1、第二章第二章 門(mén)電路門(mén)電路 本章內(nèi)容涉及較多的集成電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)本章內(nèi)容涉及較多的集成電路內(nèi)部結(jié)構(gòu) 和物理概念，學(xué)習(xí)重點(diǎn)放在器件的外部特性和物理概念，學(xué)習(xí)重點(diǎn)放在器件的外部特性 及器件的使用方面。及器件的使用方面。2.1 2.1 概述概述1.1.電平：一個(gè)電壓的電平：一個(gè)電壓的范圍范圍。2.2.正邏輯、負(fù)邏輯正邏輯、負(fù)邏輯正邏輯正邏輯負(fù)邏輯負(fù)邏輯1 1高電平高電平低電平低電平0 0低電平低電平高電平高電平例：用真值表證明例：用真值表證明: :正與門(mén)即負(fù)或門(mén)。正與門(mén)即負(fù)或門(mén)。 AB Y+ AB Y- AB Y+ AB Y- 00 0 11 1 00 0 11 1 01 0 10 1 01 0 10

2、 1 10 0 01 110 0 01 1 11 1 00 0 11 1 00 0 正邏輯正邏輯 負(fù)邏輯負(fù)邏輯Y+ =ABY+ =ABY- =A+BY- =A+B注意：注意：不管輸入還是輸不管輸入還是輸出出, ,全部全部“1”“1”換為換為“0”“0”、全部、全部“0”“0”換為換為“1”“1”。2.2 2.2 半導(dǎo)體二極管和三極管的開(kāi)關(guān)特性半導(dǎo)體二極管和三極管的開(kāi)關(guān)特性無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)2.2.1 2.2.1 半導(dǎo)體二極管的開(kāi)關(guān)特性半導(dǎo)體二極管的開(kāi)關(guān)特性單回路：控制和開(kāi)關(guān)同一個(gè)回路單回路：控制和開(kāi)關(guān)同一個(gè)回路正向?qū)ㄕ驅(qū)ㄏ喈?dāng)于開(kāi)關(guān)接通相當(dāng)于開(kāi)關(guān)接通反向截止反向截止相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)相當(dāng)于開(kāi)

3、關(guān)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)需要延遲時(shí)間，幾納秒開(kāi)關(guān)需要延遲時(shí)間，幾納秒 2.2.2 2.2.2 半導(dǎo)體三極管的開(kāi)關(guān)特性半導(dǎo)體三極管的開(kāi)關(guān)特性雙回路：分控制回路和開(kāi)關(guān)回路兩個(gè)回路雙回路：分控制回路和開(kāi)關(guān)回路兩個(gè)回路工作在截止區(qū)工作在截止區(qū)相當(dāng)于開(kāi)關(guān)接通相當(dāng)于開(kāi)關(guān)接通工作在飽和區(qū)工作在飽和區(qū)相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)需要延遲時(shí)間，幾開(kāi)關(guān)需要延遲時(shí)間，幾幾十納秒幾十納秒2.2.1 2.2.1 半導(dǎo)體二極管的開(kāi)關(guān)特性半導(dǎo)體二極管的開(kāi)關(guān)特性正向?qū)ㄕ驅(qū)ㄩ_(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)接通接通二極管兩端正向電壓二極管兩端正向電壓V VD D大于開(kāi)啟電壓（硅：大于開(kāi)啟電壓（硅：0.7V0.7V，鍺：，鍺：0.3V0.3V）2.2.1 2

4、.2.1 半導(dǎo)體二極管的開(kāi)關(guān)特性半導(dǎo)體二極管的開(kāi)關(guān)特性反向截止反向截止開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)斷開(kāi)二極管兩端加反向電壓時(shí)二極管兩端加反向電壓時(shí)i i00，僅有少量漏電流，僅有少量漏電流動(dòng)態(tài)特性動(dòng)態(tài)特性1.1.輸出信號(hào)的變化比輸入輸出信號(hào)的變化比輸入信號(hào)信號(hào)延遲延遲幾納秒。幾納秒。2.2.負(fù)跳變時(shí)有相對(duì)較大的負(fù)跳變時(shí)有相對(duì)較大的反向電流。反向電流。2.2.2 2.2.2 半導(dǎo)體三極管的開(kāi)關(guān)特性半導(dǎo)體三極管的開(kāi)關(guān)特性三極管輸出特性曲線三極管輸出特性曲線2.2.2 2.2.2 半導(dǎo)體三極管的開(kāi)關(guān)特性半導(dǎo)體三極管的開(kāi)關(guān)特性截止區(qū)截止區(qū)開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)斷開(kāi)特點(diǎn)：特點(diǎn)：i iC C I ICEOCEO00，V VO OV

