CMOS 集成邏輯門電路

3.4.1CMOS反相器

3.4.2其它功能的CMOS門電路

3.4CMOS集成邏輯門電路3.5.1TTL電路和CMOS電路的接口3.5集成邏輯門電路的應用返回結束放映3.4.3CMOS集成門的使用注意事項

3.5.2集成邏輯門的應用12/9/20221a復習為什么要用OC門？OC門的工作條件？OC門有何應用？三態(tài)門有哪三態(tài)？三態(tài)門有何應用？12/9/20222a

MOS門電路：以MOS管作為開關元件構成的門電路。

MOS門電路，尤其是CMOS門電路具有制造工藝簡單、集成度高、抗干擾能力強、功耗低、價格便宜等優(yōu)點，得到了十分迅速的發(fā)展。3.4

CMOS集成邏輯門電路12/9/20223a

MOS管有NMOS管和PMOS管兩種。MOS管有增強型和耗盡型兩種。當NMOS管和PMOS管成對出現(xiàn)在電路中，且二者在工作中互補，稱為CMOS管(意為互補)。在數(shù)字電路中，多采用增強型。返回3.4.1CMOS反相器

12/9/20224a圖3-19NMOS管的電路符號及轉移特性(a)電路符號（b）轉移特性D接正電源截止導通導通電阻相當小

（1）NMOS管的開關特性

1．MOS管的開關特性12/9/20225a圖3-20PMOS管的電路符號及轉移特性(a)電路符號（b）轉移特性D接負電源

（2）PMOS管的開關特性

導通導通電阻相當小截止12/9/20226a圖3-21CMOS反相器

PMOS管負載管NMOS管驅(qū)動管

開啟電壓|UTP|=UTN，且小于VDD。

2．CMOS反相器的工作原理

（1）基本電路結構12/9/20227a

（2）工作原理UIL=0V截止導通UOH≈VDD1、當uI=UIL=0V時，VTN截止，VTP導通，

uO=UOH≈VDD

12/9/20228aUIH=VDD截止UOL≈0V2、當uI=UIH=VDD，VTN導通，VTP截止，uO=UOL≈0V導通12/9/20229a

（3）邏輯功能實現(xiàn)反相器功能（非邏輯）。

（4）工作特點

VTP和VTN總是一管導通而另一管截止，流過VTP和VTN的靜態(tài)電流極?。{安數(shù)量級），因而CMOS反相器的靜態(tài)功耗極小。這是CMOS電路最突出的優(yōu)點之一。12/9/202210a圖3-22CMOS反相器的電壓傳輸特性和電流傳輸特性

3．電壓傳輸特性和電流傳輸特性AB段：截止區(qū)iD為0BC段：轉折區(qū)閾值電壓UTH≈VDD/2轉折區(qū)中點：電流最大CMOS反相器在使用時應盡量避免長期工作在BC段。CD段：導通區(qū)12/9/202211a4.CMOS電路的優(yōu)點

（1）微功耗。

CMOS電路靜態(tài)電流很小，約為納安數(shù)量級。（2）抗干擾能力很強。輸入噪聲容限可達到VDD/2。（3）電源電壓范圍寬。多數(shù)CMOS電路可在3～18V的電源電壓范圍內(nèi)正常工作。

（4）輸入阻抗高。（5）負載能力強。

CMOS電路可以帶50個同類門以上。（6）邏輯擺幅大。（低電平0V，高電平VDD）12/9/202212a圖3-23CMOS與非門

1、CMOS與非門

負載管并聯(lián)（并聯(lián)開關）

驅(qū)動管串聯(lián)（串聯(lián)開關）3.4.2其它功能的CMOS門電路

（1）A、B全為高電平，則驅(qū)動管導通、負載管截止，輸出為低電平。10導通截止12/9/202213a該電路具有與非邏輯功能，即Y=AB（2）A、B中有低電平，則驅(qū)動管導通、負載管截止，輸出為低電平。01截止導通12/9/202214a

負載管串聯(lián)（串聯(lián)開關）2、CMOS或非門

驅(qū)動管并聯(lián)（并聯(lián)開關）圖3-24CMOS或非門

（1）A、B有高電平，則驅(qū)動管導通、負載管截止，輸出為低電平。10截止導通返回12/9/202215a

該電路具有或非邏輯功能,即Y=A+B（2）當輸入全為低電平，兩個驅(qū)動管均截止，兩個負載管均導通，輸出為高電平。00截止導通112/9/202216a

（1）電路結構

C和C是一對互補的控制信號。由于VTP和VTN在結構上對稱，所以圖中的輸入和輸出端可以互換，又稱雙向開關。3．CMOS傳輸門

圖2-25CMOS傳輸門（a）電路（b）邏輯符號12/9/202217a

若

C=1（接VDD)、C=0（接地），

當0＜uI＜(VDD－|UT|)時，VTN導通；當|UT|＜uI＜VDD時，VTP導通；

uI在0~VDD之間變化時，VTP和VTN至少有一管導通，使傳輸門TG導通。（2）工作原理（了解）若C=0（接地)、C=1（接VDD

），

uI在0~VDD之間變化時，VTP和VTN均截止，即傳輸門TG截止。12/9/202218a

（3）應用舉例

圖3-26CMOS模擬開關

①CMOS模擬開關：實現(xiàn)單刀雙擲開關的功能。

C=0時，TG1導通、TG2截止，uO=uI1；

C=1時，TG1截止、TG2導通，uO=uI2。12/9/202219a圖3-27CMOS三態(tài)門(a)電路(b)邏輯符號

當EN=0時，TG導通，F(xiàn)=A；當EN=1時，TG截止，F(xiàn)為高阻輸出。

②CMOS三態(tài)門12/9/202220a

1．輸入電路的靜電保護

CMOS電路的輸入端設置了保護電路，給使用者帶來很大方便。但是，這種保護還是有限的。由于CMOS電路的輸入阻抗高，極易產(chǎn)生感應較高的靜電電壓，從而擊穿MOS管柵極極薄的絕緣層，造成器件的永久損壞。為避免靜電損壞，應注意以下幾點：

