1、 MOS管除分管除分N溝道、溝道、P溝道外，還分增強型和耗盡型。溝道外，還分增強型和耗盡型。增強型柵壓增強型柵壓VGS為為0無溝道，耗盡型柵壓無溝道，耗盡型柵壓VGS為為0有溝道。有溝道。 1、MOS管的基本結(jié)構(gòu)管的基本結(jié)構(gòu) 以以N溝道增強型為例溝道增強型為例 源、漏極結(jié)構(gòu)對稱，可以互換使用源、漏極結(jié)構(gòu)對稱，可以互換使用 P襯襯 P型襯底，型襯底，N型溝道型溝道 DGS 2、 N溝道增強型溝道增強型MOS管的工作特點：管的工作特點：n DGS 柵極電壓柵極電壓VGS小于開啟電壓小于開啟電壓VGS（th）時，時，無無溝道溝道形成，漏極電流形成，漏極電流ID為為0。VDS愛多大多愛多大多大?。ù?！

2、（截止區(qū)）截止區(qū)） 柵極電壓柵極電壓VGS大于等于開啟電壓大于等于開啟電壓VGS（th）時，溝道形成，有時，溝道形成，有ID形形成，分成，分兩種情況兩種情況： a、VDS較大較大，大于，大于 VGS VGS（th），ID隨隨VGS的增加而增加的增加而增加。但很快但很快VDS 已使已使 ID 飽和，沒什么影響了。飽和，沒什么影響了。 （飽和區(qū)）（飽和區(qū)） b、VDS較小較小，小于，小于VGS VGS（th），），ID隨隨VGS的增加也增加，但與的增加也增加，但與VDS的大小密切相關。的大小密切相關。 或者也可以這或者也可以這樣說：對某一樣說：對某一VGS，ID隨隨VDS線性線性增加增加，且，且V

3、GS越大，斜率越大，等越大，斜率越大，等效電阻越小。效電阻越小。 （非飽和區(qū)（非飽和區(qū) or 可調(diào)電阻區(qū)）可調(diào)電阻區(qū)） 3、轉(zhuǎn)移特性和跨導、轉(zhuǎn)移特性和跨導gm VGS 和和 IDS的關系的關系通常用跨導表示：通常用跨導表示： I DS gm= VGS VDS=常數(shù)常數(shù)它代表它代表VGS對對 IDS的的控制能力?？刂颇芰?。gm與溝道寬與溝道寬度和長度有關。度和長度有關。 溝道寬溝道寬度越寬、長度越短，度越寬、長度越短，g m越大，控制能力越強。越大，控制能力越強。4、MOS 管的輸入電阻和輸入電容管的輸入電阻和輸入電容 MOS管的管的輸入阻抗輸入阻抗指柵極到源極（或漏極）的電阻，指柵極到源極（或

4、漏極）的電阻，由于有由于有SiO2絕緣層的阻隔，電阻絕緣層的阻隔，電阻極大極大，通常在，通常在1012歐姆以歐姆以上。作為靜態(tài)負載對前級幾乎沒有什么影響。上。作為靜態(tài)負載對前級幾乎沒有什么影響。 MOS管的柵極、源極之間有很小的寄生電容，稱為管的柵極、源極之間有很小的寄生電容，稱為輸入電容輸入電容，雖然很?。◣祝m然很?。◣譖或更?。?，但由于輸入阻抗或更?。?，但由于輸入阻抗極高，漏電流很小，所以極高，漏電流很小，所以可用來暫時存儲信息可用來暫時存儲信息（如動態(tài)（如動態(tài)RAM）。）。5、直流導通電阻、直流導通電阻RON 直流導通電阻是指直流導通電阻是指MOS管導通時，漏源電壓和漏源管導通時，漏源

