集成電路應用4課件

第四章常用CMOS電路性能特點及其應用一、CMOS傳輸門（模擬開關）電路結構：圖CMOS傳輸門(a)電路結構；(b)邏輯符號RON導通阻抗導通阻抗RON=RP//RN;一般為60左右，值與電源電壓有關（成反比）。負載阻抗必須遠大于RON。開關可以雙向導通。既可傳輸數字信號，又可傳輸模擬信號。開關應用：基本應用：可連接成各種開關形態(tài)，如：單刀單擲、單刀雙擲、雙刀單擲、雙刀雙擲等。在四個開關的控制端加入二進制數字信號。當控制信號為0000時，開關S1-S4全部截止，AB兩端之間的電阻為R1~R4串聯之和，即R=10+20+40+80=150KΩ。當控制信號0001時，開關S1團合，R1被短路。這時R=R2+R3+R4=140KΩ。電阻R隨控制信號變化的關系如表3-5所示，R共有效16種阻值，兩個相鄰的電阻之差（間距）等于最小電阻R1，即10KΩ控制信號A1-A4由二進制計算器的輸出端提供的，計算可以用加法計數器，也可以用減法計數器。但兩種計數器的輸出信號只能使數控電阻器的電阻值從小到大或從大到小單調變化。如果有可逆計數器提供數字控制信號，數控電阻器電阻值就能夠隨計數器做加法計數或減法計數而增大或減少，可以雙向變化。數控電阻器可通過增加串聯電阻和摸擬開關進行擴展，這時需保持串聯電阻值之比按二進制變化。5位數控電阻器共有32個阻值，6位數控電阻器有64個阻值。和組成數控電阻器的方法相似，利用電容器并聯時等于各電容器容量之和的原理，可以組成數控電容器。由4個電容器和音4個4066開關組成的的數控電容器如圖3-3所示，電容器C1–C4分別與一個開關串聯，然后這4個支路再并聯連接。4個電容器連接的公共端作為數控電容器C的一個電極，開關S1-S4的公共端作為C的另一電極。C1-C4的電容量之比也符合二進制的變化規(guī)律。當開關的控制信號變化時，某個導通的開關就將它所在并聯之路中的電容器連接到公共端A和B之間作。例如當控制信號為0001時開關S4導通，另外3個開關載止，這時C=C1=0.001UF；當控制信號為0011時，開關S1和S2載止,S3和S4導通，電容器C的電容量等于C1//C2=0.003UF；……當控制信號為1111時，4個開關都導通，C等于C1-C4并聯之值。C隨控制信號變化的關系如表3-3所示。圖3-3由電容器和4066組成的數控電容器數控電位器包含兩個串聯的4位數控電阻器，其串聯接點2作為電位器的游標，數控電阻器的另一端則分別作為電位器的兩端即（1和3）。4位可逆計數器74HC/HCT191的輸出信號A1-A4作為數控電阻器R12開關的控制信號，A1-A4經過反相后作為數控電阻器R23開關的控制信號。因此當A1-A4為0000時，數控電阻器R12的4個開關全部截止，R12=15R；數控電阻器R23的4個開關全部導通，將2、3兩端短接，因此R23=0。當A1—A4變?yōu)?111時，情況與上述相反，R12=0，R23=15R。由于4位可逆計數器輸出信號的變化，使R12和R23和也相應地發(fā)生變化（見表3-4），這相當于游標2向1、3兩端移動。但是不管游標移動到什么位置，都始終滿足R12+R23=R3=15R，這也表示電位器1和3兩端之間的電阻值等于15R。HC/HCT4053的邏輯應用

模擬多路轉換器/信號分離器4053包含3個相同的單刀雙擲（SPDT）開關圖3-94035的等效電路4053的地址輸入是高電平有效，因此當地址A為高電平時，開關SI閉合，X與XI接通；當A為低電平時，開關S2閉合，X與XO接通。利用這個特點，將X和XI分別接VCC和VSS，就可以把4053的一個單刀雙擲開關組成一個反相器，如圖3-10（a）所示。如果將開關的XO接VSS，XI接VCC，就可以實現緩沖器的功能，如圖3-10（b）所示。在以上兩種邏輯應用中，A作為反相器或緩沖器的輸入端，X作為它們的輸出端。由于4053中的開關全部是CMOS雙向開關，因此緩沖器也是雙向的，其輸出端和輸入端可以互換。如果改變4053單刀雙擲開關的連接方法，就可以實現3-10所示的8種邏輯功能。前6種邏輯功能用一個單刀雙擲開關就可以單獨實現，只是RS觸發(fā)器必須由兩個單刀雙擲開關組成。圖3-104053的8種邏輯功能圖3-11由4053的一個單刀雙擲開關組成的邏輯門

在上述應用中4053為單電源工作，它和外接電路都用VCC和VSS端供電。這時4053的VEE和VSS相連，作為電源的負端。利用4053兩種電源分開的特點，還可以用這實現圖3-12的應用。這是兩個電平變換電路，地址輸入A作為同相器或緩沖器的輸入端，信號的幅度為VCC-VSS，即“1”電平為VCC，“O”電平為VSS；X作為輸出端,信號幅度為VSS-VEE或VCC-VEE,因此從輸入端至輸出端實現了電平交換.在這種應用中VEE和VSS分開,VEE接電源負端.圖3-12電平變換電路圖3-12電平變換電路AINAOUTVEEVCC雙向開關的邏輯和模擬應用

在74HC/HCT系列中,現有4016、4066和4316三種雙向開關.雙向開關的開關應用,例如組成單刀單擲(SPST)、單刀雙擲(SPDT)、雙刀單擲(DPST)和雙刀雙擲(DPDT)開關.在其他應用書藉中已有介紹,這里不再重復.現在介紹雙向開關的各種邏輯和模擬應用.由于在電路設計中使用雙向開關時，有時會多出幾個，造成閑置浪費。采用這里介紹的應用方法,這些閑置的雙向開關就可以利用起來.

1、同相整形器圖3-13所示,雙向開關和負載電阻RL(其阻值可在幾百歐姆至幾兆歐姆,以下各例相同)串聯,即成為同相整形器.開關和電阻的連接點作為輸出端,開關的控制端為輸入端.由于雙向開關在轉換電壓附近的特性很好,因此輸出脈沖的前后沿良好.在低頻應用時,RL取大些可減小功耗.2、反相(整形)器這時RL接在VCC端,如圖3-14所示.輸入高電平時開關S導通,輸出為低電平,起反相作用,同時也具有整形作用。與其他電路相比,以上兩種應用獨具的優(yōu)點是,它們的V+端可以是低于VCC的任意一個電壓,因此在完成上述功能的同時,還能實現電平變換,產生幅度合適的輸出脈沖.圖3-13同相整形器圖3-14反相整形器3.小信號電路:雙向開關的轉換特性,即開關電阻隨控制電壓變化的曲線如圖3-15（4）所示,通?！鱑僅有幾個毫伏.因此,只要雙向開關的控制端施加適當的偏置,就可對小信號進行放大整形。圖3-15(b)和(c)為加了偏置的同相和反相放大整形電路.選擇合適R1和R2的比值,使開關S控制電壓VC處于轉換電壓附近,即可對數十毫伏的信號進行整形,輸出幅度可