返回3.4.3CMOS集成門的使用注意事項

12/9/202221a

（1）所有與CMOS電路直接接觸的工具、儀表等必須可靠接地。（2）存儲和運輸CMOS電路，最好采用金屬屏蔽層做包裝材料。2．多余的輸入端不能懸空。

輸入端懸空極易產(chǎn)生感應較高的靜電電壓，造成器件的永久損壞。對多余的輸入端，可以按功能要求接電源或接地，或者與其它輸入端并聯(lián)使用。12/9/202222a

TTL和CMOS電路的電壓和電流參數(shù)各不相同，需要采用接口電路。一般要考慮兩個問題：一是要求電平匹配，即驅(qū)動門要為負載門提供符合標準的輸出高電平和低電平；二是要求電流匹配，即驅(qū)動門要為負載門提供足夠大的驅(qū)動電流。返回3.5.1TTL電路和CMOS電路的接口12/9/202223a1.

TTL門驅(qū)動CMOS門

（1）電平不匹配TTL門作為驅(qū)動門，它的UOH≥2.4V,UOL≤0.5V；CMOS門作為負載門，它的UIH≥3.5V，UIL≤1V。

可見，TTL門的UOH不符合要求。

（2）電流匹配

CMOS電路輸入電流幾乎為零，所以不存在問題。12/9/202224a（3）解決電平匹配問題圖3-28TTL門驅(qū)動CMOS門①外接上拉電阻RP在TTL門電路的輸出端外接一個上拉電阻RP，使TTL門電路的UOH≈5V。（當電源電壓相同時）

12/9/202225a②選用電平轉換電路(如CC40109)若電源電壓不一致時可選用電平轉換電路。

CMOS電路的電源電壓可選3~18V；而TTL電路的電源電壓只能為5V。③采用TTL的OC門實現(xiàn)電平轉換。若電源電壓不一致時也可選用OC門實現(xiàn)電平轉換。12/9/202226a2.CMOS門驅(qū)動TTL門（1）電平匹配CMOS門電路作為驅(qū)動門，UOH≈5V，UOL≈0V；TTL門電路作為負載門，UIH≥2.0V，UIL≤0.8V。電平匹配是符合要求的。（2）電流不匹配CMOS門電路4000系列最大允許灌電流為0.4mA，TTL門電路的IIS≈1.4mA，

CMOS4000系列驅(qū)動電流不足。12/9/202227a（3）解決電流匹配問題

CMOS電路常用的是4000系列和54HC/74HC系列產(chǎn)品，后幾位的序號不同，邏輯功能也不同。①選用CMOS緩沖器比如，CC4009的驅(qū)動電流可達4mA。②選用高速CMOS系列產(chǎn)品選用CMOS的54HC/74HC系列產(chǎn)品可以直接驅(qū)動TTL電路。12/9/202228a表3-7各種系列門電路的主要參數(shù)12/9/202229a表3-8常用集成門電路(TTL系列）

型號名稱主要功能74LS00四2輸入與非門

74LS02四2輸入或非門

74LS04六反相器

74LS05六反相器OC門74LS08四2輸入與門

74LS13雙4輸入與非門施密特觸發(fā)74LS20雙4輸入與非門

74LS32四2輸入或門

74LS644-2-3-2輸入與或非門

74LS13313輸入與非門

74LS136四異或門OC輸出74LS365六總線驅(qū)動器同相、三態(tài)、公共控制74LS368六總線驅(qū)動器反相、三態(tài)、兩組控制12/9/202230a表3-8常用集成門電路(CMOS系列）

型號名稱主要功能CC4001四2輸入或非門

CC4011四2輸入與非門

CC4030四異或門

CC4049六反相器

CC4066四雙向開關

CC4071四2輸入或門

CC4073三3輸入與門

CC4077四異或非門

CC40788輸入或/或非門

CC40862-2-2-2輸入與或非門可擴展CC4097雙8選1模擬開關

CC4502六反相器/緩沖器三態(tài)、有選通端12/9/202231a二、TTL門電路的使用知識

1．多余或暫時不用的輸入端不能懸空，可按以下方法處理：（1）與其它輸入端并聯(lián)使用。（2）將不用的輸入端按照電路功能要求接電源或接地。比如將與門、與非門的多余輸入端接電源，將或門、或非門的多余輸入端接地。返回3.5.2集成邏輯門的應用12/9/202232a

(1)在每一塊插板的電源線上，并接幾十μF的低頻去耦電容和0.01~0.047μF的高頻去耦電容，以防止TTL電路的動態(tài)尖峰電流產(chǎn)生的干擾。(2)整機裝置應有良好的接地系統(tǒng)。2．電路的安裝應盡量避免干擾信號的侵入，保證電路穩(wěn)定工作。12/9/202233a本章小結門電路是構成各種復雜數(shù)字電路的基本邏輯單元，掌握各種門電路的