门电路PPT课件
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一、MOS管的结金构属层
半导体层
PN结
S (Source)：源极
G (Gate)：栅极
D (Drain)：漏极
B (Substrate):衬底
12
以N沟道增强型为例：
13
以N沟道增强型为例：
开启电压
当加+VDS时，
VGS=0时，D-S间是两个背向PN结串联，iD=0
加上+VGS，且足够大至VGS >VGS (th), D-S间形成导电沟道 （N型层）
G1S
v V
0
GS2
GS(th)N
导通
v V 当 vGIS=1 VO0H=VDGDS时(th):P T1截止;T2
v V V
GS2
DD
GS(th)N
24
二、电压、电流传输特性
AB段：VI VGS(TH ) N
T1导通，T2截止 VO VOH VDD
CD段：VI VDD VGS(TH )P
29
二、输出特性
1.高 电 平 输V出 OH特 f(I性 OH) 同 样IO的 H 下V， GS VOH越 少
30
* 3.3.4 CMOS反相器的动态特性
一、传输延迟时间
1.原因 CI和 ： CL充放电R ， ON 较 因大 为C 所 L充 以 放电影响 ; 2.tPH,tLPL受 HCL、 VD影 D 响 ; 3.tPHLtPL， H74H 系C列 10为 ， n7s4A系 HC 列 5n为 。 s
第三章 门电路
1
3.1 概述
门电路：实现基本运算、复合运算的单元电 路，如与门、与非门、或门 ······
门电路中以高/低电平 表示逻辑状态的1/0
2
wenku.baidu.com
获得高、低电平的基本原理
高/低电平都允许有 一定的变化范围
3
正逻辑：高电平表示1，低电平表示0 负逻辑：高电平表示0，低电平表示1
4
3.2半导体二极管门电路 半导体二极管的结构和外特性（Diode）
14
二、输入特性和输出特性
① 输入特性：直流电流为0，看进去有一个输入电容CI，对动态有影响。 ② 输出特性：
③
iD = f (VDS) 对应不同的VGS下得一族曲线 。
15
漏极特性曲线（分三个区域）
① 截止区 ② 恒流区 ③ 可变电阻区
16
漏极特性曲线（分三个区域）
截止区：VGS<VGS(th)，iD = 0, ROFF > 109Ω
VNHVOH(m i n)VIH(m i n ) VNLVIL(m ax)VOL(m ax)
26
结论：可以通过提高VDD来提高噪声容限
27
3.3.3 CMOS 反相器的静态输入和输出特 性
一、输入特性
28
二、输出特性
1.低电平输出 VOL 特 f性 (IOL) 同样I的 OL 下， VGS VOL
19
三、MOS管的基本开关电路
因为 ROFF 109 , RON 1K 只要RON RD ROFF , 则：
当VI VIL VGS (th) T截止 VO VOH VDD 当VI VIH VGS (th) T导通 VO VOL 0 所以 MOS管D S间相当于一个受VI 控制的开关。
设VCC = 5V 加到A,B的 VIH=3V
VIL=0V 二极管导通时 VDF=0.7V
A BY 0V 0V 0.7V 0V 3V 0.7V 3V 0V 0.7V 3V 3V 3.7V
规定3V以上为1 0.7V以下为0
A BY 0 00 0 10 1 00 1 11 9
3.2.3 二极管或门
设VCC = 5V 加到A,B的 VIH=3V
20
四、等效电路
OFF ，截止状态
ON，导通状态
21
五、MOS管的四种类型
增强型
大量正离子
耗尽型
导电沟道
22
23
3.3.2 CMOS反相器的电路结构和工作原理
一、电路结构
V V GS(th)N GS(th)P
当vI=VIL=0时: T1导通;T2截
止
v V V v
G1S
DD
(且 为负 )
GS(th)P
T2导通，T1截止 VO VOL 0
BC段：VGS(TH ) N VI VDD VGS(TH )P
T1 , T2同 时 导 通
若 T1 , T2参 数 完 全 对 称 ，V I
1 2
V D D时
，
VO
1 2 VDD
25
三、输入噪声容限
