CMOS集成逻辑门电路
cmos集成电路特点
cmos集成电路特点CMOS集成电路（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor Integrated Circuit）是一种常见的集成电路技术，具有许多独特的特点。
在本文中，我们将详细介绍CMOS集成电路的特点，并从不同的角度对其进行扩展描述。
1. 低功耗：CMOS集成电路的一个显著特点是低功耗。
由于CMOS逻辑门内部只有在输入信号变化时才会消耗能量，因此在静态状态下，功耗几乎可以忽略不计。
这使得CMOS集成电路在电池供电和便携设备中得到广泛应用。
2. 抗干扰能力强：CMOS集成电路采用的是一种差动式的工作方式，输入信号的变化通过差分放大器进行放大，从而提高了抗干扰能力。
这使得CMOS集成电路在高噪声环境中具有良好的信号处理能力。
3. 高集成度：CMOS集成电路的制造工艺相对简单，可以实现高度集成。
由于CMOS工艺可以在同一芯片上制造多种功能的电路，因此可以在一个芯片上集成处理器、存储器、输入输出接口等多种功能，大大提高了集成度。
4. 工作电压范围广：CMOS集成电路可以在较低的电压下工作，通常工作电压在1V到5V之间。
这使得CMOS集成电路在低电压供电系统中具有广泛的应用前景。
5. 低噪声：CMOS集成电路由于采用差动放大器的工作方式，其输出信号与输入信号之间的幅度比较大，因此可以减小噪声对输出信号的影响。
这使得CMOS集成电路在信号处理领域中得到广泛应用。
6. 高可靠性：CMOS集成电路由于采用的是金属-氧化物-半导体结构，具有较高的可靠性。
金属层可以提供良好的接触和导电性能，氧化物层可以有效隔离金属层和半导体层，从而提高了电路的可靠性。
7. 高频特性好：CMOS集成电路具有较好的高频特性，可以实现高速的信号处理和传输。
由于CMOS集成电路的输入和输出特性都是电压驱动的，因此可以实现较高的工作频率。
8. 体积小：CMOS集成电路由于采用了微型制造工艺，可以实现高度集成，并且具有较小的体积。
CMOS逻辑电路设计
CMOS逻辑电路设计CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）逻辑电路是现代集成电路中广泛应用的一种电路结构。
它由N沟道MOS（NMOS）和P沟道MOS（PMOS）互补组成，具有低功耗、高噪声抑制和高速运算等优势。
在本文中，我们将探讨CMOS逻辑电路的设计原理和方法。
一、CMOS逻辑门的基本结构CMOS逻辑门是由一对互补的MOS管组成的。
其中，NMOS管是由N沟道与P+掺杂的互补金属氧化物半导体（CMOS）结构形成，而PMOS管是由P沟道与N+掺杂的CMOS结构形成。
CMOS逻辑电路通过控制这些NMOS管和PMOS管的某些管子通断来实现逻辑运算。
二、CMOS逻辑门的基本原理CMOS逻辑门的基本原理是利用MOS管在开关状态时流过的电流来实现信号的逻辑运算。
当NMOS管的门极接收到高电平信号（逻辑1）时，通常情况下，NMOS管导通，PMOS管截止。
相反，当NMOS 管的门极接收到低电平信号（逻辑0）时，NMOS管截止，PMOS管导通。
通过这种控制逻辑，CMOS逻辑门可以实现与门、或门、非门等基本逻辑运算。
三、CMOS逻辑电路的设计方法在进行CMOS逻辑电路设计时，需要遵循以下步骤：1. 确定逻辑功能：根据所需的逻辑运算，确定需要设计的CMOS逻辑门类型。
2. 绘制逻辑图：根据所需的逻辑功能，用逻辑符号绘制电路的逻辑图。
3. 分析逻辑功能：根据逻辑图，分析逻辑门输入和输出之间的关系，确定每个逻辑门的输入和输出真值表。
4. 选择器件尺寸：根据所需的逻辑门延迟、功耗和面积等要求，选择合适的管子尺寸。
5. 进行布线：根据所选用的管子尺寸，进行电路的布线设计。
6. 进行模拟仿真：使用电路设计软件，进行CMOS逻辑电路的仿真，验证其功能和性能。
7. 进行物理实现：根据设计结果，进行CMOS逻辑电路的物理实现，包括掩膜制作、晶圆制作和封装测试等过程。
四、CMOS逻辑电路的优势与应用CMOS逻辑电路具有以下优势：1. 低功耗：由于CMOS逻辑电路的特殊结构，只有在发生信号变换时才会有较大电流流过。
CMOS逻辑门电路
