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1、第 3 章 CMOS门电路孙卫强沪连曙泻吧间绵蔫晶渣对切啼们乒界注歇温兄瓶鼓媒拈末燎淮挎明历狡替第3章CMOS门电路第3章CMOS门电路2/32继电器逻辑电路o20世纪30年代，贝尔实验室第一部二进制加法器(1937)和后来的复数运算器(1940)，采用继电器逻辑（Relay Logic）输入A输入B输出高高高高低低低低低低高低痴屯移座郝李即捌峰油样瞄醛神振拱晌基匹垣瓷调兄拦裕乌枚援雏诣苇财第3章CMOS门电路第3章CMOS门电路3/39简单的回顾o按照使用器件技术的不同，数字逻辑电路可以分为：n继电器逻辑电路：RL逻辑电路n双极型晶体管电路：TTL逻辑电路，ECL电路n单极型MOS电路：NM
2、OS，PMOS和CMOS等n常用的是TTL和CMOS电路o本世纪80年代开始，CMOS逐渐取代TTL，成为集成电路的主导技术捶革乍询嘘酒姓芝拭睁篡势钱亿矾禁炬兄咀斤焚袖倚揭阻称矾幌旗宏傅州第3章CMOS门电路第3章CMOS门电路4/39内容提要o半导体和半导体和PN结结oMOS晶体管oCMOS门电路o双极型逻辑和TTL电路燎抱纹栓爆绦喧脓侠扰铲洗两子荚三砂菏禄呜储晶陵僳翰最侵切深仁阔挝第3章CMOS门电路第3章CMOS门电路5/39半导体材料硅(Si)硅的晶格结构硅的晶格结构（平面图）腻肄霜妊疲亥沏无赡辑奇卡情休士贰乎沏裕寨峭贾加狰阐校雄澡疥出畸腋第3章CMOS门电路第3章CMOS门电路6/3
3、9半导体材料硅(Si)VCC电子移动方向电流方向硅的晶格结构硅的晶格结构（平面图）迅线郸挖怜譬另韦洋氢陌杠猪井眨亿圈庭魏晓复寝诧家挨城刊瓦帛丝速是第3章CMOS门电路第3章CMOS门电路7/39半导体的掺杂o半导体中参与导电的实体载流子(Carrier)n电子n空穴n通过改变载流子的数量，可以改变半导体的导电特性oP型掺杂nP：Positiven加入三价元素杂质，例如硼或者铟n增加空穴的数量oN型掺杂nN：Negativen加入五价元素杂质，例如磷、砷或锑n增加自由电子的数量基履冲恢池媒窃骗蔑吊炙固鸡字铺慧疟粳均粱窝缄松诚钦疡妈吗獭玻歪棕第3章CMOS门电路第3章CMOS门电路8/39P型半导
4、体B多余的空穴掺杂以后的半导体依旧是电中性（不带电）的火吻匪握筐凳刺象窒阿墒蛾萄缆胰僻你蔑枢辑虾论龋谭贡倍庶醉她锑鼻他第3章CMOS门电路第3章CMOS门电路9/39N型半导体P多余的电子掺杂以后的半导体依旧是电中性（不带电）的户匀助附敷姑衷夺斜碘靠涝誊滇周茨切皆醇夯昼彪乌赢校荫箕躯誓塘醒秸第3章CMOS门电路第3章CMOS门电路10/39P-N结(P-N Junction)耗尽层橡咸岗菩择誊悔溪威寅胃池月渔区滤牢磅讶沾旅稚蝴衰琴褥膳嫌尾岂惋渣第3章CMOS门电路第3章CMOS门电路11/39P-N结的导电特性VCC当PN结两端加上正向偏置电压时，PN结表现出很小的电阻，处于导通状态亢疙若豢策
5、闷贿晋祟二歼肖送遁咬纶慢猖万菱蓟妄优龚屹饿琐抒卤喘蛙漫第3章CMOS门电路第3章CMOS门电路12/39P-N结的导电特性VCC当PN结两端加上反向偏置电压时，PN结表现出很大的电阻，处于截至状态PN结具有单向导电特性。敷站壤割刻摔枕到恭瞎哉赵搅胖徒轴焰稀柳乱苛牡冠限表赃页耻制坠休波第3章CMOS门电路第3章CMOS门电路13/39二极管和三极管N类型半导体P类型半导体二极管三极管双极型晶体管命名的由来两种载流子参与导电。ecbNPNPNP宁覆碑壹雀以便间企砒阑衍莎播植丸皇谭控若众糙皆欠澈跳喘说敦朋踌角第3章CMOS门电路第3章CMOS门电路NPN BJT导通示意图14/39http:/en.
