數(shù)字電子技術(shù)基本教程_閻石_3邏輯門1

1、 門電路中以高門電路中以高/低電平表示邏輯狀態(tài)的低電平表示邏輯狀態(tài)的1/0S (Source)：源極G (Gate)：柵極D (Drain)：漏極B (Substrate):襯底開啟電壓()()0IILGSOOHDDIIHGSOOLIVVVthTVVVVVVthTVVMOSDSV 當(dāng)截止當(dāng)導(dǎo)通管間相當(dāng)于一個受控制的開關(guān)。對于增強(qiáng)型PMOS管則與NMOS管相反，其開啟電壓為負(fù)。即只有UGS為負(fù)，且其絕對值大于開啟電壓的絕對值，此時PMOS管導(dǎo)通。大量正離子導(dǎo)電溝道P)th(GSN)th(GSVV 特點：無論vi是高電平還是低電平，T1、T2總有一個處于導(dǎo)通，一個處于截止。同時流過T1、T2的電流

2、ID始終很小，可視為0。()12()21()()0IGS TH NOOHDDIDDGS TH POOLGS TH NIDDGS TH PABVVTTVVVCDVVVTTVVBCVVVV段：導(dǎo)通，截止段：導(dǎo)通， 截止段：1212,1122IDDODDT TT TVVVV同時導(dǎo)通若參數(shù)完全對稱，時，接地接地為正，另一端經(jīng)為正，另一端經(jīng)設(shè)設(shè)LIRV之間為低電阻之間為低電阻至少一個導(dǎo)通至少一個導(dǎo)通和和在在導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通時時當(dāng)當(dāng)相當(dāng)于斷開相當(dāng)于斷開均截止均截止、則則則只要則只要當(dāng)當(dāng)設(shè)設(shè)OIDDIDDIP)th(GSN)th(GSDDIDDIDDIILDDIHONLVVTT,VVT,VVVT,VVVVV

3、C,C)(TT,VVC,C)(V,VV,RR 21212100001201010在反相器、傳輸門、與非門及或非門這四種基本的電路基礎(chǔ)上可以組成其他邏輯門電路。 VDD AB T5 T6 T7 Y T3 T4 T1 T23、異或門、異或門T3、T4構(gòu)成傳輸門，在A0時打開，A1時關(guān)閉。A0時，YBA1時，與T6、T7有關(guān)TSL(There State Logic)(ZYENAYEN高阻高阻時，時，時，時， 10具有高電平狀態(tài)、低電平狀態(tài)以及高阻態(tài)EN端稱為使能端，其上的反號（或圖里的小圈）表示低電平有效。若高電平有效，則無反號（小圈）。ENAY倒三角形“”表示邏輯門是三態(tài)輸出 G1 總線 A B

4、 E 1 EN Y 1 EN 1 A E 1 EN B 1 EN 1 1 EN E1 A1 1 EN E2 A2 1 EN En An (a) 多路開關(guān) (b) 雙向傳輸 (c) 單向總線 G1 G2 G1 G2 G2 Gn 作多路開關(guān)：E=0時，門G1使能，G2禁止，Y=A；E=1時，門G2使能，G1禁止，Y=B。信號雙向傳輸：E=0時信號向右傳送，B=A；E=1時信號向左傳送，A=B 。構(gòu)成數(shù)據(jù)總線：讓各門的控制端輪流處于低電平，即任何時刻只讓一個TSL門處于工作狀態(tài)，而其余TSL門均處于高阻狀態(tài)，這樣總線就會輪流接受各TSL門的輸出。三態(tài)門的應(yīng)用：三態(tài)門的應(yīng)用：菱形表示OD結(jié)構(gòu)，橫線表示

