CMOS电路入门指导

1、cmos集成电路1 mos/cmos集成电路2 cmos集成电路的性能及特点3 cmos集成电路的工作原理4制作cmos集成屯路需要注意的问题5 cmos集成电路输入和输出端使用规则6 cmos集成电路的接口电路7正确使用cmos、nmos器件需遵守的准则cmos集成电路的性能及特点功耗低cmos集成电路釆用场效应管，且都是互补结构，工作时两个串联的场效应管总是处于一个 管导通，另一个管截止的状态，电路静态功耗理论上为零。实际上，由于存在漏电流，cmos 电路尚有微量静态功耗。单个门电路的功耗典型值仅为20mw,动态功耗（在1mhz i作频率 时）也仅为几mw。工作电压范围宽cmos集成电路供

2、电简单，供电电源体积小，基本上不需稳压。国产cc4000系列的集成电路, 可在318v电压下正常工作。逻辑摆幅大cmos集成电路的逻辑高电平“1”、逻辑低电平“0”分别接近于电源高电位vdd及电影低电 位vss。当vdd-15v, vss=ov时,输出逻辑摆幅近似15v。因此,cmos集成电路的电压电压 利用系数在各类集成电路中指标是较高的。抗干扰能力强cmos集成电路的电压噪声容限的典型值为电源电压的45%,保证值为电源电压的30%。随着 电源电压的增加，噪声容限电压的绝对值将成比例增加。对于vdd=15v的供电电压（当vss=ov 时），电路将有7v左右的噪声容限。输入阻抗高cmos集成电

3、路的输入端一般都是由保护二极管和串联电阻构成的保护网络，故比一般场效 应管的输入电阻稍小，但在止常工作电压范围内，这些保护二极管均处于反向偏置状态，直 流输入阻抗取决于这些二极管的泄需电流，通常悄况下，等效输入阻抗高达1031011 q, 因此cmos集成电路儿乎不消耗驱动电路的功率。温度稳定性能好由于cmos集成电路的功耗很低，内部发热量少，而且，cmos电路线路结构和电气参数都具 有対称性，在温度环境发牛变化时，某些参数能起到自动补偿作用，因而cmos集成电路的 温度特性非常好。-般陶瓷金属封装的电路，工作温度为-55+125°c；塑料封装的电路工 作温度范围为-45 +85&#

4、176;co扇出能力强扇出能力是用电路输出端所能带动的输入端数來表示的。山于cmos集成电路的输入阻抗极 肓，i大1此电路的输出能力受输入电容的限制，但是，当cmos集成电路用来驱动同类型，如 不考虑速度，一燉可以驱动50个以上的输入端。抗辐射能力强cmos集成电路中的基本器件是m0s晶体管，属于多数载流子导电器件。各种射线、辐射对 其导电性能的影响都有限，因而特别适用于制作航天及核实验设备。可控性好cmos集成电路输出波形的上升和下降时间可以控制，英输出的上升和下降时间的典型值为 电路传输延迟时间的125%140%。接口方便因为cmos集成电路的输入阻抗高和输出摆幅大，所以易于被其他电路所驱

5、动，也容易驱动 其他类型的电路或器件。cmos电路使用时需要注意的事项集成电路可分为ttl和mos电路(主要以cmos为主)两种。ttl以高速度见长， mos电路则以低功耗著称。使用cmos电路时，除了要认真阅读产品说明书或有 关资料，了解其引脚分布情况及极限参数之外，还应注意以下问题：(1) 在安装电路、改变电路连接、插拔cmos器件时，必须切断电源，否则 cmos器件很容易受到极大的感应或电冲击而损坏。(2) 电源问题。cmos集成电路的工作电源电压一般在318v之间，但当系 统中有门电路的模拟应用(如脉冲振荡、线性放大)时，最低工作电压则不应低于 4.5vo由于工作电压范围宽，故使用不稳

