悬空。
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2. 输入电路的过流保护
由于输入保护电路中的钳位二极管电流容量有限, 所以在可能出现较大输入电流的场合, 必须采取以下保护措施: 1)输入端接低内阻信号源时, 应在输入端与信号源之间串进保护电阻, 保证输入保护电路中的二极管导通时电流不超过1mA。 2)输入端接有大电容时, 应在输入端和电容之间接入保护电阻。
DO / DI
D I
G2
线
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五、CMOS电路的正确使用
1. 输入电路的静电防护 为防止静电电压造成的损坏,应注意以下几点:
1)在存储和运输CMOS器件时,
不要使用易产生静电高压的化工材料和化纤织物包装,
最好采用金属屏蔽层作包装材料。
2)组装、调试时,应使电烙铁和其他工具、仪表、
传输门的另一个用途是作模拟开关,用来传输连续 变化的模拟电压信号。
C
vI / vO
TG v O / v I
C
vI / vO
SW v O / v I
C
vI
SW v O
RL
模拟开关的导通内阻为RTG。 C=0时开关截止。
C=1时开关接通。
vO
RL
RL RTG
vI
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5. 三态输出的 CMOS门电路
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3. 漏极开路的门电路(OD门)
VDD1
CC40107
VDD2
cmos逻辑门电路[最新]
CMOS逻辑门电路CMOS是互补对称MOS电路的简称(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor),其电路结构都采用增强型PMOS管和增强型NMOS管按互补对称形式连接而成,由于CMOS 集成电路具有功耗低、工作电流电压范围宽、抗干扰能力强、输入阻抗高、扇出系数大、集成度高,成本低等一系列优点,其应用领域十分广泛,尤其在大规模集成电路中更显示出它的优越性,是目前得到广泛应用的器件。
一、CMOS反相器CMOS反相器是CMOS集成电路最基本的逻辑元件之一,其电路如图11-36所示,它是由一个增强型NMOS管T N和一个PMOS管T P按互补对称形式连接而成。
两管的栅极相连作为反相器的输入端,漏极相连作为输出端,T P管的衬底和源极相连接电源U DD,T N管的衬底与源极相连后接地,一般地U DD>(U TN+|U TP|),(U TN和|U TP|是T N和T P的开启电压)。
当输入电压u i=“0”(低电平)时,NMOS管T N截止,而PMOS管T P导通,这时T N 管的阻抗比T P管的阻抗高的多,(两阻抗比值可高达106以上),电源电压主要降在T N上,输出电压为“1”(约为U DD)。
当输入电压u i=“1”(高电平)时,T N导通,T P截止,电源电压主要降在T P上,输出u o=“0”,可见此电路实现了逻辑“非”功能。
通过CMOS反相器电路原理分析,可发现CMOS门电路相比NMOS、PMOS门电路具有如下优点:①无论输入是高电平还是低电平,T N和T P两管中总是一个管子截止,另一个导通,流过电源的电流仅是截止管的沟道泄漏电流,因此,静态功耗很小。
②两管总是一个管子充分导通,这使得输出端的等效电容C L能通过低阻抗充放电,改善了输出波形,同时提高了工作速度。
③由于输出低电平约为0V,输出高电平为U DD,因此,输出的逻辑幅度大。
CMOS反相器的电压传输特性如图11-37所示。
第三章(1)门电路---CMOS
输入低电平的上限值 VIL(max)
输入高电平的下限值 VIH(min)
输出高电平的下限值 VOH(min)
输出低电平的上限值 VOL(max)
3.1.2 逻辑门电路的一般特性
2.噪声容限:在保证输出电平不 变的条件下,输入电平允许波动 的范围。它表示门电路的抗干扰
驱动门
01 1
数据输入端
EN A B
其他三态与非门: A
&
逻辑符号 B
低电平有效
2.产生的高、低电平半导体器件
iC
VCC Rc
Rb vI
VCC Rc
vo
vCE VCC
工作在饱和区:输出低电平 工作在截止区:输出高电平
3.1.3 MOS开关及其等效电路
场效应三极管
利用电场效应来控制电流的三极管,称为场效应管,也 称单极型三极管。
由金属、氧化物和半导体制成。称为金属 -氧化物-半导体场 效应管,或简称 MOS 场效应管。
2、 逻辑门电路的分类 分立门电路
逻辑门电路 集成门电路
二极管门电路 三极管门电路
MOS门电路
TTL门电路
NMOS 门 PMOS门 CMOS门
TTL系列门
开关速度较快 平均延迟时间:3~10ns 结构复杂、集成度低 功耗高(2~20mw )
MOS门
开关速度稍低
平均延迟时间:75ns 结构和制造工艺简单 容易实现高密度制作 功耗低(0.01mw)
IOL= nIIL
IIL
…
灌电流
1
IIL n个
NOL
?
