目录
一、门电路类型
二、CMOS逻辑门
1、CMOS基础
2、MOS管开关电路
(1)、基础理论分析
(2)、开关动态特性
3、CMOS反相器
4、与非、或非门
三、逻辑门的不同输出结构与参数
1、CMOS的保护和缓冲
2、漏极开路与三态输出
(1)漏极开路
(2)三态输出
3、CMOS重要技术参数
(1)、输入与输出高低电平
(2)、输入噪声容限
(3)、传输延迟时间
一、门电路类型
按照制造门电路的晶体管不同,分为MOS型、双极型、混合型。
MOS:CMOS、NMOS、PMOS
双极型:TTL、ECL
混合型:BiCMOS、IGBT
二、CMOS逻辑门
1、CMOS基础
早期4000系列已逐步进入淘汰的边缘,除了价格优势;
CMOS集成电路根据额定电压区分,不同类型主要靠字母区分,例如:
HC(High-Speed CMOS)、HCT(with TTL-Compatible Inputs):高速CMOS,T表示与TTL电平兼容;
AC(Advanced)、ACT:改进型CMOS,提高速度;
AHC、AHCT:改进型高速CMOS,降低时延;
LV(Low-Voltage)、LVC(with TTL Compatible Inputs):低电压CMOS,LV表示低压、C表示兼容TTL;
ALVC:增强低电压CMOS,更低电压、更高速度;
AUC(Advanced Ultra-Low-Voltage):超低电压CMOS;
AUP(with Power-Off Protection):超低电压,带电源关闭保护。
当然随着现代工艺的逐渐改善,CMOS电路的电压不再是个很固定的值,大多是个范围,例如74HC,基本上可以适应输入2~6V,最大7V;74LVC支持1.65~3.6V,最大6.5V。
2、MOS管开关电路
(1)、基础理论分析
可以看到最简单的,VI<VT时,MOS管截止,Vo被上拉到VDD;VI>VT时,MOS管导通,Vo通过Rd与MOS管等效阻抗(很小)分压,从而≈被下拉到GND上,从而实现开关。
Rd同时也起到限流作用,但是其上也会消耗功率。
(2)、开关动态特性
假如输入的VI是个变化值呢,例如脉冲或者矩形波:
可以看到上升沿与下降沿变化缓慢,而且Vo输出滞后于VI输入,反映在数据表上也是tpHL与tpLH的值。
3、CMOS反相器
其实和刚才一致,当VI高,输入Vo被拉到GND;当VI低,输入Vo被拉到VDD。这也是一个很经典的非门电路。
具体的在下一文进行讲述。
4、与非、或非门
这类门电路,基本上就是普通的开关电路,看好N型还是P型去计算导通截止即可。
三、逻辑门的不同输出结构与参数
1、CMOS的保护和缓冲
首先是前级的两个二极管,其保证了电压超过VDD+VD或者小于-VD,电压会被限制。同时前文已阐述这两对CMOS管组成了反相器,因此也就是非门可以用作缓冲,例如下图。
2、漏极开路与三态输出
(1)漏极开路
漏极开路是指CMOS门电路的输出电路只有NMOS管,并且它的漏极是开路的。
其主要反映在并联的时候:
由于驱动门的输出电容、负载门的输入电容以及接线电容的存在,上拉电阻Rp 的大小必将影 响门的开关速度,Rp的值越小负载电容的充电时间常数也越小,因而开关速度越快,但是上拉电子不能任意减小 ,它必须保证OD门输出端的电流不能超过允许的最大值。
在输出高低电平的时候,等效电路的不同,导致R不同,因此充放电时间不一致,因此避免工作速度快使用。
(2)三态输出
三态输出门电路主要用于总线传输,如计算机或微处理器系统,任何时刻只有一个门电路的使能端 EN为1,该门电路的信号被传到总线上,而其他三态输出电路处于高阻状态。这样就可以按一定顺序将各个门电路的输出信号分时送到总线上 。
3、CMOS重要技术参数
(1)、输入与输出高低电平
一般而言,在不考虑兼容TTL的时候
CMOS输入高电平:VIH≥0.7*VCC、输入低电平VIL≤0.3*VCC
CMOS输出高电平:VOH≥0.9*VCC、输出低电平VHL≤0.1*VCC
(2)、输入噪声容限
正好对应前级输出与后记输入,只要在范围区间就有容限值。