门电路---CMOS.ppt

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1、教学基本要求：1、了解半导体器件的开关特性。2、熟练掌握基本逻辑门（与、或、与非、或非、异或门）、三态门、OD门（OC门）和传输门的逻辑功能。3、学会门电路逻辑功能分析方法。4、了解逻辑门的主要参数及在应用中的接口问题。3.逻辑门电路1、逻辑门:实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路。2、逻辑门电路的分类二极管门电路三极管门电路TTL门电路MOS门电路PMOS门CMOS门逻辑门电路分立门电路集成门电路NMOS门3.1.1数字集成电路简介TTL系列门MOS门平均延迟时间：75ns平均延迟时间：3~10ns结构复杂、集成度低功耗低（0.01mw）功耗高（2~20mw）开关速度较快结构

2、和制造工艺简单容易实现高密度制作开关速度稍低在大规模的集成电路中，主要采用的是CMOS电路。3.1.2逻辑门电路的一般特性1.输入和输出的高、低电平vOvI驱动门G1负载门G211输出高电平的下限值VOH(min)输入低电平的上限值VIL(max)输入高电平的下限值VIH(min)输出低电平的上限值VOL(max)输出高电平+VDDVOH(min)VOL(max)G1门vO范围vO输出低电平输入高电平VIH(min)VIL(max)+VDDG2门vI范围输入低电平vI驱动门负载门VNH—当前级门输出高电平的最小值时允许负向噪声电压的最大值。负载门输入高电平时的噪声容限：VNH=VO

3、H(min)－VIH(min)2.噪声容限：在保证输出电平不变的条件下，输入电平允许波动的范围。它表示门电路的抗干扰能力.1驱动门vo1负载门vI噪声0103.1.2逻辑门电路的一般特性驱动门负载门VNL—当前级门输出低电平的最大值时允许正向噪声电压的最大值负载门输入低电平时的噪声容限：VNL=VIL(max)－VOL(max)1驱动门vo1负载门vI噪声101类型参数74HCVDD=5V74HCTVDD=5V74LVCVDD=3.3V74AUCVDD=1.8VtPLH或tPHL(ns)782.10.93.传输延迟时间传输延迟时间是表征门电路开关速度的参数，它说明门电路在输入脉冲波

4、形的作用下，其输出波形相对于输入波形延迟了多长的时间。CMOS电路传输延迟时间tPHL输出50%90%50%10%tPLHtftr输入50%50%10%90%3.1.2逻辑门电路的一般特性4.功耗静态功耗：指的是当电路没有状态转换时的功耗，即门电路空载时电源总电流ID与电源电压VDD的乘积。5.延时功耗积是速度功耗综合性的指标.延时功耗积，用符号DP表示扇入数：取决于其输入端的个数。6.扇入与扇出数动态功耗：指的是电路在输出状态转换时的功耗，对于TTL门电路来说，静态功耗是主要的。CMOS电路的静态功耗非常低，CMOS门电路有动态功耗3.1.2逻辑门电路的一般特性10111电流

5、方向?灌电流IILIOLIIL…1n个=nIIL驱动门的所带负载分为灌电流负载和拉电流负载两种情况:（a)带灌电流负载扇出数：是指其在正常工作情况下，所能带同类门电路的最大数目。3.1.2逻辑门电路的一般特性负载门驱动门01110电流方向?拉电流IIHIOH…1n个=nIIH(b)带拉电流负载IIH如NOH=NOL则取两者的最小值为门的扇出系数3.1.2逻辑门电路的一般特性负载门驱动门电路类型电源电压/V传输延迟时间/ns静态功耗/mW功耗－延迟积/mW-ns直流噪声容限输出逻辑摆幅/VVNL/VVNH/VTTLCT54/74＋510151501.22.23.5CT54LS/74L

6、S＋57.52150.40.53.5HTL＋158530255077.513ECLCE10K系列－5.2225500.1550.1250.8CE100K系列－4.50.7540300.1350.1300.8CMOSVDD=5V＋5455×10－3225×10－32.23.45VDD=15V＋151215×10－3180×10－36.59.015高速CMOS＋581×10－38×10－31.01.55各类数字集成电路主要性能参数的比较3.1.2逻辑门电路的一般特性1、高、低电平产生的原理当S闭合，O=当S断开，O=0V+5V(低电平)(高电平)理想开关的两个工作状态：接通状态：要

7、求阻抗越小越好，相当于短路。断开状态：要求阻抗越大越好，相当于开路。3.1.3MOS开关及其等效电路2.产生的高、低电平半导体器件工作在截止区:输出高电平工作在饱和区:输出低电平场效应三极管利用电场效应来控制电流的三极管，称为场效应管，也称单极型三极管。场效应管特点:只有一种载流子参与导电；输入电阻高,可达109以上;工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低。3.1.3MOS开关及其等效电路由金属、氧化物和半导体制成。称为金属-氧化物-半导体场效应管，或简称MOS场