I OL (驱动门) I IL (负载门)
3.1.2 逻辑门电路的一般特性
COMS门电路
YA
2、CMOS与非门、或非门、与门、或门、与或非门和异或门 CMOS与非门 ①A、B当中有一个或全 为低电平时,TN1、TN2 中有一个或全部截止, TP1、TP2中有一个或全 部导通,输出Y为高电 平。 ②只有当输入A、B全为 高电平时,TN1和TN2才会 都导通,TP1和TP2才会都 截止,输出Y才会为低电 平。
E 0
F AB
输出高阻
E 1
E
低电平有效 (有效时具有一定的逻辑功能)
A B
&
Y
另一种画法
E
用途: 三态门主要作为TTL电路与总线间
的接口电路 A
B
公 用 E10 总 线
E21
E1、E2、E3轮流 接入高电平,将 不同数据(A、 B、C)分时送 至总线。
C E3
0
(2) 集电极开路与非门(OC门)
TTL集成门电路的使用注意事项
• 电源电压及电源干扰的消除:引入电源滤波, 每隔6—8个门加接一个0.01—0.1μF的电容对 高频进行滤波。 • 输出端的连接:注意线与问题和负载能力。 • 闲置输入端的处理。 • 电路安装接线和焊接应注意的问题:线要短、 接地要好、烙铁功率不大于25W,焊接时间要 短。 • 调试中应注意的问题:输出端高低电平的范围, 输出端与地及电源之间的短接要避免。
CMOS电路的缺点
CMOS电路的工作速度比TTL电路的低。
三、CMOS集成逻辑门电路的使用注意事 项
• 1、电源电压:电源极性不能接反;注意电源电压 的最大值不能超过;工作时应先接通直流电源,再 接通信号,不工作时先关信号源,再关直流电源。 • 2、闲置输入端的处理:闲置输入端不允许悬空; 与门、与非门和或门、或非门的闲置端的处理;工 作速度较高时,输入端不允许并联使用(增大了输 入电容)。 • 3、输出端的连接:输出端不能直接与地或电源相 连;为提高驱动能力,可将同一集成片上的相同门 的输入端、输出端并联使用;输出端接有大电容时, 在输出端与电容之间可串联一个电阻,以限制电容 的充、放电电流。
1.CMOS漏极开路门(精)
最小值,则Rp的选择不能过大。
Rp的最大值Rp(max) :
Rp(max) V DD VIH (min) I OH(total) I IH(total)
& 1
&
…
Rp(min) RP Rp(max)
n & 1
…
m &
2.三态(TSL)输出门电路
⑴三态(TSL) 0 1
⑶采用输入级以提高工作速度 当TTL反相器I由3.6V变0.2V的瞬间 •T2、T3管的状态变化滞 后于T1管,仍处于导通 状态。 •T1管Je正偏、Jc反偏, T1工作在放大状态。 T1管射极电流(1+1 ) iB1很快地从T2的基区抽 走多余的存储电荷,从而 加速了输出由低电平到 高电平的转换。
⑴当输入为低电平(vI = 0.2 V) T1 深度饱和 T2 、 T3截止,T4 、D导通
vO vB4 vBE4 vD (5 0.7 0.7) V 3.6 V
输入 低电平
T1 饱和
T2 截止
T3 截止
D4 导通
T4 导通
输出
高电平
⑵当输入为高电平(I = 3.6 V)
T2、T3饱和导通 T1:倒置的放大状态。 T4和D截止。 使输出为低电平. vO=vC3=VCES3=0.2V
逻辑真值表
输入A 0 1 输出L 1 0
逻辑表达式 L = A
输入 低电平 高电平 T1 饱和 倒置工作 T2 截止 饱和 T3 截止 饱和 D4 导通 截止
T4 导通 截止
输出 高电平 低电平
1
C
2
3.2 TTL逻辑门
一、BJT的开关特性
VI=0V时: iB0,iC0,vO=VCE≈VCC,c、e极间近似开路, VI=5V时:iBiBS ,iCiCS,vO=VCE≈0.2V,c、e极间近似短路。
COMS门电路
COMS 门电路 (双击自动滚屏)CMOS 反相器由一个p 沟道,一个N 沟道增强型MOS 管组成的CMOS 反相器电路。
设T 1 、T 2的开启电压为V GS(th),电源电压V DD > V GS(th)。
于是分析其逻辑功能:V I =V IL ,A=0 则 T 1T 2T1导通(其内阻为1左右)T 2夹断(其内阻为)V DD 在T 1 、T 2分压,得,Y=1V I =V IH = V DD ,A=1 则 ,V GS2=V DDT1 夹断,T 2导通,低电平(接近地电平),Y=0无论A=0,还是1,两个p 沟道和N 沟道NOS 管始终保持其一导通、其二夹断的工作状态——称为互补状态。
这种由p 沟道、另一个N 沟道增强型MOS 管组成的电路称为CMOS 电路。
本节讨论所使用的MOS 管均为增强型。