6、压的电源电路也可以工作。cmos有微 功耗的特点，所以特别适用于电池做电源或备用电源，其电路如图1所示。正常 工作时，vd1导通，vd2截止，由va供电。一旦va不供电，则vd2迅速导通， 由vb进行供电。国产c000系列cmos电路的电源电压允许在715v范围内选择。 工作在不同电源电压下的器件，其输出阻抗、工作速度和功耗也会不同，在使用 中应注意。(3) 驱动能力问题。cmos电路的驱动能力，除选用驱动能力较强的人缓冲器 來提高z外，还可以将同一个芯片几个同类电路并接起来提高，这时驱动能力提 高到n倍(n为并联门电路的数量)。(4) 多余输入端的处理。cmos电路的输入端不允许悬空，因为悬

7、空会使电位 不定，破坏正常的逻辑关系。另外，悬空吋输入阻抗高，易受外界噪声干扰，使 电路产生误动作，而且也极易使栅极感应静电造成击穿。所以，对于“与”门， “与非”门的多余端接高电平，对于“或”门、“或非”门的多余端接低电平。如果电路的工作速度不高，功耗也不需要特别考虑，则可采用多余的输入端和使 用端并用的方法加以解决。(5) 输入端的电流不能超过1ma(极限值为10ma),如果不能保证这一点，必 须在输入端加适当的电阻进行限流保护。(6) 输入信号不可大于vdd或小于vss,否则输入保护二极管会因正向偏置 而引起大电流。基于这一点，在工作或测试时，必须按照先接通电源后由加入信 号，先撤除信号

8、后再关闭电源顺序进行操作。(7) 输入信号的上升或下降时间不宜过长，否则一方而容易造成虚假触发而 导致器件失去正常功能，另一方面还会造成大的损耗。对4000b系列，上升或下 降吋间限于15 u s以内；对于74hc系列限于0. 5 u s以内。如果不满足这个要求, 必须使用史密特触发器件输入整形。(8) 输入端接长线时的保护问题。在cmos电路的输入端与机械接点连接以及 其它特殊应用情况下，输入端往往需要接入长线，长输入线必然冇较大的分布电 容和分布电感，很容易形成lc振荡。特别当输入端一旦发生负电压，容易破坏 cmos屮的保护二极管。其保护方法是在输入端串接一个电阻r2,如图2所示， r2二

9、vdd/1ma。(9) cmos的接i i电路问题。当和运放接i i时，如杲运放采用双电源，cmos 采用的是独立的另一组电源，则耍采用如图3所示的连接方式。在电路中，vd1、 vd2作箝位保护，使cmos输入电压处在10v与地之间。15kq的电阻既作为cmos 的限流电阻，又对二极管进行限流保护。如果运放使用单电源，且与cmos使用的电源一样,总z,集成电路在使用过程小，常常涉及到cmos电路和ttl等其它电路z 间的连接问题。由于这些电路相互之间的电源电压和输入、输出电平及电流不相 同，因此它们z间的连接必须通过电平转换或电流转换电路，使前级器件的输出 电流人于后级器件对输入电流的耍求，前

10、级器件输出的逻辑电平满足后级器件对 输入电平的要求，并不得对器件造成损坏。逻辑器件的接口电路主要应注意电平 匹配和输出能力两个问题，要和器件的电源电压结合起来考虑。(10)cmos电路具有很高的输入阻抗，致使器件易受外界干扰、冲击和静电 击穿，所以在其内部输入端接有二极管保护电路，如图4所示。其中r约为1. 5 2. 5k q。输入保护网络的引入，使器件的输入阻抗有一定的下降，但仍达到108 q 以上。由于保护电路吸收的憐变能量有限，太大的憐变信号和过高的静电电压将 使保护电路失去作用。在焊接cmos管时，电烙铁必须可靠接地，以防电烙铁漏 电击穿器件输入端。一般可利用电烙铁断电后的余热焊接，并

11、先焊接其接地脚。仃1)防止用大电阻串入vdd和vss端，以免在电路开关期间由于电阻上的压 降引起保护二极管瞬吋导通，而损坏器件。(12)cmos器件输出端不允许直接和vdd或vss连接，否则将导致器件损坏。 除三态输出器件外，不允许两个器件并接成逻辑状态，因为不同的器件参数不一 致，有可能导致nmos和pmos器件同时导通，形成大电流。但为了增加电路的驱 动能力，允许把同一芯片上的同类电路并联使用。仃3)对于cmos电路，如果输入电路屮没有一定的抗静电措施，很容易造成 电路的毁灭性破坏。虽然各种cmos输入端有抗静电的保护措施，但仍须小心对 待在包装、储存、运输等环节中可能产生的静电问题，可采

