cmos模拟电路基本电路详解
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电路和器件基本结构
cmos电路和器件基本结构CMOS电路和器件基本结构一、引言CMOS（亦称为互补金属-氧化物-半导体）电路是一种常用的逻辑电路，它由NMOS（N型金属-氧化物-半导体）和PMOS（P型金属-氧化物-半导体）两种互补型的MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）组成。
CMOS电路以其低功耗、高集成度和低电压操作等特点，在现代集成电路设计中得到广泛应用。
本文将介绍CMOS电路和器件的基本结构。
二、CMOS电路的基本结构1. NMOS器件NMOS器件由P型衬底上生长的N型沟道和两个掺入P型源极和漏极的P型扩散区组成。
沟道区域上方由一层薄的氧化硅（SiO2）作为绝缘层，上面再覆盖一层金属（通常为铝）作为电极。
当沟道区没有电压施加时，NMOS处于截止状态，导通状态需要在沟道区施加正电压。
2. PMOS器件PMOS器件与NMOS器件相反，由N型衬底上生长的P型沟道和两个掺入N型源极和漏极的N型扩散区组成。
沟道区域上方同样有一层氧化硅和金属电极。
当沟道区施加负电压时，PMOS处于导通状态，截止状态需要在沟道区施加正电压。
3. CMOS电路CMOS电路是通过将NMOS和PMOS器件相互串联或并联而构成的。
在CMOS电路中，NMOS器件的漏极与PMOS器件的源极相连，共同组成电路的输出端；NMOS器件的源极与PMOS器件的漏极相连，共同组成电路的输入端。
当输入信号施加到NMOS和PMOS器件上时，根据不同的输入信号电平，其中一个器件处于导通状态，另一个器件处于截止状态，从而实现电路的逻辑功能。
三、CMOS电路的工作原理CMOS电路的工作原理是基于MOSFET的三个重要特性：沟道截止、沟道饱和和门极电势控制。
当输入信号为低电平时，NMOS处于导通状态，PMOS处于截止状态，此时电路输出为高电平；当输入信号为高电平时，NMOS处于截止状态，PMOS处于导通状态，此时电路输出为低电平。
由于CMOS电路的输出仅在输入发生变化时才会改变，且输出信号的上升和下降均经过一个NMOS和一个PMOS器件，因此CMOS电路具有较低的功耗和较高的抗噪声能力。
cmos门电路的特点_CMOS门电路的工作原理及特性 - 电子技术
cmos门电路的特点_CMOS门电路的工作原理及特性 - 电子技术MOS逻辑门电路是继TTL之后发展起来的另一种应用广泛的数字集成电路。
由于它功耗低、抗干扰能力强、工艺简单，几乎所有的大规模、超大规模数字集成器件都采用MOS工艺。
就其发展趋势看，MOS 电路特别是ＣＭＯＳ电路有可能超越TTL成为占统治地位逻辑器件。
CMOS逻辑门电路是由N沟道增强型MOS管和P沟道增强型MOS管互补而成，通常称为互补型MOS逻辑电路，简称CMOS逻辑电路。
下面以CMOS非门为例介绍CMOS门电路的工作原理及特性。
1、CMOS非门图1 CMOS非门基本电路（1）电路结构及工作原理CMOS非门的基本电路结构如图1所示，其中TP是P沟道增强型MOS 管，TN是N沟道增强型MOS管。
假如TP和TN的开启电压分别为UTP和UTN，则要求VDDUTP+UTN。
当输入为低电平，即ui=0时，TN截止，TP导通，故uo≈VDD，输出高电平。
当输入为高电平，即ui=VDD时，TP截止，TN导通，故uo≈0，输出低电平。
所以该电路实现了非逻辑。
通过以上分析可以看出，在CMOS非门电路中，无论电路处于何种状态，TP、TN中总有一个截止，所以它的静态功耗极低，有微功耗电路之称。
（2）电压传输特性在图1所示的CMOS非门电路中，设VDDUTP+UTN。
,且UTP=UTN，TP 和TN具有同样的导通内阻RON和截止内阻ROFF，则输出电压随输入电压变化的曲线，即电压传输特性如图2所示。
图2 CMOS非门的电压传输特性从图2所示的曲线上可以看出，CMOS非门的电压传输特性不仅有阀值电压UT=1/2VDD的特点，而且曲线转折区的曲率很大，因此更接近于理想的开关特性，从而使CMOS非门电路获得了更大的输入端噪声容限。
2、CMOS与非门电路CMOS与非门电路如图3所示。