下面对此不再另做说明。
为画图方便,下面我们用图(c )(d )两个符号来代替图(a )(b )中N 沟道和p 沟道增强型MOS 管的符号。
CMOS 与非门及或非门上图的电路输出端与地之间是两N MOS管串联,与电源V DD之间是两p MOS管并联。
T2、T4只要有一个夹断(A、B两者有一个0,或都等于0),Y对地阻抗无穷大;T1、T3必有一个导通(A、B两者有一个0),Y与电源V DD导通,输出高电平Y=1。
当A=B=1,T2、T4导通,T1、T3都夹断,Y=0。
真值表如下。
通过类似的分析可得下图的真值表。
左图真值表右图真值表CMOS传输门和双向模拟开关CMOS传输门由两个增强型MOS管(一个p沟道,另一个N沟道)组成的CMOS传输门电路及逻辑符号如下图左、右所示:设控制信号C和的高低电平分别为V DD和0V,开启电压为V GS(th)1. C=0,=1时,只要输入信号v的范围不超过0~V DD,T1、T2同时夹断,输出与I输入之间呈高阻状态(>109Ω),象机械开关的开断状态一样,传输门不通。
第三章_CMOS门电路
MOS管作负载时,对信号源的要求很低,不需要 信号源提供电流。
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二、输出特性(反映CMOS带负载能力) 1、低电平输出特性 即T2管的输出 特性曲线
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VIH=VDD越大,VGS越大, 则导通内阻越小, IOL相 同,因此VOL越小。
二氧化硅 二氧化硅
++ NN
++ NN
PP 衬底 衬底
B B
5
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定义: 开启电压( UT)——
-
S
VGS
VDS
G - i D
-D
二氧化硅
沟道刚开始形成时的栅源
电压UGS。(一般2 ~ 3V)
N沟道增强型MOS管的基本特性: uGS < UT,管子截止,iD= 0; uGS >UT,管子导通,有iD。 电流iD 越大。 可通过改变 uGS 改变 iD 的大小,因此是电压控制元件。
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漏极开路的门电路(OD门)(Open-Drain)
VDD2
VDD1
使用时必须外接上拉电阻
D vO
内部逻辑 A B
RL
Y=(AB)'
A B Y
G
TN•
S
OD与非门逻辑符号
74HC03电路结构
与OC门类似,能实现线与连接、电平转换,提高驱动能力。 电平转换:vI:0~VDD1 vO:0~VDD2
C 电路结构 VTN=︱VTP︱
如何判断MOS管的源极和漏极? 根据MOS管工作时的电流方向: PMOS管从S端流向D端; NMOS管由D端流向S端。
cmos逻辑门电路
cmos逻辑门电路一、引言CMOS逻辑门电路是数字电路中常用的一种电路,它采用了CMOS技术,具有低功耗、高速度和稳定性等优点。
本文将从CMOS逻辑门的基本原理、结构和特点入手,详细介绍CMOS逻辑门的工作原理、应用及其发展趋势。
二、CMOS逻辑门的基本原理1. CMOS技术简介CMOS技术是指利用p型MOSFET和n型MOSFET组成的互补型MOSFET来构成数字电路。
p型MOSFET和n型MOSFET分别采用p型半导体和n型半导体作为衬底,通过控制栅极上的电压来控制输出端口上的电流。
由于它们互补使用,因此称为互补型MOSFET。
2. CMOS逻辑门结构CMOS逻辑门由p型MOSFET和n型MOSFET组成,它们分别被串联在输出端口上。
当输入信号为高电平时,p型MOSFET导通,n型MOSFET截止;当输入信号为低电平时,p型MOSFET截止,n型MOSFET导通。
3. CMOS逻辑门特点(1)低功耗:CMOS逻辑门采用互补型MOSFET,因此在静态状态下几乎不消耗功率。
(2)高速度:由于p型MOSFET和n型MOSFET的导通与截止是瞬间完成的,因此CMOS逻辑门具有较高的响应速度。
(3)稳定性好:CMOS逻辑门具有很好的抗干扰能力,能够有效地抵御噪声和干扰。
三、CMOS逻辑门工作原理1. CMOS反相器CMOS反相器由一个p型MOSFET和一个n型MOSFET组成。
当输入信号为高电平时,p型MOSFET导通,n型MOSFET截止;当输入信号为低电平时,p型MOSFET截止,n型MOSFET导通。
因此输出信号与输入信号相反。
2. CMOS与非门CMOS与非门由两个串联的CMOS反相器组成。
