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1、书名：数字电子技术 ISBN：978-7-111-35067-5 作者：初玲 出版社：机械工业出版社 本书配有电子课件,CMOS集成逻辑门电路,CMOS集成逻辑门, CMOS门电路的使用要求及注意事项, TTL与CMOS集成电路性能比较,CMOS与TTL的接口,MOS集成逻辑门,8.1.1 MOS集成逻辑门,能与大多数的TTL逻辑电路兼容。,MOS集成逻辑门是由MOS场效应晶体管组成的数字集成电路,MOS集成逻辑门,在LSI（大规模集成电路）及VLSI(超大规模集成电路)的制作上已经超过TTL，并占据优势。,制作工艺简单，,成本低，,输入阻抗极高，,功耗低，,集成度高,工作电源允许变化范围大，
2、抗干扰性能较好,场效应晶体管是电压控制型器件,与双极性晶体管相比较具有许多优点。,MOS集成逻辑门,MOS集成逻辑门分为：,P沟道增强（称PMOS）,N沟道增强（称NMOS）,和互补MOS（称CMOS）三种。,PMOS由于开关速度低，电源电压高而且是负电源， 不便与TTL集成逻辑门衔接，现已经很少使用；,NMOS克服了PMOS的许多问题，但速度低的问题始终 限制了其发展；,CMOS充分表现了MOS技术的突出优点，成为LSI及VLSI集成电路的主流产品。,MOS集成逻辑门,8.1.2 CMOS反相器的工作原理,1.电路结构,这种由VF1，VF2共同组成的互补对称型的场效应管集成电路称为CMOS反
3、相器。,P沟道结构的增强型 场效应管,N沟道结构的 增强型 场效应管,负载管,驱动管,CMOS反相器,输入和输出之间为反相关系，实现非门逻辑功能,2.电路工作原理：,uI=0V时，uGS2=0V,uGS1= 0V ,uGS1= -10V,输出uO为高电平；,uI= 10V时，uGS2=10V,输出uO为低电平。,0,0,截止,导通,-10,1,10,10,导通,截止,0,0,VF2截止,VF1导通,此时VF2导通,VF1截止,CMOS反相器,8.1.3 CMOS传输门,CMOS传输门和双向模拟开关,1.电路结构及逻辑符号,设VF1管和VF2管的开启电压为UGS(th) , UDD2 UGS(t
4、h), 控制信号C的高电平为UDD，低电平为0V。,2.工作原理：,PMOS管,NMOS管,CMOS传输门和双向模拟开关,传输门不传输信号。因为VF1管和VF2管均处于截止 状态,相当于电路是断开的。,（1）当,（2）当,VF1管和VF2管均导通，即传输门导通，uo=uI,uI可以是0V到UDD的任意电压。,结论：,当输入信号电压在0UDD范围内变化时，,VF1管和VF2管至少有一个处于导通状态，,输入和输出之间呈低阻态，相当于开关闭合,信号得以传输，且uo=uI。,CMOS传输门和双向模拟开关,8.1.4 其它类型的CMOS门电路,由两个串联的N沟道和两个并联P沟道增强型MOS管构成,VF1
5、和VF2两个栅极相连构成又一互补电路，两个互补电路的输入端为与非门的2个输入端。,VF3和VF4两个栅极相连构成互补电路,2输入端CMOS 与非门电路,其他类型的CMOS门电路,1.与非门电路结构,输出端Y为低电平0，即“全1出0”,输出端Y为高电平1，即“有0出1”,2.逻辑功能,当A，B同时为高电平1时，,VF4 ，VF2 均导通，VF3 ，VF1 均截止,当A，B端有一个或两个为低电平时，,串联VF4 ，VF2 有一个或两个截止,并联的VF3 ，VF1 有一个或两个导通,其他类型的CMOS门电路,由两个串联的P沟道增强型和两个并联N沟道增强型 MOS管构成。,1.电路组成：,8.2.2
6、CMOS或非门,2输入端CMOS 或非门电路,负载管,驱动管,CMOS或非门,输入输出之间的逻辑关系为,2.逻辑功能：,接高电平的驱动管VF3或VF4导通，,输出端Y为低电平0，即“有1出0”。,输出Y为高电平1，即“全0出1”。,当A，B同时为高电平1时，,当A、B端都为低电平0时，,驱动管VF3和VF4两个都截止，负载管VF1、VF2同时导通,CMOS或非门,8.2.3 CMOS模拟开关,1.电路组成：,CMOS模拟开关,当C=UDD时，,由此可见，只要适当控制反相器的输入电压， 即可决定模拟开关的通断，传输门所能传输的电压值 为0UDD之间任意电压值。又因MOS管源极和漏极的 对称性，所