5、VCCCC條件條件v vBEBEVVON ON （ v vBEBE0V 0V ）飽和區(qū)飽和區(qū)開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān)接通接通特點(diǎn)：特點(diǎn)： V VCECE IIBSBS=I=ICSCS/ / I ICS CS VVCCCC/R/RC C三極管做開(kāi)關(guān)使用三極管做開(kāi)關(guān)使用有有延遲時(shí)間延遲時(shí)間，tpd(tpd(幾納秒幾納秒) ) 2.3.1 2.3.1 二極管與門(mén)（二極管與門(mén)（正邏輯正邏輯）1 1 3 3V V左右、左右、0 0 0 0V V左右左右 V VCCCC=+(5=+(510)10)V VA AB BY Y0 0（0V0V）0 0（0V0V）0 0（0.7V0.7V）0 0（0V0V）1 1（3V3V）0

6、0（0.7V0.7V）1 1（3V3V）0 0（0V0V）0 0（0.7V0.7V）1 1（3V3V）1 1（3V3V）1 1（3.7V3.7V）BAY2.3 2.3 分立元件門(mén)電路分立元件門(mén)電路2.3 2.3 分立元件門(mén)電路分立元件門(mén)電路2.3.2 2.3.2 二極管或門(mén)（正邏輯）二極管或門(mén)（正邏輯）1 1 3 3V V左右、左右、0 0 0 0V V左右左右 A AB BY Y0 0（0V0V）0 0（0V0V）0 0（0V0V）0 0（0V0V）1 1（3V3V）1 1（2.3V2.3V）1 1（3V3V）0 0（0V0V）1 1（2.3V2.3V）1 1（3V3V）1 1（3V3V）1

7、 1（2.3V2.3V）BAY2.3 2.3 三極管非門(mén)三極管非門(mén)電路圖電路圖A=0A=0時(shí)，時(shí)，T T截止，截止，Y=1Y=1A=1A=1時(shí)，時(shí)，T T飽和，飽和，Y=0Y=0設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)要求A=0A=0，T T可靠截止可靠截止 要求：要求：v vBEBE00A=1A=1，T T深度飽和深度飽和 要求：要求：v vBE BE V VONON，i iB BIIBSBS=I=ICSCS/ /2.3 2.3 三極管非門(mén)三極管非門(mén)例題例題 P61 2.3.1P61 2.3.11. A=01. A=0（V VI I=0V=0V）V VBEBE=-2.0V=-2.0V，T T可靠截止可靠截止i iC C

8、=0=0v vO O=V=VCCCC=5.0V=5.0VVRRRVvvvEEIIB0 . 23 . 3103 . 3)8(001212.3 2.3 三極管非門(mén)三極管非門(mén)2. A=12. A=1（V VI I=3V=3V）忽略忽略I IB BV VBEBE=1.8VV=1.8VVONON，T T導(dǎo)通導(dǎo)通（放大？飽和？）（放大？飽和？）VRRRVvvvEEIIB8 . 13 . 3103 . 3)8(551212.3 2.3 三極管非門(mén)三極管非門(mén)A=1A=1（V VI I=3V=3V）飽和時(shí)基極電流：飽和時(shí)基極電流：i iB BIIBSBS，故，故T T飽和飽和，I IC C=I=ICSCS、v

9、vO O=V=VCE(sat)CE(sat)00mARVvRvviBEBBIB43. 010)8(7 . 03 . 37 . 0521mARVVICsatCECCBS25. 01201 . 05)(作業(yè)講評(píng)作業(yè)講評(píng)2.12.1估算法：估算法：當(dāng)輸入端懸空時(shí)，當(dāng)輸入端懸空時(shí)，V VBEBE=-10V=-10V，T T截截止，止，V VO O=10V=10V。當(dāng)輸入當(dāng)輸入V VI I=0V=0V時(shí)，時(shí)，V VBEBE=-2.03V=-2.03V，T T截截止，止，V VO O=10V=10V。當(dāng)輸入當(dāng)輸入V VI I=5V=5V時(shí)，時(shí)，V VBEBE=1.93V=1.93V，T T導(dǎo)導(dǎo)通；通；I

10、IB B=0.3mA=0.3mA，I IBSBS=0.16mA=0.16mA，i iB BIIBSBS， T T飽和，飽和，V VO O=0V=0V。2.22.2見(jiàn)第見(jiàn)第3 3頁(yè)頁(yè)2.4 2.4 集成電路發(fā)展的概況集成電路發(fā)展的概況19611961年制成了年制成了SSISSI（元件數(shù)小于元件數(shù)小于100100個(gè)），個(gè)），19661966年制成了年制成了MSIMSI（元件數(shù)元件數(shù)10010001001000個(gè)）個(gè)）19691969年制成了年制成了LSILSI（元件數(shù)元件數(shù)100010000100010000個(gè)），個(gè)），19751975年制成了年制成了VLSIVLSI（元件數(shù)多于元件數(shù)多于1000