5、電壓和漏源電流的比值：電流的比值： RON= VDS / IDS（二）、（二）、MOS 反相器反相器 MOS反相器有四種形式，我們只講反相器有四種形式，我們只講E/E型、型、CMOS反相器。反相器。 E/E MOS 反相器有兩個增強型反相器有兩個增強型MOS 管組成，一個作為輸入管組成，一個作為輸入管，一個作為負載管，兩個管子的特性（如跨導）完全不同。管，一個作為負載管，兩個管子的特性（如跨導）完全不同。 由由N溝道管構(gòu)成的反相器叫溝道管構(gòu)成的反相器叫NMOS反相器。反相器。 見圖：見圖：VVVTo2Ti1DD當輸入當輸入A=0VA=0V時時： T1截止，T2導通。T1只有 n A 級漏電流。

6、工作在負載 線A點。AB輸出電壓: F = VDD - Vth2 = 5 2 = 3 V設： Vth2 = 2 VVGS1 Vth1T1導通:工作在負載 線B點。輸出電壓:oVrrrVFdddDD121由此可知：rd2 rd1 就能很好實現(xiàn)倒相器邏輯功能。AF Vth11.5V負載管特性負載管特性V0V3FA+VDDT2T1012341/DSVV1/DimA0V2V3V4V 與非門與非門T3:負載管T1，T2 兩個串連驅(qū)動管 當A,B中有一個低電平時，相應的驅(qū)動管截止，輸出F為高電平。 當A,B全為高電平時，T1，T2均導通，輸出 F 為低電平。ABT1T2F00止止止止101止止導導110導

7、導止止111導導導導0ABF ：所以所以電路組成：電路組成：工作原理：工作原理：FAT2T1T3BT T3 3: :負載管負載管T T1 1、T T2 2 兩個并連驅(qū)作動管兩個并連驅(qū)作動管 當A，B中只要有一個高電平時，T1，T2總有一個導通，輸出F為低電平。 只有A,B全為低電平，T1,T2均截止，輸出 F 才是高電平。輸出和輸入的邏輯關系是：BAFABT1T2F00止止止止101止止導導010導導止止011導導導導0同理：CDABF是與或非門電路組成：電路組成：工作原理：工作原理：FT2T1T3AB-VDDFT5T1AT3C-VDDT2BT4DE/E MOS 反相器的特點：反相器的特點：n

8、單一電源，結(jié)構(gòu)簡單。單一電源，結(jié)構(gòu)簡單。n負載管負載管TL始終飽和，速度慢，功耗大。始終飽和，速度慢，功耗大。n高電平不為高電平不為VDD，有所損失。，有所損失。n輸出高低電平，取決于兩管跨導之比。負載管跨導小，輸出高低電平，取決于兩管跨導之比。負載管跨導小，電阻大，影響工作速度。電阻大，影響工作速度。 NMOS,PMOSNMOS,PMOS電路存電路存在三個問題：在三個問題： 負載管一直導通，當驅(qū)動管導通時，電源與地之間有靜態(tài)電流，所以功耗大。 要保證輸出低電平，要求 rd2rd1不利于大規(guī)模集成。 當驅(qū)動管截止時，由于負載管導通電阻rd2很大，對容性負載充電時間很長，使電路工作速度緩慢。 C

9、MOSCMOS集成電路由集成電路由 P P 溝道和溝道和 N N 溝道增強型溝道增強型 MOS MOS 管串連管串連組成，組成，CMOSCMOS電路能有效解決上述問題。電路能有效解決上述問題。TPTNVDDVI IVO O 電路結(jié)構(gòu)：電路結(jié)構(gòu)：PMOS作負載管，開啟電壓為負V t h 。NMOS作輸入管，開啟電壓為正 V t h 。兩個柵極兩個柵極G G并聯(lián)作輸入端。并聯(lián)作輸入端。G兩個漏極兩個漏極D D串連作輸出端。串連作輸出端。DD 兩個襯底都和源極S接在一起，PMOS管源極接電源VDD，NMOS管源極接地。 正常工作條件：正常工作條件： 電源電壓大于兩管開啟電壓絕對值之和。VDD | V

