CMOS門電路工作原理介紹.ppt

《CMOS門電路工作原理介紹.ppt》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、第三節(jié)CMOS門電路CMOS反相器的工作原理CMOS反相器的靜態(tài)輸入、輸出特性CMOS反相器的動(dòng)態(tài)特性其他類型的CMOS門電路MOS管的開關(guān)特性CMOS電路的正確使用下頁總目錄推出1下頁返回上頁一、MOS管的開關(guān)特性1.MOS管的結(jié)構(gòu)和工作原理SGDBP型襯底(B)N+N+SGD+-+-iD當(dāng)vDS>0，但vGS=0時(shí)，D-S間不導(dǎo)通，iD=0。當(dāng)vDS>0，且vGS>vGS(th)(MOS管的開啟電壓）時(shí)，柵極下面的襯底表面形成一個(gè)N型反型層。這個(gè)反型層構(gòu)成了D-S間的導(dǎo)電溝道，有iD流通。2下頁返回上頁2.MOS管的輸入特性和輸出特性+-+-vGSv

2、DSiD共源接法vGS=UTiD/mAvDS/VO輸出特性曲線共源接法下的輸出特性曲線又稱為MOS管的漏極特性曲線。表示iD與vGS關(guān)系的曲線稱為MOS管的轉(zhuǎn)移特性曲線。vGS/ViD/mAO轉(zhuǎn)移特性曲線3下頁返回上頁可變電阻區(qū)恒流區(qū)vGS=UTiD/mAvDS/VO輸出特性曲線截止區(qū)截止區(qū)漏極和源極之間沒有導(dǎo)電溝道，iD≈0。漏極特性曲線分為三個(gè)工作區(qū)?？勺冸娮鑵^(qū)當(dāng)vGS一定時(shí)，iD與vDS之比近似等于一個(gè)常數(shù)，具有類似于線性電阻的性質(zhì)。恒流區(qū)iD的大小基本上由vGS決定，vDS的變化對iD的影響很小。4下頁返回上頁3.MOS管的基本開關(guān)電路若參數(shù)選擇

3、合理輸入低電平時(shí)MOS管截止，輸出高電平。輸入高電平時(shí)MOS管導(dǎo)通，輸出低電平。+-+-vIvOiDVDDRD當(dāng)vI=vGSvGS(th)并繼續(xù)升高，VOL≈0，D-S間相當(dāng)于一個(gè)閉合的開關(guān)。5返回CIGDS截止?fàn)顟B(tài)4.MOS管的開關(guān)等效電路CI代表柵極的輸入電容，CI的數(shù)值約為幾皮法。RON為MOS管導(dǎo)通狀態(tài)下的內(nèi)阻，約在1k?以內(nèi)。下頁上頁CIGDSRON導(dǎo)通狀態(tài)6返回二、CMOS反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理CMOS反相器的電路圖當(dāng)vI=VIL=0時(shí)，T1導(dǎo)通，T2截止，輸出為高

4、電平VOH≈VDD。當(dāng)vI=VIH=VDD時(shí)，T2導(dǎo)通，T1截止，輸出為低電平VOL≈0。輸入與輸出之間為邏輯非的關(guān)系。CMOS反相器的靜態(tài)功耗極小1.電路結(jié)構(gòu)下頁上頁7T2的開啟電壓T1的開啟電壓閾值電壓VTHAB段：T1導(dǎo)通，T2截止，VO=VOH≈VDD。CD段：T2導(dǎo)通，T1截止，VO=VOL≈0。BC段：T1、T2同時(shí)導(dǎo)通，為轉(zhuǎn)折區(qū)。2.電壓傳輸特性下頁返回上頁VDDVDDOvIvOVGH(th)NVGH(th)PABCDCMOS反相器的電壓傳輸特性8下頁返回上頁3.電流傳輸特性AB段：T2截止漏極電流幾乎為0CD段：T1截止漏極電流幾乎為0B

5、C段：閾值電壓附近電流很大CMOS電路不應(yīng)長時(shí)間工作在BC段。CBADO90IvOVDD=10VVDD=15V適當(dāng)提高VDD，可提高CMOS反相器的輸入噪聲容限。4.輸入噪聲容限下頁返回上頁10下頁返回上頁三、CMOS反相器的靜態(tài)輸入、輸出特性1.輸入特性因?yàn)镸OS管的柵極和襯底之間存在輸入電容，絕緣介質(zhì)又非常薄，極易被擊穿，所以必須采取保護(hù)措施。CC400系列的輸入保護(hù)電路C1RSC2輸入保護(hù)電路C1RSC274HC系列的輸入保護(hù)電路輸入保護(hù)電路11下頁返回上頁74HC系列的輸入特性iI-0.7VOVDD+0.7VvI輸入特性曲線CC400系列的輸入特

6、性iI-0.7VOVDD+0.7VvI12下頁返回上頁2.輸出特性低電平輸出特性當(dāng)輸出為低電平時(shí)，工作狀態(tài)如下圖所示。VDD=5V10V15VIOLVOLOCMOS反相器的低電平輸出特性13下頁返回上頁高電平輸出特性當(dāng)輸出為高電平時(shí)，工作狀態(tài)如下圖所示。VDD=5V15VIOHVOHOCMOS反相器的高電平輸出特性10VVDD14下頁返回上頁四、其他類型的CMOS門電路在CMOS門電路的系列產(chǎn)品中，除反相器外常用的還有：與非門、或非門、與門、或門、與或非門、異或門等幾種。1.其他邏輯功能的CMOS門電路15當(dāng)A，B兩個(gè)輸入端全為“1”時(shí)，T1和T2都導(dǎo)通

7、，T3和T4都截止，輸出端為“0”。當(dāng)輸入端有一個(gè)或全為“0”時(shí)，T1或T2（或都）截止，T3或T4（或都）導(dǎo)通，輸出端Y為“1”。（1）CMOS與非門電路下頁返回上頁CMOS與非門ABT3T4T2T1YVDD缺點(diǎn)：1.輸入端的工作狀態(tài)不同時(shí)影響電壓傳輸特性。2.輸出的高、低電平受輸入端數(shù)目的影響。3.它的輸出電阻受輸入狀態(tài)的影響。16當(dāng)A，B兩個(gè)輸入端全為“1”或其中一個(gè)為“1”時(shí)，輸出端為“0”。只有當(dāng)輸入端全為“0”時(shí)，輸出端才為“1”。（2）CMOS“或非”門電路下頁返回上頁BAVDDT3T4T2T1YCMOS或非門存在和與非門類似的問題。17下

8、頁返回上頁2.帶緩沖級的CMOS門電路電路構(gòu)成：在門電路的每個(gè)輸入端、輸出端各增