12、取多种措施，诸如工 作台而冇良好的导电性，并且可靠接地。应放在抗静电的材料屮储存和运输cmos 集成电路。工作人员不宜穿尼龙、化纤衣服，不穿硕塑料底的鞋子，手或工具在 接触集成块前最好先接-下地。对器件引线矫直、弯曲或人工焊接时，使用的设 备必须接地。逻辑电平简介1, ttl电平：输岀高电平>2.4v,输出低电平<0.4vo在室温下，一般输岀高电平是3.5v,输岀低电平是 0.2v。最小输入高电平和低电平:输入高电平=2.0v,输入低电平v=0.8v,噪声容限是0.4v。2, cmos 电平：1逻辑电平电压接近于电源电压，0逻辑电平接近于0v。而且具有很宽的噪声容限。3, 电平转换

13、电路：因为ttl和coms的高低电平的值不一样(ttl 5v<=>cmos 3.3v),所以互相连接时需 要电平的转换：就是用两个电阻对电平分压，没有什么高深的东西。哈哈4, 0c门，即集电极开路门电路，0d门，即漏极开路门电路，必须外界上拉电阻利电源 才能将开关电平作为高低电平用。否则它一般只作为开关大电压和大电流负载，所以又叫做 驱动门电路。5, ttl和coms电路比较：1) ttl电路是电流控制器件，而coms电路是电压控制器件。2) ttl电路的速度快，传输延迟时间短(5-1 ons),但是功耗大。coms电路的速度慢，传输延迟时间长(25-50ns)/h功耗低。coms

14、电路木身的功耗与输入信号的脉冲频率有关，频率越高，芯片集越热，这是正常 现象。3) coms电路的锁定效应：coms电路由于输入太大的电流，内部的电流急剧增大，除非切断电源，电流一直在增 人。这种效应就是锁定效应。当产生锁定效应时，coms的内部电流能达到40ma以上， 很容易烧毁芯片。防御措施：1）在输入端和输岀端加钳位电路，使输入和输岀不超过不超过规定电压。2）芯片的电源输入端加去耦电路，防止vdd端出现瞬间的高压。3）在vdd和外电源z间加线流电阻，即使有大的电流也不让它进去。4）当系统由儿个电源分别供电时，开关要按下列顺序：开启时，先开启coms电路得电 源，再开启输入信号和负载的电源

15、；关闭时，先关闭输入信号和负载的电源，再关闭coms 电路的电源。6, coms电路的使用注意事项1）coms电路时电压控制器件，它的输入总抗很大，对干扰信号的捕捉能力很强。所以, 不用的管脚不要悬空，要接上拉电阻或者下拉电阻，给它一个恒定的电平。2）输入端接低内组的信号源时，要在输入端和信号源之间要串联限流电阻，使输入的电 流限制在1maz内。3）当接长信号传输线时，在coms电路端接匹配电阻。4）当输入端接大电容时，应该在输入端和电容间接保护电阻。电阻值为r=v0/1ma.v0 是外界电容上的电压。5）coms的输入电流超过1ma,就有可能烧坏coms。7, ttl f j电路中输入端负载

16、特性（输入端带电阻特殊情况的处理）：1）悬空时和当于输入端接高电平。因为这时可以看作是输入端接一个无穷大的电阻。2）在门电路输入端串联10k电阻后再输入低电平，输入端出呈现的是高电平而不是低电 平。因为由ttl h电路的输入端负载特性可知，只有在输入端接的串联电阻小于910欧时, 它输入來的低电平信号才能被门电路识别出來，串联电阻再大的话输入端就一直呈现高电 平。这个一定要注意。coms门电路就不用考虑这些了。8, ttl电路有集电极开路oc门，mos管也有和集电极对应的漏极开路的od门，它的 输出就叫做开漏输出。oc f j在截止时冇漏电流输出，那就是漏电流，为什么冇漏电流呢？那是因为当三机管截 止的吋候，它的基极电流约等于0,但是并不是真正的为0,经过三极管的集电极的电流也 就不是真正的0,而是约0。而这个就