驱动管TN1和TN2为N沟道增强型MOS管，两者串联，负载管TP1和TP2为P沟道增强型MOS管，两者并联，负载管整体与驱动管相串联。
模拟CMOS集成电路设计(毕查德·拉扎维著,陈贵灿等译,西安交通大学出版社) 绪论课件
模拟CMOS集成电路设计教材n模拟CMOS集成电路设计，毕查德.拉扎维著，陈贵灿等译，西安交通大学出版社参考资料n半导体集成电路，朱正涌，清华大学出版杜n CMOS模拟电路设计（英文），P.E.Allen，D.R.Holberg，电子工业出版社n模拟集成电路的分析与设计，P.R.Gray等著，高等教育出版社半导体集成电路发展历史n1947年BELL实验室发明了世界上第一个点接触式晶体管（Ge NPN）半导体集成电路发展历史n1948年BELL 实验室的肖克利发明结型晶体管n1956年肖克利、布拉顿和巴丁一起荣获诺贝尔物理学奖n50年代晶体管得到大发展（材料由Ge→Si）半导体集成电路发展历史n1958年TI公司基尔比发明第一块简单IC。
n在Ge晶片上集成了12个器件。
n基尔比也因此与赫伯特·克勒默和俄罗斯的泽罗斯·阿尔费罗夫一起荣获2000年度诺贝尔物理学奖。
半导体集成电路发展历史n19世纪60年代美国仙童公司的诺依斯开发出用于IC的平面工艺技术，从而推动了IC制造业的大发展。
半导体集成电路发展历史n60年代TTL、ECL出现并得到广泛应用n1966年MOS LSI发明（集成度高，功耗低）n70年代MOS LSI得到大发展（出现集成化微处理器，存储器）n80年代VLSI出现，使IC进入了崭新的阶段。
n90年代ASIC、ULSI和巨大规模集成GSI等代表更高技术水平的IC 不断涌现，并成为IC应用的主流产品。
n21世纪SOC、纳米器件与电路等领域的研究已展开n展望可望突破一些先前认为的IC发展极限，对集成电路IC的涵义也将有新的诠释。
集成电路用半导体工艺，或薄膜、厚膜工艺（或这些工艺的组合），把电路的有源器件、无源元件及互连布线以相互不可分离的状态制作在半导体或绝缘材料基片上，最后封装在一个管壳内，构成一个完整的、具有特定功能的电路、组件、子系统或系统。
模拟集成电路n1967年国际电工委员会（IEC）正式提出模拟集成电路的概念，它包括了除逻辑集成电路以外的所有半导体集成电路。
CMOS集成门电路
工作原理 在反相器基础上串接 EN = 0 时，VP2 和 VN2 了 PMOS 管 VP2 和 NMOS 导通，呈现低电阻，不影 管 CMOS VN2，它们的栅极分别 响 反相器工作。 受 EN Y =和 A EN 控制。 EN = 1 时，VP2、VN2 均截止，输出端 Y 呈现高 阻态。 因此构成使能端低 电平有效的三态门。
VP1
A Z Y=A VN1
Y
EN
1 0
0 1
截止 导通 VN2
EN
低电平使能的 CMOS 三态输出门
三、CMOS 集成逻辑门使用要点
1. 注意不同系列 CMOS 电路允许的电源电压范围不同， 一般多用 + 5 V。电源电压越高，抗干扰能力也越强。 2. 闲置输入端的处理
不允入电容， 使速度下降，因此工作频率高时不宜这样用。 与门和与非门的闲置输入端可接正电源或高电平； 或门和或非门的闲置输入端可接地或低电平。
[例] 试改正下图电路的错误，使其正常工作。
CMOS 门
悬空 悬空
TTL 门
≥
OD 门
&
EN
(a) 解： CMOS 门
(b) TTL 门
(c) VDD OD 门
(d)
VDD
Ya = AB Yb = A + B
Yc = A
A EN = 1 时 Y d= B EN = 0 时
[例] 试分别采用与非门和或非门实现与门和或门。 解：(1) 用与非门实现与门 因为 Y = AB = AB
回顾旧课：
应用集成门电路时，应注意： (1)由输入电阻确定输入信号
(2)多余输入端的连接
导语：
CMOS集成逻辑门电路是互补金属-氧化物 -半导体场效应管门电路的简称。它的突出优点 是微功耗、高抗干扰能力。在中大规模数字集 成电路中有着广泛的应用。
cmos电路和器件基本结构
cmos电路和器件基本结构CMOS电路和器件基本结构CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）电路是一种广泛应用于数字集成电路中的技术。
CMOS电路由CMOS 器件构成，它是一种特殊的半导体器件。