11、010000個(gè)）。個(gè)）。 20022002年年1010月中科院計(jì)算所月中科院計(jì)算所“龍芯龍芯”1”1號(hào)芯片，是我號(hào)芯片，是我國(guó)第一款商品化高性能?chē)?guó)第一款商品化高性能CPUCPU芯片，采用芯片，采用0.180.18微米工微米工藝，包含近藝，包含近400400萬(wàn)萬(wàn)個(gè)晶體管，主頻可達(dá)個(gè)晶體管，主頻可達(dá)266266M MHZHZ。從結(jié)構(gòu)上集成電路可分為兩大類(lèi)從結(jié)構(gòu)上集成電路可分為兩大類(lèi): :即：即：TTLTTL（如如7474系列）和系列）和 CMOSCMOS（如如CCCC系列）電路。系列）電路。2.4 TTL2.4 TTL門(mén)電路門(mén)電路2.4.1 TTL2.4.1 TTL反相器的電路結(jié)構(gòu)和工作原理反相器

12、的電路結(jié)構(gòu)和工作原理一、電路結(jié)構(gòu)一、電路結(jié)構(gòu)A=0A=0（v vI I=V=VILIL=0.3V=0.3V） 因因 V VCCCC=5V=5V使使 T T1 1導(dǎo)通導(dǎo)通, ,V VB1B1=1V=1V使使 T T2 2截止、截止、T T5 5截止截止因因T T2 2截止、使截止、使T T4 4飽和飽和Y=1Y=1（v v0 0=V=VOHOH=3.3V=3.3V）一、電路結(jié)構(gòu)一、電路結(jié)構(gòu)A=1A=1（v vI I=V=VIHIH=3.3V=3.3V）T T1 1倒置工作，倒置工作，VB1=2.1VVB1=2.1V使使T T2 2飽和、飽和、T T5 5飽和飽和因因T T2 2飽和，使飽和，使T

13、 T4 4截止截止Y=0Y=0（v vO O=V=VOLOL=0.3V=0.3V）注：倒置工作狀態(tài)注：倒置工作狀態(tài)特點(diǎn)：特點(diǎn)：1 1. .i iE E，i iC C 電流方向與正常電流方向與正常工作狀態(tài)相反，工作狀態(tài)相反， 2 2. .0.010.01條件：條件：V VE EVVB BVVC C二、電壓傳輸特性二、電壓傳輸特性T2、T5截止，截止，T4導(dǎo)通導(dǎo)通T4截止，截止，T2、T5導(dǎo)通導(dǎo)通T4截止，截止，T2飽和導(dǎo)通，飽和導(dǎo)通，T5深度飽和深度飽和T5截止，截止，T2、T4導(dǎo)通導(dǎo)通三、輸入端噪聲容限三、輸入端噪聲容限V VNHNH=V=VOH(min)OH(min)-V-VIH(min)I

14、H(min) =2.4-2.0 =2.4-2.0 =0.4V =0.4VV VNLNL=V=VIL(max)IL(max)-V-VOL(max)OL(max) =0.8-0.4 =0.8-0.4 =0.4V =0.4V2.4.2 TTL2.4.2 TTL反相器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性反相器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性一、輸入特性一、輸入特性（以（以流入流入集成電路集成電路內(nèi)部?jī)?nèi)部為為電流的正方向電流的正方向）如如7474系列系列 v vI I=V=VILIL=0.2V=0.2Vv vI I=V=VIHIH=3.4V=3.4VmARVvVIILBECCIL111AIIH40輸入特性曲線輸入特性曲線二

15、、輸出特性二、輸出特性1 1、高電平輸出特性（拉電流）、高電平輸出特性（拉電流）高電平額定電流高電平額定電流I IOHOH為負(fù)為負(fù)值，幾百微安。值，幾百微安。二、輸出特性二、輸出特性2 2、低電平輸出特性、低電平輸出特性 （由外部電源提供灌電流）（由外部電源提供灌電流）低電平額定電流低電平額定電流V VOLOL為正值，為正值，十幾毫安，十幾毫安，低電平負(fù)載能力強(qiáng)低電平負(fù)載能力強(qiáng)例題例題 P67 2.4.1P67 2.4.1求扇出系數(shù)求扇出系數(shù)輸出高電平輸出高電平保證輸出電流不會(huì)超過(guò)保證輸出電流不會(huì)超過(guò) 最大額定電流。最大額定電流。輸出低電平輸出低電平保證倒灌電流不會(huì)擊穿保證倒灌電流不會(huì)擊穿T

