數(shù)電第三章門電路.ppt

第三章 門電路（2),鄧婉玲,3.3.4 CMOS反相器的動(dòng)態(tài)特性,一、傳輸延遲時(shí)間,3.3.4 CMOS反相器的動(dòng)態(tài)特性,減小tPHL和tPLH： 減小負(fù)載電容； MOS管的導(dǎo)通電阻 提高電源電壓和輸入信號(hào)的高電平,二、交流噪聲容限,傳輸延遲時(shí)間越長，交流噪聲容限也越大。 噪聲電壓作用時(shí)間越短，電源電壓越高，交流噪聲容限也越大。,三、動(dòng)態(tài)功耗,導(dǎo)通功耗,VGS(th)NVGVDD-|VGS(th)P|T1和T2同時(shí)導(dǎo)通,總動(dòng)態(tài)功耗,總功耗=動(dòng)態(tài)功耗+靜態(tài)功耗,例題,【例】有一CMOS反相器，已知電源電壓VDD=5V，靜態(tài)電源電流IDD=1A，負(fù)載電容CL=70pF，功耗電容CPD=14pF。輸入信號(hào)加入標(biāo)準(zhǔn)方波信號(hào)，頻率為200kHz，試計(jì)算其空載時(shí)的靜態(tài)功耗和動(dòng)態(tài)功耗。,解：靜態(tài)功耗為,PS=IDDVDD=10-65W=0.005mW,動(dòng)態(tài)功耗PD可根據(jù)式計(jì)算得到,3.3.5 其他類型的CMOS門電路,一、其他邏輯功能的門電路 1. 與非門,負(fù)載管并聯(lián) （并聯(lián)開關(guān)）,驅(qū)動(dòng)管串聯(lián) （串聯(lián)開關(guān)）,1,1,導(dǎo)通,截止,0,與非門,與非門的輸出端再接一級(jí)反相器就得到與門。,0 0 1,0 1 1,1 0 1,1 1 0,2019/7/17,11,負(fù)載管串聯(lián) （串聯(lián)開關(guān)）,驅(qū)動(dòng)管并聯(lián) （并聯(lián)開關(guān)）,CMOS或非門,A、B有高電平，則驅(qū)動(dòng)管導(dǎo)通、負(fù)載管截止，輸出為低電平。,1,0,截止,導(dǎo)通,或非門,帶緩沖級(jí)的CMOS門,1、與非門,帶緩沖級(jí)的CMOS門,2.解決方法,緩沖器,帶緩沖級(jí)的CMOS門,帶緩沖輸出的門電路輸出端都是1個(gè)反相器，輸出驅(qū)動(dòng)能力僅由該輸出級(jí)的管子特性決定，與各輸入端所處邏輯狀態(tài)無關(guān)。 帶緩沖器的門電路的轉(zhuǎn)移特性至少是由3級(jí)轉(zhuǎn)移特性相乘的結(jié)果，因此轉(zhuǎn)換區(qū)域窄，形狀接近理想矩形，并且不隨輸入使用端數(shù)的情況而變化、加緩沖器的門電路，抗干擾性能提高。 帶緩沖器的門電路還有輸出波形對(duì)稱、交流電壓增益大、帶寬窄、輸入電容比較小等優(yōu)點(diǎn)。 不過，由于附加了緩沖級(jí)，也帶來了一些缺點(diǎn)。例如傳輸延遲時(shí)間加大，因此，帶緩沖器的門電路適宜用在高速電路系統(tǒng)中。,二、漏極開路的門電路（OD門）,輸出低電平時(shí)為低輸出電阻,用途：電平轉(zhuǎn)換 將輸入高、低電平VDD1/0變成輸出高、低電平VDD2/0,OD門,Y=(AB)(CD)=(AB+CD) Y1=0,T1 ON, Y2=1, T2 OFF, Y=0 Y1=1,T1 OFF, Y2=1, T2 OFF, Y=0,最大值的計(jì)算,最小值的計(jì)算,CMOS傳輸門,C和C是一對(duì)互補(bǔ)的控制信號(hào)。 