CMOS逻辑门电路CMOS逻辑门电路是在TTL电路问世之后，所开发出的第二种广泛应用的数字集成器件，从发展趋势来看，由于制造工艺的改进，CMOS电路的性能有可能超越TTL而成为占主导地位的逻辑器件。
CMOS电路的工作速度可与TTL 相比较，而它的功耗和抗干扰能力则远优于TTL。
此外，几乎所有的超大规模存储器件，以及PLD器件都采用CMOS艺制造，且费用较低。
早期生产的CMOS门电路为4000系列，随后发展为4000B系列。
当前与TTL兼容的CMO器件如74HCT系列等可与TTL器件交换使用。
下面首先讨论CMOS反相器，然后介绍其他CMO逻辑门电路。
MOS管结构图MOS管主要参数：1.开启电压V T·开启电压（又称阈值电压）：使得源极S和漏极D之间开始形成导电沟道所需的栅极电压；·标准的N沟道MOS管，V T约为3～6V；·通过工艺上的改进，可以使MOS管的V T值降到2～3V。
2. 直流输入电阻R GS·即在栅源极之间加的电压与栅极电流之比·这一特性有时以流过栅极的栅流表示·MOS管的R GS可以很容易地超过1010Ω。
3. 漏源击穿电压BV DS·在V GS=0（增强型）的条件下，在增加漏源电压过程中使I D开始剧增时的V DS称为漏源击穿电压BV DS·I D剧增的原因有下列两个方面：（1）漏极附近耗尽层的雪崩击穿（2）漏源极间的穿通击穿·有些MOS管中，其沟道长度较短，不断增加V DS会使漏区的耗尽层一直扩展到源区，使沟道长度为零，即产生漏源间的穿通，穿通后，源区中的多数载流子，将直接受耗尽层电场的吸引，到达漏区，产生大的I D 4. 栅源击穿电压BV GS·在增加栅源电压过程中，使栅极电流I G由零开始剧增时的V GS，称为栅源击穿电压BV GS。
5. 低频跨导g m·在V DS为某一固定数值的条件下，漏极电流的微变量和引起这个变化的栅源电压微变量之比称为跨导·g m反映了栅源电压对漏极电流的控制能力·是表征MOS管放大能力的一个重要参数·一般在十分之几至几mA/V的范围内6. 导通电阻R ON·导通电阻R ON说明了V DS对I D的影响，是漏极特性某一点切线的斜率的倒数·在饱和区，I D几乎不随V DS改变，R ON的数值很大，一般在几十千欧到几百千欧之间·由于在数字电路中，MOS管导通时经常工作在V DS=0的状态下，所以这时的导通电阻R ON可用原点的R ON来近似·对一般的MOS管而言，R ON的数值在几百欧以内7. 极间电容·三个电极之间都存在着极间电容：栅源电容C GS 、栅漏电容C GD和漏源电容CDS·C GS和C GD约为1～3pF·C DS约在0.1～1pF之间8. 低频噪声系数NF·噪声是由管子内部载流子运动的不规则性所引起的·由于它的存在，就使一个放大器即便在没有信号输人时，在输出端也出现不规则的电压或电流变化·噪声性能的大小通常用噪声系数NF来表示，它的单位为分贝（dB）·这个数值越小，代表管子所产生的噪声越小·低频噪声系数是在低频范围内测出的噪声系数·场效应管的噪声系数约为几个分贝，它比双极性三极管的要小一、CMOS反相器由本书模拟部分已知，MOSFET有P沟道和N沟道两种，每种中又有耗尽型和增强型两类。
CMOS门电路
2.1.4 CMOS门电路的电气特性
CD4000 系列门电路的极限参数（ VDD=5V） ◆ 输出高电平电压VOH ，VOH（min）= VDD-0.1V
◆ ◆ ◆
◆
输出低电平电压VOL ，VOL（max）= 0.1V 输入高电平电压VIH ，VIH（min）= 70%VDD 输入低电平电压VIL，VIL（max）= 30%VDD 阈值电压VTH=1/2VDD
PMOS
漏极相连 做输出端 NMOS
柵极相连 做输入端
2.1.2 CMOS反相器
2. CMOS反相器的工作原理
（1）当vI=0V时，vGSN=0V，VTN 截 止 ， ∣ vGSP∣=VDD ， VTP 导 通 ， vO≈VDD，门电路输出输出高电平；
VDD
VTP vI VTN vO
（ 2 ） 当 vI=VDD 时 ， VGSN=VDD ， VTN导通，∣VGSP∣=0V，VTP截止 ，vO≈0V，门电路输出低电平。
问题的提出
异或门的逻辑功能：
A B =1 F
输入相同，输出为“0”
输入不同，输出为“1”
F=AB
内部电路是什么样的，如何实现相应的逻辑功能？
门电路有哪些参数？如何正确使用？
本章的教学目标