7、以模拟开关是一种双向开关。,2.工作原理：,控制CMOS传输门导通，使uo=uI。,当C=0时，,反相器输出,控制CMOS传输门截止，使输入和输入断开。,反相器输出,CMOS模拟开关,8.2.4 TTL与CMOS集成电路性能比较,不同点：,频率不高情况下，电路的带负载能力比TTL集成电路强,所以CMOS集成电路的工作速度比TTL集成电路慢。,具有相同逻辑功能的TTL集成电路和CMOS集成电路,相同点：,（1）CMOS集成电路的输入阻抗很高，可达108以上,（2） CMOS集成电路的导通电阻比 TTL集成电路的导通电阻大得多,TTL与CMOS集成电路性能比较,（5）由于CMOS集成电路内部电路功
8、耗小，发热量小，,（3）CMOS集成电路的电源电压范围为3-18V，这使 它的输出电压摆幅大，因此其干扰能力比TTL集成电路强，这与严格限制电源电压的TTL集成电路要优越的多。,（4）由于CMOS集成电路静态时栅机电流几乎为0，,因此该电路功耗比TTL电路功耗小。,所以CMOS集成电路集成度比TTL集成电路集成度高。,TTL与CMOS集成电路性能比较,（7）由于CMOS集成电路的输入阻抗很高，使其容易 受静电感应而击穿，虽然制作集成电路时在其 内部设置了保护电路，但在存放和使用时应注 意静电屏蔽，焊接时电烙铁应注意良好的接 地,尤其是CMOS集成电路不用的多于输入端不 能悬空，应根据需要接地或
9、接电源。,（6）CMOS集成电路的稳定性能好，抗辐射能力强， 可在特殊情况下工作。,TTL集成电路一般不需要考虑静电感应和屏蔽的问题， 不用的多余输入端可以悬空。,TTL与CMOS集成电路性能比较,CMOS集成电路应用的有关问题,8.2.5、CMOS集成电路的使用要求,1 、对电源的要求,2、对输入端连接的要求,3、对输出端连接的要求,4、注意事项,1 、对电源的要求（3点）,（1） 电源电压范围318V，极限值18V，使用时电源电压不能超出规定值。但高速CMOS电源电压不得超过7V。,（2） 电源极性不能接反，否则将造成芯片永久性损坏。,（3） 使用电源电压越高，抗干扰能力越强。,CMOS集
10、成电路应用的有关问题,2、对输入端连接的要求,（1） 输入信号必须在USSUDD之间。,（2） 每个输入端的电流不能超过1MA,必要时应在输入端串接限流电阻,（3） 多余的输入端不能悬空，与门及与非门的多余输入端接至UDD或高电平，或门及或非门的多余输入端接至USS或低电平。,CMOS集成电路应用的有关问题,3、对输出端连接的要求,（1） 端不允许直接接USS或UDD，否则会导致MOS管的损坏。,（2） 为增加驱动能力同一芯片上的几个电路可以并联使用，不同芯片上的几个电路不可以并联使用。,（3） CMOS输出端接较大容性负载时，必须在输出端与电容负载之间串接限流电阻，使瞬态电流限制在10mA以
11、下。,CMOS集成电路应用的有关问题,4、注意事项,（1）焊接要求同TTL电路，但应注意操作过程良好接地,（2）存放、运输和使用时应注意静电屏蔽。,（3）电源接通期间，CMOS集成电路不能插入或拔出。,（4）测试电路时，先接通线路板电源，后接通信号源；断点时先断开信号源，后断开线路板电源。,（5）组装、调试时，所有应用仪表以及工作台面必须有良好的接地。,CMOS集成电路应用的有关问题,8.3 TTL电路与CMOS电路的接口,一、TTL电路驱动CMOS电路,1、TTL电路驱动CMOS4000系列和CC74HC系列,（a）当TTL电路和CMOS电路的电源都是5 V时，在TTL电路的输出端与电源之间
12、接入一个上拉电阻RU，可以提高输出高电平UOH大约到UDD。如右图所示。当TTL电路输出高电平时，输出级的负载管和驱动管都截止，所以有： UOHUDDRU（IO+nIIH）,（b）当CMOS电路的电源高于5 V时，可以用OC门作驱动门。,（c）当TTL电路与CMOS电路电源不同时，还可以采用能实现电平转换的专用芯片进行接口。它的接口情况如下图所示。,（c）当TTL电路与CMOS电路电源不同时，还可以采用能实现电平转换的专用芯片进行接口。它的接口情况如下图所示。,2、TTL电路驱动74HCT系列CMOS电路,由于TTL电路的输出能满足CMOS的74HCT系列的所有输入要求，因此，可以将TTL电路
13、的输出端与74HCT电路的输入直接相连接，不需要另用其它元器件。,1、CMOS4000系列驱动TTL电路,当CMOS4000和它驱动的TTL电路电源都是5 V时，通常采用两个方法：一是将同一个芯片上的多个CMOS门电路并联使用，增大CMOS电路总的输出低电平电流，给TTL电路提供合适的输入低电平电流。如图1所示。二是在CMOS电路和TTL电路之间接入CMOS驱动器。如图2所示。,2、高速CMOS电路驱动TTL电路,CMOS电路和TTL电路电源电压都为5 V时，高速CMOS电路输出端和TTL电路的输入端可以直接相连。,作业：,第8次课,1、第3章自我检查题：题3.1：3 题3.2： 1 题3.3 ：4 ， 5 ，6 2、第3章思考题与习题：题3.3 ：1 ，2,
