数字部分第3章--康华光-第五版-樊冰

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1、第3章逻辑门电路3.1MOS逻辑门电路3.1.3MOS开关及其等效电路1、MOS管的开关作用下图为N沟道增强型MOS管构成的开关电路，其中为开启电压，斜线为直流负载线。直流负载线当时，MOS管处于截止状态，，输出电压。此时器件不损耗功率。当时，并且时，MOS管工作在饱和区。随着的增加，随之下降，MOS管最后工作在可变电阻区。在可变电阻区，一定时，d，s之间可近似等效为线性电阻。越大，输出特性曲线越倾斜，等效电阻越小。此时MOS管可看作是受控制的可变电阻。当足够大，Rd远远大于d、s之间的等效电阻时，电路输出为低电平。由此可见，MOS管相当于一个由控制的无触点开关，当输入为低电平时，MOS管截止

2、，相当于开关“断开”，输出为高电平；当输入为高电平时，MOS管工作在可变电阻区，相当于开关“闭合”，输出为低电平。2、MOS管的开关特性在上述电路的开关输入端加一个理想的脉冲波形，由于MOS管中杂散电容和导通电阻的存在，使其在导通和闭合两种状态之间转换时，不可避免地受到电容充、放电过程的影响，所以输出电压上升和下降都变得缓慢，且滞后于输入电压。1．逻辑关系：（设VDD＞（VTN+

3、VTP

4、），且VTN=

5、VTP

6、）（1）当Vi=0V时，TN截止，TP导通。输出VO≈VDD。（2）当Vi=VDD时，TN导通，TP截止，输出VO≈0V。CMOS逻辑门电路是由N沟道MOSFET和P沟道MOSFET互

7、补而成。3.1.4CMOS反相器（1）当Vi＜2V，TN截止，TP导通，输出Vo≈VDD=10V。（2）当2V＜Vi＜5V，TN工作在饱和区，TP工作在可变电阻区。（3）当Vi=5V，两管都工作在饱和区，Vo=（VDD/2）=5V。（4）当5V＜Vi＜8V，TP工作在饱和区，TN工作在可变电阻区。（5）当Vi＞8V，TP截止，TN导通，输出Vo=0V。可见：CMOS门电路的阈值电压Vth=VDD/22．电压传输特性：（设:VDD=10V，VTN=

8、VTP

9、=2V）3、电流传输特性AB段：TN止，TP通CD段：TP通，TN止BC段：TN、TP同时通由于CMOS非门电路工作时总有一个管子导通，所以

10、当带电容负载时，给电容充电和放电都比较快。CMOS非门的平均传输延迟时间约为10ns。4．工作速度1．CMOS与非门3.1.5其它的CMOS门电路2．CMOS或非门后级为与或非门，经过逻辑变换，可得：由两级组成，前级为或非门，输出为3CMOS异或门电路若VDF=0.7V，则vI>VDD+0.7V时，vG=VDD+0.7VvI<-0.7V时，vG=-0.7V。使vC1、vC2均不超过VDD+0.7V。4、输入保护电路5、输入、输出缓冲电路为了稳定输出高低电平，可在输入输出端分别加反相器作缓冲级。下图所示为带缓冲级的二输入端与非门电路。缓冲级3.1.2逻辑门电路的一般特性1、输入、输出的高低电平及

11、噪声容限（1）输出高电平VOH——在正逻辑体制中代表逻辑“1”的输出电压。VOH是一个电压范围（2）标准输出高电平VSH——输出高电平最小值VOH（min）（3）输出低电平VOL——在正逻辑体制中代表逻辑“0”的输出电压。VOL是一个电压范围（4）标准输出低电平VSL——输出低电平最大值VOL（max）前一级门电路的输出作为后面门电路的输入，有许多因素在这根连接导线上串入干扰。对于一个门电路，输入的要求比对输出的要求低，即输入的高、低电平的范围要比输出的高、低电平的范围宽。这样就有一个输入的抗干扰能力问题噪声容限(抗干扰能力)低电平噪声容限VNL＝VIL（max）-VOL（max）＝1.5V-

12、0.1V＝1.4V（a）低电平噪声容限VNL前一级门电路的输出为低电平，能够保证送入后一级门电路的电平仍然为低电平时所能允许的最大正向干扰电压。高电平噪声容限VNH＝VOH（min）-VIH(min)＝4.9V-3.5V＝1.4V（b）高电平噪声容限VNH前一级门电路的输出为高电平，能够保证送入后一级门电路的电平仍然为高电平时所能允许的最大负向干扰电压。2、传输延迟时间平均传输延迟时间3、动态功耗－瞬时导通功耗PTT1、T2同时通动态功耗－负载电容充放电功率PC4、扇入数与扇出数把允许灌入输出端的最大电流定义为输出低电平电流IOL（也叫做最大灌电流）NOL称为输出低电平时的扇入系数。把允许的最

13、大拉电流定义为输出高电平电流IOH。(也叫做最大拉电流）NOH称为输出高电平时的扇出系数。一般NOL≠NOH，常取两者中的较小值作为门电路的扇出系数，用NO表示。1.CMOS漏极开路门主要用途：实现线与功能漏极开路（OD）与非门电路和逻辑图3.1.6CMOS漏极开路门和三态输出门电路如何实现线与功能：上拉电阻上拉电阻对OD门动态性能的影响：（1）不能过小，应满足（2）不能过大，否则会降低OD门的转