■ 理解CMOS门电路结构与工作原理 ■ 掌握CMOS门电路外特性，正确使用CMOS门电路
■ 理解TTL门电路结构与工作原理 ■ 掌握TTL门电路外特性，正确使用TTL门电路
（2）由动态尖峰电流产生的瞬时动态功耗
VDD VTP iD vI vO vO
0 iD
t
VTN
0
t
PT CP DVD2D f
（3）总的动态功耗
2 PD PC PT C L C PD）VDD f （
实验二 CMOS集成逻辑门的参数测试
（1） 输出高低电压OH U 和OL U输出端不带任何负载时，当输入端全部接高电平OH U 时，测得的输出电平就是OL U (=)0；当输入端有一个为低电平时，测得的低电平就是OH U （＝DD U ） （2） 拉电流和灌电流负载能力图2.2－3所示电路中，输入端接低电平，输出端接拉电流负载L R ，调节L R ,当OL U 上升到0.5V 时所对应的负载电流，即为OL I 。
3、 电压传输特性CMOS 门电路电压传输特性的测试方法类似于TTL 门电路。
图2－4为逐点测量电压传输特性的实验电路。
oHoL（a ）（b ）图2.2-2（a ）（b ）图2.2-3ΩK由示波CMOS 与非门CD4011的主要参数规范（DD U ＝10V ）(1) 静态电源电流≤5uA;(2).输出低电平0.1V;(3).输出高电平9.5V ；(4).输出驱动电流OL I >300uA,OH I >300uA;(5).最大允许电压18V ；(6). 最小允许电压3V ；(7).输出延迟时间pdH t ＝300～150ns,pdL t = 300～150ns ；(8).输入电容5pF5、 CMOS 电路使用注意事项（1）DD U 接电源正极，SS U 接电源负极（通常接地），电源绝对不容反接。
（2）电源电压使用范围＋3V ～＋18V ，实验中一般要求使用＋12V 或＋5V 电源。
工作在不同电源电压下的器件，其输出阻抗、工作速度和功耗等参数也会不同，在设计、使用中应引WR K 100图2.2-4起注意。
（3）器件输入信号i U ，要求DD i SS U U U <<范围内。
（3） 闲置输入端一律不准悬空，输入端悬空,不仅会造成逻辑混乱，而且容易损坏器件。
闲置输入端的处理方法：a. 按照逻辑要求，直接接DD U 或SS U .b. 工作速度不高的电路中允许与有用输入端并联使用。
（4） 输出端不允许直接与DD U 或SS U 连接，否则将导致器件损坏。
CMOS集成逻辑门电路特点及使用方法
CMOS集成逻辑门电路特点及使用方法
1.低功耗：CMOS电路在工作时只有短暂的电流流动，且仅在切换过程中会有瞬间的短路电流，因此功耗较低。
2.高集成度：CMOS电路能够实现大规模的集成，由于其结构简单，可以在一个芯片上实现多个逻辑门功能，从而提高整体集成度。
3.抗干扰能力强：CMOS电路采用互补器件，两种类型的晶体管结合在一起，当一种开启时，另一种关闭，因此对干扰信号的抵抗能力强。
4.工作稳定：CMOS电路由于采用了互补结构，不容易产生热失调现象，故工作稳定性较高。
5.可编程性强：CMOS电路通常具有很好的可编程性，可以通过调整电流大小、精密度等参数来实现不同逻辑功能的设计。
1.电路设计：根据需要设计逻辑电路，包括确定所需的逻辑功能、输入输出端口等。
2.电路仿真：使用电路仿真软件对设计的逻辑电路进行仿真，验证其正确性并进行必要的调整。
3.电路布局：根据设计的逻辑电路，进行电路布局设计，确定晶体管和连线的布局，保证电路的正常工作。
4.制作掩膜：根据布局设计制作相应的掩膜，并进行曝光和光刻等加工工艺。
5.生产加工：通过工艺流程，将设计好的电路图案制作到芯片上，完成电路的制造。
6.测试验证：对制作好的CMOS电路进行测试验证，检查其性能和功能是否符合设计要求。
总的来说，CMOS集成逻辑门电路具有低功耗、高集成度、抗干扰能力强、工作稳定等优点，广泛应用于数字电路、微处理器、存储器、通信电路、模拟电路等领域。
在使用CMOS集成电路时，需要进行电路设计、仿真、布局、制作掩膜、生产加工和测试验证等步骤，以确保电路的正常工作和性能达到设计要求。
CMOS技术的不断发展将为电子行业带来更多的创新和发展机遇。
CMOS 集成逻辑门电路特点及使用方法
CMOS 集成逻辑门电路特点及使用方法1．CMOS集成电路特点CMOS集成电路的特点是功耗极低、输出幅度大噪声容限大、扇出能力强。
