【正文】 上頁 下頁 返回?cái)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)與非門 7420在輸出端空載情況下，實(shí)測的 uI ~R和 uO~R關(guān)系曲線。 上頁 下頁 返回?cái)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)2. 尖峰電流的影響 uO理想曲線oooiEiEtt IEH IEL UOH IEL UOL IEH實(shí)際曲線tIEL和 IEH分別為輸出等于 0和 1時(shí)的電源電流。 電源中的尖峰電流上頁 下頁 返回?cái)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(1) 尖峰電流對(duì)電路的影響a. 電路間相互影響會(huì)導(dǎo)致邏輯上的錯(cuò)誤；b. 顯著增加門的平均功耗。 常用的辦法是在靠近門電路的電源與地之間接一濾波電容。(2) 解決辦法uO理想曲線oooiEiEtt IEH IEL UOH IEL UOL IEH實(shí)際曲線t上頁 下頁 返回?cái)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)3. 不使用的輸入端的處理 :懸空 ? 容易受外界信號(hào)干擾(1) 與非門不使用輸入端的接法amp。 +VCC uI(a)amp。 +VCC uI(b)上頁 下頁 返回?cái)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(2) 或非門不使用輸入端的接法 uI +VCC?1(a) +VCC uI?1(b)上頁 下頁 返回?cái)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) CMOS集成門電路 CMOS（ Complementary MOS） 邏輯門電路是繼 TTL之后開發(fā)的一種數(shù)字集成器件。 由于 CMOS的工作速度可與 TTL相媲美，而 CMOS的功耗和扇出數(shù)則遠(yuǎn)優(yōu)于 TTL， CMOS的抗干擾能力也比 TTL強(qiáng)。因此， CMOS電路可能超越 TTL而成為占主導(dǎo)地位的邏輯器件。目前，幾乎所有的大規(guī)模集成電路都采用 CMOS工藝制造，且費(fèi)用較低。上頁 下頁 返回?cái)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 國際上通用的 CMOS數(shù)字電路主要有： 我國上海元件五廠也開發(fā)了 CC4000B系列， CC4000B系列與國際上同序號(hào)產(chǎn)品可互換使用。美國 RCA公司開發(fā)的 CD4000系列美國摩托羅拉公司開發(fā)的 MC14500系列（即 4500） 后來發(fā)展了民用 74高速 CMOS系列電路（ 54系列為軍用系列），其邏輯功能及外引線排列與相應(yīng)的 TTL74系列相同，工作速度相當(dāng)，而功耗卻大大降低，上頁 下頁 返回?cái)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)74HC系列 ,為 CMOS電平。74系列常用的有兩類：74HCT系列為 TTL電平，可以與同序號(hào) TTL74系列互換使用。上頁 下頁 返回?cái)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)不同系列 CMOS門性能比較系列參數(shù)PD/mWTpd/ns(CL=15pF)M/pJ4000/4000B 74HC?? 74HCT?? 74BCT??75 10 13 ～ ～ 22上頁 下頁 返回?cái)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) CMOS反相器1. CMOS反相器基本電路 uIT1T2+－g2g1s2d2 uO+－d1s1+VDD 因?yàn)?PMOS和 NMOS在電氣和邏輯特性上互補(bǔ)，即 PMOS的電壓極性以及電流方向都與 NMOS相反，因而得名互補(bǔ) MOS（ 即 CMOS） 反相器電路。 T1為 NMOS管，稱驅(qū)動(dòng)管；T2為 PMOS管，稱負(fù)載管。電路由兩個(gè)增強(qiáng)型 MOS場效應(yīng)管組成。上頁 下頁 返回?cái)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)PMOS和 NMOS由一個(gè)共同的信號(hào)控制，所以對(duì)于任意輸入邏輯（ 0或 1）互補(bǔ)的兩個(gè)管子必然一個(gè)導(dǎo)通。a. 當(dāng) uI為低電平時(shí)輸出電壓為高電平 UOH ≈ VDD 由于 MOSFET在截止時(shí)，其漏源極間的等效電阻 109Ω以上，而導(dǎo)通時(shí)，其等效電阻僅幾千歐。T1管截止， T2管導(dǎo)通。 