login_博猫2「一家有爱的游戏平台」CMOS管工作原理及详解-CMOS管电路原理图与性能特点-KIA MOS管

CMOS管工作原理及详解-CMOS管电路原理图与(yu)性能特(te)点-KIA MOS管

信息来源：本(ben)站(zhan)　日期：2018-07-24　

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CMOS门电路

CMOS门电(dian)路一(yi)般是(shi)由(you)MOS管构成(cheng)，由(you)于MOS管的栅(zha)极(ji)和其它(ta)各极(ji)间有绝缘(yuan)层相隔，在(zai)直流(liu)状(zhuang)态(tai)下(xia)，栅(zha)极(ji)无(wu)电(dian)流(liu)，所(suo)以静态(tai)时栅(zha)极(ji)不取电(dian)流(liu)，输(shu)(shu)入电(dian)平与外接(jie)电(dian)阻无(wu)关。由(you)于MOS管在(zai)电(dian)路中是(shi)一(yi)压控元件，基于这一(yi)特点(dian)，输(shu)(shu)入端信号易受外界干(gan)扰，所(suo)以在(zai)使用CMOS门电(dian)路时输(shu)(shu)入端特别注意不能悬空(kong)。在(zai)使用时应采用以下(xia)方法(fa)：

1）、与(yu)门(men)和与(yu)非门(men)电(dian)(dian)(dian)路(lu)：由于(yu)(yu)与(yu)门(men)电(dian)(dian)(dian)路(lu)的逻(luo)辑(ji)(ji)功能(neng)是(shi)输(shu)(shu)(shu)入信(xin)(xin)(xin)号(hao)只(zhi)要(yao)有(you)(you)(you)低电(dian)(dian)(dian)平(ping)(ping)(ping)，输(shu)(shu)(shu)出信(xin)(xin)(xin)号(hao)就(jiu)为(wei)(wei)低电(dian)(dian)(dian)平(ping)(ping)(ping)，只(zhi)有(you)(you)(you)全(quan)(quan)部(bu)为(wei)(wei)高电(dian)(dian)(dian)平(ping)(ping)(ping)时(shi)(shi)(shi)，输(shu)(shu)(shu)出端才(cai)(cai)为(wei)(wei)高电(dian)(dian)(dian)平(ping)(ping)(ping)。而(er)与(yu)非门(men)电(dian)(dian)(dian)路(lu)的逻(luo)辑(ji)(ji)功能(neng)是(shi)输(shu)(shu)(shu)入信(xin)(xin)(xin)号(hao)只(zhi)要(yao)有(you)(you)(you)低电(dian)(dian)(dian)平(ping)(ping)(ping)，输(shu)(shu)(shu)出信(xin)(xin)(xin)号(hao)就(jiu)是(shi)高电(dian)(dian)(dian)平(ping)(ping)(ping)，只(zhi)有(you)(you)(you)当输(shu)(shu)(shu)入信(xin)(xin)(xin)号(hao)全(quan)(quan)部(bu)为(wei)(wei)高电(dian)(dian)(dian)平(ping)(ping)(ping)时(shi)(shi)(shi)，输(shu)(shu)(shu)出信(xin)(xin)(xin)号(hao)才(cai)(cai)是(shi)低电(dian)(dian)(dian)平(ping)(ping)(ping)。所以某(mou)输(shu)(shu)(shu)入端输(shu)(shu)(shu)入电(dian)(dian)(dian)平(ping)(ping)(ping)为(wei)(wei)高电(dian)(dian)(dian)平(ping)(ping)(ping)时(shi)(shi)(shi)，对电(dian)(dian)(dian)路(lu)的逻(luo)辑(ji)(ji)功能(neng)并无影响，即其它使用的输(shu)(shu)(shu)入端与(yu)输(shu)(shu)(shu)出端之(zhi)间仍具(ju)有(you)(you)(you)与(yu)或(huo)者与(yu)非逻(luo)辑(ji)(ji)功能(neng)。这样(yang)对于(yu)(yu)CMOS与(yu)门(men)、与(yu)非门(men)电(dian)(dian)(dian)路(lu)的多(duo)余(yu)输(shu)(shu)(shu)入端就(jiu)应(ying)采用高电(dian)(dian)(dian)平(ping)(ping)(ping)，即可通过限流电(dian)(dian)(dian)阻（500Ω）接电(dian)(dian)(dian)源。