16、T5 5。扇出系數(shù)扇出系數(shù)（取兩者中較小的值）（取兩者中較小的值）N=10N=102.4.2 TTL2.4.2 TTL反相器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性反相器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性三、輸入端負(fù)載特性三、輸入端負(fù)載特性R RP P較小時(shí)下列公式適用較小時(shí)下列公式適用，當(dāng)，當(dāng)R RP P較大時(shí)，較大時(shí)，v vI IVVTHTH公式不適用。公式不適用。)(11BECCPPIvVRRRv例題例題 P69 2.4.2P69 2.4.2輸出高電平輸出高電平v vI2I2VVIH(min)IH(min)kIVVRVRIVIHIHOHPIHPIHOH351004. 00 . 24 . 33(min)(min)輸

17、出低電平輸出低電平v vI2I2VVIL(max)IL(max)R RP P0.69k0.69k，輸入電阻輸入電阻R RP P不可太大。不可太大。kRVvVVVRVvVVVRRILBECCOLILPILBECCOLILP69. 01(max)1(max)(max)1(max)1TTLTTL電路的四條特性曲線電路的四條特性曲線1.1.電壓傳輸特性電壓傳輸特性2.2.輸入特性輸入特性3.3.輸入負(fù)載特性輸入負(fù)載特性4.4.輸出特性輸出特性2.4.3 TTL2.4.3 TTL反相器的動(dòng)態(tài)特性反相器的動(dòng)態(tài)特性一、傳輸延遲時(shí)間一、傳輸延遲時(shí)間t tPDPDt tPLHPLH：輸出低電平：輸出低電平高電高

18、電 平的傳輸延遲時(shí)間。平的傳輸延遲時(shí)間。t tPHLPHL：輸出高電平：輸出高電平低電低電 平的傳輸延遲時(shí)間。平的傳輸延遲時(shí)間。t tPLHPLHttPHLPHLt tpdpd為兩者的平均值為兩者的平均值1()2pdpLHpHLttt2.4.3 TTL2.4.3 TTL反相器的動(dòng)態(tài)特性反相器的動(dòng)態(tài)特性二、交流噪聲容限二、交流噪聲容限由由P71 P71 圖圖.15可知可知輸入信號(hào)狀態(tài)變化時(shí)必須有輸入信號(hào)狀態(tài)變化時(shí)必須有足夠的變化幅度和作用足夠的變化幅度和作用時(shí)間時(shí)間才能使輸出狀態(tài)改變。即若噪聲寬度窄，則需才能使輸出狀態(tài)改變。即若噪聲寬度窄，則需幅度大才能干擾輸出狀態(tài)；若噪聲寬度

19、寬，則幅度幅度大才能干擾輸出狀態(tài)；若噪聲寬度寬，則幅度較小就能干擾輸出狀態(tài)。較小就能干擾輸出狀態(tài)。注：因?yàn)榻^大多數(shù)注：因?yàn)榻^大多數(shù)TTLTTL門(mén)電路傳輸延遲時(shí)間較小，都在門(mén)電路傳輸延遲時(shí)間較小，都在50ns50ns以?xún)?nèi)，所以當(dāng)輸入脈沖的寬度達(dá)到以?xún)?nèi)，所以當(dāng)輸入脈沖的寬度達(dá)到微秒微秒的數(shù)量級(jí)時(shí)，在的數(shù)量級(jí)時(shí)，在信號(hào)作用時(shí)間內(nèi)電路已達(dá)到穩(wěn)態(tài)，應(yīng)將輸入信號(hào)按直流信號(hào)作用時(shí)間內(nèi)電路已達(dá)到穩(wěn)態(tài)，應(yīng)將輸入信號(hào)按直流信號(hào)處理。信號(hào)處理。2.4.3 TTL2.4.3 TTL反相器的動(dòng)態(tài)特性反相器的動(dòng)態(tài)特性三、電源的動(dòng)態(tài)尖峰電流三、電源的動(dòng)態(tài)尖峰電流在動(dòng)態(tài)情況下，特別是當(dāng)在動(dòng)態(tài)情況下，特別是當(dāng)輸出電壓由低電平跳

20、變到輸出電壓由低電平跳變到高電平，由于高電平，由于T T5 5原來(lái)工作原來(lái)工作在深度飽和狀態(tài)，所以在深度飽和狀態(tài)，所以T T4 4導(dǎo)通先于導(dǎo)通先于T T5 5截止，截止，這樣就這樣就出現(xiàn)了短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)了短時(shí)間內(nèi)T T4 4和和T T5 5同同時(shí)導(dǎo)通的狀態(tài)時(shí)導(dǎo)通的狀態(tài)，由很大的，由很大的瞬間電流流經(jīng)瞬間電流流經(jīng)T T4 4和和T T5 5，使電源電流出現(xiàn)尖峰脈沖。頻率越高，使電源電流出現(xiàn)尖峰脈沖。頻率越高尖峰脈沖消耗的功率越大，尖峰脈沖形成一個(gè)躁聲源。尖峰脈沖消耗的功率越大，尖峰脈沖形成一個(gè)躁聲源。 2.4.4 2.4.4 其他類(lèi)型的其他類(lèi)型的TTLTTL門(mén)電路門(mén)電路一、其他邏輯功能的門(mén)電路一、