在 VI偏V 离 IH 和 VIL 的一定范 VO基 围本 内不 ，变； 在输出变化， 允允 许许 范输 围入 内 称 的为 变输 化入 范噪 围声
二极管的结构： PN结 + 引线 + 封装构成
P
N
5
3.2.1二极管的开关特性： 高电平：VIH=VCC 低电平：VIL=0
VI=VIH VI=VIL
D截止，VO=VOH=VCC D导通，VO=VOL=0.7V
6
二极管的开关等效电路：
7
二极管的动态电流波形： (tre)
8
3.2.2 二极管与门
iN
可得平均功耗
PC
CL
fV
2 DD
3.总的动态功耗 PD PT PC
33
3.3.5 其他类型的CMOS门电路
一、其他逻辑功能的门电路
1. 与非门
2.或非门
34
带缓冲极的CMOS门
1、与非门
存在的缺点： (1 ) : 输出电阻
R O 受输入状态影响
A 1 , B 1则 R O R ON 2 R ON 4 2 R ON
17
漏极特性曲线（分三个区域）
恒流区： iD 基本上由VGS决定，与VDS 关系不 大 iD IDS(VVGGS(Sth) 1)2
当VGS VGS(th)下，iD VGS2
18
漏极特性曲线（分三个区域）
可变电阻区：当VDS 较低（近似为0）， VGS 一定时， VDS iD 常数（电阻） 这个电阻受VGS 控制、可变。
31
二、交流噪声容限 三、动态功耗
1.导通功耗
PTVDID TA,其 V I中 TA VT 1(tt12iTd t tt34iTd)t
静态功耗极小，与 功动 耗态 相比，可以忽略
32
三、动态功耗
2 .负载电容充放电功耗
PC
当
VI
, V DD
经
T
向
1
C
充电，有
L
iP
当
VI
,C
经
L
T
放电，有
2
VIL=0V 二极管导通时 VDF=0.7V
A BY 0V 0V 0V 0V 3V 2.3
V 3V 0V 2.3
规定2.3V以上为1 0V以下为0
A BY 0 00 0 11 1 01 1 1 1 10
二极管构成的门电路的缺点
电平有偏移 带负载能力差
只用于IC内部电路
11
3.3 CMOS门电路
3.3.1 MOS管的开关氧化特物性层
半导体层
PN结
S (Source)：源极
G (Gate)：栅极
D (Drain)：漏极
B (Substrate):衬底
12
以N沟道增强型为例：
13
以N沟道增强型为例：
开启电压
当加+VDS时，
VGS=0时，D-S间是两个背向PN结串联，iD=0
加上+VGS，且足够大至VGS >VGS (th), D-S间形成导电沟道 （N型层）
G1S
v V
0
GS2
GS(th)N
导通
v V 当 vGIS=1 VO0H=VDGDS时(th):P T1截止;T2
v V V
GS2
DD
GS(th)N
24
二、电压、电流传输特性
AB段：VI VGS(TH ) N
T1导通，T2截止 VO VOH VDD
CD段：VI VDD VGS(TH )P
29
二、输出特性
1.高 电 平 输V出 OH特 f(I性 OH) 同 样IO的 H 下V， GS VOH越 少
30
* 3.3.4 CMOS反相器的动态特性
一、传输延迟时间
1.原因 CI和 ： CL充放电R ， ON 较 因大 为C 所 L充 以 放电影响 ; 2.tPH,tLPL受 HCL、 VD影 D 响 ; 3.tPHLtPL， H74H 系C列 10为 ， n7s4A系 HC 列 5n为 。 s
第三章 门电路
1
3.1 概述
门电路：实现基本运算、复合运算的单元电 路，如与门、与非门、或门 ······
门电路中以高/低电平 表示逻辑状态的1/0
2
wenku.baidu.com
获得高、低电平的基本原理
高/低电平都允许有 一定的变化范围
3
正逻辑：高电平表示1，低电平表示0 负逻辑：高电平表示0，低电平表示1
4
3.2半导体二极管门电路 半导体二极管的结构和外特性（Diode）
14
二、输入特性和输出特性
① 输入特性：直流电流为0，看进去有一个输入电容CI，对动态有影响。 ② 输出特性：
③
iD = f (VDS) 对应不同的VGS下得一族曲线 。
15
漏极特性曲线（分三个区域）
