數(shù)電第4版 課件 10CMOS門電路的電氣特性

什么是電氣特性？

門電路的外部特性，包括電壓傳輸特性、輸入特性、輸出特性、動(dòng)態(tài)特性。2.4.3CMOS門電路的靜態(tài)特性CD4011數(shù)據(jù)手冊(cè)

電氣特性包括靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)特性兩方面。1．電壓傳輸特性

用來描述輸入電壓和輸出電壓關(guān)系的曲線，就稱為門電路的電壓傳輸特性。V2vIvOV112.4.3CMOS門電路的靜態(tài)特性實(shí)驗(yàn)電路vI/V5.03.51.5AB5.00CDvO/VAB段：vI＜VT，VTN截止，VTP導(dǎo)通，輸出電壓vO≈VDD

CD段：vI＞VDD-

VT，VTN導(dǎo)通，VTP截止，輸出電壓vO≈0VBC段：VT≤vI≤VDD-VT

，VTP、VTN均導(dǎo)通。當(dāng)vI=VDD／2時(shí)，VTP和VTN

導(dǎo)通程度相當(dāng)。2.1.3CMOS門電路的靜態(tài)特性AB段：VTN管截止，流過VTN和VTP管的漏極電流幾乎為0。CD段：VTP管截止，流過VTN和VTP管的漏極電流幾乎為0。BC段：VTP、VTN同時(shí)導(dǎo)通。有電流流過VTN和VTP管，當(dāng)vI=1/2VDD時(shí)，漏極電流最大。電流傳輸特性

2.4.3CMOS門電路的靜態(tài)特性CMOS門電路的高低電平電壓范圍2.4.3CMOS門電路的靜態(tài)特性VIH(min)：保證能被識(shí)別為高電平的最小輸入電壓；VIL(max)：保證能被識(shí)別為低電平的最大輸入電壓；VOH(min)：輸出為高電平時(shí)的最小輸出電壓；VOL(max)：輸出為低電平時(shí)的最大輸出電壓。vI/V5.03.51.5AB5.00CDvO/VCMOS門電路的高低電平參數(shù)(74HC04)2.4.3CMOS門電路的靜態(tài)特性符號(hào)參數(shù)測(cè)試條件最小值最大值單位VIH輸入高電平電壓VDD=4.5V3.15—VVIL輸入低電平電壓VDD=4.5V—1.35VVOH輸出高電平電壓VDD=4.5V，IOH=-20μA4.4—VVDD=4.5V，IOH=-4mA3.84—VVOL輸出低電平電壓VDD=4.5V，IOL=20μA—0.1VVDD=4.5V，IOL=4mA0.33V噪聲容限低電平噪聲容限高電平噪聲容限VNL=VIL（max）－VOL（max）VNH=VOH（min）－VIH（min）G111G2VOL（max）VIH（min）VOH（min）VIL（max）2.4.3CMOS門電路的靜態(tài)特性例1：門電路參數(shù)由大到小排列正確的是

。A．VOH（min）、VIH（min）、VIL（max）、VOL（max）

B．VIH（min）、VOH（min）、VOL（max）、VIL（max）C．VOH（min）、VIH（min）、VOL（max）、VIL（max）D．VIH（min）、VOH（min）、VIL（max）、VOL（max）2.4.3CMOS門電路的靜態(tài)特性例2：根據(jù)數(shù)據(jù)手冊(cè)提供的參數(shù)，計(jì)算74HC04在VDD=6V時(shí)的低電平噪聲容限VNL和高電平噪聲容限VNH。2.4.3CMOS門電路的靜態(tài)特性VIH(min)=70%VDD=4.2VVIL(max)=30%VDD=1.8VVNL=VIL(max)

-VOL(max)=1.8-0.1=1.7VVNH=VOH(min)

-VIH(min)=5.9-

4.2=1.7VVOL(max)=0.1VVOH(min)=6V-0.1V=5.9V2.輸入特性輸入電壓和輸入電流的關(guān)系。特點(diǎn)：輸入阻抗非常大。高電平輸入電流IIH≤1μA，低電平輸入電流IIL≤1μA。缺點(diǎn)：容易接收干擾甚至損壞門電路。措施：輸入級(jí)加保護(hù)電路。2.4.3CMOS門電路的靜態(tài)特性

例3：將2輸入的CMOS邏輯門轉(zhuǎn)換成CMOS反相器，其中的一個(gè)引腳多余，請(qǐng)分析以下4種處理方法的合理性。結(jié)論：CMOS門電路多余引腳不能懸空；輸入引腳接一電阻到地相當(dāng)于輸入低電平。2.4.3CMOS門電路的靜態(tài)特性3.輸出特性輸出特性：輸出電壓和輸出電流的關(guān)系。灌電流（sinkingcurrent）負(fù)載越大，輸出電壓越高。2.4.3CMOS門電路的靜態(tài)特性

當(dāng)門電路輸出低電平時(shí)

當(dāng)門電路輸出高電平時(shí)拉電流（sourcingcurrent）負(fù)載越大，輸出電壓越低。

2.4.3CMOS門電路的靜態(tài)特性

扇出系數(shù)低電平時(shí)扇出系數(shù)：高電平時(shí)扇出系數(shù)：2.4.3CMOS門電路的靜態(tài)特性2.4.4CMOS門電路的動(dòng)態(tài)特性分析門電路動(dòng)態(tài)特性時(shí)要考慮寄生電容的影響。動(dòng)態(tài)特性：門電路輸入信號(hào)發(fā)生變化時(shí)所表現(xiàn)出來的電氣特性。描述動(dòng)態(tài)特性的主要指標(biāo)有：延遲時(shí)間（速度）和動(dòng)態(tài)功耗。2.4.4CMOS門電路的動(dòng)態(tài)特性1.傳輸時(shí)間（TransitionDelay）與交流負(fù)載有關(guān)，與導(dǎo)通電阻有關(guān)。vO從10%變化到90%所需要的時(shí)間稱為上升時(shí)間tr；

vO從90%變化到10%所需要的時(shí)間稱為下降時(shí)間tf，兩者統(tǒng)稱為傳輸時(shí)間tt。2.

延遲時(shí)間（PopagationDelay）平均延遲時(shí)間

tPHLtPLHvIvO2.4.4CMOS門電路的動(dòng)態(tài)特性3.動(dòng)態(tài)功耗（1）由負(fù)載電容產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)功耗動(dòng)態(tài)功耗分為兩部分：2.4.4CMOS門電路的動(dòng)態(tài)特性（2）由短路電流產(chǎn)生的瞬時(shí)動(dòng)態(tài)功耗（3）總的動(dòng)態(tài)功耗2.4.4CMOS門電路的動(dòng)態(tài)特性例4：有一CMOS反相器，已知電源電壓VDD=5V，靜態(tài)電源電流IDD=1μA