10、 t h P |+ V t h NSS 工作原理工作原理假設：PMOS管 V t h P 2.5VNMOS管 V t h N = 2 VVDD = 5 V當當 VI = 0 V 時：時： NMOS管 VGSN = 0 |V t h P| ，TP管導通，其導通電阻R on = 103 1DDoffoffonDDVRRRVFV0TPTNVDDVI IVO OoffRonRDDV當當 VI= 5 V 時：時： NMOS管VGSN = 5V V t h N TN管導通，其導通電阻 R on = 103 。 PMOS管 VGSP = 5V - V DD= 0 V | VGSP | | V t h P |

11、 TP管截止，其導通電阻R off = 1091012, F = 0。 以上分析：以上分析：輸入是0,輸出是1,實現(xiàn)倒相關系，AF PMOS 管，啟為負，啟為負，0 0導導1 1截止。截止。NMOS 管，啟為正，啟為正，0 0止止1 1導通。導通。 倒相器工作過程中，兩管輪流導通，導通電阻小，截止電阻大，所以靜態(tài)電流只有 n A 級。低功耗是低功耗是CMOSCMOS倒相器的倒相器的重要特點。重要特點。TPTNVDDVI IVO O（1 1）當）當Vi2 2V，TN截止，截止，TP導通，導通，VoVDD=10=10V。 2電壓傳輸特性：電壓傳輸特性：CMOS門電路的閾值電壓門電路的閾值電壓Vth

12、= =VDD/2/2（設（設: VDD=10V， VTN=|VTP|=2V）P2VT2OHPP(V)和在可變電阻區(qū)TTN0NNP截止TT(V)iT在可變電阻區(qū)N6106TT在飽和區(qū)在飽和區(qū)8均在飽和區(qū)截止84Vo4100LVV（2 2）當）當2 2VVi5 5V，TN工作在飽和區(qū)，工作在飽和區(qū)，TP工作工作 在可變電阻區(qū)。在可變電阻區(qū)。 （3 3）當）當Vi=5=5V，兩管都工作在飽和區(qū)，兩管都工作在飽和區(qū)， Vo= =（VDD/2/2）=5=5V。（4 4）當）當5 5VVi8 8V， TP工作在飽和區(qū)，工作在飽和區(qū)， TN工作在可變電阻區(qū)。工作在可變電阻區(qū)。（5 5）當）當Vi8 8V，T

13、P截止，截止， TN導通，導通，Vo=0=0V。 TPTNVDDVI IVO O 電流傳輸特性： i o = f ( v I ) VI = VDD TP、TN 都飽和導通，這一瞬間有大電流通過，在其它區(qū)域總有一個導通，另一個截止。所以 i D 電流較小。DiiVthNVDDVthPDDVV123450thV、靜態(tài)功耗極低，僅幾十納瓦、靜態(tài)功耗極低，僅幾十納瓦 CMOS倒相器工作在1和5工作區(qū)，總有一個MOS管處于截止狀態(tài)，有極小漏電流流過。只有在急劇翻轉(zhuǎn)的第3區(qū)才有較大的電流，因此動態(tài)功耗會增大。 CMOS倒相器在低頻工作時，功耗極小，低功耗時CMOS的最大優(yōu)點。、抗干擾能力較強、抗干擾能力較

14、強 由于閾值電平近似等于 VDD，輸入高、低電平的噪聲容限隨電源的升高而提高。所以抗干擾能力增強。DiiVthNVDDVthPDDVV123450thVOViVthNVDDV21DDVthPDDVVDDV123450、電源利用率高、電源利用率高 VOH = VDD , 同時 V t h 隨 VDD 變化而變化。允許VDD的變化范圍為3V18V。、輸入阻抗高，帶負載能力強、輸入阻抗高，帶負載能力強 扇出系數(shù)NO = 50 ,下一級是絕緣柵幾乎不取電流，所以可帶50個同類門電路。CMOS門的輸出端在靜態(tài)時，一個導通，另一個截止。動態(tài)時，兩管均導通，所以輸出端不可以并聯(lián)。4 4、輸入特性和輸出特性、

