【正文】 為了更好地使用數(shù)字集成芯片，應(yīng)熟悉 TTL和 CMOS各個(gè)系列產(chǎn)品的 外部電氣特性及主要參數(shù)，正確處理多余輸入端和抗干擾問題 。集成門電路除了有實(shí)現(xiàn)各種基本邏輯關(guān)系的產(chǎn)品外，還有輸出開路門（ OC門、 OD門）、三態(tài)門、傳輸門等。 門懸空 ≥ CMOS 門懸空 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 門電路是組成數(shù)字電路的基本單元之一，門電路的 學(xué)習(xí)重點(diǎn)是常用集成門的邏輯功能、外特性和應(yīng)用方法。 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 解： 集成邏輯門電路應(yīng)用舉例 [例 ] 試改正下圖電路的錯(cuò)誤 ， 使其正常工作 。 若要求功耗低、抗干擾能力強(qiáng)，則應(yīng)選用 CMOS 電路。 功耗極低 抗干擾能力強(qiáng) 電源電壓范圍寬 輸出信號(hào)擺幅大 (UOH ? VDD， UOL ? 0 V) 輸入阻抗高 扇出系數(shù)大 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 集成邏輯門電路的選用 根據(jù)電路工作要求和市場因素等綜合決定 若對(duì)功耗和抗干擾能力要求一般，可選用 TTL 電路。 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 三、 CMOS 門 電路的主要特點(diǎn) 注意： CMOS 電路的扇出系數(shù)大是由于其負(fù)載門的輸入阻抗很高，所需驅(qū)動(dòng)功率極小， 并非 CMOS 電路的驅(qū)動(dòng)能力比 TTL 強(qiáng)。但這樣會(huì)增大輸入電容， 使速度下降，因此工作頻率高時(shí)不宜這樣用。 二、 CMOS 集成邏輯門使用要點(diǎn) 2. 閑置輸入端的處理 不允許懸空。 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 1. 注意不同系列 CMOS 電路允許的電源電壓范圍不同， 一般多用 + 5 V。 由于 CMOS電路 UTH ? VDD / 2，噪聲容限UNL ? UNH ? VDD / 3，因此抗 干擾能力很強(qiáng)。 高速 CMOS 系列 (又稱 HCMOS 系列 ) 功耗極低、抗干擾能力強(qiáng)；電源電壓范圍 VDD = 2 ~ 6 V； 工作頻率高， fmax = 50 MHz； 驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)。 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 圖 CMOS三態(tài)門電路結(jié)構(gòu)之三 返回 (3)在反相器的輸出端串進(jìn)一個(gè) CMOS模擬開關(guān)，作為輸出狀態(tài)的控制開關(guān)。 Y = AB 構(gòu)成與門 構(gòu)成輸出端開路的非門 需外接上拉電阻 RD 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 圖 CMOS三態(tài)門電路結(jié)構(gòu)之一 返回 四、三態(tài)輸出的 CMOS門電路 (1)反相器上增加一對(duì) P溝道和 N溝道的 MOS管組成。 CMOS 傳輸 門 結(jié)構(gòu) 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) PMOS C uI/uO VDD CMOS傳輸 門電路結(jié)構(gòu) uO/uI VP C NMOS VN 傳輸門是一個(gè)理想的 雙向開關(guān)， 可傳輸模擬信號(hào) ，也可傳輸 數(shù)字信號(hào) 。 uO = uI，稱傳輸門開通。 uI 不能傳輸?shù)捷敵龆?，稱傳輸門關(guān)閉。 PMOS C uI/uO VDD CMOS傳輸 門電路結(jié)構(gòu) uO/uI VP C NMOS VN 工作原理 MOS 管的漏極和源極結(jié)構(gòu)對(duì)稱，可互換使用，因此 CMOS 傳輸門的輸出端和輸入端也可互換。 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 二、 CMOS 傳輸 門和雙向模擬開關(guān) COMS傳輸門與前面所講的推拉式輸出的門電路、 OC門、三態(tài)門的區(qū)別： 推拉式輸出的門電路、 OC門、三態(tài)門只能用來傳輸 0、 1 信號(hào)，而傳輸門可以傳輸 0~VDD之間的任何信號(hào)。 實(shí)際使用的門電路均采用帶緩沖級(jí)的結(jié)構(gòu)，即在基本門電路的每個(gè)輸入、輸出端各加一級(jí)反相器。 圖 CMOS或非 門 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 3. 帶緩沖器的 CMOS 門 由于結(jié)構(gòu)不對(duì)稱上述門電路的 輸出特性不對(duì)稱 ；電路的 電壓傳輸特性發(fā)生偏移 ，閾值電壓不再是 ，導(dǎo)致噪聲容限下降。 ◆ 當(dāng)輸入均為 高電平時(shí)： 低電平輸入端相對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)管截止，負(fù)載管導(dǎo)通， 輸出為高電平。 與非門結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： 驅(qū)動(dòng)管相串聯(lián) ， 負(fù)載管相并聯(lián) 。 NMOS 管為驅(qū)動(dòng)管，PMOS 管為負(fù)載管。 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 3 . CMOS反相器的動(dòng)態(tài)特性 一、傳輸延遲時(shí)間 二、動(dòng)態(tài)功耗 [例 ] 下圖中，門電路為 CMOS系列， 試 確定它們的 輸出。 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) （ 3）輸入負(fù)載特性 因絕緣柵場效應(yīng)管的柵極絕緣，因此無輸入負(fù)載特性。 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 返回 2）輸出特性 圖 vO= VOL時(shí) CMOS反相器的工作狀態(tài) 輸出低電平特性 圖 CMOS反相器的低電平輸出特性 同樣的 IoL值下，VDD越大， VOL越小。 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 圖 不同 VDD下 CMOS反相器的噪聲容限 返回 輸入端噪聲容限 結(jié)論：電源電壓越高，抗干擾能力越強(qiáng)。 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) A uI Y uO VDD S G D D G S B VP VN B vI v 增強(qiáng)型 NMOS 管 (驅(qū)動(dòng)管 ) 增強(qiáng)型 PMOS 管(負(fù)載管 ) 構(gòu)成互補(bǔ)對(duì)稱結(jié)構(gòu) (一 )電路基本結(jié)構(gòu) 要求 VDD UGS(th)N +｜ UGS(th)P｜且 UGS(th)N =｜ UGS(th)P｜ I CMOS 反相器 該電路構(gòu)成 CMOS 非門，又稱 CMOS 反相器。 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) P溝道 增強(qiáng)型 ∣ UGS∣ ≥∣ UGS(TH) ∣ , ∣ UGD ∣ ＜ ∣ UGS(TH) ∣ ∣ UGS∣ ＜ ∣ UGS(TH) ∣ 可變電阻區(qū) 截止區(qū) 輸出特性 U GS(TH)0 飽和區(qū) ∣ UGS∣ ≥∣ UGS(TH) ∣ , ∣ UGD ∣ ≥ ∣ UGS(TH) ∣ 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) MOS管的開關(guān)特性 圖 NMOS管和PMOS管的開關(guān)電路 圖 NMOS管的開關(guān)等效電路 當(dāng) uGS＜ UGS(th)時(shí)， NMOS管截止，則輸出高電平。 PMOS集成電路問世較早，但因工作速度低、電源為負(fù)且電壓較高、同其他集成電路配接不方便等原因，現(xiàn)在幾乎被淘汰； NMOS集成電路工作速度快，尺寸小，加之NMOS工藝水平的不斷提高，目前在許多高速大規(guī)模集成電路產(chǎn)品中仍采用；而 CMOS集成電路功耗小、工作速度快，應(yīng)用最為廣泛。 510Ω RI ROFF ，相應(yīng)輸入端為低電平。 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) [例 ] 欲用下列電路實(shí)現(xiàn)非運(yùn)算 ， 試改錯(cuò) 。 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 或門和或非門的多余輸入端接邏輯 0 或者與有用輸入端并接 對(duì)輸出端的要求 (1)TTL集成門電路的輸出端不允許直接接地或接+5 V電源，否則將導(dǎo)致器件損壞。 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) （ 2） 多余輸入端的處理 與門和與非門的多余輸入端接邏輯 1 或者與有用輸入端并接。因此在以 TTL門電路為基本器件的系統(tǒng)中，電源電壓應(yīng)滿足 ( V)。 工作高阻態(tài)時(shí)，數(shù)據(jù) 經(jīng)反相后傳送到總線上。 總線 (1)構(gòu)成單向總線 應(yīng)用： 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 返回 DI DO/DI DO 0 0 高阻態(tài) 工作 DI EN = 0 時(shí)，總線上的數(shù)據(jù) DI經(jīng)反相后在 G2 輸出端輸出。 EN 稱使能信號(hào)或控制信號(hào)，A、 B 稱數(shù)據(jù)信號(hào)。 數(shù) 字 電 子 技 術(shù) 圖 三態(tài) 輸出門的電路圖和圖形符號(hào) 返回 三、三態(tài)輸出門電路（ TS門） 在普通門電路的基礎(chǔ)上附加控制電路而構(gòu)成的。應(yīng)用 OC 門就可以適應(yīng)負(fù)載門對(duì)電平的要求。普通 TTL 門輸出端不能并聯(lián)，否則可能損壞器件。