uIT1T2+－g2g1s2d2 uO+－d1s1+VDD上頁 下頁 返回?cái)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)兩該電路實(shí)現(xiàn)了反相邏輯功能 uIT1T2+－g2g1s2d2 uO+－d1s1+VDDb. 當(dāng) uI為高電平時(shí)輸出電壓為低電平T1管導(dǎo)通， T2管截止。UOL ≈ 0V 上頁 下頁 返回?cái)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)2. CMOS反相器的電壓傳輸特性a. 反相器的閾值電壓為UT≈1/2UDDb. 傳輸特性接近理想開關(guān)特性。c. 反相器噪聲容限大，抗干擾能力強(qiáng)。上頁 下頁 返回?cái)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)3. CMOS反相器的主要特點(diǎn)(1) 靜態(tài)功耗低 反相器穩(wěn)定工作時(shí)總是有一個(gè)管子處于截止?fàn)顟B(tài)，流過的電流為極小的漏電流，因而靜態(tài)功耗很低，有利于提高集成度。 由于過渡區(qū)變化陡峭，所以低電平噪聲容限和高電平噪聲容限近似相等。約為 。(2) 抗干擾能力強(qiáng) 為了提高 CMOS門電路的抗干擾能力，還可以通過適當(dāng)提高 UDD的方法來實(shí)現(xiàn)。上頁 下頁 返回?cái)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(5) CMOS非門傳輸延遲較大。 (3) 電源電壓工作范圍寬，電源利用率高。標(biāo)準(zhǔn) CMOS電路的電源電壓范圍很寬，可在 3~18V范圍內(nèi)工作。CMOS反相器的輸出電壓擺幅大， UOH=UDD, UOL=0VCMOS門的扇出系數(shù)一般大于 50。(4) 扇出能力強(qiáng)上頁 下頁 返回?cái)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) +VDDCL uO+－ uI=1 s1s2uI為高電平 uOuI為低電平CL+－ uI=0 s1s2iL iL反相器電路 uIT1T2+－g2g1s2d2 uO+－d1s1CL+VDD +VDD當(dāng) 考慮負(fù)載及連線等效電容 CL時(shí)的等效電路 上頁 下頁 返回?cái)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 4. CMOS邏輯門(1) CMOS與非門電路上頁 下頁 返回?cái)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(2) CMOS或非門電路(3) CMOS與非門與 CMOS或非門電路的比較上頁 下頁 返回?cái)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) NMOS管串聯(lián)構(gòu)成，有幾個(gè)輸入端，就有幾個(gè)管子串聯(lián)，其輸出低電平是各驅(qū)動(dòng)管 D、 S極間導(dǎo)通電壓的和。故與非門的 UOL的值較高，為保證UOL不超過 UOLmin， 其輸入端一般不超過三個(gè)。上頁 下頁 返回?cái)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) NMOS管并聯(lián)構(gòu)成的， 有幾個(gè)輸入端，就有幾個(gè)管子并聯(lián)。其輸出低電平是一個(gè)驅(qū)動(dòng)管的 D、 S極間導(dǎo)通電壓，增加輸入端數(shù)，不會(huì)提高 UOL的值?；蚍情T的輸入端數(shù)不受 UOL取值的限制。因此，在 CMOS數(shù)字集成電路中是以或非邏輯為基礎(chǔ)的。 上頁 下頁 返回?cái)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) CMOS傳輸門1. CMOS傳輸門及符號(hào)傳輸門（ Transmission Gate， 簡稱 TG門） —— 一種傳輸模擬信號(hào)（ 也包括數(shù)字信號(hào)）的模擬開關(guān)。上頁 下頁 返回?cái)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)TP和 TN結(jié)構(gòu)對(duì)稱。其漏極和源極可互換。兩管的柵極由互補(bǔ)的信號(hào) C和 來控制。上頁 下頁 返回?cái)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)2. 工作原理 輸入信號(hào) uI在 0~10V之間變化兩管的開啟電壓|UP|=|UN|=2V設(shè):VDD=10V(1) 當(dāng) C接低電平 0V， uI取 0~10V范圍內(nèi)的任何值時(shí)TN、 TP均不導(dǎo)通，開關(guān)是斷開的。 