21、其他邏輯功能的門(mén)電路與非門(mén)：多發(fā)射極三極管實(shí)現(xiàn)與非門(mén)：多發(fā)射極三極管實(shí)現(xiàn)與與一、其他邏輯功能的門(mén)電路一、其他邏輯功能的門(mén)電路一、其他邏輯功能的門(mén)電路一、其他邏輯功能的門(mén)電路或非門(mén)：并聯(lián)三極管實(shí)現(xiàn)或非門(mén)：并聯(lián)三極管實(shí)現(xiàn)或非或非A=1A=1，T T2 2和和T T5 5同時(shí)導(dǎo)通。同時(shí)導(dǎo)通。 B=1 B=1，T T2 2和和T T5 5同時(shí)導(dǎo)通。同時(shí)導(dǎo)通。即：輸出低電平。即：輸出低電平。僅當(dāng)僅當(dāng)A=B=0A=B=0時(shí)，時(shí)，T T2 2和和T T2 2同時(shí)截止，同時(shí)截止，T T5 5截止而截止而T T4 4導(dǎo)通，導(dǎo)通，即：輸出高電平。即：輸出高電平。二、集電極開(kāi)路的門(mén)電路（二、集電極開(kāi)路的門(mén)電路（OC

22、OC門(mén)）門(mén)）二、集電極開(kāi)路的門(mén)電路（二、集電極開(kāi)路的門(mén)電路（OCOC門(mén)）門(mén)）普通與非門(mén)輸出端普通與非門(mén)輸出端“線與線與”會(huì)產(chǎn)生短路電流損壞器會(huì)產(chǎn)生短路電流損壞器件，如下圖。用件，如下圖。用OCOC門(mén)合理選擇上拉電阻門(mén)合理選擇上拉電阻R R，可可“線線與與”。二、集電極開(kāi)路的門(mén)電路（二、集電極開(kāi)路的門(mén)電路（OCOC門(mén)）門(mén)）輸出高電平（輸出高電平（m m為負(fù)載門(mén)輸入端的個(gè)數(shù)）為負(fù)載門(mén)輸入端的個(gè)數(shù)）保證保證v vOHOHVVOHOHIHOHOHCCLmInIVVR(max)二、集電極開(kāi)路的門(mén)電路（二、集電極開(kāi)路的門(mén)電路（OCOC門(mén)）門(mén)）輸出低電平（輸出低電平（mm為負(fù)載門(mén)的個(gè)數(shù)）為負(fù)載門(mén)的個(gè)數(shù)）保證

23、保證i iL LIILMLM例題例題 P80 P80 例例.4ILLMOLCCLImIVVR(min)2.4.4 2.4.4 其他類(lèi)型的其他類(lèi)型的TTLTTL門(mén)電路門(mén)電路三、三態(tài)輸出門(mén)電路（三、三態(tài)輸出門(mén)電路（TSTS門(mén)）門(mén)）ENEN電路狀態(tài)電路狀態(tài)輸出輸出0 0P=0P=0T T5 5截止截止P=0P=0D D導(dǎo)通導(dǎo)通v vB4B4=0.7V=0.7VT T4 4截止截止1 1D D截止截止ZY ABY 2.4.5 TTL2.4.5 TTL電路改進(jìn)系列電路改進(jìn)系列1.1. 74 74系列（系列（CT1000CT1000系列）系列）2 2. 74. 74H H系列（系列（CT2

24、000CT2000系列）：高速系列系列）：高速系列 特點(diǎn)：采用達(dá)林頓結(jié)構(gòu)、減小電阻，平均傳輸延遲時(shí)間縮特點(diǎn)：采用達(dá)林頓結(jié)構(gòu)、減小電阻，平均傳輸延遲時(shí)間縮短了一半，功耗增加一倍。短了一半，功耗增加一倍。3 3.74S.74S系列（系列（CT3000CT3000系列）：肖特基系列系列）：肖特基系列 特點(diǎn)：在特點(diǎn)：在7474H H系列基礎(chǔ)上采用肖特基三極管系列基礎(chǔ)上采用肖特基三極管SBDSBD，開(kāi)啟電壓開(kāi)啟電壓0.3-0.40.3-0.4V V，進(jìn)一步提高了速度。進(jìn)一步提高了速度。4.4.7474LSLS系列（系列（CT4000CT4000系列）：系列）： 特點(diǎn)：在特點(diǎn)：在7474H H系列基礎(chǔ)上加

