CMOS门电路cmosyf
Lecture7 CMOS门电路
CMOS反相器 反相器
• CMOS反相器的静态输入特性(输入电压与 电流的关系)：
保护电路的工作原理： (1)当输入信号在正常工作范 围内，即0≤vI ≤VDD，输入端 保护电路不起作用。 (2) 当vI > VDD+VDF时，D1导 通，将栅极电位vG钳位在 VDD+VF。 (3) 而当vI < -VDF时， D2导通， 将栅极电位vG钳位在－VDF。 这样使得C1、 C2两端电压不 会超过允许值。
带缓冲级 CMOS门电路 门
VO = VOH = VDD
VI < VGS ( th ) N
CMOS反相器 反相器
• CMOS反相器的电压传输特性（输出电压vo 和输入电压vI之间的关系）：
VI > VDD − VGS (TH ) P
CD段：输入高电平，T1管 CD段 截止，T2导通，输出电压 为低电平，即：
VO = VOL = 0
CMOS反相器 反相器
• CMOS反相器的电流传输特性（反相器的 漏极电流随输入电压变化曲线）：
CD段：输入高电平，T1管 CD段 截止，T2导通，输出漏极 电流近似为零。
CMOS反相器 反相器
• CMOS反相器的电流传输特性（反相器的 漏极电流随输入电压变化曲线）：
BC段：T1、T2同时导通， BC段 有电流 iD 通过，且在 vI ＝VDD / 2 附近处，漏极 电流最大。故在使用时， 输入电压不应长时间工 作在这段，以防由于功 耗过大而损坏。
CMOS与非门 与非门
• CMOS与非门的电路结构：
T1、 T3为两个并联的PMOS管； T2、 T4为两个串联的NMOS管。 NMOS
CMOS与非门 与非门
• CMOS与非门的工作原理：
CMOS门电路
CMOS门电
CMOS组合逻辑门的实现
• 每个输入端必接到一对NMOS和 PMOS管栅极上 • 构成组合逻辑的NMOS和PMOS必 须互补 • NMOS串联实现“与” • NMOS并联实现“或”
CMOS门电
CMOS组合逻辑门的实现
• NMOS支路并联实现各支路函数的 “或” • 各部分逻辑函数串联时实现“与” 以上构成CMOS电路的NMOS部分 • 输出为NMOS部分的“反” • PMOS部分为NMOS部分的对偶电路
CMOS门电
即：
0 0 0 1 1 0 1 1
1 0 0 0
可以看出，输出F与输入A，B 之间是“或非”逻辑
F = A+ B
CMOS门电
怎 么 样 实 现 “与 ” “或 ” 逻 辑 ？ 只要在上述的CMOS“与 非门”或者“或非门” 电路后再加一级倒相器 就可以得到相应的 CMOS“与门”或者“或 门”电路了
CMOS门电路 CMOS门电路
回 顾
基本逻辑关系
“与” F=AB “或” F=A+B
“与非” F = AB “或非” F = A+ B “异或”
F = A ⊕ B = AB + AB
CMOS门电
CMOS基本逻辑门电路 CMOS基本逻辑门电路 S与非门及或非门
VDD
COMS与非门电路
T3 T4
F = A• B
P并N串
A
T2
T1
B
CMOS门电
工作原理
① 当输入端输入的均为“1”，T1，T2管都 导通，T3，T4都截止，输出“O” ② 若输入端中有一个输入“0”，则由于两 个串联的N管中有一个截止，使得输出对 地不能构成通路，同时，由于并联的P管 中有一个导通，因而输出和电源之间可以 形成通路，输出“1” ③ 若输入端输入的都为“0”，T1，T2管都 截止，T3，T4管都导通，输出“1”
cmos电路原理
cmos电路原理CMOS电路原理概述：CMOS是意译自“互补金属氧化物半导体”（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）。
CMOS电路是目前广泛应用的集成电路之一，其特点是功耗小、噪声低、集成度高、抗干扰能力强且适用于各行各业的电子设备中。
相对其他电路而言，CMOS电路技术在集成度、功耗、速度和可靠性等方面有着巨大的优势。
CMOS电路结构：CMOS电路的结构是由P型和N型的金属氧化物半导体场效应管（MOSFET）组成的。
在晶圆制造过程中，将P型材料和N型材料穿插在一起刻出不同的现象形成电路，分别控制电路的导通和断开，从而实现电路基本功能。
CMOS电路原理：CMOS电路的原理是利用场效应管P、N型控制中的特性对电路的导通与断开进行控制，从而实现电路的简单控制。
CMOS电路中，NMOS管和PMOS管分别用于逻辑电路中的低电平和高电平与电源的接通，实现二者的互补。
当输入信号为高电平时，PMOS管导通，通过电流进行输出，而NMOS管不导通。
当输入信号为低电平时，PMOS管不导通，NMOS管导通，也通过电流进行输出，二者状态相互互补，实现电路的快速响应、低功耗和准确的状态判断。
