第六章 CMOS传输门

第六章CMOS传输门6.4.1CMOS传输门的结构及符号•结构常用符号•Vin=0，Vout=0•Vin=1，Vout=1•控制N=1，P=0——开•N=0，P=1——关•进出都为理想的0和1，强强传输（正宗）•优点：电阻小，电流大，速度快6.4.2工作原理分析•1、单管传输：•N沟输入Vdd：弱1传输，强0传输（不正宗）•所以VoutVdd•P沟输入0V：强1传输，弱0传输（不正宗）•所以Vout0V一、单管传输门•1、N沟传高电平•工作状态初值：Vgs=Vdd，Vds=Vdd2、MOS管何时不传输？•随着传输的进行，Vout增大，而Vds（Vgs）减小，同时Ids也减小•当VgsVt（阈值电压）时，不存在导电沟道，晶体管被关掉，Ids=03、N沟传输高电平•当VgsVt时，晶体管停止工作，Vout达到终值V=Vdd-Vt•因为Vds=Vt，Vds=Vd-Vs=Vdd-（Vdd-Vt）=Vt•所以Vout=Vdd-Vt，称此1电平为“弱1”•所以N沟传输“1”电平是不理想的4、N沟传输低电平工作原理•Vout初值=Vdd-Vt•Vgs=Vg-Vs=Vdd-0Vt（始终导通）•放电过程，Vds逐渐减小•当Ids=0时，停止传输•A、饱和区放电电流大•B、非饱和区放电电流小•所以，当N沟传零电平时，•当Ids=0时，传输终值Vout=0V（称强零）•“强”是指达标称值电平（Vdd或地电平0）P沟传输门•同理可得，分析P沟传输：•传输“1”时，Vout=1=Vdd（强1）•Vgs=Vg-Vs=0-Vdd=|-Vdd||-Vtp|（恒定值）•传输“0”时，Vout！=0V（弱0）6.4.3CMOS传输门CMOS传输门工作原理•N沟传输“强1”，P沟传输“强0”•高电平是电源电平Vdd，低电平是接地电平0，都是标称值。•Rcmos=Rop//Ron•CMOS传输门优点：•1、标称值为强值•2、电流达到初始2倍，低阻•3、速度比单管速度提高1.8倍6.4.4CMOS传输应用举例•D触发器（锁存器）电路结构：工作原理•传输时：•输入门开——“信息采集”•反馈门关•保持时：•输入门关——停止采集信息•反馈门开6.5BiCMOS（双极-CMOS电路）6.5.1双极与MOS对比•1、双极属电流控器件，MOS属于压控器件•2、双极工作速度比MOS快（器件寄生电容和电流增益不同）•3、CMOS的功耗远比双极小（绝缘栅，无电阻负载）•4、MOSIC总比双极集成度高（无需自隔离，可用有源电阻）•5、CMOS是MOS电路特性最好的，功耗及抗干扰远比双极好。6.5.2BiCMOS反相器1、电路结构•增加：T1、T2、R1、R2•要求：•T1，T2不增加功耗•T1，T2加速MOS工作•工作：•静态时，T1，T2必截止•对负载充放电时，T1，T2应帮助充放电2、BiCMOS工作分析•A、当输入高电平（输出低电平）时，•VgsnVtn，N沟导通，P沟截止，R2上有电流，R1上无电流。•B、即N沟承担放电时，R2上电压Vbe2，T2导通（T1截止）•即CL的放电通道增加一条T2通道，从而使电路下降时间大大缩短•C、输入0电平（输出高电平）时，•|-Vgsp||-Vtp|，P沟器件导通，N沟器件截止，R2上无电流，而R1上有电流，VR1Vbe1，T1导通（T2截止）•即CL充电增加了一条T1通道，从而使电流上升时间大大下降BiCMOS优点•CMOS优点：•1、低功耗；2、高抗干扰；3、全摆幅•BiCMOS优点：•1、低功耗；2、高抗干扰；3、全摆幅；4、高速•BiCMOS缺点：工艺复杂•T1、T2仅在动态（充放电期间）才工作。6.6CMOS自毁、自锁效应•1、CMOS反相器的剖面结构图•剖面可见两个寄生双极管，形成正反馈连接。2、外界干扰•外界干扰一旦启动，永不停止（包括电源干扰）•启动指产生Ib（很小），该Ib在正反馈电路中不断增大•如图3、防止自锁效应的方法•抗干扰电路（吸收保护环）•1、设法减小电流增益B1，B2（工艺、设计和版图上）•2、克服干扰•3、防止干扰