25、大電阻，延遲系列基礎(chǔ)上加大電阻，延遲- -功耗積最小，獲功耗積最小，獲得廣泛應(yīng)用。得廣泛應(yīng)用。 另有另有7474ASAS、74ALS74ALS、5454、54H54H、54S54S、54LS54LS系列參考系列參考P86-87P86-872.6 CMOS2.6 CMOS門(mén)電路門(mén)電路MOSMOS管的開(kāi)關(guān)特性管的開(kāi)關(guān)特性（以（以N N溝道溝道MOSMOS管為例）管為例）B B（BaseBase）：襯底）：襯底S S（SourceSource）：源極）：源極G G（GateGate）：柵極）：柵極D D（DrainDrain）：漏極）：漏極v vGSGS=0=0N N溝道溝道P P溝道溝道增強(qiáng)型增強(qiáng)

26、型 v vGSGS=0=0，i iD D=0=0無(wú)導(dǎo)電溝道無(wú)導(dǎo)電溝道v vGSGSvvGS(th)GS(th)00正壓正壓開(kāi)啟開(kāi)啟0v0vGSGSvvGS(th)GS(th)負(fù)壓負(fù)壓開(kāi)啟開(kāi)啟耗盡型耗盡型 v vGSGS=0=0，i iD D00有導(dǎo)電溝道有導(dǎo)電溝道v vGSGSvvGS(off)GS(off)00負(fù)壓負(fù)壓開(kāi)啟開(kāi)啟v vGSGSvvGS(off)GS(off)00正壓正壓開(kāi)啟開(kāi)啟2.6 CMOS2.6 CMOS門(mén)電路門(mén)電路MOSMOS管類(lèi)型管類(lèi)型MOSMOS的開(kāi)關(guān)特性：的開(kāi)關(guān)特性：溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOSMOS管的管的導(dǎo)電特性：導(dǎo)電特性：V VGSGS V VGS(th)NGS

27、(th)N 時(shí)導(dǎo)通，時(shí)導(dǎo)通，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)接通；相當(dāng)于開(kāi)關(guān)接通；V VGSGS V VGS(th)NGS(th)N 時(shí)截止，時(shí)截止，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。 V VGS(th)NGS(th)N 為幾伏的為幾伏的正壓； P P溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型MOSMOS管的管的導(dǎo)電特性：導(dǎo)電特性：V VGSGS V VGS(th)PGS(th)P 時(shí)截止，時(shí)截止，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，V VGS(th)PGS(th)P 為幾伏的為幾伏的負(fù)壓。2.6 CMOS2.6 CMOS門(mén)電路門(mén)電路2.6.1 CMOS2.6.1 CMOS反相器的工作原理反相器的工作原理一、電路結(jié)構(gòu)一、電路結(jié)構(gòu)v vI I=

28、V=VILIL=0=0|v|vGS1GS1|=V|=VDDDD|V|VGS(th)PGS(th)P| | T T1 1導(dǎo)通導(dǎo)通v vGS2GS2=0V=0VGS(th)NGS(th)N T T2 2截止截止 v vO O=V=VDD DD v vI I=V=VIHIH=V=VDDDDv vGS1GS1=0|V=0VVGS(th)NGS(th)N T T2 2導(dǎo)通導(dǎo)通 v vO O=0=0實(shí)現(xiàn)反相器的邏輯功能實(shí)現(xiàn)反相器的邏輯功能 V VOH=V=VIH=V=VDD “1” “1”，V VOL=V=VIL=0 “0”=0 “0”2.6.1 CMOS2.6.1 CMOS反相器的工作原理反相器的工作原

29、理二、電壓傳輸特性和電流傳輸特性二、電壓傳輸特性和電流傳輸特性2.6.1 CMOS2.6.1 CMOS反相器的工作原理反相器的工作原理二、電壓傳輸特性和電流傳輸特性（二、電壓傳輸特性和電流傳輸特性（微功耗微功耗）2.6.2 CMOS2.6.2 CMOS反相器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性反相器的靜態(tài)輸入特性和輸出特性一、輸入特性一、輸入特性0v0vI IVVDDDD保護(hù)電路不起作用保護(hù)電路不起作用v vI IVVDDDD+ +0.7V0.7VD D1 1導(dǎo)通導(dǎo)通v vI I-0.7V0.7VD D2 2導(dǎo)通導(dǎo)通二、輸出特性二、輸出特性低電平輸出（灌電流）低電平輸出（灌電流）二、輸出特性二、輸出特性高

30、電平輸出（拉電流）高電平輸出（拉電流）CMOSCMOS門(mén)的參數(shù)門(mén)的參數(shù)1.CMOS1.CMOS結(jié)構(gòu)電路為結(jié)構(gòu)電路為微功耗微功耗器件。器件。2.2.因?yàn)橐驗(yàn)閂 VDDDD的取值范圍可為的取值范圍可為3-183-18V V，CMOSCMOS反相器的電反相器的電壓傳輸特性因壓傳輸特性因V VDDDD不同而有多條。不同而有多條。3.V3.VIHIH=V=VOHOH VVDDDD， V VILIL=V=VOLOL0V0V， V VTH TH = = V VDDDD 許多參數(shù)都與電源電壓有關(guān)，電源電壓許多參數(shù)都與電源電壓有關(guān)，電源電壓V VDDDD不同，各不同，各項(xiàng)指標(biāo)：如噪聲容限、傳輸延遲時(shí)間、動(dòng)態(tài)功項(xiàng)

