★ CMOS反相器的电压传输特性

★ CMOS反相器的输入输出特性

★ TTL与 CMOS集成电路性能比较

7.1 MOS集成逻辑门

能与大多数的 TTL 逻辑电路兼容。

MOS 集成逻辑门是由 MOS场效应晶体管组成的数字集成电路

MOS 集成逻辑门

在 LSI （大规模集成电路）及 VLSI( 超大规模集成电路 ) 的制作上 已经超过 TTL ，并占据优势。

：制作工艺简单，成本低，

输入阻抗极高， 功耗低， 集成度高

工作电源允许变化范围大，抗干扰性能较好

场效应晶体管是电压控制型器件

与双极性晶体管相比较具有许多优点。

MOS集成逻辑门分

P 沟道增强（称 PMOS ） N 沟道增强（称 NMOS ）

和互补 MOS （称 CMOS ）三种。PMOS 由于开关速度低，电源电压高而且是负电源，

不便与 TTL 集成逻辑门衔接，现以很少用；

NMOS 克服了 PMOS 的许多问题，但速度低的问题始终

限制了其发展；CMOS 充分表现了 MOS 技术的突出优点，成为LSI 及 VLSI 集成电路的主流产品。

7.2 CMOS反相器的工作原理

1.电路结构

这种由 T1， T2共同组成的互补对称型的场效应管集成电路称为 CMOS反相器。

P 沟道结构的增强型场效应管

N 沟道结构的增强型场效应管

负载管

驱动管

....

vI

T1iD

vo

vssT2

vDD

输入和输出之间为反相关系，实现非门逻辑功能

2.电路工作原理uI=0V时， uGSN=0V,

uGSP= 0V ,

uGSP= -10V

输出 vO 为高电平；uI= 10V 时， uGSN=10V,

输出 vO 为低电平。

0

0

截止

导通

-10

1

10

10

导通

截止

0

0

T2 截止

T1 导通

此时 T2 导通T1 截止 ,

vI

vo

vDD

vSS

T

T2

vI

vo

vDD

vSS

T1

T2

7.3 CMOS传输门和双向模拟开关

CMOS传输门 双向模拟开关

VI/Vo

T1

T2

VDD

C

Vo/VI

C

Vo/VITG

VI/Vo

C

C

1.电路结构

设 T1 管和 T2 管的开启电压 UGS(th)N=UGS(th)P=UGS(th) ,

VDD≥2 UGS(th), 控制信号 C 的高电平为 VDD ，低电平为 0V。

2.工作原理：PMOS管

PMOS管

T1

T2

VDD

C

Vo/VI

C

和 T2 管均处于截止状态相当于电路是断开的。

（ 1 ）当 0C 0C

0C0C（ 2 ）当 T1 管和 T2 管均导通，即传输门

导通， uo=uI uI 可以是 0V到 VDD 的任意电压。

结论：当输入信号电压在 0 － VDD 范围内变化时， T1 管和 T2 管至少有一个处于导通状态，输入和输出之间

呈低阻态，相当于开关闭合信号得以传输，且 uo=uI 。

传输门不传输信号。因为 T1 管

7.4 其它类型的 CMOS门电路

由两个串联的 N 沟道和两个并联 P 沟道增强型 MOS管构成

T1 和 T2 两个栅极相连构成又一互补电路，两个互补电路的输入端为与非门的 2 个输入端。

T3 和 T4 两个栅极相连构成互补电路

2 输入端CMOS与非门电路

2 输入端CMOS与非门电路

1.电路结构

Y

T1

T4

T2

T3

B

A

VDD

T1 均截止，输出端 Y 为低电平 0 ，即“全 1出 0”

导通输出端 Y 为高电平 1 ，即“有 0 出 1”

2.逻辑功能

当 A ， B 同时为高电平 1 时，T4 ， T2 均导通， T3 ，

当 A ， B 端有一个或两个为低电平时， 串联 T4 ， T2

有一个或两个截止，并联的 T3 ， T1 有一个或两个

由两个串联的 P 沟道增强型和两个并联 N 沟道增强型 MOS管构成。

1. 电路组成：

7.5 CMOS或非门

2 输入端CMOS或非门电路

2 输入端CMOS或非门电路

负载管

驱动管

VDD

B

A

T2

T1

T4T3

Y

输入输出之间的逻辑关系为 BAY

2.逻辑功能：

接高电平的驱动管 T3 或 T4

导通，输出端 Y 为低电平 0 ，即“有 1 出 0” 。

输出 Y 为高电平 1 ，即“全 0 出1”

当 A ， B 同时为高电平 1 时，

当 A 、 B 端都为低电平 0 时，驱动管 T3 和 T4 两个都截止，

负载管 T1 、 T2 同时导通。

7.6 CMOS模拟开关

1.电路组成：

VDD

ui

V1 V2

V3

V4

uIuO

uo

1

TG

c

当 C=VDD 时，

由此可见，只要适当控制反相器的输入电压，即可决定模拟开关的通断，传输门所能传输的电压值为 0 － VDD

之间任意电压值。又因 MOS管源极和漏极的对称性，所以模拟开关是一种双向开关。

2.工作原理

0C

控制 CMOS传输门导通，使 uo=uI 。

DDVC 当 C=0时，反相器输出控制 CMOS传输门截止，使输入和输入断开。

反相器输出

7.7 TTL与 CMOS集成电路性能比较

不同点：

频率不高情况下，电路的带负载能力比 TTL 集成

电路强

所以 CMOS 集成电路的工作速度比 TTL 集成电路慢。

具有相同逻辑功能的 TTL 集成电路和 CMOS 集成电路相同点：

（ 1 ） CMOS 集成电路的输入阻抗很高，可达 108Ω 以上

（ 2 ） CMOS 集成电路的导通电阻比 TTL 集成电路的导通 电阻大得多

（ 5 ）由于 CMOS 集成电路内部电路功耗小，发热量小，

（ 3 ） CMOS 集成电路的电源电压范围为 3-18V ，这使它的输

出电压摆幅大，因此其干扰能力比 TTL 集成电路强，

这与严格限制电源电压的 TTL 集成电路要优越的多。（ 4 ）由于 CMOS 集成电路静态时栅机电流几乎为0 ， 因此该电路功耗比 TTL 电路功耗小。

所以 CMOS 集成电路集成度比 TTL 集成电路集成度高。

（ 7 ）由于 CMOS 集成电路的输入阻抗很高，使其容易 受静电感应而击穿，虽然制作集成电路时在其内 部设置了保护电路，但在存放和使用时应注意静 电屏蔽，焊接时电烙铁应注意良好的接地 , 尤其 是 CMOS 集成电路不用的多于输入端不能悬空，应 根据需要接地或接电源。

（ 6 ） CMOS 集成电路的稳定性能好，抗辐射能力强， 可在特殊情况下工作。

TTL 集成电路一般不需要考虑静电感应和屏蔽的问题，不用的多于输入端可以悬空。