《基本CMOS逻辑门电路康华光 数字电子技术 第六版》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基本CMOS逻辑门电路康华光 数字电子技术 第六版（24页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、3.2 基本CMOS逻辑门电路,3.2.1 MOS管及其开关特性,3.2.2 CMOS反相器,3.2.3 其他基本CMOS逻辑门电路,3.2.4 CMOS传输门,CMOS门电路是以MOS管为开关器件。,MOS管的分类：,N沟道,P沟道,P沟道,N沟道,增强型,3.2.1 MOS管及其开关特性,1. N沟道增强型MOS管的结构和工作原理,MOS管的分类：,栅极,符号,1. N沟道增强型MOS管的结构和工作原理,(1) VGS 控制沟道的导电性,vGS=0, vDS0, 等效背靠背连接的两个二极管, iD0。,vGS0, 建立电场 反型层 vDS0, iD 0。,沟道建立的最小 vGS 值称为开启
2、电压 VT.,1. N沟道增强型MOS管的结构和工作原理,(2) VGS 和VDS共同作用,vGS VT, vDS0, 靠近漏极的电压减小。,当VGS VT, iD 随VDS增加几乎成线性增加 。,当vDS vGD=(vGSvDS)VT, 漏极处出现夹断。,继续增加VDS 夹断区域变大， iD 饱和。,2. N沟道增强型MOS管的输出特性和转移特性,输出特性分为,截止区：,可变电阻区：沟道产生， iD 随vDS线性增加， rds为受vGS控制可变电阻。,饱和区：,(a)输出特性曲线,（b）转移特性曲线,3. 其他类型的MOS管,(1) P沟道增强型MOS管,结构与NMOS管相反。vGS、vDS
3、 电压极性与NMOS管相反。开启电压vT为负值,(2) N沟道耗尽型MOS管,绝缘层掺入正离子，使衬底表面形成N沟道。vGS电压可以是正值、零或负值。vGS达到某一负值vP，沟道被夹断， iD =0。,(2) N沟道耗尽型MOS管,N沟道耗尽型MOS管符号如图。,(3) P沟道耗尽型MOS管,结构与N沟道耗尽型MOS管相反。 符号如图所示。,4. MOS管开关电路,：MOS管工作在可变电阻区，输出低电平,: MOS管截止， 输出高电平,当I VT,MOS管相当于一个由vGS控制的无触点开关。,MOS管工作在可变电阻区，相当于开关“闭合”，输出为低电平。,MOS管截止，相当于开关“断开”，输出为
4、高电平。,当I 为低电平时：,当I为高电平时：,由于MOS管栅极、漏极与衬底间电容，栅极与漏极之间的电容存在，电路在状态转换之间有电容充、放电过程。 输出波形上升沿、下降沿变得缓慢。,5. MOS管开关电路的动态特性,3.2.2 CMOS 反相器,1.工作原理,vi,vGSN,vGSP,TN,TP,vO,0 V,0V,5V,截止,导通,5V,5 V,5V,0V,导通,截止,0 V,VTN = 2 V,VTP = - 2 V,逻辑图,逻辑表达式,第一，vI是高电平还是低电平 ，TN和TP中总是一个导通而另一个截止。CMOS反相器的静态功耗几乎为零。第二，MOS管导通电阻低，截止电阻高。使充、放电
5、时间常数小，开关速度更快，具有更强的带负载能力。 第三，MOS管的，IG0，输入电阻高。 理论上可以带任意同类门，但负载门输入杂散电容会影响开关速度。,CMOS反相器的重要特点：,2. 电压传输特性和电流传输特性,VTN,电压传输特性,电流传输特性,(Transfer characteristic ),3. 输入逻辑电平和输出逻辑电平,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 VIL(min),输出低电平的上限值VOH(max),4.CMOS反相器的工作速度,在由于电路具有互补对称的性质，它的开通时间与关闭时间是相等的。平均延迟时间小于10
6、ns。,带电容负载,与非门,1. CMOS 与非门,(a)电路结构,(b)工作原理,VTN = 2 V,VTP = - 2 V,N输入的与非门的电路?,输入端增加有什么问题?,3.2.3 其他基本CMOS 逻辑门电路,或非门,2.CMOS 或非门,VTN = 2 V,VTP = - 2 V,N输入的或非门的电路的结构?,输入端增加有什么问题?,例：分析CMOS电路，说明其逻辑功能。,=AB,异或门电路,3.2.4 CMOS传输门(双向模拟开关),1. 传输门的结构及工作原理,电路,逻辑符号,1、传输门的结构及工作原理,设TP:|VTP|=2V， TN:VTN=2V， I的变化范围为0到+5V。,0V,+5V,0V到+5V,GSN0, TP截止,GSP= 0V (2V+5V) =2V 5V,GSN=5V (0V+3V)=(52)V,b、I=2V5V,GSNVTN, TN导通,a、I=0V3V,TN导通，TP导通,C、I=2V3V,(1) 传输门组成的异或门,B=0,TG1断开, TG2导通L=A,B=1,2. 传输门的应用,(2) 传输门组成的数据选择器,C=0,TG1导通, TG2断开 L=X,TG2导通, TG1断开 L=Y,C=1,2. 传输门的应用,