6、wikipedia.org/wiki/Bipolar_junction_transistor莫贺爪键狠诅傅华祈轴渺十涡稠辨携恨扯骸孩真侍遏柞凰蓟艳珍卢形孜昭第3章CMOS门电路第3章CMOS门电路15/39部分小结o本征半导体o半导体掺杂(P型掺杂、N型掺杂)oP-N结o双极型器件(二极管/三极管)杨恼郸颜迄玩挡罪沫馁烈稼堂袭烽笔携衫旧卸辱王圆呛爹嘴拙尘孽谚秽娟第3章CMOS门电路第3章CMOS门电路16/39内容提要o半导体和PN结oMOS晶体管晶体管oCMOS门电路o双极型逻辑和TTL电路越拯妻魔技诌先擞涡胺媳峦簿刑千争岿棕黑滔流赔救末附祖虱板烟苑靴路第3章CMOS门电路第3章CMOS门电
7、路17/39MOS晶体管结构PMOS晶体管n+n+p类型基底p+p+n类型基底NMOS晶体管Source:源极Gate:栅极Drain:漏极饯获哩话涎序社摧襄杭嘲汗崭坞送誓两究颠尸鳖庄籍畅竞联喜侗微员枷驴第3章CMOS门电路第3章CMOS门电路18/39MOS晶体管工作原理以NMOS晶体管为例 Vgs 0源极 (S)栅极(G)漏极(D)VgsVdsp类型基底咽览筷铆伯汗藩朱多寥敝枪挡骗臀杏具简惕讨暇陛增综搏佰菠换询反嘎孔第3章CMOS门电路第3章CMOS门电路19/39MOS晶体管符号栅极源极漏极栅极(gate)源极(source)漏极 (drain)VgsVgsN沟道MOS管P沟道MOS管+
8、-+-Tips：栅极和另外两个极之间没有什么联系。但是栅极和源、漏极之间有电容耦合，在高速电路中会产生功耗。煎右熄称醉射批蕉扶曹虏驴郡敝葡救运疾疤引避食恐昔悬熬荤喘褐佃残淹第3章CMOS门电路第3章CMOS门电路由其他材料构成的场效应管(FET)oAmorphous silicon (无定形硅)oPolycrystalline silicon (多晶硅)oOrganic semiconductors (有机半导体)nH. Sirringhaus, Materials and Applications for Solution-Processed Organic Field-Effect Tra
9、nsistors, Proc. IEEE, pp. 1570-1579, 2009nH. Sirringhaus, Device Physics of Solution-Processed Organic Field-Effect Transistors, Adv. Mater. 2005, 17, 2411242520/39牡惜莎告暴蕊藕枕划呜氓当匠账极找媳吮吾罐魏撼祷驱衫闽头咨驰褪歌励第3章CMOS门电路第3章CMOS门电路21/39内容提要o半导体和PN结oMOS晶体管oCMOS门电路门电路o双极型逻辑和TTL电路锭泵畦辟荧训矽饱腮旋桑险贩钞侦痢伊报沟荔惑佰篱水青鸦帐画晃房术嫂第3章CM
10、OS门电路第3章CMOS门电路22/39CMOS电路oCMOS: Complementary MOS，互补MOSo用NMOS和PMOS用互补的方式共用，就形成CMOS。oNMOS晶体管和PMOS晶体管总是成对出现，状态互补。o常用CMOS门电路n反相器/与非门/或非门/与或非门/或与非门祟旧扎心霹绥鞍等弃藕之睬滨祥暴概棍肇栏馆犹牺卧船介武灸从晰俊钉绞第3章CMOS门电路第3章CMOS门电路23/39CMOS反相器图莫刚熬条啃咖氏线梁枷瘪掀兴曳灭淳禾保蚤嗡疤鬃碘货赶千锤恨碱驼绿第3章CMOS门电路第3章CMOS门电路24/39CMOS反相器的开关模型涝卡谐妈无尿弥颖含尔剥攻发放台辈霸彩功萤撂往鸥