15、輸入特性和輸出特性、輸入特性、輸入特性 CMOS電路的柵極和襯底之間是絕緣柵，其直流電阻高達1012,只要有少量電量便可感生出足可以擊穿氧化層，造成永久損壞。因此，在CMOS輸入端都加有保護電路。IiiVDDV0V1 D1、D2是保護二極管，正向壓降是保護二極管，正向壓降1V，反向，反向擊穿電壓擊穿電壓30V。 D1是是P型擴散區(qū)和型擴散區(qū)和N型襯底間自然形成的分型襯底間自然形成的分布二極管結(jié)構(gòu)，用一條虛線和兩個二極管表示。布二極管結(jié)構(gòu)，用一條虛線和兩個二極管表示。C1、C2是是TP、TN管柵極等效電容。管柵極等效電容。R是限流電阻，阻值是限流電阻，阻值13K。加保護電路的輸入特性加保護電路的

16、輸入特性: : 當輸入當輸入 0 V0 VVDDDD+V+VD D時：時：保護二極管保護二極管D D1 1導通，輸入電導通，輸入電流流 i i I I 迅速增加，同時將迅速增加，同時將TP、TN管柵極電壓鉗位于管柵極電壓鉗位于V VDDDD+V+VD D。保證加在。保證加在C C2 2上的電壓，不超過其耐壓極限。上的電壓，不超過其耐壓極限。 當輸入當輸入V VI I 109。傳輸門截止。輸入信號不能通過。0CVCDD TN、TP均導通，輸入和輸出之間電阻 103。傳輸門導通。輸入、輸出信號接通。TP襯底接VDD，TN襯底接地。V0 0/ /V VI ITNTPVI I/ /V VO OVDDC

17、C邏輯符號：邏輯符號：C用途：用途：作模擬開關，傳輸連續(xù)變化的模擬信號。如音頻，視頻等信號。還可以作多路開關。iOVV /OiVV /CCTGiOVV /OiVV /CC 與非門與非門利用CMOS倒相器構(gòu)成與非門。電路組成：電路組成：兩兩P P并，作負載，并，作負載，0 0導導1 1截止。截止。兩兩N N串，作驅(qū)動，串，作驅(qū)動，0 0止止1 1導通。導通。工作原理：工作原理： 當A,B中只要有一個0,TN總有一個截止，TP總有一個導通，輸出為高電平。只要A,B都為1,TN都導通，TP都截止，輸出為低電平。因此該電路具有與非邏輯功能。ABF TPTNVDDABTPTNT1T2T3T4F電路組成：

18、電路組成：兩兩P P串，作負載，串，作負載，0 0 導導 1 1 截止。截止。兩兩N N并，作驅(qū)動，并，作驅(qū)動，0 0 止止 1 1 導通。導通。工作原理：工作原理： 當A,B中只要有一個1,TN總有一個導通，TP總有一個截止，輸出為底電平。只要A,B全為0,TN都截止，TP都導通，輸出為高電平。因此該電路具有或非邏輯功能。BAFTPTNVDDABTPTNT1T2T3T4F 用CMOS倒相器構(gòu)成的與非門電路簡單，但存在一些缺點。1 1、輸出電阻、輸出電阻 RON 隨輸入信號變化而變化。隨輸入信號變化而變化。A BT1 T2 T3 T4 RO0 0止 止 導 導RO=RON3/RON4=RON0

19、 1導 止 止 導RO=RON4=RON1 0止 導 止 導R0=RON3=RON1 1導 導 止 止RO=RON1+RON2=2RON輸入信號不同，引起輸出電阻不同。相差四倍之多。輸入信號不同，引起輸出電阻不同。相差四倍之多。TPTNVDDABTPTNT1T2T3T4F 當輸入端數(shù)目增加時：串聯(lián)驅(qū)動管、并聯(lián)的負載管隨輸入變量的增加而增加。 串聯(lián)驅(qū)動管越多，導通輸出低電平等于各驅(qū)動管壓降之和。所以輸入端數(shù)目增加使輸出低電平升高，輸入低電平噪聲容限下降。解決上述缺點的方法：解決上述缺點的方法： 采用帶緩沖級的門電路帶緩沖級的門電路可以克服上述缺點，在或非門的輸入、輸出端加具有標準參數(shù)的倒相器構(gòu)成

