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1、第24卷第1期电气电子教学学报Vol.24No.12002年2月JOURNALOFEEEFeb.2002CMOS电路教学方法浅谈宁改娣 杨拴科(西安交通大学电气学院 西安:710049)a摘 要 数字逻辑电路最基本的构造就是用电子开关实现逻辑“0”和逻辑“1”。目前采用CMOS构造的逻辑器件在总体性能上已超过TTL,因而将成为数字电路教学的重点内容。本文介绍了从MOS管的逻辑形式出发用互补对及广义互补的方法揭示CMOS逻辑电路实质的内容以供参考之用。关键词 逻辑电路 数字 CMOS 互补AbouttheTeachingMethodofCMOSCircuitNingGaidi,Y
2、angShuanke(ElectricalEngineeringCollegeofXipanJiaotongUniversityXipan710049,China)Abstract:Now,thetotalperformanceofthelogicchipswhichusetheCMOSstructureissuperiortothatofchipswhichusetheTTL.AndsoitshouldbepaidmuchattentionontheteachingoftheCMOSchips.Inthisarticle,itisstartedfromthelogicform
3、oftheMOStube,thenusingthecomplementarypairandthegeneralcomplementaritytorevealtheessentialoftheCMOSlogiccircuitmorevisually.Keywords:logiccircuit;digital;CMOS;complementary路实质,因而不利于CMOS逻辑电路的设计。0 引言本文从MOS管的逻辑形式出发,揭示CMOS构造数字逻辑电路的基础就是将逻辑0和逻辑电路的实质,可起到简单易懂且有利于复杂逻辑设1用电子开关来实现。常用双极晶体管(TTL)和场计的效果。效应管
4、(MOS)的电子开关构成简单逻辑门。数字逻1MOS管逻辑形式和电压传输特性辑的构造首先是从简单的逻辑门开始的,比如非门、与非门等。用相同的基本电路设计产生的逻辑门的为了更好地了解MOS场效应管的开关特性,参数是类似的,比如电源电压值、输入输出电压电就以NMOS增强型管为例来分析它的电压传输特平、传输延迟时间以及其它特征。这种特性的相似性性。分析中,定义逻辑0和逻辑1的理想正逻辑电平使我们构造大系统的接口十分容易。在我们的教材为:地(0V)表示逻辑0,VDD表示逻辑1,如图1(a),中介绍的逻辑电路有CMOS和TTL两类,由于控制信号通过栅极加入,用C表示,将A看作输入,CMOS
5、逻辑电路制造工艺的改进,在一小片硅片上B作为输出来分析该NMOS管的开关特性。当C=可以设计出极其密集的数字电路,它是构成现代计0时,如图1(b),无论输入A的高低,NMOS是断开算机芯片的基础。现在CMOS逻辑器件的性能已超的,所以A和B之间没有关系,不可能写出一个正越了TTL并占据了主导地位。然而,目前多数教材确的逻辑表达式。如果C=1,那么NMOS将导通,仍对TTL逻辑电路做较详细的介绍,而对CMOS如图1(c),则此时输入A被传输到输出B(我们暂逻辑电路的介绍仅限于电路的分析,却没有说明电且不考虑开启电压TN),因此可以得到NMOS的逻a收稿日期:2001年10月21日
6、 电气电子教学学报 1002002年2月辑模型如图1(d),用布尔代数的形式可写为反。因此,可以方便地由两者构成互补MOS逻辑电B=A·C(当且仅当C=1时)路(简称CMOS)。现在如果根据以上分析及逻辑定义,要求设计一个反相器的话,自然会考虑应该用两个互补管,其中它们的栅极接在一起,使之具有互补开关特性。由于NMOS传输逻辑0,因而NMOS的一端接地。相反地PMOS的一端接电源VDD。这样可得图3反相器电路,当输入电压uI为低电平时(输入A为逻辑0),NMOS管T1截止,PMOS管T2导通。因此,输出通
7、过T2与电源接通,UOH≈VDD(逻辑1)。同理可知,当输入电压uI为高电平时,PMOS管T2截止,图1NMOS的逻辑模型NMOS管T1导通,UOL≈0V。由此可见,该电路实所以NMOS本身进行的是输入和加到栅极变现了反相(非)作用。量之间的“与”运算。值得注意的是这种“与”是有条件的,当C=0时与逻辑关系不成立。但马上要介绍的与NMOS具有互补特性的PMOS可能解决此问题。由以上分析可见,在C=0时,输入、输出之间断开。当C=1时A传输给B,但传输只能在A为0～VDD-TN之间进行,当A在