当两个输入端口均为高电平时,两个反相器输出均为低电平,而输出端口上出现高电平;只要有一个输入端口为低电平,则整个CMOS与非门输出都为高电平。
3. CMOS或非门CMOS或非门由两个并联的CMOS反相器组成。
cmos逻辑门电路
CMOS逻辑门电路1. 什么是CMOS逻辑门电路?CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)逻辑门电路是一种常用的数字电路设计技术。
它由两种类型的晶体管组成:N型金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOS)和P型金属氧化物半导体场效应晶体管(PMOS)。
CMOS逻辑门电路采用了这两种晶体管的互补特性,能够实现低功耗、高噪声容限和高抗干扰性能。
2. CMOS逻辑门电路的基本原理CMOS逻辑门电路是通过控制晶体管的导通与截止状态来实现不同逻辑功能的。
当输入信号为高电平时,PMOS导通,NMOS截止;当输入信号为低电平时,PMOS截止,NMOS导通。
通过合理地设计和连接这些晶体管,可以实现与门、或门、非门等基本逻辑功能。
3. CMOS逻辑门电路的基本结构3.1 NMOS与PMOS晶体管NMOS和PMOS晶体管是构成CMOS逻辑门电路的基本元件。
NMOS由一个N型沟道和控制栅极组成,PMOS由一个P型沟道和控制栅极组成。
NMOS的导通与截止由栅极电压控制,当栅极电压高于阈值电压时,NMOS导通;PMOS的导通与截止也由栅极电压控制,但是当栅极电压低于阈值电压时,PMOS导通。
3.2 CMOS逻辑门的实现CMOS逻辑门由一组串联或并联的NMOS和PMOS晶体管组成。
以下是几种常见的CMOS逻辑门实现方式:•与门(AND Gate):将多个输入信号分别通过NMOS与PMOS晶体管连接,在输出端通过串联的NMOS和PMOS晶体管实现与运算。
•或门(OR Gate):将多个输入信号分别通过NMOS与PMOS晶体管连接,在输出端通过并联的NMOS和PMOS晶体管实现或运算。
•非门(NOT Gate):将输入信号通过一个NMOS晶体管接入输出端,并在输出端再接入一个PMOS晶体管,实现非运算。
4. CMOS逻辑门电路的特点4.1 高抗干扰性CMOS逻辑门电路采用了互补型结构,输入信号只需驱动其中一种晶体管,另一种晶体管处于截止状态,因此输入信号的干扰对输出信号的影响较小。
全互补CMOS门电路
全互补CMOS门电路
F (A B)( C D)( E F G)
全互补CMOS门电路
全互补CMOS集成门电路 电路构成之规律: N管:与串或并 P管:与并或串 N管数目与P管数目相同 MOS管尺寸的选取,与标准的CMOS倒相器进行比 对,使电路的上升时间、下降时间可以与标准的CMOS 倒相器相匹配。
当输入信号A、B均为高电平‘0’,则对应的NMOS 管都截止,PMOS管均导通,即NMOS逻辑模块截止, PMOS逻辑模块导通,输出信号F被上拉到低电平‘1’ (5V)。
电路完成或非功能。
全互补CMOS或非门电路
直流传输特性曲线:
全互补CMOS或非门RC等效电路
S2、S3代表两个NMOS管的 导通和截止。 S1代表两个PMOS管,因为 两个PMOS是串联的,只要有 一个截止,就都截止,只有 都导通才导通。
全互补CMOS或非门RC等效电路
下降时间 tf=2.2RN1CL=2.2RN2CL 上升时间 tr=2.2(RP1+RP2)CL 要使其上升时间、下降时间与标准CMOS倒相器相匹配 N管(W/L)n应当与标准CMOS倒相器N管相同 P管(W/L)p应当为标准CMOS倒相器P管的2倍
全互补CMOS门电路
全互补CMOS门电路
全互补CMOS集成门电路 CMOS与非门电路中,总有NMOS管,其源与衬底
之间存在电位差VBS,称为衬底偏置效应。 衬底偏置效应主要影响MOS管的阈值电压Vth Vthn=Vthn0+0.5(|VBS|)0.5 Vthp=Vthp0 - 0.5(|VBS|)0.5
全互补CMOS门电路
PMOS逻辑块
F
A
NMOS逻辑块
B
全互补CMOS或非门电路
【图文】数字电子技术经典教程 CMOS门电路
改进型CMOS门电路改进型CMOS门电路 CMOS CMOS门电路几种常见系列:门电路几种常见系列:门电路几种常见系列系列:(1)CD4000系列:基本系列,速度较慢)系列基本系列,(2)74HC系列:速度比系列:系列提高近10倍)系列速度比CD4000系列提高近倍系列提高近系列:(3)74HCT系列:与LSTTL门电路兼容)系列门电路兼容系列:(4)LVC系列:低电压系列)系列(5)BiCMOS系列)系列