优点：1. CMOS电路功耗小，在目前电子设备发展环境，低功耗的电路是每个设备最优解。
2. CMOS电路噪声小，其噪声水平非常低，适用于对信号进行高质量处理的场景，提供更好的信号质量。
3. CMOS电路集成度高，它在片上集成度非常高，能够安排数百万甚至数千万的晶体管，保证设备整体的紧凑程度和运行速度。
4. CMOS电路的抗干扰能力强，可抵御电磁干扰、纹波和噪声等因素，确保了设备的正常稳定运行。
缺点：CMOS电路的主要缺点是其工艺制程要求相对严格，一旦处理不当，单一电路的成本将会非常高昂。
总结：CMOS电路技术已经被广泛应用于各种设备，它的优点不仅仅局限于低功耗、低噪声、高集成度、高可靠性和抗干扰能力强等方面。
cmos或非门电路
cmos或非门电路CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) 和非门电路是数字电路中常见的基本逻辑门电路。
这两种电路在现代电子技术中扮演着重要的角色。
下面将为您介绍这两种电路的历史、原理和应用。
CMOS电路最早出现在20世纪60年代，当时是由Fairchild公司的工程师研制出来的。
CMOS电路最大的特点就是功耗低、可靠性高，因此在现代集成电路中得到广泛应用。
CMOS电路的原理是利用p型金属-氧化物-半导体（pMOS）晶体管和n型金属-氧化物-半导体（nMOS）晶体管的互补特性，实现高阻抗输入、低阻抗输出的逻辑运算。
CMOS电路具有许多优点，例如低功耗、高可靠性和良好的抗干扰性。
由于这些优点，CMOS电路被广泛应用于数字电路、模拟电路和微处理器中。
此外，CMOS电路在单片集成电路中的应用也日益广泛。
非门电路是由两个逻辑门（或称为反相器）组成的电路，其中一个门输出与输入信号相反，另一个门输出与输入信号相同。
非门电路的原理是利用反相器实现逻辑运算。
非门电路是最基本的数字逻辑电路之一。
非门电路的应用很广泛。
例如，在计算机内存中，非门电路被用来检测并修复存储单元的错误。
在数字电路中，非门电路被用来实现布尔函数的取反操作。
此外，非门电路还被用来实现流水线寄存器中的时钟控制信号。
总之，CMOS电路和非门电路都是数字电路中非常常见和重要的电路。
它们提供了许多重要的功能，被广泛应用于计算机和其他数字电路中。
随着电子技术的不断发展，这两种电路的应用将继续扩大。
CMOS门电路
2.1.4 CMOS门电路的电气特性
CD4000 系列门电路的极限参数（ VDD=5V） ◆ 输出高电平电压VOH ，VOH（min）= VDD-0.1V
◆ ◆ ◆
◆
输出低电平电压VOL ，VOL（max）= 0.1V 输入高电平电压VIH ，VIH（min）= 70%VDD 输入低电平电压VIL，VIL（max）= 30%VDD 阈值电压VTH=1/2VDD
PMOS
漏极相连 做输出端 NMOS
柵极相连 做输入端
2.1.2 CMOS反相器
2. CMOS反相器的工作原理
（1）当vI=0V时，vGSN=0V，VTN 截 止 ， ∣ vGSP∣=VDD ， VTP 导 通 ， vO≈VDD，门电路输出输出高电平；
VDD
VTP vI VTN vO
（ 2 ） 当 vI=VDD 时 ， VGSN=VDD ， VTN导通，∣VGSP∣=0V，VTP截止 ，vO≈0V，门电路输出低电平。
问题的提出
异或门的逻辑功能：
A B =1 F
输入相同，输出为“0”
输入不同，输出为“1”
F=AB
内部电路是什么样的，如何实现相应的逻辑功能？
门电路有哪些参数？如何正确使用？
本章的教学目标
■ 理解CMOS门电路结构与工作原理 ■ 掌握CMOS门电路外特性，正确使用CMOS门电路
■ 理解TTL门电路结构与工作原理 ■ 掌握TTL门电路外特性，正确使用TTL门电路
（2）由动态尖峰电流产生的瞬时动态功耗
VDD VTP iD vI vO vO
0 iD
t
VTN
0
t
PT CP DVD2D f
（3）总的动态功耗
2 PD PC PT C L C PD）VDD f （
第三章-CMOS门电路
3.3.1 MOS管的开关特性 第一页 上一页 下一页
最后 一页
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BJT是一种电流控制元件(iB~ iC)，工作时，多数 载流子和少数载流子都参与运行，所以被称为双极型 器件。
MOS管是一种电压控制器件(uGS~ iD) ，工作时， 只有一种载流子参与导电，因此它是单极型器件。
MOS管因其制造工艺简单，功耗小，温度特性好， 输入电阻极高等优点，得到了广泛应用。
3.3.3 其它类型的CMOS门电路