MOS逻辑门电路主要分为NMOS、PMOS、CMOS三大类，PMOS是MOS逻辑门的早期产品，它不仅工作速度慢且使用负电源，不便与TTL电路连接，CMOS是在NMOS的基础上发展起来，它的各种性能较NMOS都好。
2．集成CMOS电路的特性参数CMOS门电路主要参数的定义同TTL电路，下面主要说明CMOS电路主要参数的特点。
(1)输出高电平U OH 与输出低电平U OLCMOS门电路U OH的理论值为电源电压U DD，U OH(min)=0.9U DD；U OL的理论值为0V，U OL(max)=0.01U DD。
所以CMOS门电路的逻辑摆幅(即高低电平之差)较大，接近电源电压U DD值。
(2)阈值电压U TH从CMOS 非门电压传输特性曲线中看出，输出高低电平的过渡区很陡，阈值电压U TH 约为U DD/2。
(3)抗干扰容限CMOS非门的关门电平U OFF为0.45U DD，开门电平U ON为0.55U DD。
因此，其高、低电平噪声容限均达0.45U DD。
其他CMOS门电路的噪声容限一般也大于0.3U DD，电源电压U DD 越大，其抗干扰能力越强。
(4)传输延迟与功耗CMOS电路的功耗很小，一般小于1 mW/门，但传输延迟较大，一般为几十ns/门，且与电源电压有关，电源电压越高，CMOS电路的传输延迟越小，功耗越大。
前面提到74HC 高速CMOS系列的工作速度已与TTL系列相当。
(5)扇出系数因CMOS电路有极高的输入阻抗，故其扇出系数很大，一般额定的扇出系数可达50。
但必须指出的是，扇出系数是指驱动CMOS电路的个数，若就灌电流负载能力和拉电流负载能力而言，CMOS电路远远低于TTL电路。
以测试过的CD4001为例，其主要特性参数见表11-12。
表3 CD4001四2或非门主要特性参数注：以上参数范围为电源电压选择5V、10V及15V的前提下所得。
CMOS集成门电路
工作原理 在反相器基础上串接 EN = 0 时，VP2 和 VN2 了 PMOS 管 VP2 和 NMOS 导通，呈现低电阻，不影 管 CMOS VN2，它们的栅极分别 响 反相器工作。 受 EN Y =和 A EN 控制。 EN = 1 时，VP2、VN2 均截止，输出端 Y 呈现高 阻态。 因此构成使能端低 电平有效的三态门。
VP1
A Z Y=A VN1
Y
EN
1 0
0 1
截止 导通 VN2
EN
低电平使能的 CMOS 三态输出门
三、CMOS 集成逻辑门使用要点
1. 注意不同系列 CMOS 电路允许的电源电压范围不同， 一般多用 + 5 V。电源电压越高，抗干扰能力也越强。 2. 闲置输入端的处理
不允入电容， 使速度下降，因此工作频率高时不宜这样用。 与门和与非门的闲置输入端可接正电源或高电平； 或门和或非门的闲置输入端可接地或低电平。
[例] 试改正下图电路的错误，使其正常工作。
CMOS 门
悬空 悬空
TTL 门
≥
OD 门
&
EN
(a) 解： CMOS 门
(b) TTL 门
(c) VDD OD 门
(d)
VDD
Ya = AB Yb = A + B
Yc = A
A EN = 1 时 Y d= B EN = 0 时
[例] 试分别采用与非门和或非门实现与门和或门。 解：(1) 用与非门实现与门 因为 Y = AB = AB
回顾旧课：
应用集成门电路时，应注意： (1)由输入电阻确定输入信号
(2)多余输入端的连接
导语：
CMOS集成逻辑门电路是互补金属-氧化物 -半导体场效应管门电路的简称。它的突出优点 是微功耗、高抗干扰能力。在中大规模数字集 成电路中有着广泛的应用。
ttl、cmos集成与非门电路的主要参数和意义
ttl、cmos集成与非门电路的主要参数和意义文章标题：深度解读ttl、cmos集成与非门电路的主要参数和意义一、引言TTL和CMOS集成与非门电路是数字电路中常见的两种逻辑门电路，它们在数字系统设计中扮演着重要的角色。
本文将深入探讨这两种电路的主要参数和意义，帮助读者更好地理解数字电路设计的基础知识。
二、TTL集成与非门电路的主要参数和意义1. 逻辑电平TTL集成与非门电路的逻辑电平指的是输入电压和输出电压的标准数值范围，其中高电平通常定义为2.4V至5V，低电平定义为0V至0.8V。
这个参数的意义在于确保在不同的电路之间可以进行可靠的信号传输和逻辑运算。
