集成電路應(yīng)用4課件

第四章常用CMOS電路性能特點(diǎn)及其應(yīng)用一、CMOS傳輸門（模擬開關(guān)）電路結(jié)構(gòu)：圖CMOS傳輸門(a)電路結(jié)構(gòu)；(b)邏輯符號RON導(dǎo)通阻抗導(dǎo)通阻抗RON=RP//RN;一般為60左右，值與電源電壓有關(guān)（成反比）。負(fù)載阻抗必須遠(yuǎn)大于RON。開關(guān)可以雙向?qū)?。既可傳輸?shù)字信號，又可傳輸模擬信號。開關(guān)應(yīng)用：基本應(yīng)用：可連接成各種開關(guān)形態(tài)，如：單刀單擲、單刀雙擲、雙刀單擲、雙刀雙擲等。在四個(gè)開關(guān)的控制端加入二進(jìn)制數(shù)字信號。當(dāng)控制信號為0000時(shí)，開關(guān)S1-S4全部截止，AB兩端之間的電阻為R1~R4串聯(lián)之和，即R=10+20+40+80=150KΩ。當(dāng)控制信號0001時(shí)，開關(guān)S1團(tuán)合，R1被短路。這時(shí)R=R2+R3+R4=140KΩ。電阻R隨控制信號變化的關(guān)系如表3-5所示，R共有效16種阻值，兩個(gè)相鄰的電阻之差（間距）等于最小電阻R1，即10KΩ控制信號A1-A4由二進(jìn)制計(jì)算器的輸出端提供的，計(jì)算可以用加法計(jì)數(shù)器，也可以用減法計(jì)數(shù)器。但兩種計(jì)數(shù)器的輸出信號只能使數(shù)控電阻器的電阻值從小到大或從大到小單調(diào)變化。如果有可逆計(jì)數(shù)器提供數(shù)字控制信號，數(shù)控電阻器電阻值就能夠隨計(jì)數(shù)器做加法計(jì)數(shù)或減法計(jì)數(shù)而增大或減少，可以雙向變化。數(shù)控電阻器可通過增加串聯(lián)電阻和摸擬開關(guān)進(jìn)行擴(kuò)展，這時(shí)需保持串聯(lián)電阻值之比按二進(jìn)制變化。5位數(shù)控電阻器共有32個(gè)阻值，6位數(shù)控電阻器有64個(gè)阻值。和組成數(shù)控電阻器的方法相似，利用電容器并聯(lián)時(shí)等于各電容器容量之和的原理，可以組成數(shù)控電容器。由4個(gè)電容器和音4個(gè)4066開關(guān)組成的的數(shù)控電容器如圖3-3所示，電容器C1–C4分別與一個(gè)開關(guān)串聯(lián)，然后這4個(gè)支路再并聯(lián)連接。4個(gè)電容器連接的公共端作為數(shù)控電容器C的一個(gè)電極，開關(guān)S1-S4的公共端作為C的另一電極。C1-C4的電容量之比也符合二進(jìn)制的變化規(guī)律。當(dāng)開關(guān)的控制信號變化時(shí)，某個(gè)導(dǎo)通的開關(guān)就將它所在并聯(lián)之路中的電容器連接到公共端A和B之間作。例如當(dāng)控制信號為0001時(shí)開關(guān)S4導(dǎo)通，另外3個(gè)開關(guān)載止，這時(shí)C=C1=0.001UF；當(dāng)控制信號為0011時(shí)，開關(guān)S1和S2載止,S3和S4導(dǎo)通，電容器C的電容量等于C1//C2=0.003UF；……當(dāng)控制信號為1111時(shí)，4個(gè)開關(guān)都導(dǎo)通，C等于C1-C4并聯(lián)之值。C隨控制信號變化的關(guān)系如表3-3所示。圖3-3由電容器和4066組成的數(shù)控電容器數(shù)控電位器包含兩個(gè)串聯(lián)的4位數(shù)控電阻器，其串聯(lián)接點(diǎn)2作為電位器的游標(biāo)，數(shù)控電阻器的另一端則分別作為電位器的兩端即（1和3）。4位可逆計(jì)數(shù)器74HC/HCT191的輸出信號A1-A4作為數(shù)控電阻器R12開關(guān)的控制信號，A1-A4經(jīng)過反相后作為數(shù)控電阻器R23開關(guān)的控制信號。因此當(dāng)A1-A4為0000時(shí)，數(shù)控電阻器R12的4個(gè)開關(guān)全部截止，R12=15R；數(shù)控電阻器R23的4個(gè)開關(guān)全部導(dǎo)通，將2、3兩端短接，因此R23=0。當(dāng)A1—A4變?yōu)?111時(shí)，情況與上述相反，R12=0，R23=15R。由于4位可逆計(jì)數(shù)器輸出信號的變化，使R12和R23和也相應(yīng)地發(fā)生變化（見表3-4），這相當(dāng)于游標(biāo)2向1、3兩端移動(dòng)。但是不管游標(biāo)移動(dòng)到什么位置，都始終滿足R12+R23=R3=15R，這也表示電位器1和3兩端之間的電阻值等于15R。HC/HCT4053的邏輯應(yīng)用