本文将介绍CMOS电路和器件的基本结构。
一、CMOS电路的基本原理CMOS电路的基本原理是利用n型MOS（NMOS）和p型MOS （PMOS）两种互补型的场效应晶体管（FET）来实现电路的逻辑功能。
NMOS和PMOS的特性互补，通过它们的联合工作可以实现低功耗、高集成度和高噪声抑制的优点。
二、CMOS器件的基本结构CMOS器件由一对互补型的MOSFET组成，即NMOS和PMOS。
这两种器件的基本结构如下：1. NMOS结构NMOS器件由一个n型沟道和两个控制电极（栅极和源极）组成。
栅极用于控制沟道的导电性，源极和漏极用于连接电路。
当栅极施加高电压时，沟道会形成导电通道，电流可以从源极流向漏极；当栅极施加低电压时，导电通道关闭，电流无法流动。
2. PMOS结构PMOS器件由一个p型沟道和两个控制电极（栅极和源极）组成。
栅极用于控制沟道的导电性，源极和漏极用于连接电路。
与NMOS 相反，当栅极施加低电压时，沟道会形成导电通道，电流可以从源极流向漏极；当栅极施加高电压时，导电通道关闭，电流无法流动。
三、CMOS电路的工作原理CMOS电路的工作原理是利用两个互补型MOSFET的特性，通过不同的输入信号来控制输出信号。
当输入信号为高电平时，NMOS 导通，PMOS截止；当输入信号为低电平时，PMOS导通，NMOS 截止。
这样就实现了输入信号与输出信号之间的逻辑关系。
四、CMOS电路的优点CMOS电路具有以下几个优点：1. 低功耗：CMOS电路只在切换时才消耗电能，而静态时几乎不消耗电能，因此功耗较低。
2. 高集成度：CMOS电路中的晶体管可以非常小型化，因此可以实现高度集成的芯片设计。
典型的cmos与非门电路使用的电路
典型的CMOS与非门电路使用的电路CMOS与非门电路的概述CMOS（亦称为互补金属氧化物半导体）与非门电路是数字逻辑电路中常见的两种基本门电路。
CMOS与非门电路由CMOS技术实现，利用p型和n型金属氧化物半导体场效应晶体管（PMOS和NMOS）的组合来实现逻辑运算，并达到低功耗、高速度和抗干扰的效果。
本文将着重介绍典型的CMOS与非门电路的不同用途及其工作原理。
二级标题1：CMOS与非门电路的基本结构CMOS与非门电路是由一组PMOS和一组NMOS晶体管组成的。
PMOS晶体管是由p型半导体材料制成的，带有P型掺杂区域，而NMOS晶体管则是由n型半导体材料制成的，带有N型掺杂区域。
两组晶体管之间的交叉连接称为CMOS与非门电路。
二级标题2：CMOS与非门电路的用途CMOS与非门电路广泛应用于数字逻辑电路以及集成电路中，其用途丰富多样。
三级标题1：逻辑门电路CMOS与非门电路可以实现各种逻辑门电路，如与门、或门、非门、与非门、或非门。
通过合理的组合和连接，可以实现更复杂的逻辑功能，例如多位加法器和计数器等。
三级标题2：存储器 CMOS与非门电路还可以构建存储器单元，例如静态随机存取存储器（SRAM）和动态随机存取存储器（DRAM）。
这些存储器单元可以用于存储和获取数据，并在计算机系统中起到关键作用。
三级标题3：时钟和振荡器电路CMOS与非门电路还可以被用来构建时钟和振荡器电路。
时钟电路用于同步数字系统中各个部件的操作，而振荡器电路则用于产生特定频率的信号，例如计时器和脉冲发生器。
三级标题4：数据选择和复用CMOS与非门电路还可以实现数据选择和复用功能。
通过控制CMOS与非门电路的输入和输出，可以选择不同的数据源以及将多个输入信号复用到一个输出端口。
二级标题3：CMOS与非门电路的工作原理CMOS与非门电路的工作原理基于PMOS和NMOS晶体管的导通和截止。
当输入信号施加于CMOS与非门电路的端口时，其中的晶体管会根据输入信号的电平进行导通或截止。
模拟CMOS集成电路设计 拉扎维 ——复旦大学课件
参杂半导体
• 掺入三家获五价原子，提供一个载流子。
• N型：掺入五价元素，如磷（P)、砷（As），
提供一个电子，电子导电。
若：ND 是参杂浓度，D代表施主浓度 多子（电子）浓度： nn = ND
少子（空穴）浓度：
Pn
=
n
2 i
/
ND
• P型：掺入三价元素，如硼（B)，
提供一个空穴，空穴导电。
若：NA 是参杂浓度，A代表施主浓度 多子（空穴）浓度： Pp = NA
参数化模块/单元 layout
宏模型 Matlab…
器件
器件特性