5、輸出為低電平時輸出端管是導(dǎo)通過的。A&CBFBAF使用時要外接上拉電阻RL及VDD2， VDD2可與CMOS供電電源不相等。 普通的CMOS門輸出端不能并聯(lián),有可能導(dǎo)致NMOS和PMOS器件同時導(dǎo)通，形成大電流。 CMOS門電路輸出端也不允許和地、電源短接。 1）可將輸出并聯(lián)，實現(xiàn)線與，簡化電路，節(jié)省器件。OD門的應(yīng)用門的應(yīng)用12YY YAB CD2 2）實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。如圖所示，可使輸出高電平變?yōu)?0V。3 3）用做驅(qū)動器。如圖是用來驅(qū)動發(fā)光二極管的電路。+10V&OV+5V&2701D12D0OOOHLLOOOLLLLOVVVRROVVVRiR要求：、門輸出管全部截止時， 。不能太大（得的上

6、限）、門僅一個輸出管道通， 。不能太小，否則 過大（得下限）LL(max)LD,()OHOOHDDLOHOHDDOHLLOHOIIVVVR nIIVVVRRnII門同時截止，截止漏電流為負(fù)載輸入電流為 。為保證則ILIOHDD(min)DD,LMILOOLLLOLLLLMLOOIIVVIRVVRRII當(dāng)僅一個門導(dǎo)通，門飽和時允許的最大電流為負(fù)載門輸入電流為。為保證且 不過大，不能太小IL3.2.4 CMOS電路的靜電防護(hù)和鎖定效應(yīng)電路的靜電防護(hù)和鎖定效應(yīng)由于二極管由于二極管的鉗位作用，使得的鉗位作用，使得MOS管在正或負(fù)尖管在正或負(fù)尖峰脈沖作用下不易峰脈沖作用下不易發(fā)生損壞。發(fā)生損壞。 CMO

7、S輸入保護(hù)電路vOVDDT2T4vIC1D2D1C2RD3靜電防護(hù)：靜電防護(hù)：由于MOS管中SiO2極薄，當(dāng)柵極積累一定電荷后，氧化層被擊穿，造成器件損壞。因此，CMOS輸入端都加有保護(hù)電路。鎖定效應(yīng)的防護(hù)鎖定效應(yīng)的防護(hù) 鎖定效應(yīng)，指電源至電路公共端之間有很大的電流流過，輸鎖定效應(yīng)，指電源至電路公共端之間有很大的電流流過，輸入端失去了控制作用。又稱可控硅效應(yīng)，由入端失去了控制作用。又稱可控硅效應(yīng)，由CMOS內(nèi)的寄生晶內(nèi)的寄生晶體管產(chǎn)生。體管產(chǎn)生。產(chǎn)生鎖定效應(yīng)時，電流很大將造成產(chǎn)生鎖定效應(yīng)時，電流很大將造成CMOS電路永久失效。電路永久失效?？稍谳斎?、輸出端接入鉗位保護(hù)電路，在電源輸入端加去可在

8、輸入、輸出端接入鉗位保護(hù)電路，在電源輸入端加去耦電路。耦電路。1. 輸入低電平VIL 、輸入高電平VIH輸入為高、低電平時電壓變化范圍。即： 0 VIL(max) ,VIH(min) VDD VIL（max)：允許輸入低電平的最大值，典型值1.5V； VIH（ min)：允許輸入高電平的最小值，典型值3.5V ；（74HC系列典型值，下同） 2.輸出高電平VOH、輸出低電平VOL 輸出電壓的允許范圍 0 VOL(max) , VOH(min) VDD VOH（min)：允許輸出高電平的最小值；典型值4.4V VOL（max) ：允許輸出低電平的最大值;典型值0.33V3.高電平噪聲容限（VNH

