2022-2023学年高二物理竞赛课件：半导体物理CMOS门电路

半导体物理CMOS门电路 2 半导体物理CMOS门电路 CMOS门电路的特点: CMOS反相器（串联互补）、CMOS传输门（并联互补）是CMOS集成电路的基本组件。 ①制作工艺简单，集成度高； ②工作电源允许的变化范围大，功耗低； ③输入阻抗高，扇出系数大； ④抗干扰能力强。 3 输入负载特性 ①当 uI <1.3V时，T5截止 T2截止或 T2导通，但忽略其分流作用，因其处于放大状态。 ②当 uI =1.4V时，T5导通，箝位于1.4V ③稳定输出高电平，则RI 0.91 ① ④稳定输出低电平，则 RI 2.5 （此时uI =1.4V ） 4 ⑤ & “1” 直流5V档内阻20K 5 ⑥多余输入端的处理 与信号端并接；经一个电阻（大于1 ）接 电源正极；接地。 悬空引脚为1.4V左右 5 (4)输出特性 ①拉电流负载 ②灌电流负载 驱动门 负载门 & UOH iL & G1 G2 & UOL & IG 驱动门 负载门 6 ③扇入系数：NI ④扇出系数：NO 从输出特性曲线能看出允许的最大拉电流和灌电流。 （如高电平≥2.4V ; 低电平≤0.4 V ） 通常NO≥8。 和 中较小的一个。 7 (5)动态特性 ①传输延迟 tPHL tPLH uI uO 图3.2.11 TTL与非门的传输延迟 & uI uO 8 54/74系列，10ns左右 1 u0 uI 已知tpd=10ns uI/V t 3.4 0.2 0.1ns u0/V t 3.4 0.2 9 Vcc与地间接退耦电容以消除尖峰电流带来的电路间的串扰。 ②动态尖峰电流 uI O t t icc O ICCH ICCL 图3.2.12 动态尖峰电流 10 表3.2.1 不同系列TTL门电路的性能比较 参数名称 TTL门电路系列名称 54/74 54H/74H 54S/74S 54LS/74LS tpd(ns) 10 6 4 10 功耗/每门 (mW) 10 22.5 20 2 pd(ns·mW) 100 135 80 20 11 一、CMOS反相器 1.电路结构 NMOS、PMOS管串联互补。 开启电压 分别为UTN、UTP ，为正常工作，要求： VDD> UTP + UTN 2.工作原理 3.电压传输特性和电流转移特性 12 静态参数 ② ③噪声容限 ①UOL=0V， UOH=VDD （电压利用率高） 在CC4000系列CMOS电路的性能指标中规定：在输出高、低电平的变化不大于10%VDD的条件下，输入信号低，高电平允许的最大变化量。 $