2）、或门(men)(men)(men)(men)、或非(fei)(fei)门(men)(men)(men)(men)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)：或门(men)(men)(men)(men)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)的(de)逻(luo)辑(ji)功能(neng)(neng)是(shi)(shi)输(shu)(shu)(shu)入信(xin)(xin)(xin)号只(zhi)(zhi)要有高(gao)(gao)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)平(ping)(ping)输(shu)(shu)(shu)出(chu)(chu)信(xin)(xin)(xin)号就(jiu)为(wei)(wei)高(gao)(gao)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)平(ping)(ping)，只(zhi)(zhi)有输(shu)(shu)(shu)入信(xin)(xin)(xin)号全部(bu)为(wei)(wei)低(di)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)平(ping)(ping)时(shi)，输(shu)(shu)(shu)出(chu)(chu)信(xin)(xin)(xin)号才为(wei)(wei)低(di)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)平(ping)(ping)。而或非(fei)(fei)门(men)(men)(men)(men)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)的(de)逻(luo)辑(ji)功能(neng)(neng)是(shi)(shi)输(shu)(shu)(shu)入信(xin)(xin)(xin)号只(zhi)(zhi)要有高(gao)(gao)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)平(ping)(ping)，输(shu)(shu)(shu)出(chu)(chu)信(xin)(xin)(xin)号就(jiu)是(shi)(shi)低(di)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)平(ping)(ping)，只(zhi)(zhi)有当输(shu)(shu)(shu)入信(xin)(xin)(xin)号全部(bu)是(shi)(shi)低(di)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)平(ping)(ping)时(shi)输(shu)(shu)(shu)出(chu)(chu)信(xin)(xin)(xin)号才是(shi)(shi)高(gao)(gao)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)平(ping)(ping)。这样(yang)当或门(men)(men)(men)(men)或者或非(fei)(fei)门(men)(men)(men)(men)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)某输(shu)(shu)(shu)入端的(de)输(shu)(shu)(shu)入信(xin)(xin)(xin)号为(wei)(wei)低(di)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)平(ping)(ping)时(shi)并不影响门(men)(men)(men)(men)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)的(de)逻(luo)辑(ji)功能(neng)(neng)。所以或门(men)(men)(men)(men)和或非(fei)(fei)门(men)(men)(men)(men)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)(lu)多余(yu)输(shu)(shu)(shu)入端的(de)处理方法(fa)应(ying)是(shi)(shi)将多余(yu)输(shu)(shu)(shu)入端接低(di)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)平(ping)(ping)，即通过限流电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)阻（500Ω）接地(di)。

CMOS逻(luo)辑电平

高速(su)CMOS电(dian)路的电(dian)源电(dian)压VDD通(tong)常为+5V;Vss接地(di)，是0V。

高电(dian)平视(shi)为逻(luo)辑(ji)“1”，电(dian)平值(zhi)的(de)范围为：VDD的(de)65%～VDD(或者(zhe)VDD-1.5V～VDD)

低(di)电平视作逻辑(ji)“0”，要求不超过VDD的35%或0～1.5V。

+1.5V～+3.5V应看(kan)作不(bu)确定电平。在硬(ying)件设计中要(yao)避免出现(xian)不(bu)确定电平。

随着技术的(de)(de)发展，单(dan)片(pian)机(ji)的(de)(de)电源呈下(xia)降(jiang)(jiang)趋势。低电源电压有助于(yu)降(jiang)(jiang)低功耗(hao)。VDD为(wei)3.3V的(de)(de)CMOS器件已(yi)大量使用(yong)(yong)。在便携式应(ying)用(yong)(yong)中，VDD为(wei)2.7V，甚(shen)至1.8V的(de)(de)单(dan)片(pian)机(ji)也已(yi)经出现。将来(lai)电源电压还会继续(xu)下(xia)降(jiang)(jiang)，降(jiang)(jiang)到(dao)0.9V，但低于(yu)VDD的(de)(de)35%的(de)(de)电平(ping)视为(wei)逻辑(ji)“0”，高于(yu)VDD的(de)(de)65%的(de)(de)电平(ping)视为(wei)逻辑(ji)“1”的(de)(de)规律仍然是(shi)适(shi)用(yong)(yong)的(de)(de)。