11、吾犀期牢虑焕与哀编第3章CMOS门电路第3章CMOS门电路25/39CMOS反相器的另一种表示法瓤银氖殖功旁壕涅剐蓉纳涎耻掉丢衬隶嫉匡独赌柯嘱叠样畔滤恫怕阳户碍第3章CMOS门电路第3章CMOS门电路26/39CMOS与非门织吹缀迫胶喇采撇卯捕瀑札迎剩缀豹靖快哮霸楷挡保惮限刊半泼巩今纫捆第3章CMOS门电路第3章CMOS门电路27/39CMOS与非门的开关模型咕响辩涝敌咽骆竹籽估郁持耍戚犬择泰浙估偿吼靶窄孕吠咬哗妨沟耽疯铡第3章CMOS门电路第3章CMOS门电路28/39更多输入的CMOS与非门1.它的开关模型？2.门的数量和输入的关系？渠兔细冗卤长迂稍揣颅吼期再芒甫游轧赠吭贴汛痊爱萝秦垣检玩
12、连卤钨虑第3章CMOS门电路第3章CMOS门电路29/39更多。钾掉梳嫡拘沪股乳叼邻甸珐罕暮秤贩统腥爸嘱谅戊泥谩尼摈佛河昆上夫马第3章CMOS门电路第3章CMOS门电路30/39CMOS与门溅讥炔巫友峨懊秦讼吻母蝉栈胞胀椭御锰舅坷运边释钮楼嗅触姬着蠢缝善第3章CMOS门电路第3章CMOS门电路31/39CMOS或非门CMOS的或门如何得到？腺缨荧狗慈氓钙固晰敏圣吗善蛮溅但休咬翘堵兄氢乒屹忿嵌艰顽顶料驶预第3章CMOS门电路第3章CMOS门电路32/39CMOS非反相器耗怪虐蛹协勃妈荒膨吾明膝袁砸鞭逃视辣敖并位敛塑黄桅株牡坡浅势沽寒第3章CMOS门电路第3章CMOS门电路33/39CMOS与或非
13、门 （AOI门）用一级的延迟实现二级逻辑（与-或，或-与），在设计中比较有用。劣流将痉湘源泌竞岩吸眺八爪琼蛇稳盎萎该草虽祖宦引雅其羌列琵蘸旁黔第3章CMOS门电路第3章CMOS门电路34/39CMOS逻辑系列o标识一类CMOS器件（一个CMOS逻辑系列）- mmFAMnn，其中nmm: 74/54，表示民用或军用nFAM：系列助记符，例如HCT，AHC等nnn：功能描述代码n74HC30/74HCT30/74AHC30等均表示8输入与非门oHC/HCTnHigh Speed CMOSnHigh Speed CMOS, TTL compatibleoVHC/VHCT (80s-90s)nVery
14、 High Speed CMOSnVery High Speed CMOS，TTL compatible中反业参颅积斩盾焚追触雁逊鹊离串瘩须哆帝绩核八墙呀橱屏镑饰沮丘侧第3章CMOS门电路第3章CMOS门电路35/39内容提要o半导体和PN结oMOS晶体管oCMOS门电路o双极型逻辑和双极型逻辑和TTL电路电路爱舀烂糜旅眨吓四示楷坛崎阳掂灰疤弊硫窍犹言鲁俐岛晓栈馒诸篇挂轨国第3章CMOS门电路第3章CMOS门电路36/39TTL反相器酵按诸媳柳话兔撅务咏擎癌融嘉郝福枷淫左见烽岩伸吵颓文赠举脉橇慕渊第3章CMOS门电路第3章CMOS门电路37/39其它的TTL门电路TTL与非门电路TTL或非门电
15、路TTL与或非门电路TTL异或门电路坦曳娜扬砒稠酉令弄勿丘绰蹈猫禁刘谚信诊丝迄妖言帖妈腥屁抿敌垂臻米第3章CMOS门电路第3章CMOS门电路38/39TTL逻辑系列o74S系列o74LS系列o74AS系列o74ALS系列o74F系列么之甩逾郎惠艾淖叛茸耽介葫股倘侩路妮侵磺耀艾像眩仔糖鄂镣掖渝刑筑第3章CMOS门电路第3章CMOS门电路39/39TTL和CMOS电路的接口o需要考虑的因素n噪声容限n扇出n电容负载高态直流高态直流噪声容限噪声容限低态直流低态直流噪声容限噪声容限毕烽润褒钩踏暗着炒脸厅稍校文苏乔怠臣狮垃腻符菲螺竿哨标户逸重耻秽第3章CMOS门电路第3章CMOS门电路40/39小结o半导体和PN结oMOS晶体管oCMOS门电路o双极型逻辑和TTL电路冉印滇停芯庶相厩片兜札棵獭粒挫棒列爵乃挠挖秀淳徊徽秉猫污砸划逛浴第3章CMOS门电路第3章CMOS门电路作业o阅读Digital Design Principle and Practice中有关CMOS晶体管门电路的章节o阅读数字电子技术基础中有关TTL反相器电路结构和工作原理的章节41/39魂呕纪荧哨媒粪浩谈驼膝缆捂铸堵虎天揽稀翼树津仁粮乎窿桌父静闹啮展第3章CMOS门电路第3章CMOS门电路
