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CMOS逻辑电路简介

2022/07/16201 作者:佚名
导读:CMOS是单词的首字母缩写,集成电路是一块微小的硅片,它包含有几百万个电子元件。术语IC隐含的含义是将多个单独的集成电路集成到一个电路中,产生一个十分紧凑的器件。在通常的术语中,集成电路通常称为芯片,而为计算机应用设计的IC称为计算机芯片。 虽然制造集成电路的方法有多种,但对于数字逻辑电路而言CMOS是主要的方法。桌面个人计算机、工作站、视频游戏以及其它成千上万的其它产品都依赖于CMOS集成电路来

CMOS是单词的首字母缩写,集成电路是一块微小的硅片,它包含有几百万个电子元件。术语IC隐含的含义是将多个单独的集成电路集成到一个电路中,产生一个十分紧凑的器件。在通常的术语中,集成电路通常称为芯片,而为计算机应用设计的IC称为计算机芯片。

虽然制造集成电路的方法有多种,但对于数字逻辑电路而言CMOS是主要的方法。桌面个人计算机、工作站、视频游戏以及其它成千上万的其它产品都依赖于CMOS集成电路来完成所需的功能。当我们注意到所有的个人计算机都使用专门的CMOS芯片,如众所周知的微处理器,来获得计算性能时, CMOS IC的重要性就不言而喻了。CMOS之所以流行的一些原因为:

·逻辑函数很容易用CMOS电路来实现。

·CMOS允许极高的逻辑集成密度。其含义就是逻辑电路可以做得非常小,可以制造在极小的面积上。

·用于制造硅片CMOS芯片的工艺已经是众所周知,并且CMOS芯片的制造和销售价格十分合理。

这些特征及其它特征都为CMOS成为制造IC的主要工艺提供了基础。

CMOS可以作为学习在电子网络中如何实现逻辑功能的工具。CMOS它允许我们用简单的概念和模型来构造逻辑电路。而理解这些概念只需要基本的电子学概念。

CMOS逻辑门电路的系列及主要参数:

1.CMOS逻辑门电路的系列

CMOS集成电路诞生于20世纪60年代末,经过制造工艺的不断改进,在应用的广度上已与TTL平分秋色,它的技术参数从总体上说,已经达到或接近TTL的水平,其中功耗、噪声容限、扇出系数等参数优于TTL。CMOS集成电路主要有以下几个系列。

(1)基本的CMOS——4000系列。

这是早期的CMOS集成逻辑门产品,工作电源电压范围为3~18V,由于具有功耗低、噪声容限大、扇出系数大等优点,已得到普遍使用。缺点是工作速度较低,平均传输延迟时间为几十ns,最高工作频率小于5MHz。

(2)高速的CMOS——HC(HCT)系列。

该系列电路主要从制造工艺上作了改进,使其大大提高了工作速度,平均传输延迟时间小于10ns,最高工作频率可达50MHz。HC系列的电源电压范围为2~6V。HCT系列的主要特点是与TTL器件电压兼容,它的电源电压范围为4.5~5.5V。它的输入电压参数为VIH(min)=2.0V;VIL(max)=0.8V,与TTL完全相同。另外,74HC/HCT系列与74LS系列的产品,只要最后3位数字相同,则两种器件的逻辑功能、外形尺寸,引脚排列顺序也完全相同,这样就为以CMOS产品代替TTL产品提供了方便。

(3)先进的CMOS——AC(ACT)系列

该系列的工作频率得到了进一步的提高,同时保持了CMOS超低功耗的特点。其中ACT系列与TTL器件电压兼容,电源电压范围为4.5~5.5V。AC系列的电源电压范围为1.5~5.5V。AC(ACT)系列的逻辑功能、引脚排列顺序等都与同型号的HC(HCT)系列完全相同。

2.CMOS逻辑门电路的主要参数

CMOS门电路主要参数的定义同TTL电路,下面主要说明CMOS电路主要参数的特点。

(1)输出高电平VOH与输出低电平VOL。CMOS门电路VOH的理论值为电源电压VDD,VOH(min)=0.9VDD;VOL的理论值为0V,VOL(max)=0.01VDD。所以CMOS门电路的逻辑摆幅(即高低电平之差)较大,接近电源电压VDD值。

(2)阈值电压Vth。从CMOS非门电压传输特性曲线中看出,输出高低电平的过渡区很陡,阈值电压Vth约为VDD/2。

(3)抗干扰容限。CMOS非门的关门电平VOFF为0.45VDD,开门电平VON为0.55VDD。因此,其高、低电平噪声容限均达0.45VDD。其他CMOS门电路的噪声容限一般也大于0.3VDD,电源电压VDD越大,其抗干扰能力越强。

(4)传输延迟与功耗。CMOS电路的功耗很小,一般小于1 mW/门,但传输延迟较大,一般为几十ns/门,且与电源电压有关,电源电压越高,CMOS电路的传输延迟越小,功耗越大。前面提到74HC高速CMOS系列的工作速度己与TTL系列相当。

(5)扇出系数。因CMOS电路有极高的输入阻抗,故其扇出系数很大,一般额定扇出系数可达50。但必须指出的是,扇出系数是指驱动CMOS电路的个数,若就灌电流负载能力和拉电流负载能力而言,CMOS电路远远低于TTL电路。

CMOS逻辑门电路是在TTL电路问世之后 ,所开发出的第二种广泛应用的数字集成器件,从发展趋势来看,由于制造工艺的改进,CMOS电路的性能有可能超越TTL而成为占主导地位的逻辑器件 。CMOS电路的工作速度可与TTL相比较,而它的功耗和抗干扰能力则远优于TTL。此外,几乎所有的超大规模存储器件 ,以及PLD器件都采用CMOS艺制造,且费用较低。 早期生产的CMOS门电路为4000系列 ,随后发展为4000B系列。当前与TTL兼容的CMOS 器件如74HCT系列等可与TTL器件交换使用。

*文章为作者独立观点,不代表造价通立场,除来源是“造价通”外。
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