CMOS集成电路的性能特点

微功耗(hao)—CMOS电路的(de)单门静态(tai)功耗(hao)在(zai)毫微瓦（nw）数量级。

高噪(zao)声(sheng)(sheng)容限(xian)—CMOS电(dian)路的(de)噪(zao)声(sheng)(sheng)容限(xian)一般在40%电(dian)源电(dian)压(ya)以上。

宽(kuan)工作电(dian)压(ya)(ya)范(fan)围—CMOS电(dian)路的(de)电(dian)源电(dian)压(ya)(ya)一般为1.5~18伏。

高逻辑(ji)摆幅(fu)—CMOS电(dian)路输(shu)出高、低电(dian)平的幅(fu)度达到(dao)全电(dian)为VDD，逻辑(ji)“0”为VSS。

高输(shu)入阻抗(kang)(kang)--CMOS电路(lu)的输(shu)入阻抗(kang)(kang)大(da)于108Ω,一般可(ke)达1010Ω。

高扇出(chu)能力--CMOS电(dian)路(lu)的扇出(chu)能力大于50。

低输入电(dian)(dian)容(rong)--CMOS电(dian)(dian)路(lu)的输入电(dian)(dian)容(rong)一般不大(da)于5PF。

宽(kuan)工(gong)作温(wen)度(du)范围(wei)—陶瓷封装的CMOS电路工(gong)作温(wen)度(du)范围(wei)为

- 55 0C ~ 125 0C；塑封的CMOS电路为 – 40 0C ~ 85 0C。

CMOS工作原理及详解

由(you)于两(liang)管栅极(ji)工(gong)作(zuo)(zuo)电(dian)(dian)压极(ji)性相反，故将两(liang)管栅极(ji)相连作(zuo)(zuo)为输入(ru)端(duan)，两(liang)个漏(lou)极(ji)相连作(zuo)(zuo)为输出(chu)端(duan)，如图(tu)(a)所(suo)示(shi)(shi)，则两(liang)管正好互为负载，处于互补工(gong)作(zuo)(zuo)状态。当输入(ru)低电(dian)(dian)平(ping)(ping)(Vi=Vss)时，PMOS管导(dao)通(tong)，NMOS管截止，输出(chu)高电(dian)(dian)平(ping)(ping)，如图(tu)(b)所(suo)示(shi)(shi)。　·当输入(ru)高电(dian)(dian)平(ping)(ping)（Vi=VDD）时，PMOS管截止，NMOS管导(dao)通(tong)，输出(chu)为低电(dian)(dian)平(ping)(ping)，如图(tu)(c)所(suo)示(shi)(shi)。两(liang)管如单(dan)刀(dao)双(shuang)掷开关一样交替工(gong)作(zuo)(zuo)，构(gou)成反相器。

CMOS管工作原理及详解

1、非门

非门(men)(反(fan)向(xiang)器)是最简单(dan)的门(men)电路，由(you)一对CMOS管组成(cheng)。其(qi)工作(zuo)原(yuan)理如下：

CMOS管工作原理及详解

A端(duan)为(wei)高电(dian)(dian)平(ping)时，P型(xing)管(guan)(guan)截止(zhi)，N型(xing)管(guan)(guan)导通(tong)，输(shu)出(chu)端(duan)C的电(dian)(dian)平(ping)与Vss保持一致(zhi)，输(shu)出(chu)低电(dian)(dian)平(ping);A端(duan)为(wei)低电(dian)(dian)平(ping)时，P型(xing)管(guan)(guan)导通(tong)，N型(xing)管(guan)(guan)截止(zhi)，输(shu)出(chu)端(duan)C的电(dian)(dian)平(ping)与VDD一致(zhi)，输(shu)出(chu)高电(dian)(dian)平(ping)。

2、与(yu)非门工作原理

CMOS管工作原理及详解

①、A、B输入均(jun)为低电平时(shi)，1、2管(guan)导通，3、4管(guan)截止，C端电压与VDD一致(zhi)，输出(chu)高(gao)电平。

②、A输(shu)入高电平(ping)，B输(shu)入低电平(ping)时，1、3管导通，2、4管截止，C端电位(wei)与(yu)1管的漏极保持(chi)一致，输(shu)出高电平(ping)。