由于T1和T2在結(jié)構(gòu)上對(duì)稱，所以圖中的輸入和輸出端可以互換，又稱雙向開關(guān)。,CMOS傳輸門,CMOS傳輸門,C=1、 =0時(shí)，TG接通；C=0、 =1時(shí)，TG關(guān)閉，輸入、輸出阻斷。 當(dāng)C的高低電平為VDD和0時(shí)，TG可傳輸0VDD的信號(hào) vO和vI可以互換。,N溝道增強(qiáng)型,P溝道增強(qiáng)型,異或門,雙向模擬開關(guān),模擬開關(guān)，用來傳輸連續(xù)變化的模擬電壓信號(hào)。 模擬開關(guān)的基本電路由CMOS傳輸門和一個(gè)CMOS反相器組成; 當(dāng)C=1時(shí)，開關(guān)接通，C=0時(shí)，開關(guān)斷開，因此只要一個(gè)控制電壓即可工作。和CMOS傳輸門一樣，模擬開關(guān)也是雙向器件。,SW：Switch,CMOS模擬開關(guān)接負(fù)載,希望vI變化時(shí)，RTG(KTG)不變。,2019/7/17,25,應(yīng)用舉例,圖 CMOS模擬開關(guān), CMOS模擬開關(guān)：實(shí)現(xiàn)單刀雙擲開關(guān)的功能。,C = 0時(shí)，TG1導(dǎo)通、TG2截止，uO = uI1； C = 1時(shí)，TG1截止、TG2導(dǎo)通，uO = uI2。,三態(tài)輸出的CMOS門電路,三態(tài)輸出的CMOS門電路,三態(tài)門的用途,雙向傳輸,總線結(jié)構(gòu),CMOS門電路的使用知識(shí),1輸入電路的靜電保護(hù) CMOS電路的輸入端設(shè)置了保護(hù)電路，給使用者帶來很大方便。但是，這種保護(hù)還是有限的。由于CMOS電路的輸入阻抗高，極易產(chǎn)生感應(yīng)較高的靜電電壓，從而擊穿MOS管柵極極薄的絕緣層，造成器件的永久損壞。為避免靜電損壞，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：,2019/7/17,30,（1）所有與CMOS電路直接接觸的工具、儀表等必須可靠接地。 （2）存儲(chǔ)和運(yùn)輸CMOS電路，最好采用金屬屏蔽層做包裝材料。,2多余的輸入端不能懸空。 輸入端懸空極易產(chǎn)生感應(yīng)較高的靜電電壓，造成器件的永久損壞。對(duì)多余的輸入端，可以按功能要求接電源或接地，或者與其它輸入端并聯(lián)使用。,二、輸入電路的過流保護(hù),輸入端接低內(nèi)阻信號(hào)源、大電容、長線等情況，為了使輸入保護(hù)電路正常工作，在輸入端接入保護(hù)電阻。,CMOS數(shù)字集成電路的各種系列,4000系列：最早，已被HC/HCT系列取代 HC/HCT系列（高速CMOS邏輯系列）： 傳輸延遲時(shí)間縮短 負(fù)載能力提高 HC系列不能跟TTL混合使用，而HCT系列卻可以 AHC/AHCT系列：改進(jìn)的HC/HCT系列 工作速度提高； 負(fù)載能力提高； 與HC/HCT系列兼容。,CMOS數(shù)字集成電路的各種系列,LVC系列：低壓CMOS邏輯系列 低壓工作：1.65-3.3V 更大的負(fù)載電流； 方便連接3.3V系統(tǒng)與5V系統(tǒng)。 ALVC系列：改進(jìn)的LVC系列 器件名稱：54/74HC04,TI產(chǎn)品標(biāo)志,系列,邏輯功能：六反相器,小結(jié),以上我們講的門電路都是用MOSF