CMOS门电路(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)

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CMOS集成门电路简称CMOS门电路,以金属氧化物半导体场效应晶体管. (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor )作为开关器件。由PMOS场效应管和NMOS场效应管以互补对称的形式组成

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等效电路图:输入为低电平时PMOS打开输出高电平,反之则反。 image.png

CMOS集成电路的性能及特点:

  1. 功耗低
  2. 工作电压范围宽(3~18V)
  3. 逻辑摆幅大
  4. 抗干扰能力强
  5. 输入阻抗高
  6. 温度稳定性好
  7. 扇出能力强(上级1个输出端能带下级50个输入端)
  8. 抗辐射能力强

CMOS反相器传输特性

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电压输入输出特性:

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1/2Vdd时,两个MOS管同时开启,这个应该避免,因为这个过程漏电流最大,功耗也最大。实际应用中提高其输入电压跳变时间使该过程非常快

电流传输特性:

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输入端噪声容限(抗干扰能力的重要参数):在保证输出的高低电平基本不变的条件下,允许输入信号的高低电平有一个波动范围

【波动可能来自信号传输过程中,电感的耦合、电容的耦合、电源线与地线噪声】

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  • 高电平噪声容限:Vih=Voh(min)- Vih(min)
  • 高电平噪声容限:Vnl=Vol(max)- Vil(max) image.png

输入电压决定了噪声容限(系统电压越高CMOS的噪声容限越大)

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CMOS反相器的静态特性(电路在保持某种状态不变时的特性)

  1. 输入特性(Input Characteristic):从反相器输入端看进去的输入电压与输入电流的关系

为什么需要保护电路呢:因为MOS管制造完之后其栅极和衬底之间氧化膜非常薄,当外界有一些干扰、脉冲、静电、高压时容易使其击穿

【加了钳位二极管(钳位在电路中是限制电压的意思,钳位二极管是指用于在电路中将某点的电位进行限制的二极管。图中前面两个,中间的称为分布二极管)和分布电容(分布电容存在于由两个存在电压差而又相互绝缘的导体间。 因此在任何电路中,任何两个存在压差的绝缘导体之间都会形成分布电容,只是分布电容大小问题。在高频率时,它对电路的影响不可以忽略,因此一般在高频电路和精密仪器中尤其要注意采取措施,从而降低分布电容影响)】

74系列: image.png

4000系列

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输入特性 image.png

输出特性

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后续学到再补充改正

  • CC4049