1、3.2 基本CMOS邏輯門電路3.2.1 MOS管及其開(kāi)關(guān)特性3.2.2 CMOS反相器3.2.3 其他基本CMOS邏輯門電路3.2.4 CMOS傳輸門CMOS門電路是以MOS管為開(kāi)關(guān)器件。MOS管的分類：N溝道P溝道P溝道N溝道MOS增強(qiáng)型耗盡型3.2.1 MOS管及其開(kāi)關(guān)特性1. N溝道增強(qiáng)型MOS管的結(jié)構(gòu)和工作原理MOS管的分類：源極柵極漏極p-型半導(dǎo)體n-型半導(dǎo)體符號(hào)1. N溝道增強(qiáng)型MOS管的結(jié)構(gòu)和工作原理(1) VGS 控制溝道的導(dǎo)電性 vGS=0, vDS0, 等效背靠背連接的兩個(gè)二極管, iD0。 vGS0, 建立電場(chǎng) 反型層 vDS0, iD 0。 溝道建立的最小 vGS 值

2、稱為開(kāi)啟電壓 VT.1. N溝道增強(qiáng)型MOS管的結(jié)構(gòu)和工作原理(2) VGS 和VDS共同作用 vGS VT, vDS0, 靠近漏極的電壓減小。當(dāng)VGS VT, iD 隨VDS增加幾乎成線性增加 。 當(dāng)vDS vGD=(vGSvDS)VT, 漏極處出現(xiàn)夾斷。 繼續(xù)增加VDS 夾斷區(qū)域變大， iD 飽和。2. N溝道增強(qiáng)型MOS管的輸出特性和轉(zhuǎn)移特性輸出特性分為 截止區(qū)： 可變電阻區(qū)：溝道產(chǎn)生， iD 隨vDS線性增加， rds為受vGS控制可變電阻。 飽和區(qū)：(a)輸出特性曲線（b）轉(zhuǎn)移特性曲線3. 其他類型的MOS管(1) P溝道增強(qiáng)型MOS管 結(jié)構(gòu)與NMOS管相反。 vGS、vDS 電壓極

3、性與NMOS管相反。 開(kāi)啟電壓vT為負(fù)值(2) N溝道耗盡型MOS管 絕緣層摻入正離子，使襯底表面形成N溝道。 vGS電壓可以是正值、零或負(fù)值。 vGS達(dá)到某一負(fù)值vP，溝道被夾斷， iD =0。(2) N溝道耗盡型MOS管 N溝道耗盡型MOS管符號(hào)如圖。(3) P溝道耗盡型MOS管結(jié)構(gòu)與N溝道耗盡型MOS管相反。符號(hào)如圖所示。4. MOS管開(kāi)關(guān)電路：MOS管工作在可變電阻區(qū)，輸出低電平: MOS管截止， 輸出高電平當(dāng)I VTMOS管相當(dāng)于一個(gè)由vGS控制的無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。MOS管工作在可變電阻區(qū)，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)“閉合”，輸出為低電平。MOS管截止，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)“斷開(kāi)”，輸出為高電平。當(dāng)I 為低電平時(shí)：

4、當(dāng)I為高電平時(shí)：由于MOS管柵極、漏極與襯底間電容，柵極與漏極之間的電容存在，電路在狀態(tài)轉(zhuǎn)換之間有電容充、放電過(guò)程。輸出波形上升沿、下降沿變得緩慢。5. MOS管開(kāi)關(guān)電路的動(dòng)態(tài)特性3.2.2 CMOS 反相器1.工作原理+VDD+5VD1S1vivOTNTPD2S20V+5VvivGSNvGSPTNTPvO0 V 0V5V截止導(dǎo)通5V5 V5V 0V導(dǎo)通截止0 VVTN = 2 VVTP = - 2 V邏輯圖邏輯表達(dá)式vi (A)0vO(L)1邏輯真值表10AL 第一，vI是高電平還是低電平 ，TN和TP中總是一個(gè)導(dǎo)通而另一個(gè)截止。CMOS反相器的靜態(tài)功耗幾乎為零。 第二，MOS管導(dǎo)通電阻低，

5、截止電阻高。使充、放電時(shí)間常數(shù)小，開(kāi)關(guān)速度更快，具有更強(qiáng)的帶負(fù)載能力。 第三，MOS管的，IG0，輸入電阻高。 理論上可以帶任意同類門，但負(fù)載門輸入雜散電容會(huì)影響開(kāi)關(guān)速度。 CMOS反相器的重要特點(diǎn)：2. 電壓傳輸特性和電流傳輸特性VTN電壓傳輸特性電流傳輸特性(Transfer characteristic )3. 輸入邏輯電平和輸出邏輯電平05VIN /VVOUT/V5VIHminVILmax輸入高電平輸入低電平無(wú)定義輸出高電平05VIN /VVOUT/V5VIHminVILmaxVOHminVOLmax輸出低電平無(wú)定義輸出高電平的下限值 VOH(min)輸入低電平的上限值 VIL(max

6、)輸入高電平的下限值 VIL(min)輸出低電平的上限值 VOH(max)4.CMOS反相器的工作速度在由于電路具有互補(bǔ)對(duì)稱的性質(zhì)，它的開(kāi)通時(shí)間與關(guān)閉時(shí)間是相等的。平均延遲時(shí)間小于10 ns。 帶電容負(fù)載A BTN1 TP1 TN2 TP2L0 00 11 01 1截止導(dǎo)通截止導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止導(dǎo)通截止截止截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通1110與非門1. CMOS 與非門vA+VDD+5VTP1TN1TP2TN2ABLvBvL(a)電路結(jié)構(gòu)(b)工作原理VTN = 2 VVTP = - 2 V0V5VN輸入的與非門的電路?輸入端增加有什么問(wèn)題?3.2.3 其他基本CMOS 邏輯門電路AB或非門2.CM

7、OS 或非門+VDD+5VTP1TN1TN2TP2ABLA B TN1 TP1 TN2 TP2L0 00 11 01 1截止導(dǎo)通截止導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止導(dǎo)通截止截止截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通10000V5VVTN = 2 VVTP = - 2 VN輸入的或非門的電路的結(jié)構(gòu)?輸入端增加有什么問(wèn)題?AB例：分析CMOS電路，說(shuō)明其邏輯功能。=AB 異或門電路3.2.4 CMOS傳輸門(雙向模擬開(kāi)關(guān)) 1. 傳輸門的結(jié)構(gòu)及工作原理電路邏輯符號(hào)I / Oo/ IC等效電路1、傳輸門的結(jié)構(gòu)及工作原理 設(shè)TP:|VTP|=2V， TN:VTN=2V，I的變化范圍為0到+5V。 0V+5V0V到+5VGSN0, TP截止1）當(dāng)c=0， c =1時(shí)c=0=0V， c=1=+5VC TP vO/vI vI/vO +5V 0V TN C+5V0VGSP= 0V (2V+5V)=2V 5VGSN=5V (0V+3V)=(52)V b、I=2V5VGSNVTN, TN導(dǎo)通a、I=0V3VTN導(dǎo)通，TP導(dǎo)通GSP |VT|, TP導(dǎo)通C、I=2V3V2）當(dāng)c=1， c =0時(shí)(1