上頁 下頁 返回?cái)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(2) 當(dāng) C端接高電壓 10V時(shí)同時(shí)當(dāng) uI在 2~10V范圍內(nèi)變化時(shí) TP導(dǎo)通。 uI在 0~8V范圍內(nèi)變化TN導(dǎo)通 綜上所述，當(dāng) C接高電平時(shí)， uI在 0~VDD之間變化時(shí)， TP與TN始終有一個(gè)導(dǎo)通，即開關(guān)始終是接通的。 另外，由于兩個(gè)管子的漏極和源極是可互換的，因此，傳輸門是雙向的，輸入和輸出可以互換。 上頁 下頁 返回?cái)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 邏輯門 電路使用中的幾個(gè)實(shí)際問題 1. 各種門電路之間的接口 TTL電路和 CMOS電路接口時(shí)，無論是用 TTL電路驅(qū)動(dòng)CMOS電路還是用 CMOS電路驅(qū)動(dòng) TTL電路，驅(qū)動(dòng)門都必須為負(fù)載門提供合乎標(biāo)準(zhǔn)的高、低電平和足夠的驅(qū)動(dòng)電流。 (1) TTL電路與 CMOS電路的接口 當(dāng)多種邏輯器件混合使用時(shí)，一般需要考慮的是電平是否兼容以及帶負(fù)載能力兩方面。 上頁 下頁 返回?cái)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)a. 用 TTL電路驅(qū)動(dòng) CMOS電路 (a) 當(dāng)用 TTL電路驅(qū)動(dòng) 4000系列和 HC系列 CMOS電路 (兩者的電源電壓相近 )時(shí)，必須設(shè)法將 TTL電路的輸出高電平提升到 。此時(shí)可以在 TTL電路的輸出端接一個(gè)上拉電阻至電源 UCC(+5V)。上頁 下頁 返回?cái)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 如果 CMOS電路的電源較高 (UDDUCC )， TTL的輸出端仍可接一上拉電阻，但需使用集電極開路門電路。上頁 下頁 返回?cái)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 另一種方案是采用一個(gè)專用的 CMOS電平移動(dòng)器，它由兩種直流電源 UCC和 UDD供電，電平移動(dòng)器接收 TTL電平 (對(duì)應(yīng)于UCC)， 而輸出 CMOS電平 (對(duì)應(yīng)于 UDD)， 電路如圖所示。 上頁 下頁 返回?cái)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(b) 用 TTL電路驅(qū)動(dòng) HCT系列和 ACT系列的 CMOS門電路時(shí)，因兩類電路性能兼容，故可以直接相接，不需外加元件和器件。 ? (2) 用 CMOS電路驅(qū)動(dòng) TTL電路 由于 CMOS驅(qū)動(dòng)電流較小 (特別是輸出低電平時(shí) )，所以對(duì) TTL電路的驅(qū)動(dòng)能力很有限。例如， CD4069(六反相器 )只能直接驅(qū)動(dòng)兩個(gè) 74LS系列門負(fù)載，提高 CMOS電路驅(qū)動(dòng)能力常用的方法：a. 將同一封裝內(nèi)的門電路并聯(lián)使用。上頁 下頁 返回?cái)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)b. 采用 CMOS驅(qū)動(dòng)器c. 采用 CMOS漏極開路門 (OD門 )上頁 下頁 返回?cái)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)d. 用三極管反相器作為接口電路，可用三極管電流放大器擴(kuò)展電流驅(qū)動(dòng)能力。上頁 下頁 返回?cái)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)正確的接地對(duì)于降低電路的噪聲是非常重要的。2. 接地問題 將電源地和信號(hào)地分開、強(qiáng)電與弱電地分開、模擬地和數(shù)字地分開。先將各自的地匯集在一點(diǎn)，然后將所有地線用最短的導(dǎo)線連在一起，實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)接地，以避免相互影響。在印制電路板設(shè)計(jì)中，盡量加粗加寬地線，避免導(dǎo)線電阻造成各接地點(diǎn)電位不同。 通常采用的措施：上頁 下頁 返回?cái)?shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)選擇的依據(jù)主要是器件的技術(shù)參數(shù)、市場貨源等。3. 集成門器件選擇依據(jù)設(shè)計(jì)要求來選用合適的器件