模擬多路轉(zhuǎn)換器/信號分離器4053包含3個(gè)相同的單刀雙擲（SPDT）開關(guān)圖3-94035的等效電路4053的地址輸入是高電平有效，因此當(dāng)?shù)刂稟為高電平時(shí)，開關(guān)SI閉合，X與XI接通；當(dāng)A為低電平時(shí)，開關(guān)S2閉合，X與XO接通。利用這個(gè)特點(diǎn)，將X和XI分別接VCC和VSS，就可以把4053的一個(gè)單刀雙擲開關(guān)組成一個(gè)反相器，如圖3-10（a）所示。如果將開關(guān)的XO接VSS，XI接VCC，就可以實(shí)現(xiàn)緩沖器的功能，如圖3-10（b）所示。在以上兩種邏輯應(yīng)用中，A作為反相器或緩沖器的輸入端，X作為它們的輸出端。由于4053中的開關(guān)全部是CMOS雙向開關(guān)，因此緩沖器也是雙向的，其輸出端和輸入端可以互換。如果改變4053單刀雙擲開關(guān)的連接方法，就可以實(shí)現(xiàn)3-10所示的8種邏輯功能。前6種邏輯功能用一個(gè)單刀雙擲開關(guān)就可以單獨(dú)實(shí)現(xiàn)，只是RS觸發(fā)器必須由兩個(gè)單刀雙擲開關(guān)組成。圖3-104053的8種邏輯功能圖3-11由4053的一個(gè)單刀雙擲開關(guān)組成的邏輯門

在上述應(yīng)用中4053為單電源工作，它和外接電路都用VCC和VSS端供電。這時(shí)4053的VEE和VSS相連，作為電源的負(fù)端。利用4053兩種電源分開的特點(diǎn)，還可以用這實(shí)現(xiàn)圖3-12的應(yīng)用。這是兩個(gè)電平變換電路，地址輸入A作為同相器或緩沖器的輸入端，信號的幅度為VCC-VSS，即“1”電平為VCC，“O”電平為VSS；X作為輸出端,信號幅度為VSS-VEE或VCC-VEE,因此從輸入端至輸出端實(shí)現(xiàn)了電平交換.在這種應(yīng)用中VEE和VSS分開,VEE接電源負(fù)端.圖3-12電平變換電路圖3-12電平變換電路AINAOUTVEEVCC雙向開關(guān)的邏輯和模擬應(yīng)用

在74HC/HCT系列中,現(xiàn)有4016、4066和4316三種雙向開關(guān).雙向開關(guān)的開關(guān)應(yīng)用,例如組成單刀單擲(SPST)、單刀雙擲(SPDT)、雙刀單擲(DPST)和雙刀雙擲(DPDT)開關(guān).在其他應(yīng)用書藉中已有介紹,這里不再重復(fù).現(xiàn)在介紹雙向開關(guān)的各種邏輯和模擬應(yīng)用.由于在電路設(shè)計(jì)中使用雙向開關(guān)時(shí)，有時(shí)會多出幾個(gè)，造成閑置浪費(fèi)。采用這里介紹的應(yīng)用方法,這些閑置的雙向開關(guān)就可以利用起來.

1、同相整形器圖3-13所示,雙向開關(guān)和負(fù)載電阻RL(其阻值可在幾百歐姆至幾兆歐姆,以下各例相同)串聯(lián),即成為同相整形器.開關(guān)和電阻的連接點(diǎn)作為輸出端,開關(guān)的控制端為輸入端.由于雙向開關(guān)在轉(zhuǎn)換電壓附近的特性很好,因此輸出脈沖的前后沿良好.在低頻應(yīng)用時(shí),RL取大些可減小功耗.2、反相(整形)器這時(shí)RL接在VCC端,如圖3-14所示.輸入高電平時(shí)開關(guān)S導(dǎo)通,輸出為低電平,起反相作用,同時(shí)也具有整形作用。與其他電路相比,以上兩種應(yīng)用獨(dú)具的優(yōu)點(diǎn)是,它們的V+端可以是低于VCC的任意一個(gè)電壓,因此在完成上述功能的同時(shí),還能實(shí)現(xiàn)電平變換,產(chǎn)生幅度合適的輸出脈沖.圖3-13同相整形器圖3-14反相整形器3.小信號電路:雙向開關(guān)的轉(zhuǎn)換特性,即開關(guān)電阻隨控制電壓變化的曲線如圖3-15（4）所示,通常△U僅有幾個(gè)毫伏.因此,只要雙向開關(guān)的控制端施加適當(dāng)?shù)钠?就可對小信號進(jìn)行放大整形。圖3-15(b)和(c)為加了偏置的同相和反相放大整形電路.選擇合適R1和R2的比值,使開關(guān)S控制電壓VC處于轉(zhuǎn)換電壓附近,即可對數(shù)十毫伏的信號進(jìn)行整形,輸出幅度可