CMOS门电路

CMOS门电路null第 3 章 CMOS门电路第 3 章 CMOS门电路继电器逻辑电路*/32继电器逻辑电路20世纪30年代，贝尔实验室第一部二进制加法器(1937)和后来的复数运算器(1940)，采用继电器逻辑（Relay Logic）简单的回顾*/39简单的回顾按照使用器件技术的不同，数字逻辑电路可以分为：继电器逻辑电路：RL逻辑电路双极型晶体管电路：TTL逻辑电路，ECL电路单极型MOS电路：NMOS，PMOS和CMOS等常用的是TTL和CMOS电路本世纪80年代开始，CMOS逐渐取代TTL，成为集成电路的主导...

null第 3 章 CMOS门电路第 3 章 CMOS门电路继电器逻辑电路*/32继电器逻辑电路20世纪30年代，贝尔实验室第一部二进制加法器(1937)和后来的复数运算器(1940)，采用继电器逻辑（Relay Logic）简单的回顾*/39简单的回顾按照使用器件技术的不同，数字逻辑电路可以分为：继电器逻辑电路：RL逻辑电路双极型晶体管电路：TTL逻辑电路，ECL电路单极型MOS电路：NMOS，PMOS和CMOS等常用的是TTL和CMOS电路本世纪80年代开始，CMOS逐渐取代TTL，成为集成电路的主导技术内容提要*/39内容提要半导体和PN结 MOS晶体管 CMOS门电路双极型逻辑和TTL电路半导体材料硅(Si)*/39半导体材料硅(Si)硅的晶格结构硅的晶格结构（平面图）半导体材料硅(Si)*/39半导体材料硅(Si)VCC电子移动方向电流方向硅的晶格结构硅的晶格结构（平面图）半导体的掺杂*/39半导体的掺杂半导体中参与导电的实体—载流子(Carrier) 电子空穴通过改变载流子的数量，可以改变半导体的导电特性 P型掺杂 P：Positive 加入三价元素杂质，例如硼或者铟增加空穴的数量 N型掺杂 N：Negative 加入五价元素杂质，例如磷、砷或锑增加自由电子的数量P型半导体*/39P型半导体B多余的空穴掺杂以后的半导体依旧是电中性（不带电）的N型半导体*/39N型半导体P多余的电子掺杂以后的半导体依旧是电中性（不带电）的P-N结(P-N Junction)*/39P-N结(P-N Junction)耗尽层P-N结的导电特性*/39P-N结的导电特性当PN结两端加上正向偏置电压时，PN结表现出很小的电阻，处于导通状态P-N结的导电特性*/39P-N结的导电特性当PN结两端加上反向偏置电压时，PN结表现出很大的电阻，处于截至状态PN结具有单向导电特性。二极管和三极管*/39二极管和三极管N类型半导体P类型半导体二极管三极管双极型晶体管命名的由来两种载流子参与导电。ecbNPNPNPNPN BJT导通示意图NPN BJT导通示意图*/39http://en.wikipedia.org/wiki/Bipolar_junction_transistor部分小结*/39部分小结本征半导体半导体掺杂(P型掺杂、N型掺杂) P-N结双极型器件(二极管/三极管)内容提要*/39内容提要半导体和PN结 MOS晶体管 CMOS门电路双极型逻辑和TTL电路MOS晶体管结构*/39MOS晶体管结构PMOS晶体管n+n+p类型基底p+p+n类型基底NMOS晶体管Source:源极Gate:栅极Drain:漏极MOS晶体管工作原理 */39MOS晶体管工作原理以NMOS晶体管为例 Vgs > 0源极 (S)栅极(G)漏极(D)VgsVdsp类型基底MOS晶体管符号*/39MOS晶体管符号栅极源极漏极栅极(gate)源极(source)漏极 (drain)VgsVgsN沟道MOS管P沟道MOS管+-+-Tips：栅极和另外两个极之间没有什么联系。但是栅极和源、漏极之间有电容耦合，在高速电路中会产生功耗。由其他材料构成的场效应管(FET)由其他材料构成的场效应管(FET)Amorphous silicon (无定形硅) Polycrystalline silicon (多晶硅) Organic semiconductors (有机半导体) H. Sirringhaus, Materials and Applications for Solution-Processed Organic Field-Effect Transistors, Proc. IEEE, pp. 1570-1579, 2009 H. Sirringhaus, Device Physics of Solution-Processed Organic Field-Effect Transistors, Adv. Mater. 2005, 17, 2411–2425*/39内容提要*/39内容提要半导体和PN结 MOS晶体管 CMOS门电路双极型逻辑和TTL电路CMOS电路*/39CMOS电路CMOS: Complementary MOS，互补MOS 用NMOS和PMOS用互补的方式共用，就形成CMOS。 NMOS晶体管和PMOS晶体管总是成对出现，状态互补。常用CMOS门电路反相器/与非门/或非门/与或非门/或与非门CMOS反相器*/39CMOS反相器CMOS反相器的开关模型*/39CMOS反相器的开关模型CMOS反相器的另一种表示法*/39CMOS反相器的另一种表示法CMOS与非门*/39CMOS与非门CMOS与非门的开关模型*/39CMOS与非门的开关模型更多输入的CMOS与非门*/39更多输入的CMOS与非门它的开关模型？门的数量和输入的关系？更多。。。。*/39更多。。。。CMOS与门*/39CMOS与门CMOS或非门*/39CMOS或非门CMOS的或门如何得到？CMOS非反相器*/39CMOS非反相器CMOS与或非门（AOI门）*/39CMOS与或非门（AOI门）用一级的延迟实现二级逻辑（与-或，或-与），在设计中比较有用。CMOS逻辑系列*/39CMOS逻辑系列标识一类CMOS器件（一个CMOS逻辑系列）-- mmFAMnn，其中 mm: 74/54，表示民用或军用 FAM：系列助记符，例如HCT，AHC等 nn：功能描述代码 74HC30/74HCT30/74AHC30等均表示8输入与非门 HC/HCT High Speed CMOS High Speed CMOS, TTL compatible VHC/VHCT (80’s-90’s) Very High Speed CMOS Very High Speed CMOS，TTL compatible内容提要*/39内容提要半导体和PN结 MOS晶体管 CMOS门电路双极型逻辑和TTL电路TTL反相器*/39TTL反相器其它的TTL门电路*/39其它的TTL门电路TTL与非门电路TTL或非门电路TTL与或非门电路TTL异或门电路TTL逻辑系列*/39TTL逻辑系列74S系列 74LS系列 74AS系列 74ALS系列 74F系列TTL和CMOS电路的接口*/39TTL和CMOS电路的接口需要考虑的因素噪声容限扇出电容负载小结*/39小结半导体和PN结 MOS晶体管 CMOS门电路双极型逻辑和TTL电路作业作业阅读Digital Design Principle and Practice中有关CMOS晶体管门电路的章节阅读《数字电子技术基础》中有关TTL反相器电路结构和工作原理的章节*/39

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