基本CMOS邏輯門電路康華光數(shù)字電子技術第六版

基本CMOS邏輯門電路康華光數(shù)字電子技術第六版第一頁，共24頁。CMOS門電路是以MOS管為開關器件。MOS管的分類：N溝道P溝道P溝道N溝道MOS增強型耗盡型3.2.1

MOS管及其開關特性第二頁，共24頁。1.N溝道增強型MOS管的結構和工作原理MOS管的分類：源極柵極漏極p-型半導體n-型半導體符號第三頁，共24頁。1.

N溝道增強型MOS管的結構和工作原理(1)VGS

控制溝道的導電性

vGS=0,vDS0,等效背靠背連接的兩個二極管,

iD0。

vGS>0,建立電場反型層vDS>0,iD0。

溝道建立的最小vGS

值稱為開啟電壓

VT.第四頁，共24頁。1.

N溝道增強型MOS管的結構和工作原理(2)VGS

和VDS共同作用

vGS>VT,vDS>0,靠近漏極的電壓減小。當VGS>VT,iD隨VDS增加幾乎成線性增加。

當vDS

vGD=(vGSvDS)VT,漏極處出現(xiàn)夾斷。

繼續(xù)增加VDS

夾斷區(qū)域變大，iD飽和。第五頁，共24頁。2.

N溝道增強型MOS管的輸出特性和轉移特性輸出特性分為

截止區(qū)：

可變電阻區(qū)：溝道產生，iD

隨vDS線性增加，rds為受vGS控制可變電阻。

飽和區(qū)：(a)輸出特性曲線（b）轉移特性曲線第六頁，共24頁。3.其他類型的MOS管(1)

P溝道增強型MOS管

結構與NMOS管相反。

vGS、vDS

電壓極性與NMOS管相反。開啟電壓vT為負值(2)

N溝道耗盡型MOS管

絕緣層摻入正離子，使襯底表面形成N溝道。

vGS電壓可以是正值、零或負值。

vGS達到某一負值vP，溝道被夾斷，iD=0。第七頁，共24頁。(2)

N溝道耗盡型MOS管

N溝道耗盡型MOS管符號如圖。(3)

P溝道耗盡型MOS管結構與N溝道耗盡型MOS管相反。符號如圖所示。第八頁，共24頁。4.MOS管開關電路：MOS管工作在可變電阻區(qū)，輸出低電平:MOS管截止，輸出高電平當υI

<VT當υI

>VT第九頁，共24頁。MOS管相當于一個由vGS控制的無觸點開關。MOS管工作在可變電阻區(qū)，相當于開關“閉合”，輸出為低電平。MOS管截止，相當于開關“斷開”，輸出為高電平。當υI

為低電平時：當υI為高電平時：第十頁，共24頁。由于MOS管柵極、漏極與襯底間電容，柵極與漏極之間的電容存在，電路在狀態(tài)轉換之間有電容充、放電過程。輸出波形上升沿、下降沿變得緩慢。5.MOS管開關電路的動態(tài)特性第十一頁，共24頁。3.2.2

CMOS反相器1.工作原理+VDD+5VD1S1vivOTNTPD2S20V+5VvivGSNvGSPTNTPvO0V0V5V截止導通5V5V5V0V導通截止0VVTN=2VVTP=-2V邏輯圖邏輯表達式vi(A)0vO(L)1邏輯真值表10AL第十二頁，共24頁。第一，vI是高電平還是低電平，TN和TP中總是一個導通而另一個截止。CMOS反相器的靜態(tài)功耗幾乎為零。第二，MOS管導通電阻低，截止電阻高。使充、放電時間常數(shù)小，開關速度更快，具有更強的帶負載能力。第三，MOS管的，IG≈0，輸入電阻高。理論上可以帶任意同類門，但負載門輸入雜散電容會影響開關速度。

CMOS反相器的重要特點：第十三頁，共24頁。2.電壓傳輸特性和電流傳輸特性VTN電壓傳輸特性電流傳輸特性第十四頁，共24頁。(Transfercharacteristic)3.輸入邏輯電平和輸出邏輯電平05VIN/VVOUT/V5VIHminVILmax輸入高電平輸入低電平無定義輸出高電平05VIN/VVOUT/V5VIHminVILmaxVOHminVOLmax輸出低電平無定義輸出高電平的下限值

VOH(min)輸入低電平的上限值VIL(max)輸入高電平的下限值VIL(min)輸出低電平的上限值

VOH(max)第十五頁，共24頁。4.CMOS反相器的工作速度在由于電路具有互補對稱的性質，它的開通時間與關閉時間是相等的。平均延遲時間小于10ns。

帶電容負載第十六頁，共24頁。A

BTN1TP1

TN2TP2L00011011截止導通截止導通導通導通導通截止截止導通截止截止截止截止導通導通1110與非門1.CMOS與非門vA+VDD+5VTP1TN1TP2TN2ABLvBvL(a)電路結構(b)工作原理VTN=2VVTP=-2V0V5VN輸入的與非門的電路?輸入端增加有什么問題?3.2.3其他基本CMOS邏輯門電路AB第十七頁，共24頁?；蚍情T2.CMOS或非門+VDD+5VTP1TN1TN2TP2ABLA

BTN1TP1TN2TP2L00011011截止導通截止導通導通導通導通截止截止導通截止截止截止截止導通導通10000V5VVTN=2VVTP=-2VN輸入的或非門的電路的結構?輸入端增加有什么問題?AB第十八頁，共24頁。例：分析CMOS電路，說明其邏輯功能。=A⊙B異或門電路第十九頁，共24頁。3.2.4CMOS傳輸門(雙向模擬開關)

1.傳輸門的結構及工作原理電路邏輯符號υI

/υOυo/υIC等效電路第二十頁，共24頁。1、傳輸門的結構及工作原理設TP:|VTP|=2V，TN:VTN=2V，I的變化范圍為0到+5V。

0V+5V0V到+5VGSN<VTN,TN截止GSP=+5V(0V到+5V)=(5到0)V開關斷開，不能轉送信號GSN=0V(0V到+5V)=(0到-5)VGSP>0,TP截止1）當c=0，c=1時c=0=0V，c=1=+5V第二十一頁，共24頁。C

TP

vO/vI

vI/vO

+5V

0V

TN

C+5V0VGSP=0V

(2V~+5V)=2V~5VGSN=5V(0V~+3V)=(5~2)Vb、I=2V~5VGSN>VTN,TN導通a、I=0V~3VTN導通，TP