31、指標(biāo)：如噪聲容限、傳輸延遲時(shí)間、動(dòng)態(tài)功耗耗都不同。都不同。122.6.4 CMOS2.6.4 CMOS反相器的動(dòng)態(tài)特性反相器的動(dòng)態(tài)特性 一、傳輸延遲時(shí)間一、傳輸延遲時(shí)間t tPdPd 比比TTLTTL電路大電路大 ，CC4000CC4000系列為系列為4545納秒，納秒， V VDDDD大，大，t tPdPd小。小。 二、交流噪聲容限二、交流噪聲容限V VDDDD大，大，V VNANA大大。三、動(dòng)態(tài)功耗三、動(dòng)態(tài)功耗P PD D：動(dòng)態(tài)功耗，毫瓦數(shù)量級(jí)，與：動(dòng)態(tài)功耗，毫瓦數(shù)量級(jí)，與V VDDDD的平方成正比。的平方成正比。P PS S：靜態(tài)功耗，微瓦數(shù)量級(jí)，微功耗。：靜態(tài)功耗，微瓦數(shù)量級(jí)，微功耗。

32、2.6.5 2.6.5 其他類(lèi)型的其他類(lèi)型的CMOSCMOS門(mén)電路門(mén)電路一、其他邏輯功能的一、其他邏輯功能的CMOSCMOS門(mén)電路（原理電路）門(mén)電路（原理電路）1.1.與非門(mén)：與非門(mén)：NMOSNMOS管串聯(lián)，管串聯(lián)，PMOSPMOS管并聯(lián)。管并聯(lián)。2.6.5 2.6.5 其他類(lèi)型的其他類(lèi)型的CMOSCMOS門(mén)電路門(mén)電路一、其他邏輯功能的一、其他邏輯功能的CMOSCMOS門(mén)電路（原理電路）門(mén)電路（原理電路）2.2.或非門(mén)：或非門(mén)：NMOSNMOS管并聯(lián)，管并聯(lián)，PMOSPMOS管串聯(lián)。管串聯(lián)。2.6.5 2.6.5 其他類(lèi)型的其他類(lèi)型的CMOSCMOS門(mén)電路門(mén)電路3.3.原理電路使用的問(wèn)題原理電

33、路使用的問(wèn)題（1 1）原理電路輸出電阻受輸入端狀態(tài)的影響。）原理電路輸出電阻受輸入端狀態(tài)的影響。（以與非門(mén)為例）（以與非門(mén)為例）A=B=1A=B=1（Y=0Y=0）：）：T T1 1截止、截止、T T2 2導(dǎo)通（導(dǎo)通（A=1A=1）T T3 3截止、截止、T T4 4導(dǎo)通（導(dǎo)通（B=1B=1）R RO O=R=RON2ON2+R+RON4ON4=2R=2RONONA=1A=1、B=0B=0（Y=1Y=1）：）：T T1 1截止、截止、T T2 2導(dǎo)通（導(dǎo)通（A=1A=1）T T3 3導(dǎo)通、導(dǎo)通、T T4 4截止（截止（B=0B=0）R RO O=R=RON3ON3=R=RONON。A=0A=0

34、、B=1B=1（Y=1Y=1）：）：T T1 1導(dǎo)通、導(dǎo)通、T T2 2截止（截止（A=0A=0）T T3 3截止、截止、T T4 4導(dǎo)通（導(dǎo)通（B=1B=1）R RO O=R=RON1ON1=R=RONON。A=0A=0、B=0B=0（Y=1Y=1）：）：T T1 1、T T3 3導(dǎo)通（導(dǎo)通（A=1A=1、 B=1 B=1 ）T T2 2、T T4 4截止截止R RO O=R=RON1ON1/R/RON3ON3=R=RONON/2/2。最大與最小相差四倍最大與最小相差四倍2.6.5 2.6.5 其他類(lèi)型的其他類(lèi)型的CMOSCMOS門(mén)電路門(mén)電路（2 2）原理電路輸出的高、低電平受輸入端數(shù)目影響

35、。）原理電路輸出的高、低電平受輸入端數(shù)目影響。（以與非門(mén)為例）（以與非門(mén)為例）A=0A=0、B=0B=0（Y=1Y=1）：）：T T2 2導(dǎo)通（導(dǎo)通（A=0A=0）T T4 4導(dǎo)通（導(dǎo)通（B=0B=0）v vOLOL= =2 2V VOLOLV VOLOL和輸入端數(shù)目有關(guān)。和輸入端數(shù)目有關(guān)。2.6.5 2.6.5 其他類(lèi)型的其他類(lèi)型的CMOSCMOS門(mén)電路門(mén)電路二、帶緩沖級(jí)的二、帶緩沖級(jí)的CMOSCMOS門(mén)電路（實(shí)用電路）門(mén)電路（實(shí)用電路）1.1.與非門(mén)與非門(mén)2.6.5 2.6.5 其他類(lèi)型的其他類(lèi)型的CMOSCMOS門(mén)電路門(mén)電路二、帶緩沖級(jí)的二、帶緩沖級(jí)的CMOSCMOS門(mén)電路門(mén)電路2.2.

