【正文】 上頁 下頁 返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)與非門 7420在輸出端空載情況下，實測的 uI ~R和 uO~R關(guān)系曲線。 上頁 下頁 返回數(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實際曲線tIEL和 IEH分別為輸出等于 0和 1時的電源電流。 電源中的尖峰電流上頁 下頁 返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(1) 尖峰電流對電路的影響a. 電路間相互影響會導(dǎo)致邏輯上的錯誤；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實際曲線t上頁 下頁 返回數(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 返回數(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 返回數(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)則遠優(yōu)于 TTL， CMOS的抗干擾能力也比 TTL強。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，且費用較低。上頁 下頁 返回數(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，而功耗卻大大降低，上頁 下頁 返回數(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 TTL74系列互換使用。上頁 下頁 返回數(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 返回數(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 因為 PMOS和 NMOS在電氣和邏輯特性上互補，即 PMOS的電壓極性以及電流方向都與 NMOS相反，因而得名互補 MOS（ 即 CMOS） 反相器電路。 T1為 NMOS管，稱驅(qū)動管；T2為 PMOS管，稱負載管。電路由兩個增強型 MOS場效應(yīng)管組成。上頁 下頁 返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)PMOS和 NMOS由一個共同的信號控制，所以對于任意輸入邏輯（ 0或 1）互補的兩個管子必然一個導(dǎo)通。a. 當 uI為低電平時輸出電壓為高電平 UOH ≈ VDD 由于 MOSFET在截止時，其漏源極間的等效電阻 109Ω以上，而導(dǎo)通時，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 返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)兩該電路實現(xiàn)了反相邏輯功能 uIT1T2+－g2g1s2d2 uO+－d1s1+VDDb. 當 uI為高電平時輸出電壓為低電平T1管導(dǎo)通， T2管截止。UOL ≈ 0V 上頁 下頁 返回數(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。上頁 下頁 返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)3. CMOS反相器的主要特點(1) 靜態(tài)功耗低 反相器穩(wěn)定工作時總是有一個管子處于截止狀態(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 為了提高 CMOS門電路的抗干擾能力，還可以通過適當提高 UDD的方法來實現(xiàn)。上頁 下頁 返回數(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。標準 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) 扇出能力強上頁 下頁 返回數(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 考慮負載及連線等效電容 CL時的等效電路 上頁 下頁 返回數(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 返回數(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 返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) NMOS管串聯(lián)構(gòu)成，有幾個輸入端，就有幾個管子串聯(lián)，其輸出低電平是各驅(qū)動管 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。上頁 下頁 返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) NMOS管并聯(lián)構(gòu)成的， 有幾個輸入端，就有幾個管子并聯(lián)。其輸出低電平是一個驅(qū)動管的 D、 S極間導(dǎo)通電壓，增加輸入端數(shù)，不會提高 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 返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) CMOS傳輸門1. CMOS傳輸門及符號傳輸門（ Transmission Gate， 簡稱 TG門） —— 一種傳輸模擬信號（ 也包括數(shù)字信號）的模擬開關(guān)。上頁 下頁 返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)TP和 TN結(jié)構(gòu)對稱。其漏極和源極可互換。兩管的柵極由互補的信號 C和 來控制。上頁 下頁 返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)2. 工作原理 輸入信號 uI在 0~10V之間變化兩管的開啟電壓|UP|=|UN|=2V設(shè):VDD=10V(1) 當 C接低電平 0V， uI取 0~10V范圍內(nèi)的任何值時TN、 TP均不導(dǎo)通，開關(guān)是斷開的。 上頁 下頁 返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(2) 當 C端接高電壓 10V時同時當 uI在 2~10V范圍內(nèi)變化時 TP導(dǎo)通。 uI在 0~8V范圍內(nèi)變化TN導(dǎo)通 綜上所述，當 C接高電平時， uI在 0~VDD之間變化時， TP與TN始終有一個導(dǎo)通，即開關(guān)始終是接通的。 另外，由于兩個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 返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 邏輯門 電路使用中的幾個實際問題 1. 各種門電路之間的接口 TTL電路和 CMOS電路接口時，無論是用 TTL電路驅(qū)動CMOS電路還是用 CMOS電路驅(qū)動 TTL電路，驅(qū)動門都必須為負載門提供合乎標準的高、低電平和足夠的驅(qū)動電流。 (1) TTL電路與 CMOS電路的接口 當多種邏輯器件混合使用時，一般需要考慮的是電平是否兼容以及帶負載能力兩方面。 上頁 下頁 返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)a. 用 TTL電路驅(qū)動 CMOS電路 (a) 當用 TTL電路驅(qū)動 4000系列和 HC系列 CMOS電路 (兩者的電源電壓相近 )時，必須設(shè)法將 TTL電路的輸出高電平提升到 。此時可以在 TTL電路的輸出端接一個上拉電阻至電源 UCC(+5V)。上頁 下頁 返回數(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 返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 另一種方案是采用一個專用的 CMOS電平移動器，它由兩種直流電源 UCC和 UDD供電，電平移動器接收 TTL電平 (對應(yīng)于UCC)， 而輸出 CMOS電平 (對應(yīng)于 UDD)， 電路如圖所示。 上頁 下頁 返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)(b) 用 TTL電路驅(qū)動 HCT系列和 ACT系列的 CMOS門電路時，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 TTL電路 由于 CMOS驅(qū)動電流較小 (特別是輸出低電平時 )，所以對 TTL電路的驅(qū)動能力很有限。例如， CD4069(六反相器 )只能直接驅(qū)動兩個 74LS系列門負載，提高 CMOS電路驅(qū)動能力常用的方法：a. 將同一封裝內(nèi)的門電路并聯(lián)使用。上頁 下頁 返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)b. 采用 CMOS驅(qū)動器c. 采用 CMOS漏極開路門 (OD門 )上頁 下頁 返回數(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展電流驅(qū)動能力。上頁 下頁 返回數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)正確的接地對于降低電路的噪聲是非常重要的。2. 接地問題 將電源地和信號地分開、強電與弱電地分開、模擬地和數(shù)字地分開。先將各自的地匯集在一點，然后將所有地線用最短的導(dǎo)線連在一起，實現(xiàn)單點接地，以避免相互影響。在印制電路板設(shè)計中，盡量加粗加寬地線，避免導(dǎo)線電阻造成各接地點電位不同。 通常采用的措施：上頁 下頁 返回數(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)計要求來選用合適的器件