CMOS邏輯門電路

絕緣柵型場效應(yīng)管可分成增強(qiáng)型和耗盡型兩種類型。2.6.0MOS管的基本工作原理MOS是絕緣柵型場效應(yīng)管（MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor）的簡稱。每一種類型，又可分為P溝道和N溝道兩種導(dǎo)電溝道。在數(shù)字電路中使用的器件常採用N溝道增強(qiáng)型管制成。幻燈片1‘NNP（襯底）導(dǎo)電溝道SGD源極柵極漏極NMOS結(jié)構(gòu)示意圖NNP（襯底）SGDIDVDSVGS導(dǎo)電溝道幻燈片2NMOS的工作原理幻燈片2‘VGS增加到一定大小的VGS稱為開啟電壓，用VT表示。改變VGS，就改變了二氧化矽層中的電場，能有效地控制漏極電流iD的大小（場效應(yīng)管）。

NNP（襯底）SGDIDVDSVGS導(dǎo)電溝道0510152025123453.5v4v4.5v5v5.5vID/mAVDS/VNNP（襯底）SGDIDVDSVGS導(dǎo)電溝道幻燈片3飽和區(qū)截止區(qū)可變電阻區(qū)051015202512345–3.5v–4v–4.5v–5v–5.5v–ID/mA–VDS/V幻燈片4PPN（襯底）SGDIDVDSVGS導(dǎo)電溝道PMOS：外加電壓、電流的方向和NMOS正好相反。開啟電壓VT（用VTP表示，而NMOS用VTN表示）也為負(fù)值。對PMOS來說，當(dāng)VGS低於VTP時(shí)，或者說，當(dāng)VGS的絕對值|VGS|大於VTP的絕對值|VTP|時(shí)，管子才導(dǎo)通。

MOS門電路：以MOS管作為開關(guān)元件構(gòu)成的門電路。

MOS門電路，尤其是CMOS門電路具有製造工藝簡單、集成度高、抗干擾能力強(qiáng)、功耗低、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，得到了十分迅速的發(fā)展。2.6CMOS邏輯門電路1.CMOS反相器MOS管有NMOS管和PMOS管兩種。當(dāng)NMOS管和PMOS管成對出現(xiàn)在電路中，且二者在工作中互補(bǔ)，稱為CMOS管(意為互補(bǔ))。

MOS管有增強(qiáng)型和耗盡型兩種。在數(shù)字電路中，多採用增強(qiáng)型。NMOS管的電路符號(hào)及轉(zhuǎn)移特性

(a)電路符號(hào)（b）轉(zhuǎn)移特性D接正電源截止導(dǎo)通導(dǎo)通電阻相當(dāng)小

（1）NMOS管的開關(guān)特性

圖2-25PMOS管的電路符號(hào)及轉(zhuǎn)移特性

(a)電路符號(hào)（b）轉(zhuǎn)移特性D接負(fù)電源

（2）PMOS管的開關(guān)特性

導(dǎo)通導(dǎo)通電阻相當(dāng)小截止CMOS反相器PMOS管負(fù)載管NMOS管驅(qū)動(dòng)管

開啟電壓（又稱門電壓）UGS(th)P<0，V(GS)N>0且VDD>|VGS(th)P|+VGS(th)N。2．CMOS反相器的工作原理

（1）基本電路結(jié)構(gòu)

（2）工作原理CMOS反相器UIL=0V截止導(dǎo)通UOH≈VDD當(dāng)uI=UIL=0V時(shí)，VTN截止，VTP導(dǎo)通，

uO=UOH≈VDD

iDvSGP=VDDVOH

VDDOvGSN=0工作點(diǎn)負(fù)載線vOCMOS反相器UIH=VDD截止UOL≈0V當(dāng)uI=UIH=VDD

，VTN導(dǎo)通，VTP截止，

uO=UOL≈0V導(dǎo)通iDvGSN=VOH=VDDVOL

0OvSGP=0工作點(diǎn)負(fù)載線vO

（3）邏輯功能實(shí)現(xiàn)反相器功能（非邏輯）。（4）工作特點(diǎn)