2. 传输延迟TTL集成与非门电路的传输延迟指的是从输入信号变化到输出信号变化所经过的时间。
传输延迟的主要影响因素包括晶体管的开关速度和电路中的负载电容等。
理解传输延迟对于设计高速数字系统至关重要，可以帮助设计师合理安排信号的传输路径和减小信号的时延。
3. 功耗TTL集成与非门电路的功耗是指在逻辑运算和信号放大过程中消耗的电能。
功耗的高低直接影响到电路的发热和稳定性。
合理控制功耗可以延长电路的寿命并减少系统的散热设计成本。
4. 抗干扰能力TTL集成与非门电路的抗干扰能力指的是在外部噪声和干扰的情况下，电路能够正确地进行逻辑运算和输出稳定的信号。
提高电路的抗干扰能力对于在工业环境中稳定运行至关重要。
5. 个人观点我认为TTL集成与非门电路在数字系统设计中具有重要的地位，其稳定性和可靠性经过了长期的验证，是非常成熟和可靠的数字逻辑电路。
三、CMOS集成与非门电路的主要参数和意义1. 静态功耗CMOS集成与非门电路的静态功耗指的是在无输入信号的情况下，由于晶体管的导通而导致的功耗。
静态功耗是CMOS电路一个重要的参数，尤其在移动设备和电池供电的场景下，合理控制静态功耗对于延长电池寿命至关重要。
2. 输入电阻CMOS集成与非门电路的输入电阻是指输入端对于外部信号的阻抗大小，它决定了电路的输入信号的驱动能力和对外部环境的适应能力。
实验二CMOS集成逻辑门的逻辑功能与参数测试
实验二CMOS集成逻辑门的逻辑功能与参数测试CMOS（互补金属氧化物半导体）集成逻辑门是数字电路中常用的一种电路实现方式。
与传统的TTL（晶体管-晶体管逻辑）逻辑门相比，CMOS逻辑门具有低功耗、高集成度等优势，因此得到广泛应用。
本实验旨在测试CMOS集成逻辑门的逻辑功能和相关参数。
实验前我们需要准备的实验设备和材料有：1.CMOS集成逻辑门芯片（例如CD4001、CD4011等）2.示波器或数字电路测试仪3.电压源（通常在3V至5V范围内）4.按钮开关或开关电源首先，我们选择一种CMOS集成逻辑门芯片（例如CD4001），并将其连接到示波器或数字电路测试仪上，以便观察和记录逻辑门的输出信号。
接下来，我们逐个测试CMOS集成逻辑门的逻辑功能。
在CMOS芯片中，通常有四个逻辑门，分别对应四个逻辑函数：与门、非门、或门和异或门。
1. 与门（AND gate）与门有两个输入端和一个输出端。
当两个输入都为HIGH（逻辑1）时，输出为HIGH；否则输出为LOW（逻辑0）。
我们可以在两个输入上施加适当的电压，检查输出是否符合预期结果。
2. 非门（NOT gate）非门只有一个输入端和一个输出端。
当输入为HIGH时，输出为LOW；当输入为LOW时，输出为HIGH。
通过改变输入电压，验证输出结果是否与逻辑非函数相符。
3. 或门（OR gate）或门有两个输入端和一个输出端。
当两个输入至少有一个为HIGH时，输出为HIGH；当两个输入都为LOW时，输出为LOW。
我们可以通过改变输入的电压来检查输出是否符合逻辑或函数。
4. 异或门（XOR gate）异或门也有两个输入端和一个输出端。
当两个输入不相同时，输出为HIGH；当两个输入相同时，输出为LOW。
通过改变输入电压，我们可以验证输出是否符合逻辑异或函数。
在测试CMOS集成逻辑门的逻辑功能之后，我们还可以进行性能参数测试。
以下是一些常见的性能参数测试：1. 输入阈值电压（Input threshold voltage）输入阈值电压是指逻辑门对输入信号的最低或最高电平要求。
CMOS逻辑门电路
2．CMOS或非门
（1）当A，B中有一个或全为高电平时， 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为低电平。 （2）当A，B全为低电平时， TN1和 TN2才会都导通， TP1和 TP2才 会都截止，输出Y才会为高电平。
3．漏极开路的CMOS门（OD门）
数字电子技术
CMOS逻辑门电路
CMOS反相 器
其他功能的 CMOS电路
CMOS数字集 成电路的特点
1.1 CMOS反相器
1．MOS管的符号
如图2-14所示为增强型NMOS管和增强型PMOS管的电路符号。
（a）NMOS管
（b）PMOS管
图2-14 增强型NMOS管和增强型PMOS管的符号
2．CMOS反相器的电路结构
3．CMOS反相器的电路特点