① 截止区 ② 恒流区 ③ 可变电阻区
16
漏极特性曲线（分三个区域）
截止区：VGS<VGS(th)，iD = 0, ROFF > 109Ω
VNHVOH(m i n)VIH(m i n ) VNLVIL(m ax)VOL(m ax)
26
结论：可以通过提高VDD来提高噪声容限
27
3.3.3 CMOS 反相器的静态输入和输出特 性
一、输入特性
28
二、输出特性
1.低电平输出 VOL 特 f性 (IOL) 同样I的 OL 下， VGS VOL
19
三、MOS管的基本开关电路
因为 ROFF 109 , RON 1K 只要RON RD ROFF , 则：
当VI VIL VGS (th) T截止 VO VOH VDD 当VI VIH VGS (th) T导通 VO VOL 0 所以 MOS管D S间相当于一个受VI 控制的开关。
设VCC = 5V 加到A,B的 VIH=3V
VIL=0V 二极管导通时 VDF=0.7V
A BY 0V 0V 0.7V 0V 3V 0.7V 3V 0V 0.7V 3V 3V 3.7V
规定3V以上为1 0.7V以下为0
A BY 0 00 0 10 1 00 1 11 9
3.2.3 二极管或门
设VCC = 5V 加到A,B的 VIH=3V
20
四、等效电路
OFF ，截止状态
ON，导通状态
21
五、MOS管的四种类型
增强型
大量正离子
耗尽型
导电沟道
22
23
3.3.2 CMOS反相器的电路结构和工作原理
一、电路结构
V V GS(th)N GS(th)P
当vI=VIL=0时: T1导通;T2截
止
v V V v
G1S
DD
(且 为负 )
GS(th)P
T2导通，T1截止 VO VOL 0
BC段：VGS(TH ) N VI VDD VGS(TH )P
T1 , T2同 时 导 通
若 T1 , T2参 数 完 全 对 称 ，V I
1 2
V D D时
，
VO
1 2 VDD
25
三、输入噪声容限
在 VI偏V 离 IH 和 VIL 的一定范 VO基 围本 内不 ，变； 在输出变化， 允允 许许 范输 围入 内 称 的为 变输 化入 范噪 围声
二极管的结构： PN结 + 引线 + 封装构成
P
N
5
3.2.1二极管的开关特性： 高电平：VIH=VCC 低电平：VIL=0
VI=VIH VI=VIL
D截止，VO=VOH=VCC D导通，VO=VOL=0.7V
6
二极管的开关等效电路：
7
二极管的动态电流波形： (tre)
8
3.2.2 二极管与门
iN
可得平均功耗
PC
CL
fV
2 DD
3.总的动态功耗 PD PT PC
33
3.3.5 其他类型的CMOS门电路
一、其他逻辑功能的门电路
1. 与非门
2.或非门
34
带缓冲极的CMOS门
1、与非门
存在的缺点： (1 ) : 输出电阻
R O 受输入状态影响
A 1 , B 1则 R O R ON 2 R ON 4 2 R ON
17
漏极特性曲线（分三个区域）
恒流区： iD 基本上由VGS决定，与VDS 关系不 大 iD IDS(VVGGS(Sth) 1)2
当VGS VGS(th)下，iD VGS2
18
漏极特性曲线（分三个区域）
可变电阻区：当VDS 较低（近似为0）， VGS 一定时， VDS iD 常数（电阻） 这个电阻受VGS 控制、可变。
31
二、交流噪声容限 三、动态功耗
1.导通功耗
PTVDID TA,其 V I中 TA VT 1(tt12iTd t tt34iTd)t
静态功耗极小，与 功动 耗态 相比，可以忽略
32
三、动态功耗
2 .负载电容充放电功耗
PC
当
VI
, V DD
经
T
向
1
C
充电，有
L
iP
当
VI
,C
经
L
T
放电，有
2
VIL=0V 二极管导通时 VDF=0.7V
A BY 0V 0V 0V 0V 3V 2.3
V 3V 0V 2.3
规定2.3V以上为1 0V以下为0
A BY 0 00 0 11 1 01 1 1 1 10
二极管构成的门电路的缺点
电平有偏移 带负载能力差
只用于IC内部电路
11
3.3 CMOS门电路
3.3.1 MOS管的开关氧化特物性层