数字电子技术经典教程CMOS门电路课件.ppt

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1、与非门的逻辑功能：输入有“0”，输出为“1”输入全为“1”，输出才为“0”F1=AB或非门的逻辑功能：输入有“1”，输出为“0”输入全为“0”，输出才为“1”F2=A+B问题的提出内部电路是什么样的，如何实现相应的逻辑功能？内部电路不同，逻辑功能相同，如何正确使用？异或门的逻辑功能：输入相同，输出为“0”输入不同，输出为“1”ABF=1F=AB问题的提出本章的教学目标■理解CMOS门电路结构与工作原理■掌握CMOS门电路外特性，正确使用CMOS门电路■理解TTL门电路结构与工作原理■掌握TTL门电路外特性，正确使用TTL门电路门电路的分类集成逻辑门

2、双极型集成逻辑门MOS集成逻辑门按制造工艺分PMOSNMOSCMOS按集成度分SSI（＜10个等效门）MSI（＜100个等效门）LSI（＜104个等效门）VLSI（＞104个以上等效门）TTL、ECLI2L、HTL§2.1CMOS门电路MOS管的开关特性CMOS反相器CMOS与非门和或非门CMOS门电路的电气特性CMOS传输门改进型CMOS门电路MOS管的开关特性MOS管又称为绝缘栅型场效应三极管（Metal-Oxide-SemiconductorFieldEffectTransisteor,MOSFET）MOS管分为N沟道MOS管（NMOS）和P沟

3、道MOS管（PMOS），它们的工作原理基本相同。取一块P型半导体作为衬底，用B表示。用氧化工艺生成一层SiO2薄膜绝缘层。用光刻工艺腐蚀出两个孔。扩散两个高掺杂的N型区。从而形成两个PN结。（绿色部分）从N型区引出电极，一个是漏极D，一个是源极S。在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极G。NMOS管的结构和符号1．vDS=0，vGS＞0vGS＞0将在绝缘层产生电场，该电场将SiO2绝缘层下方的空穴推走，同时将衬底的电子吸引到下方，形成导电沟道。反型层产生有漏极电流ID。这说明vGS对ID的控制作用。MOS管的工作原理2．vDS＞0，vGS＞0

4、思考：何谓反型层？何谓开启电压？NMOS管和PMOS管的通断条件NMOS当vGS＞VTN时导通当vGS＜VTN时截止PMOS当∣vGS∣＞VTP时导通当∣vGS∣＜VTP时截止（1）当vGS=0时，rds可达到106Ω。当vGS增加时，rds减小，最小可达到10Ω左右，因此，MOS管可看成由电压控制的电阻。（2）MOS管的门极有非常高的输入阻抗。MOS管的电路模型CMOS反相器的电路结构CMOS反相器漏极相连做输出端PMOSNMOS柵极相连做输入端CMOS非门的工作原理CMOS反相器如果将0V定义为0，逻辑VDD定义为逻辑1，将实现逻辑“非”功能

5、。1.当vI=0V时，vGSN=0V，VTN截止，∣vGSP∣=VDD，VTP导通，vO≈VDD，门电路输出输出高电平；2.当vI=VDD时，VGSN=VDD，VTN导通，∣VGSP∣=0V，VTP截止，vO≈0V，门电路输出低电平。CMOS与非门CMOS或非门和与非门00通通止止1CMOS或非门和与非门止止100通通CMOS二输入或非门思考题CMOS门电路结构上有什么特点？如何分析CMOS门电路的逻辑功能？1．电压传输特性用来描述输入电压和输出电压关系的曲线，就称为门电路的电压传输特性。V2vIvOV11CMOS门电路的电气特性测量电路vI

6、/V5.03.51.5AB5.00CDvO/VAB段：vI≤1.5V，VTN截止，VTP导通，输出电压vO≈VDDCD段：vI≥3.5V，VTN导通，VTP截止，输出电压vO≈0VBC段：1.5V≤vI≤3.5V，VTP、VTN均导通。当vI=VDD／2时，VTP和VTN导通程度相当。CMOS门电路的电气特性vI/V5.03.51.5AB5.00CDvO/VAB段：VTN管截止，电阻非常大，所以流过VTN和VTP管的漏极电流几乎为0。CD段：VTP管截止，电阻非常大，所以流过VTN和VTP管的漏极电流也几乎为0。BC段：两个管均导通，电阻很小，所以流

7、过VTN和VTP管的漏极电流也很大。CMOS门电路的电气特性动态尖峰电流CD4000系列门电路的极限参数（VDD=5V）◆输出高电平电压VOH，VOH（min）=VDD-0.1V◆输出低电平电压VOL，VOL（max）=0.1V◆输入高电平电压VIH，VIH（min）=70%VDD◆输入低电平电压VIL，VIL（max）=30%VDD◆阈值电压VTH=1/2VDDCMOS门电路的电气特性噪声容限低电平噪声容限高电平噪声容限CMOS门电路的电气特性VNL=VIL（max）－VOL（max）VNH=VOH（min）－VIH（min）G111G2VOL（m

8、ax）VIH（min）VOH（min）VIL（max）VNL=VIL（max）－VOL（max）=1.5V－