（1）电路稳定时，CMOS反相器总有一个MOS管处于截止状态， 流过的电流为极小的漏电流，因此CMOS反相器的静态功耗极 低。 （2）由于CMOS反相器的阈值电平近似为0.5 VDD，输入信号变 化时，过渡变化陡峭，所以低电平噪声容限和高电平噪声容限 近似相等，且随电源电压升高，抗干扰能力增强，因此CMOS 反相器的抗干扰能力较强。
（a）CMOS与非门
（b）CMOS或非门
图2-16 CMOS与非门和或非门结构
1．CMOS与非门
（1）当A，B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）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。
如图2-15所示为CMOS反相器的电路结构。
（a）电路结构
cmos与门逻辑电路
cmos与门逻辑电路CMOS与门逻辑电路CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）与门逻辑电路是一种常见的数字电路，它由一对互补的MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）组成。
CMOS与门电路的基本功能是将两个输入信号进行逻辑与运算，输出结果与输入信号相应的逻辑关系相符。
CMOS与门电路的工作原理是基于MOSFET的特性。
MOSFET是一种由金属、氧化物和半导体材料构成的晶体管。
它包括一个源极、一个漏极和一个栅极。
当栅极施加电压时，栅极与源极之间的电场会改变沟道的导电性，从而控制漏极和源极之间的电流流动。
CMOS与门电路中的两个MOSFET互补工作，一个是P型，一个是N型。
当输入信号为低电平时，P-MOSFET导通，N-MOSFET 截断；当输入信号为高电平时，P-MOSFET截断，N-MOSFET导通。
通过控制输入信号的高低电平，CMOS与门电路可以实现逻辑与运算。
CMOS与门电路的优点之一是能够在低功耗下工作。
由于MOSFET 只有在切换时才会消耗能量，而且CMOS电路中的两个互补MOSFET只会同时导通或截断，因此在静态情况下几乎没有功耗。
另外，CMOS与门电路的结构简单，制造工艺成熟，可靠性高，容易集成在大规模集成电路（VLSI）中。
CMOS与门电路的应用非常广泛。
它可以用于各种数字系统中，如计算机、通信设备、工业控制系统等。
在数字集成电路中，CMOS 与门电路可以作为其他逻辑门电路的基本构件，例如与非门、与或门等。
此外，CMOS与门电路也可以用于信号处理、时序电路和存储器等领域。
尽管CMOS与门电路有很多优点，但也存在一些限制。
首先，由于MOSFET的特性，CMOS与门电路的输入电压范围受限，不能超过供电电压。
其次，CMOS与门电路在切换时可能会产生一定的噪声干扰，对于某些应用场景可能需要进行抗干扰设计。
此外，CMOS 与门电路的制造成本相对较高，需要复杂的工艺流程和精密的设备。
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。
实验二CMOS集成逻辑门的逻辑功能与参数测试
以提供0与1电平信号，开关向上为1，
≥1
VSS LED
向下为0。门的输出端接LED的显示
12
3
7
插口，LED亮为1，否则为0。
Y
3. 用示波器观察与非门、或非门对连续脉冲的控制作用
例：CC4011按下图连线，将一个输入端接连续脉冲源
（频率为20KHZ），用示波器观察两种电路的输出波形并纪
录下来。 +5V
（3）多余输入端可直接接VDD（与非门）或VSS（或非门）；
在工作频率不高的电路中，允许将多余输入端和有用端并联。
（4）输出端不允许直接与VDD或VSS连接。 （5）在装接电路，改变电路连线或插、拔电路时，均应切断 电源，严禁带电操作。
①电路应存放在具有良好的 静电屏蔽的导电容器内。
②焊接必须切断电源。电烙 （6）焊接、测试和存储时应注意 铁外壳必须良好接地，或拔
符号
意义
C
0℃~70 ℃
E
-40℃~85℃
R
-55℃~85℃
M
-55℃~125℃
(2) 引脚排列 CC4011四2输入与非门
14 13 12
11 10
9Leabharlann 8VDD&
&
12
&
&
VSS
34
56 7
CC4030四异或门
14 13 12 11 10