改进型CMOS门电路改进型CMOS门电路 CMOS BiCMOS反相器反相器当vI输入高电平时,VTN1、VTN2和VT2导通,VTP、VTN3 和VT1截止,vO输出低电平。
当vI输入低电平时,VTP1、VTN3和VT1导通,VTN1、VTN2 和VT2截止,vO输出高电平。
输入和输出实现非逻辑。
改进型CMOS门电路改进型CMOS门电路 CMOS BiCMOS门电路的结构特点门电路的结构特点门的输出电路总是由两个NPN晶体管组成推(1)BiCMOS 门的输出电路总是由两个)门的输出电路总是由两个晶体管组成推拉式结构。
拉式结构。
2)连接上方(射随输出)(2)连接上方(射随输出)晶体管基极的
内部电路总是该门电路的基本功能电路部分。
门电路的基本功能电路部分。
(3)下方(反相输出)晶体管基极上的信号总是上方晶体)下方(反相输出)管基极信号的反。
管基极信号的反。
本节作业习题 1、2、3 、、。
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孙卫强
继电器逻辑电路
20世纪30年代,贝尔实验室第一部二进制加法器(1937)和后来的复 数运算器(1940),采用继电器逻辑(Relay Logic)
输入A 高 高 低 低
输入B 高 低 低 高
输出 高 低 低 低
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简单的回顾
按照使用器件技术的不同,数字逻辑电路可 以分为:
继电器逻辑电路:RL逻辑电路 双极型晶体管电路:TTL逻辑电路,ECL电路 单极型MOS电路:NMOS,PMOS和CMOS等 常用的是TTL和CMOS电路
本世纪80年代开始,CMOS逐渐取代TTL, 成为集成电路的主导技术
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内容提要
半导体和PN结 MOS晶体管 CMOS门电路 双极型逻辑和TTL电路
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半导体材料硅(Si)
硅的晶格结构(平面图)
硅的晶格结构
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半导体材料硅(Si)
VCC 硅的晶格结构(平面图)
硅的晶格结构
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P型半导体
多余的空穴 B
掺杂以后的半导体依旧是电中性(不带电)的
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N型半导体
多余的电子 P
掺杂以后的半导体依旧是电中性(不带电)的
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P-N结(P-N Junction)
耗尽层
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内容提要
半导体和PN结 MOS晶体管 CMOS门电路 双极型逻辑和TTL电路
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CMOS电路
CMOS: Complementary MOS,互补 MOS 用NMOS和PMOS用互补的方式共用,就形 成CMOS。 NMOS晶体管和PMOS晶体管总是成对出现, 状态互补。 常用CMOS门电路
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二极管和三极管
三极管 二极管 N类型半导体 c b
PNP
e
双极型晶体管命名的由来
两种载流子参与导电。
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NPN
P类型半导体
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NPN BJT导通示意图
/wiki/Bipolar_junction_transistor
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MOS晶体管符号
N沟道MOS管 栅极(gate) + Vgs P沟道MOS管 + 栅极 Vgs 源极(source) 源极 漏极 (drain)
