【23 CMOS集成门电路】是数字集成电路中的一种重要类型,主要应用于逻辑运算和数据处理。CMOS,即互补金属氧化物半导体,其特点在于功耗低、速度快且抗干扰能力强。
CMOS反相器是CMOS集成门电路的基础单元,由一个N沟道MOSFET(N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管,简称TN)和一个P沟道MOSFET(P沟道金属氧化物半导体场效应晶体管,简称TP)组成。工作原理基于这两种类型的MOSFET之间的互补性。当输入电压低于阈值电压UTN时,TN截止,TP导通,输出为高电平VDD;反之,当输入电压高于阈值电压UTP时,TP截止,TN导通,输出为低电平0V。阈值电压通常设定为VDD的一半,如0.5VDD。
静态特性主要包括电压传输特性和电流传输特性。电压传输特性描述了输入电压与输出电压的关系,当输入电压在UTN和UTP之间变化时,输出电压在0V和VDD之间线性变化。电流传输特性则反映了输入电压与漏极电流iD的关系,输入电压在阈值电压附近时,漏极电流近似为0,表明器件处于低功耗状态。
CMOS与非门、或非门、与门和或门是基本的逻辑门电路。与非门的输出为1只有当所有输入均为0,或非门的输出为1只有当所有输入均为0或至少有一个输入为1。与门的输出为1只有当所有输入均为1,或门的输出为1只要至少有一个输入为1。
带缓冲的CMOS门电路解决了基本电路的输出不对称和噪声容限降低的问题,通过在输入端和输出端添加反相器,可以改善输出特性的对称性并增强噪声免疫力。
CMOS与或非门和异或门是复合逻辑门,由基本的与非门和反相器组合而成。与或非门的输出为1当所有输入中至少有一个为0,而异或门的输出为1当输入中的两个信号不相同。
CMOS传输门,又称双向模拟开关,可以在两种状态下工作:导通和截止。导通时,它能像短路一样传输信号,关断时,信号无法通过,具有低导通电阻和高关断电阻的特点。三态门和漏极开路门则进一步扩展了CMOS电路的功能,三态门可以在正常导通、截止以及高阻态之间切换,适用于多路复用系统;漏极开路门(也称为OD门)的输出端没有内部上拉电阻,需外接电源来设定输出电平,常用于总线驱动。
CMOS集成门电路的理论和应用涉及电路结构、工作原理、静态特性、逻辑门类型以及特殊门电路设计,这些知识点构成了数字电路和微电子学的基础,广泛应用于计算机硬件、通信设备和各种电子系统中。