98
VDD
=1
=1
12
=1
=1
VSS
34
56 7
CC4082双4输入与门
+5V
个门的传输特性（一个
RW
＆
输入端作信号输入，另
CMOS逻辑门电路
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。
TTL和CMOS集成门电路的逻辑功能分析方法
TTL和CMOS集成门电路的逻辑功能分析方法TTL集成门电路的逻辑功能分析方法：TTL电路常见的集成门电路有与门（AND）、或门（OR）、非门（NOT）、异或门（XOR）等。
逻辑功能分析的目的是确定输入和输出之间的关系，并确定电路的真值表。
以下是TTL集成门电路的逻辑功能分析步骤：1.确定电路的输入和输出端口：根据电路图或芯片手册，确定电路的输入和输出端口。
2.绘制真值表：根据电路的输入和输出端口，绘制真值表。
真值表列出了所有可能的输入组合以及对应的输出结果。
3.逐个输入组合进行分析：对每个输入组合，根据电路图和逻辑门的真值表，分析输出的结果。
可以使用布尔代数或卡诺图等方法进行分析。
4.验证和检查：通过验证输出结果是否与真值表中的结果一致来检查逻辑分析的正确性。
CMOS集成门电路的逻辑功能分析方法：CMOS电路由nMOS和pMOS晶体管组成，具有低功耗、高噪声免疫度和高集成度等优点。
类似于TTL电路，CMOS电路也可以实现与门、或门、非门和异或门等逻辑功能。
逻辑功能分析的步骤如下：1.确定电路的输入和输出端口：根据电路图或芯片手册，确定电路的输入和输出端口。
2.绘制真值表：根据电路的输入和输出端口，绘制真值表。
真值表列出了所有可能的输入组合以及对应的输出结果。
3.根据CMOS电路特性进行逻辑分析：CMOS电路具有与非门和与非门的组合，通过nMOS和pMOS晶体管的开关状态来实现逻辑运算。
根据这些特性，分析电路的逻辑功能。
4.验证和检查：通过验证输出结果是否与真值表中的结果一致来检查逻辑分析的正确性。
需要注意的是，在实际分析中，可以使用计算机辅助设计（CAD）工具来进行逻辑功能分析。
这些工具可以自动绘制真值表、生成逻辑图、模拟电路和验证结果。
总结：TTL和CMOS集成门电路的逻辑功能分析方法包括确定电路的输入和输出端口，绘制真值表，逻辑分析和验证结果。
逻辑功能分析是设计和实现数字逻辑电路的重要步骤，可以帮助工程师理解电路的逻辑关系，并确保设计的正确性。
集成逻辑门电路的选用
CMOS门电路
2．74HC – 系列 54/74HC – 系列是高速CMOS原则逻辑电路系列，具 有与74LS – 系列同等旳工作度和CMOS集成电路固有 旳低功耗及电源电压范围宽等特点。74HCxxx是 74LSxxx同序号旳翻版，型号最终几位数字相同，表达 电路旳逻辑功能、管脚排列完全兼容，为用74HC替代 74LS提供了以便。
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CMOS门电路
MOS电路旳特点： 1. 工艺简朴，集成度高。
优点
2. 是电压控制元件，静态功耗小。 3. 允许电源电压范围宽（318V）。
4. 扇出系数大，抗噪声容限大。 缺陷：工作速度比TTL低 。
场效应管有两种: 结型场效应管JFET
N沟道
耗尽型
绝缘栅型场效应管MOS
增强型 耗尽型
P沟道
超高速肖特基”系列。
TTL集成电路使用应注意旳问 题
１．正确选择电源电压 TTL集成电路旳电源电压允许变化范围比较窄，一般在4.5V～5.5V之间。
在使用时更不能将电源与地颠倒接错，不然将会因为过大电流而造成器 件损坏。 ２．对输入端旳处理 TTL集成电路旳各个输入端不能直接与高于+5.5V和低于-0.5V旳低内阻 电源连接。对多出旳输入端最佳不要悬空。虽然悬空相当于高电平，并 不影响“与门、与非门”旳逻辑关系，但悬空轻易接受干扰，有时会造 成电路旳误动作。所以，多出输入端要根据实际需要作合适处理。例如 “与门、与非门”旳多出输入端可直接接到电源Vcc上；也可将不同旳输 入端共用一种电阻连接到Vcc上；或将多出旳输入端并联使用。对于“或 门、或非门”旳多出输入端应直接接地。对于触发器等中规模集成电路 来说，不使用旳输入端不能悬空，应根据逻辑功能接入合适电平。 ３．对于输出端旳处理 除“三态门、集电极开路门”外，TTL集成电路旳输出端不允许并联使用。 假如将几种“集电极开路门”电路旳输出端并联,实现线与功能时，应在 输出端与电源之间接入一种计算好旳上拉电阻。集成门电路旳输出更不 允许与电源或地短路，不然可能造成器件损坏。