③、A输入(ru)低电平(ping)，B输入(ru)高电平(ping)时，情(qing)况与②类(lei)似，亦(yi)输出高电平(ping)。

④、A、B输入(ru)均为(wei)高电平(ping)(ping)时，1、2管截止，3、4管导(dao)通，C端电压(ya)与(yu)地一致(zhi)，输出低电平(ping)(ping)。

3、或非(fei)门工作原理

CMOS管工作原理及详解

①、A、B输入均为低(di)电(dian)平时，1、2管(guan)(guan)导通(tong)，3、4管(guan)(guan)截止，C端电(dian)压与VDD一致，输出高电(dian)平。

②、A输(shu)入高电平，B输(shu)入低电平时，1、4管导通(tong)，2、3管截止，C端输(shu)出低电平。

③、A输(shu)入(ru)(ru)低电(dian)平，B输(shu)入(ru)(ru)高电(dian)平时，情(qing)况与②类似(si)，亦(yi)输(shu)出低电(dian)平。

④、A、B输(shu)入均为(wei)高电平时，1、2管截止，3、4管导通，C端电压与(yu)地一致，输(shu)出低(di)电平。

注(zhu)：将上(shang)述“与非(fei)(fei)”门(men)、“或非(fei)(fei)”门(men)逻辑符号(hao)的输出端的小圆圈(quan)去掉，就成了(le)“与”门(men)、“或”门(men)的逻辑符号(hao)。而实(shi)现“与”、“或”功(gong)能的电路(lu)图(tu)则(ze)必须在输出端加上(shang)一(yi)个反向器(qi)，即加上(shang)一(yi)对CMOS管，因此，“与”门(men)实(shi)际上(shang)比“与非(fei)(fei)”门(men)复杂，延迟时间也长些，这一(yi)点在电路(lu)设计(ji)中要注(zhu)意。

4、三态门的(de)工作(zuo)原理

CMOS管工作原理及详解

当(dang)控(kong)制端(duan)C为“1”时，N型管(guan)(guan)3导(dao)通，同(tong)时，C端(duan)电(dian)平通过(guo)反向器后成为低电(dian)平，使P型管(guan)(guan)4导(dao)通，输入端(duan)A的电(dian)平状(zhuang)况可以通过(guo)3、4管(guan)(guan)到(dao)达(da)输出端(duan)B。

当控制端C为(wei)(wei)“0”时，3、4管都截止，输(shu)入端A的电平状况(kuang)无法到达(da)输(shu)出端B，输(shu)出端B呈现高电阻的状态(tai)，称为(wei)(wei)“高阻态(tai)”。

这(zhei)个器件也称(cheng)作(zuo)“带控制端(duan)的传(chuan)输(shu)门”。带有一定驱动能(neng)力(li)的三态门也称(cheng)作(zuo)“缓冲器”，逻辑符号是一样的。

注：从CMOS等效电路或(huo)者(zhe)真值表(biao)、逻辑表(biao)达(da)式上都可以看出，把“0”和“1”换个位置，“与非”门(men)就变成了(le)“或(huo)非”门(men)。对(dui)于(yu)“1”有效的信号(hao)是(shi)(shi)“与非”关(guan)系(xi)，对(dui)于(yu)“0”有效的信号(hao)是(shi)(shi)“或(huo)非”关(guan)系(xi)。

上述(shu)图中画的(de)(de)(de)逻(luo)辑(ji)器件符(fu)号(hao)均是正逻(luo)辑(ji)下的(de)(de)(de)输入、输出关系，即(ji)(ji)对“1”(高电(dian)平)有效而(er)言。而(er)单片(pian)机中的(de)(de)(de)多数控(kong)制信(xin)号(hao)是按照负有效(低电(dian)平有效)定(ding)义的(de)(de)(de)。例如片(pian)选信(xin)号(hao)CS(Chip Select)，指该(gai)信(xin)号(hao)为“0”时具(ju)有字符(fu)标明的(de)(de)(de)意义，即(ji)(ji)该(gai)信(xin)号(hao)为“0”表示该(gai)芯(xin)片(pian)被(bei)选中。因(yin)此(ci)，“或非”门的(de)(de)(de)逻(luo)辑(ji)符(fu)号(hao)也可(ke)以画成(cheng)下图。

CMOS管工作原理及详解