36、或非門(mén)或非門(mén)2.6.5 2.6.5 其他類(lèi)型的其他類(lèi)型的CMOSCMOS門(mén)電路門(mén)電路三、漏極開(kāi)路的門(mén)電路（三、漏極開(kāi)路的門(mén)電路（ODOD門(mén)）門(mén)）2.6.5 2.6.5 其他類(lèi)型的其他類(lèi)型的CMOSCMOS門(mén)電路門(mén)電路四、四、CMOSCMOS傳輸門(mén)和雙向模擬開(kāi)關(guān)（雙向器件）傳輸門(mén)和雙向模擬開(kāi)關(guān)（雙向器件）CMOSCMOS傳輸門(mén)傳輸門(mén)在在 時(shí)時(shí)C=0C=0、 ：高阻態(tài)：高阻態(tài)C=1C=1、 ：V V0 0=V=VI I信號(hào)雙向傳遞信號(hào)雙向傳遞0IDDVV10CC2.6.5 2.6.5 其他類(lèi)型的其他類(lèi)型的CMOSCMOS門(mén)電路門(mén)電路四、四、CMOSCMOS傳輸門(mén)和雙向模擬開(kāi)關(guān)傳輸門(mén)和雙向模擬開(kāi)關(guān)雙

37、向模擬開(kāi)關(guān)雙向模擬開(kāi)關(guān)可傳輸連續(xù)變化的模擬電壓信號(hào)?？蓚鬏斶B續(xù)變化的模擬電壓信號(hào)。1,0,OIOCVVCVZ2.6.5 2.6.5 其他類(lèi)型的其他類(lèi)型的CMOSCMOS門(mén)電路門(mén)電路五、三態(tài)輸出的五、三態(tài)輸出的CMOSCMOS門(mén)電路門(mén)電路 ：T T1 1、T T2 2截止，截止， 呈高阻態(tài)呈高阻態(tài)。 ：T T1 1導(dǎo)通，導(dǎo)通，T T1 1、T T2 2 由由A A控制?？刂?。 Y=AY=A1EN0EN本章小結(jié)本章小結(jié)一一. .集成門(mén)的類(lèi)型集成門(mén)的類(lèi)型1.1.基本邏輯門(mén)基本邏輯門(mén)2.2.復(fù)合邏輯門(mén)復(fù)合邏輯門(mén)3.3.邏輯門(mén)的其他類(lèi)型邏輯門(mén)的其他類(lèi)型二常見(jiàn)二常見(jiàn)TTLTTL和和CMOSCMOS電路的參

38、數(shù)電路的參數(shù)參數(shù)參數(shù)74LS74LS40004000V VCCCC/V/V5 55 5V VIH(min)IH(min)/V/V2.02.03.53.5V VIL(max)IL(max)/V/V1.5V VOH(min)OH(min)/V/V4.6V VOL(max)OL(max)/V/V50.05I IIH(max)IH(max)/ /A A20200.10.1I IIL(max)IL(max)/mA/mA-0.4-0.4-1-11010-3-3I IOH(max)OH(max)/mA/mA-0.4-0.4-0.51-0.51I IOL(

39、max)OL(max)/mA/mA8 80.510.51t tpdpd/ns/ns10104545P P（功耗（功耗/ /門(mén)）門(mén)）/mW/mW2 25 51010-3-3TTLTTL、CMOSCMOS門(mén)的性能比較：門(mén)的性能比較：7474系列（系列（TTLTTL） CC4000 CC4000系列系列電源電壓電源電壓5 5V V每片功耗每片功耗1010mWmW輸出幅度小輸出幅度小負(fù)載能力強(qiáng)負(fù)載能力強(qiáng)開(kāi)關(guān)速度快，開(kāi)關(guān)速度快，1010納秒納秒性能擴(kuò)展用專(zhuān)用器件性能擴(kuò)展用專(zhuān)用器件使用時(shí)輸入電阻大于使用時(shí)輸入電阻大于0.7-0.90.7-0.9K K將影響邏輯功能將影響邏輯功能電源電壓電源電壓3-183-18V V每片功耗每片功耗0.0050.005mWmW輸出幅度大輸出幅度大負(fù)載能力