数电课件 2.4 集成逻辑门电路学习资料

2.4CMOS集成门电路

CMOS（ComplementaryMOS）逻辑门电路是继TTL之后开发的一种数字集成器件。由于CMOS的工作速度可与TTL相媲美，而CMOS的功耗和扇出数则远优于TTL，CMOS的抗干扰能力也比TTL强。因此，CMOS电路可能超越TTL而成为占主导地位的逻辑器件。目前，几乎所有的大规模集成电路都采用CMOS工艺制造，且费用较低。2.4.1CMOS反相器1.CMOS反相器基本电路

uIT1T2+－g2g1s2d2

uO+－d1s1+VDD因为PMOS和NMOS在电气和逻辑特性上互补，即PMOS的电压极性以及电流方向都与NMOS相反，因而得名互补MOS（即CMOS）反相器电路。T1为NMOS管，称驱动管；T2为PMOS管，称负载管。电路由两个增强型MOS场效应管组成。PMOS和NMOS由一个共同的信号控制，所以对于任意输入逻辑（0或1）互补的两个管子必然一个导通。a.当uI为低电平时输出电压为高电平UOH≈VDD由于MOSFET在截止时，其漏源极间的等效电阻109Ω以上，而导通时，其等效电阻仅几千欧。T1管截止，

T2管导通。

uIT1T2+－g2g1s2d2

uO+－d1s1+VDD两该电路实现了反相逻辑功能

uIT1T2+－g2g1s2d2

uO+－d1s1+VDDb.当uI为高电平时输出电压为低电平T1管导通，

T2管截止。UOL≈0V

2.CMOS反相器的电压传输特性a.反相器的阈值电压为UT≈VDD/2b.传输特性接近理想开关特性。c.反相器噪声容限大，抗干扰能力强。3、

CMOS反相器的主要特点(1)静态功耗低反相器稳定工作时总是有一个管子处于截止状态，流过的电流为极小的漏电流，因而静态功耗很低，有利于提高集成度。由于过渡区变化陡峭，所以低电平噪声容限和高电平噪声容限近似相等。约为0.45VDD。(2)抗干扰能力强为了提高CMOS门电路的抗干扰能力，还可以通过适当提高VDD的方法来实现。(5)CMOS非门传输延迟较大

(3)电源电压工作范围宽，电源利用率高。标准CMOS电路的电源电压范围很宽，可在3~18V范围内工作。CMOS反相器的输出电压摆幅大，UOH=VDD,UOL=0VCMOS门的扇出系数一般大于50(4)扇出能力强

+VDDCL

uO+－

uI=1s1s2uI为高电平

uOuI为低电平CL+－

uI=0s1s2iLiL反相器电路

uIT1T2+－g2g1s2d2

uO+－d1s1CL+VDD

+VDD当考虑负载及连线等效电容CL时的等效电路2.4.2其他CMOS门电路1、CMOS与非门电路2、CMOS或非门电路a.与非门的驱动管是由多个NMOS管串联构成，有几个输入端，就有几个管子串联，其输出低电平是各驱动管D、S极间导通电压的和。故与非门的UOL的值较高，为保证UOL不超过UOLmin，其输入端一般不超过三个。CMOS与非门与CMOS或非门电路的比较b.或非门的驱动管是由多个NMOS管并联构成的，有几个输入端，就有几个管子并联。其输出低电平是一个驱动管的D、S极间导通电压，增加输入端数，不会提高UOL的值。或非门的输入端数不受UOL取值的限制。因此，在CMOS数字集成电路中是以或非逻辑为基础的。3、CMOS与门与或门电路与门或门2.4.2CMOS传输门1.CMOS传输门及符号传输门（TransmissionGate，简称TG门）——一种传输模拟信号（也包括数字信号）的模拟开关。TP和TN结构对称。其漏极和源极可互换。两管的栅极由互补的信号C和来控制。2.工作原理输入信号uI在0~10V之间变化两管的开启电压|UP|=|UN|=2V设:VDD=10V(1)当C接低电平0V，uI取0~10V范围内的任何值时TN、TP均不导通，开关是断开的。(2)当C端接高电压10V时同时当uI在2~10V范围内变化时TP导通。uI在0~8V范围内变化TN导通综上所述，当C接高电平时，uI在0~VDD之间变化时，TP与TN始终有一个导通，即开关始终是接通的。另外，由于两个管子的漏极和源极是可互换的，因此，传输门是双向的，输入和输出可以互换。2.4.3CMOS漏极开路输出门和三态逻辑门1、漏极开路门CMOS漏极开路门的电路结构和电路符号在工作时，必须外接上拉电阻RD到电源VDD′电路才能工作，实现与非逻辑。2、三态逻辑门（1）CMOS三态逻辑门电路与符号（2）工作原理当E=1时，TP2、TN2均截止，Y与地及电源都断开了，输出端呈现为高阻态。当E=0时，TP2、TN2均导通，TP1、TN1构成反相器。2.4.4双极型－CMOS集成电路双极型－CMOS（BinaryPolarCMOS，简称为BiCMOS）集成电路是结合了CMOS的低功耗和TTL的高速以及驱动能力强的特点，得到广泛应用。BiCMOS的逻辑部分采用CMOS结构，输出部分采用双极型三极管。BiCMOS反相器电路