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最后 一页
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1. 其他逻辑功能的CMOS门电路（P91~93）
在CMOS门电路的系列产品中，除了反相器外常用的还 有与门、或门、与非门、或非门、与或非门、异或门等 。 2. 漏极开路的门电路（OD门）
如同TTL电路中的OC门那样，CMOS门的输出电路结 构也可做成漏极开路（OD）的形式。其使用方法与TTL的 OC门类似。
强。
原因：TTL的输出电阻小。5mA内 变化很小IOH
实际只有0.4mA
21
3.3.4 CMOS反相器的动态特性（门电第路一页状上态一页切下一换页 时最一后页
结束 放映
所呈现的特性）
tPLH：输出由低电平变为高电平的传输延迟时间 tPHL：输出由高电平变为低电平的传输延迟时间
22
CMOS反相器传输延迟的原因：
24
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结束 放映
漏极开路的门电路（OD门）（Open-Drain）
VDD1
内部逻辑 A B
VDD2 使用时必须外接上拉电阻
D vO
G
TN•
S
RL
Y=(AB)'
COMS门电路
端为高电平。
输入端为低电平。
510Ω
2.3 CMOS集成门电路
1、CMOS非门
+VDD
+10V
TP
uA
uY
+VDD
+10V RONP
uY 10V
S
TN
+VDD
+10V
S uY 0V
RONN
(a) 电路
(b) TN 截止、TP 导通 (c) TN 导通、TP 截止
（1）uA＝0V时，TN截止，TP导通。输出电压uY＝VDD＝10V。 （2）uA＝10V时，TN导通，TP截止。输出电压uY＝0V。
•
+5V
A B
3k
b1 c1 T1
R2
T3 T4
无T3,T4
T2
•
Y
C
•
T5
R3
集电极悬空
•
TTL与非门的结构“线与”
•
R1
3k
R2
•
R4
A
B C
b1 c1 T1
•
T3
T2
R5
•
T4
•
•
T5
F ABC
R3
•
+5V F
应用时输出端要接一上拉负载电阻RL
R1
• +5V
UCC
3k
R2
A B
b1 c1 T1
TTL集成门电路的使用注意事项
• 电源电压及电源干扰的消除：引入电源滤波， 每隔6—8个门加接一个0.01—0.1μF的电容对 高频进行滤波。
• 输出端的连接：注意线与问题和负载能力。 • 闲置输入端的处理。 • 电路安装接线和焊接应注意的问题：线要短、
cmos门电路的构成规律
cmos门电路的构成规律CMOS门电路是一种常用的数字电路，由n型和p型场效应管组成。
它的构成规律是由两个互补的MOSFET管组成，一个是p型MOSFET管，另一个是n型MOSFET管。
这两个管的输出端连接在一起，形成一个逻辑门电路。
CMOS门电路的构成规律可以分为三个方面：1. CMOS门电路的输入端CMOS门电路的输入端通常由两个MOSFET管组成，一个是p型MOSFET管，另一个是n型MOSFET管。
当输入信号为高电平时，p 型MOSFET管导通，n型MOSFET管截止；当输入信号为低电平时，p型MOSFET管截止，n型MOSFET管导通。
这样就可以实现输入信号的转换。
2. CMOS门电路的输出端CMOS门电路的输出端通常由一个n型MOSFET管和一个p型MOSFET管组成。
当输入信号为高电平时，p型MOSFET管截止，n型MOSFET管导通，输出端为低电平；当输入信号为低电平时，p型MOSFET管导通，n型MOSFET管截止，输出端为高电平。
这样就可以实现逻辑门电路的输出。
3. CMOS门电路的电源端CMOS门电路的电源端通常由两个电源电压组成，一个是正电源电压，另一个是负电源电压。
正电源电压通常为5V，负电源电压通常为-5V。
这样可以保证CMOS门电路的工作稳定性和可靠性。
总之，CMOS门电路的构成规律是由两个互补的MOSFET管组成，一个是p型MOSFET管，另一个是n型MOSFET管。
这两个管的输出端连接在一起，形成一个逻辑门电路。
CMOS门电路的输入端由两个MOSFET管组成，当输入信号为高电平时，p型MOSFET管导通，n型MOSFET管截止；当输入信号为低电平时，p型MOSFET管截止，n型MOSFET管导通。
CMOS门电路的输出端由一个n型MOSFET管和一个p型MOSFET管组成，当输入信号为高电平时，p型MOSFET管截止，n型MOSFET管导通，输出端为低电平；当输入信号为低电平时，p型MOSFET管导通，n型MOSFET管截止，输出端为高电平。