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换会受到电容充放电的影响，使输出波形边沿变得缓
慢，输出电压的变化也会滞后于输入电压的变化。
为减小开关时间，可以用P沟道MOS管来代替电阻RD， 就构成所谓的CMOS开关。
1.2 常用CMOS逻辑门电路
1.CMOS反相器
（1）工作原理。
TN管为工作管，N沟道MOS增强 型场效应管，开启电压UTN 。 TP管为负载管（作漏极负载Rd）， P沟道MOS增强型场效应管，开启 电压UTP。 栅极g接在一起，作为输入端 ； 漏极d接在一起，作为输出端 。
CMOS电路较之TTL电路具有以下优点： 功耗低、 静态电流小（约为纳安数量级）、抗干扰能力强、 电源电压范围宽、输入阻抗高、负载能力强等，应 用广泛。
1.1 MOS开关及其等效电路
1.MOS管开关等效电路
电路
输出特性曲线
当输入电压 较小时，有
，
MOS管截止， ,
当 增加，使
，
MOS管工作在可变电阻区。
（2）CMOS反相器电压传输特性和电流传输特性。
2.漏极开路门（OD门） 3.三态（TSL）输出门电路
4.CMOS传输门
又称模拟开关，既可以传输数字信号，也可以传输 模拟信号。
C=0时，传输门关闭，输入和输 出之间呈现出高阻抗状态，不能 进行信号传输。
C=1时， 在整个输入电压范围-5V~+5V内， 至少有一个场效应管导通。场效应 管导通，漏源间的沟道导通电阻 RON小于1kΩ，典型值为80Ω，漏极和源极之间相 当于短路，输出等于输入。
74VHC和74VHCT系列：保持74HC和74HCT系列 的功耗低等优点，并且在工作速度达到74HC和 74HCT系列的两倍。
74LVC和74AUC系列：这种系列是近年来随着便携 设备的发展，要求使用体积小，功耗低、电池耗电 小的半导体器件，因此先后推出了低电压CMOS器 件74LVC系列，及超低压CMOS器件74AUC系列， 并且半导体制造工艺可以使它们的成本更低、速度 更快，同时大多数低电压器件的输入输出电平可以 与5V的CMOS或TTL电平兼容OS管相当于受控制的可变电阻， 且 越大，输出特性曲线越陡峭，RON ， （导通电阻）越小。
即MOS管分别工作在截 止区和可变电阻区时， 相当于受 控制的一个 无触点开关 。
2.MOS管开关特性 uI
uIH
O
uO
UDD
O
tpH
tpLH
由于MOS管本身存在电容效应及L 导通电阻，在输入端
加入一个理想脉冲信号时，导通闭合两种状态之间转
即C=1时，传输门打开
1.3 CMOS逻辑门系列
4000系列：早期基本的CMOS集成逻辑门系列，后 来发展为4000B，应用十分广泛。其工作电压宽 （3~18V）、功耗低、抗干扰能力强，但工作速度 较慢，平均传输延迟时间为几十纳秒，最高工作频 率小于5MHz，且与TTL不兼容。
74HC和74HCT系列：74HC系列的其工作电压为 2~6V。与4000B系列相比，其工作速度快，且带负 载能力强。74HCT系列工作电压为4.5V~5.5V，并 可与TTL兼容。
电源UDD须大于两只MOS管的开启 电压的绝对值之和
即UDD > UTN +∣UTP∣
当输入电压 为低电平“0”时， 工作管TN因其UGS小于开启电压 UTN而截止，负载管TP因其UGS小 于开启电压UTP而导通。 工作管TN截止，漏极电流近似为 零，输出电压 为高电平“1”。
当输入电压 为高电平“1”时，工作管TN因其UGS大 于开启电压UTN而导通，负载管TP因其UGS大于开启电 压UTP而截止，输出电压 为低电平“0”。 即电路实现反相器功能，工作管TN和负载管TP总是 工作在互补的开关工作状态，即TN 和TP的工作状态 互补，所以CMOS电路称为互补型MOS电路。
数字电子技术基础
CMOS集成逻辑 门电路
CMOS集成逻辑门电路
1.1 MOS开关及其等效电路 1.2 常用CMOS逻辑门电路 1.3 CMOS逻辑门系列
MOS电路 --由金属氧化物绝缘栅型场效应（MOS）管 构成的单极型集成电路。
主要有三种类型： NMOS门电路、PMOS门电路和CMOS门电路。