20、。TPTNVDDABTPTNT1T2T3T4F用邏輯符號表示：ABBAF如果將電路改為：倒相器與非門倒相器？BABAF 帶緩沖級的門電路，帶緩沖級的門電路，輸出電阻，輸出低電平不受輸入信號和輸入端數(shù)的影響。FTPTNVDDABTPTNT1T2T3T41111ABF11&1ABF 三態(tài)輸出CMOS門是在普通倒相器的基礎上增加控制端和控制電路構(gòu)成。三態(tài)門有三種形式：VDDA1FTPTNTPTNEN反相器控制電路反相器控制電路工作原理：工作原理：0ENTP和 TN均導通，上接電源下接地，是一個反相器。AF 1ENTP和 TN均截止，上、下都不通。懸空，是高阻態(tài)。EN 是低有效?？刂贫藶?,電

21、路正常工作，控制端為1是高阻態(tài)。 特點：由增加底特點：由增加底TP和和 TNMOS 管管及反相器組成。及反相器組成。0110反相器控制門反相器控制門特點：增加特點：增加TP和和 或非門或非門VDDA1FTPTNTPEN工作原理：工作原理：0ENTP導通，電源接通，就是一個反相器。AAF01ENTP 截止，電源斷開，01 ATN 也截止，上、下都不通。懸空，是高阻態(tài)?？刂贫藶?,電路正常工作，控制端為1是高阻態(tài)。是低有效。或門輸出0A10&VDDTPTNFTNAEN反相器控制門的另一種形式反相器控制門的另一種形式特點：增加特點：增加T TN N和和 與非門與非門 TN截止，與非門輸出為1

22、,TP也截止。上、下都不通。懸空，是高阻態(tài)。 TN導通，與非門開放，F(xiàn) = A 。反相器傳輸門反相器傳輸門ENEN是高有效。是高有效。0EN1EN10CC01CCTG導通AF TG截止，F(xiàn)為高阻。CC是低有效。是低有效。EN EN = 1: EN = 0:0110001101AVDDTG1ENFBAXBABABABABAXBAL后級為與或非門，經(jīng)過邏輯變換，可得：后級為與或非門，經(jīng)過邏輯變換，可得：CMOS異或門電路異或門電路由兩級組成，前級為或非門，輸出為由兩級組成，前級為或非門，輸出為VL=AABDDXB+1 1CMOS邏輯門電路的系列邏輯門電路的系列（1 1）基本的）基本的CMOS400

23、04000系列。系列。（2 2）高速的）高速的CMOSHC系列。系列。（3 3）與）與TTL兼容的高速兼容的高速CMOSHCT系列。系列。2 2CMOS邏輯門電路主要參數(shù)的特點邏輯門電路主要參數(shù)的特點（1 1）VOH（min）=0.9=0.9VDD； VOL（max）=0.01=0.01VDD。所以所以CMOS門電路的邏輯擺幅（即高低電平之差）較大。門電路的邏輯擺幅（即高低電平之差）較大。（2 2）閾值電壓）閾值電壓Vth約為約為VDD/2/2。（3 3）CMOS非門的關門電平非門的關門電平VOFF為為0.450.45VDD，開門電平，開門電平VON為為0.550.55VDD。因此，其高、低電平噪聲容限均達因此，其高、低電平噪聲容限均達0.450.45VDD。（4 4）CMOS電路的功耗很小，一般小于電路的功耗很小，一般小于1 mW/門；門；（5 5）因）因CMOS電路有極高的輸入阻抗，故其扇出系數(shù)很大，可達電路有極高的輸入阻抗，故其扇出系數(shù)很大，可達5050。CMOS邏輯門電路的系列及主要參數(shù)邏輯門電路的系列及主要參數(shù) （2 2）對于或非門及或門，）對于或非門及或門，多余輸入端應接多余輸入端應接低電平低電平，比如直接接地；也可以與比如直接接地；也可以與有用的輸入端并聯(lián)使用。有用的輸入端并聯(lián)使用。多余輸入端的處