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cmos管工作原理-cmos管工作原理作用及cmos管電路原理圖-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2018-06-13 

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cmos管工作原理

1、CMOS門電路      

CMOS門電路一般是由MOS管構(gòu)成,由于MOS管的柵極和其它各極間有絕緣層相隔,在直流狀態(tài)下,柵極無電流,所以靜態(tài)時(shí)柵極不取電流,輸入電平與外接電阻無關(guān)。由于MOS管在電路中是一壓控元件,基于這一特點(diǎn),輸入端信號易受外界干擾,所以在使用CMOS門電路時(shí)輸入端特別注意不能懸空。在使用時(shí)應(yīng)采用以下方法:


1)、與門和與非門電路:由于與門電路的邏輯功能是輸入信號只要有低電平,輸出信號就為低電平,只有全部為高電平時(shí),輸出端才為高電平。而與非門電路的邏輯功能是輸入信號只要有低電平,輸出信號就是高電平,只有當(dāng)輸入信號全部為高電平時(shí),輸出信號才是低電平。所以某輸入端輸入電平為高電平時(shí),對電路的邏輯功能并無影響,即其它使用的輸入端與輸出端之間仍具有與或者與非邏輯功能。這樣對于CMOS與門、與非門電路的多余輸入端就應(yīng)采用高電平,即可通過限流電阻(500Ω)接電源。


2)、或門、或非門電路:或門電路的邏輯功能是輸入信號只要有高電平輸出信號就為高電平,只有輸入信號全部為低電平時(shí),輸出信號才為低電平。而或非門電路的邏輯功能是輸入信號只要有高電平,輸出信號就是低電平,只有當(dāng)輸入信號全部是低電平時(shí)輸出信號才是高電平。這樣當(dāng)或門或者或非門電路某輸入端的輸入信號為低電平時(shí)并不影響門電路的邏輯功能。所以或門和或非門電路多余輸入端的處理方法應(yīng)是將多余輸入端接低電平,即通過限流電阻(500Ω)接地。


2、CMOS邏輯電平

高速CMOS電路的電源電壓VDD通常為+5V;Vss接地,是0V。

高電平視為邏輯“1”,電平值的范圍為:VDD的65%~VDD(或者VDD-1.5V~VDD)

低電平視作邏輯“0”,要求不超過VDD的35%或0~1.5V。

+1.5V~+3.5V應(yīng)看作不確定電平。在硬件設(shè)計(jì)中要避免出現(xiàn)不確定電平。

隨著技術(shù)的發(fā)展,單片機(jī)的電源呈下降趨勢。低電源電壓有助于降低功耗。VDD為3.3V的CMOS器件已大量使用。在便攜式應(yīng)用中,VDD為2.7V,甚至1.8V的單片機(jī)也已經(jīng)出現(xiàn)。將來電源電壓還會繼續(xù)下降,降到0.9V,但低于VDD的35%的電平視為邏輯“0”,高于VDD的65%的電平視為邏輯“1”的規(guī)律仍然是適用的。


3、非門

非門(反向器)是最簡單的門電路,由一對CMOS管組成。其工作原理如下:

cmos管工作原理

A端為高電平時(shí),P型管截止,N型管導(dǎo)通,輸出端C的電平與Vss保持一致,輸出低電平;A端為低電平時(shí),P型管導(dǎo)通,N型管截止,輸出端C的電平與VDD一致,輸出高電平。


4、與非門工作原理

cmos管工作原理
cmos管工作原理

①、A、B輸入均為低電平時(shí),1、2管導(dǎo)通,3、4管截止,C端電壓與VDD一致,輸出高電平。

②、A輸入高電平,B輸入低電平時(shí),1、3管導(dǎo)通,2、4管截止,C端電位與1管的漏極保持一致,輸出高電平。

③、A輸入低電平,B輸入高電平時(shí),情況與②類似,亦輸出高電平。

④、A、B輸入均為高電平時(shí),1、2管截止,3、4管導(dǎo)通,C端電壓與地一致,輸出低電平。


5、或非門工作原理

cmos管工作原理
cmos管工作原理

①、A、B輸入均為低電平時(shí),1、2管導(dǎo)通,3、4管截止,C端電壓與VDD一致,輸出高電平。

②、A輸入高電平,B輸入低電平時(shí),1、4管導(dǎo)通,2、3管截止,C端輸出低電平。

③、A輸入低電平,B輸入高電平時(shí),情況與②類似,亦輸出低電平。

④、A、B輸入均為高電平時(shí),1、2管截止,3、4管導(dǎo)通,C端電壓與地一致,輸出低電平。


注:

將上述“與非”門、“或非”門邏輯符號的輸出端的小圓圈去掉,就成了“與”門、“或”門的邏輯符號。而實(shí)現(xiàn)“與”、“或”功能的電路圖則必須在輸出端加上一個(gè)反向器,即加上一對CMOS管,因此,“與”門實(shí)際上比“與非”門復(fù)雜,延遲時(shí)間也長些,這一點(diǎn)在電路設(shè)計(jì)中要注意。


6、三態(tài)門的工作原理

cmos管工作原理
cmos管工作原理

當(dāng)控制端C為“1”時(shí),N型管3導(dǎo)通,同時(shí),C端電平通過反向器后成為低電平,使P型管4導(dǎo)通,輸入端A的電平狀況可以通過3、4管到達(dá)輸出端B。

當(dāng)控制端C為“0”時(shí),3、4管都截止,輸入端A的電平狀況無法到達(dá)輸出端B,輸出端B呈現(xiàn)高電阻的狀態(tài),稱為“高阻態(tài)”。

這個(gè)器件也稱作“帶控制端的傳輸門”。帶有一定驅(qū)動能力的三態(tài)門也稱作“緩沖器”,邏輯符號是一樣的。

注:

從CMOS等效電路或者真值表、邏輯表達(dá)式上都可以看出,把“0”和“1”換個(gè)位置,“與非”門就變成了“或非”門。對于“1”有效的信號是“與非”關(guān)系,對于“0”有效的信號是“或非”關(guān)系。

上述圖中畫的邏輯器件符號均是正邏輯下的輸入、輸出關(guān)系,即對“1”(高電平)有效而言。而單片機(jī)中的多數(shù)控制信號是按照負(fù)有效(低電平有效)定義的。例如片選信號CS(Chip Select),指該信號為“0”時(shí)具有字符標(biāo)明的意義,即該信號為“0”表示該芯片被選中。因此,“或非”門的邏輯符號也可以畫成下圖。

7、組合邏輯電路

“與非”門、“或非”門等邏輯電路的不同組合可以得到各種組合邏輯電路,如譯碼器、解碼器、多路開關(guān)等。

組合邏輯電路的實(shí)現(xiàn)可以使用現(xiàn)成的集成電路,也可以使用可編程邏輯器件,如PAL、GAL等實(shí)現(xiàn)。


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