9、） 、低電平噪聲容限（VNL） 輸入端噪聲容限：輸入端噪聲容限：在保證輸出高低電平基本不變（或在保證輸出高低電平基本不變（或者說變化的大小不超過允許限度）的條件下，輸入電平者說變化的大小不超過允許限度）的條件下，輸入電平允許的波動范圍。允許的波動范圍。當(dāng)前一級門帶動相同的后一級門時當(dāng)前一級門帶動相同的后一級門時:高電平噪聲容限：高電平噪聲容限： VNH = VOH（min) VIH（ min)=4.43.5=0.9V低電平噪聲容限：低電平噪聲容限： VNL = VIL（ max) VOL（ max) =1.50.33=1.17V4.高電平輸入電流IIH、低電平輸入電流IIL輸入電壓無論是高電平

10、還是低電平，由于輸入端均與柵極相連，故輸入電阻極大，高、低電平輸入電流極小。若輸入端懸空，輸入級MOS管柵極上可能會有感應(yīng)電荷積累，使得柵極擊穿（或使柵極電位介于高、低電平之間），故一般不讓多余輸入端懸空，對多余輸入端的處理以不改變電路工作狀態(tài)及穩(wěn)定可靠為原則。如與門多余輸入端可接高電平，或門可接低電平。VOHVDDTNRLvI=0TPIOH5.高電平輸出電流IOH、低電平輸出電流IOL：提供給外接負(fù)載的輸出電流。輸出為高電平時,由于IOH流過導(dǎo)通管TP的導(dǎo)通電阻RON， IOH增加時TP的導(dǎo)通壓降增加，負(fù)載上的電壓減小，即輸出高電平下降。為保證輸出高電平大于 VOH（min) ，規(guī)定了IOH

11、的最大值IOH （max) 。 輸出為低電平時， IOL增加輸出低電平上升。為保證輸出低電平小于 VOL（ max) ，規(guī)定了IOL的最大值IOL （max) 通常IOH （max) IOL （max) 輸出高電平等效電路輸出高電平等效電路vO=VOLVDDTNRLvI=VDDTPIOL 輸出低電平等效電路輸出低電平等效電路pd ,PHLPLHPHLPLHttttt輸出電壓由高電平變?yōu)榈碗娖綍r的傳輸延遲時間。低電平變?yōu)楦唠娖綍r的傳輸延遲時間。通常所以只給出一個參數(shù)典型值：典型值：9nS以反相器為例，靜態(tài)時，CMOS反相器工作在工作區(qū)AB和CD，總有一個MOS管處于截止?fàn)顟B(tài)，流過的電流為極小的漏

12、電流。 所以靜態(tài)功耗極低。在動態(tài)下，電平有高低轉(zhuǎn)換，電流在動態(tài)下，電平有高低轉(zhuǎn)換，電流會出現(xiàn)尖峰，使動態(tài)功耗不為會出現(xiàn)尖峰，使動態(tài)功耗不為0。導(dǎo)通功耗：電平高低轉(zhuǎn)換時，輸出的一對管會有短暫的同時導(dǎo)通情況，有一尖峰電流流過兩個輸出管產(chǎn)生瞬變功耗。O1O2,IDDLPILNVVVTCiVVCTi當(dāng)，經(jīng)向充電，有當(dāng)經(jīng)放電，有CMOS集成門電路簡介1. CMOS門電路系列型號的命名法 CMOS邏輯門器件有三大系列: 4000系列、74C系列和硅氧化鋁系列。 4000系列中，采用硅柵工藝和雙緩沖輸出的4000B系列產(chǎn)品最常用。74C系列有：普通系列74C高速系列74HC ( HCT)以及先進(jìn)系列74AC( ACT)。CMOS 器件型號組成符號及意義表示溫度范圍：表示溫度范圍： - -55 85 表示器件品種：表示器件品種： 四四- - 2輸入異或門輸入異或門表示器件系列代號表示器件系列代號表示中國制造的表示中國制造的CMOS器件器件CMOS電路的技術(shù)參數(shù)4000B系列部分器件11211109814133456712VDD4B4Y 4A3B3A3Y1B1A 1Y2B2Y 2A VSS(a)CC4001 111CMOS或非門和異或門(b) 12111098