VTP和VTN總是一管導(dǎo)通而另一管截止，而且截止內(nèi)阻又極大，流過VTP和VTN的靜態(tài)電流極小（納安數(shù)量級(jí)），因而CMOS反相器的靜態(tài)功耗極小。這是CMOS電路最突出的優(yōu)點(diǎn)之一。CMOS反相器的電壓傳輸特性2電壓傳輸特性VOH

VDDvo(V)vi(V)BCDA210864210864OVOL

0TN截止TP在飽和區(qū)TN在可變電阻區(qū)TN、TP均在飽和區(qū)TN在飽和區(qū)TP在可變電阻區(qū)TP截止CMOS電路的優(yōu)點(diǎn)：

（1）靜態(tài)功耗極小。

CMOS電路靜態(tài)電流很小，約為納安數(shù)量級(jí)。（2）抗干擾能力很強(qiáng)。輸入雜訊容限可達(dá)到VDD/2。（3）電源利用率高。多數(shù)CMOS電路可在3～18V的電源電壓範(fàn)圍內(nèi)正常工作。

（4）輸入阻抗高。（5）負(fù)載能力強(qiáng)。

CMOS電路可以帶50個(gè)同類門以上。（低電平0V，高電平VDD）Y=AB1、CMOS與非門

負(fù)載管並聯(lián)（並聯(lián)開關(guān)）

驅(qū)動(dòng)管串聯(lián)（串聯(lián)開關(guān)）COMS邏輯門電路CMOS或非門電路TN2TP2BLVDDTP1TN1A0V5V0V（5V）TN2TP2BLVDDTP1TN1A0V0V5V（5V）2.6.3BiCMOS門電路BiCMOS是雙極型-CMOS（Bipolar-CMOS）電路的簡稱。1.BiCMOS反相器T1MPVDDvIvOT2M1MNM2CLT1MPVDDvIvOT2M1MNM2CL5V0V（5V）T1MPVDDvIvOT2M1MNM2CL0V5V（5V）T1MPVDDvIvOT2M1MNM2CL0V5V（5V）5VT1MPVDDvIvOT2M1MNM2CL5V0V（5V）0V2.BiCMOS門電路T1MPAVDDLT2M1AM1BM2CLMPBABMNAMNBT1MPAVDDLT2M1AM1BM2CLMPBABMNAMNB5V0V0V（5V）T1MPAVDDLT2M1AM1BM2CLMPBABMNAMNB0V0V5V（5V）2.6.4CMOS傳輸門TGvI

/vOvI

/vOCCTPTN–5V+5VTG—TransmissionGatevI

/vOvI

/vOCCTGvOC=–5VC=5VTPTN–5V+5V–5V~+5V斷開狀態(tài)：vOC=+5VC=–5VTPTN–5V+5V–5V~+5V開通狀態(tài)：2.6.5CMOS邏輯門電路的技術(shù)參數(shù)CMOS數(shù)字積體電路的主要特點(diǎn)：功耗低、雜訊容限大、扇出係數(shù)大。最早出現(xiàn)的CMOS器件為4000系列，寄生電容較大，工作速度較慢，傳輸延遲時(shí)間達(dá)到近百ns（75ns）。

74HC系列（高速CMOS），減小了管子的溝道長度，減小了柵極和漏極、柵極和源極的重疊區(qū)，從而減小了寄生電容，平均延遲時(shí)間10ns。

74HCT系列和74BCT（即BiCMOS）系列，為最新產(chǎn)品，可以與TTL相容。74BCT系列的延遲時(shí)間只有不到3ns，而功耗達(dá)到10

4mw的量級(jí)。

類型參數(shù)基本CMOS4000/4000B系列高速CMOS