版图描述 design rule
器件模型 spice model
模拟集成电路的应用
• 模拟电路本质上是不可替代的
– 自然界是“模拟”的
• 集成传感器、显示驱动 • 模数和数模转换
– 数字信号经过传输后à模拟信号
• 无线和有线通讯 • 磁盘驱动
单极点低通Gm-C滤波器
Gm由偏置电流或电压确定，易受工艺、温度和电源 电压变化的影响
磁盘驱动器中的模块电路（2)
• 模数转换器(ADC)
– 6位ADC， – 由VCO提供采样时钟。采样频率由数字时钟恢复电路控
制。 – 偏移控制：采集63个比较器的失调电压，反馈到输入
端，抵消由此引起的失真。
• 数字信号处理
dQn dVR
=
ε 0ε si 2 ΦB
qN D + VR
1
2
=
Cj0
1
1
+
VR ΦB
2
C j0
=
ε
0ε si qN 2Φ B
D
2
= ε0εsi xn
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cmos模拟电路基本电路详解
CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor）模拟电路是一种常用的集成电路技术，它由互补的金属氧化物半导体材料构成，具有低功耗、高集成度和抗干扰能力强等优点。
本文将详解CMOS模拟电路的基本电路结构和工作原理。
一、CMOS模拟电路的基本结构
CMOS模拟电路由两个互补的MOS（Metal-Oxide-Semiconductor）器件组成，分别是P型金属氧化物半导体（PMOS）和N型金属氧化物半导体（NMOS）。
PMOS器件是由P型半导体材料制成的，其基本结构包括P型半导体、控制门和源/漏极。
当控制门的电压为低电平时，PMOS器件导通；当控制门的电压为高电平时，PMOS器件截断。
NMOS器件是由N型半导体材料制成的，其基本结构包括N型半导体、控制门和源/漏极。
当控制门的电压为高电平时，NMOS器件导通；当控制门的电压为低电平时，NMOS器件截断。
CMOS模拟电路由PMOS和NMOS器件的组合构成，通过控制两者的导通与截断来实现电路的功能。
二、CMOS模拟电路的工作原理
CMOS模拟电路的工作原理可以分为三个阶段：上电初始化、输入信
号处理和输出信号传递。
1. 上电初始化阶段
在上电初始化阶段，CMOS模拟电路的电源电压将被施加在电路上。
同时，电路中的电容和电阻等元件将被充电或放电，确保电路处于稳定的工作状态。
2. 输入信号处理阶段
在输入信号处理阶段，CMOS模拟电路接收输入信号，并根据输入信号的电平来控制PMOS和NMOS器件的导通与截断。
当输入信号为高电平时，NMOS器件导通，PMOS器件截断；当输入信号为低电平时，NMOS器件截断，PMOS器件导通。
通过这种方式，CMOS模拟电路实现了输入信号的处理。
3. 输出信号传递阶段
在输出信号传递阶段，CMOS模拟电路将根据输入信号的处理结果，产生对应的输出信号。
输出信号的电平取决于PMOS和NMOS器件的导通与截断情况。
当PMOS器件导通时，输出信号为高电平；当NMOS器件导通时，输出信号为低电平。
通过这种方式，CMOS模拟电路将处理后的信号传递给下一级电路或外部设备。
三、CMOS模拟电路的应用
CMOS模拟电路广泛应用于各种电子设备中，例如模拟信号处理、功放电路、滤波器、电源管理、通信系统等。
在模拟信号处理方面，CMOS模拟电路可以实现对输入信号的放大、滤波、混频等功能，常用于音频放大器、视频处理等应用中。
在功放电路方面，CMOS模拟电路能够将输入信号的电压放大到更高的电压级别，常用于音频功放、电源放大器等应用中。
在滤波器方面，CMOS模拟电路可以实现对特定频率信号的滤波功能，常用于无线通信系统、音频处理等应用中。
在电源管理方面，CMOS模拟电路可以实现对电源电压的监测、调节和保护，常用于电池管理、电源适配器等应用中。
在通信系统方面，CMOS模拟电路可以实现射频信号的放大和调制解调等功能，常用于无线通信设备、射频识别等应用中。
CMOS模拟电路是一种常用的集成电路技术，具有低功耗、高集成度和抗干扰能力强等优点。
通过控制PMOS和NMOS器件的导通与截断，CMOS模拟电路可以实现对输入信号的处理和输出信号的传递。
在各种电子设备中广泛应用，为实现不同功能提供了有效的解决方案。