漏极 Tips:栅极和另外两个极之间没有什么联系。但是栅极和源、漏极之间有电容耦合, 在高速电路中会产生功耗。 19/39 sunwq@
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MOS晶体管结构
Source:源极 Gate:栅极 Drain:漏极
n+
n+
p+
p+
p类型基底 NMOS晶体管
n类型基底 PMOS晶体管
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MOS晶体管工作原理
源极 (S) 栅极(G) Vgs 漏极(D) Vds
p类型基底
以NMOS晶体管为例 Vgs > 0
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P-N结的导电特性
VCC
当PN结两端加上正向偏置电压时,PN结表现出很小的电阻,处于导通状态
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P-N结的导电特性
VCC
当PN结两端加上反向偏置电压时,PN结表现出很大的电阻,处于截至状态
PN结具有单向导电特性。
电子移动方向 电流方向
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半导体的掺杂
半导体中参与导电的实体—载流子(Carrier) 电子 空穴 通过改变载流子的数量,可以改变半导体的导电特性 P型掺杂 P:Positive 加入三价元素杂质,例如硼或者铟 增加空穴的数量 N型掺杂 N:Negative 加入五价元素杂质,例如磷、砷或锑 增加自由电子的数量
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CMOS与非门的开关模型
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更多输入的CMOS与非门
1. 它的开关模型?
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2. 门的数量和输入的关系? 28/39
更多。。。。
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由其他材料构成的场效应管(FET)
Amorphous silicon (无定形硅) Polycrystalline silicon (多晶硅) Organic semiconductors (有机半导体)
H. Sirringhaus, Materials and Applications for Solution-Processed Organic Field-Effect Transistors, Proc. IEEE, pp. 1570-1579, 2009 H. Sirringhaus, Device Physics of SolutionProcessed Organic Field-Effect Transistors, Adv. Mater. 2005, 17, 2411–2425
反相器/与非门/或非门/与或非门/或与非门
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CMOS反相器
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CMOS反相器的开关模型
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CMOS反相器的另一种表示法
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CMOS与非门
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部分小结
本征半导体 半导体掺杂(P型掺杂、N型掺杂) P-N结 双极型器件(二极管/三极管)
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Байду номын сангаас
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内容提要
半导体和PN结 MOS晶体管 CMOS门电路 双极型逻辑和TTL电路
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