CMOS 集成逻辑门电路特点及使用方法

CMOS 集成逻辑门电路特点及使用方法1．CMOS集成电路特点

CMOS集成电路的特点是功耗极低、输出幅度大噪声容限大、扇出能力强。MOS逻辑门电路主要分为NMOS、PMOS、CMOS三大类，PMOS是MOS逻辑门的早期产品，它不仅工作速度慢且使用负电源，不便与TTL电路连接，CMOS是在NMOS的基础上发展起来，它的各种性能较NMOS都好。

2．集成CMOS电路的特性参数

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U OH 与输出低电平U OL

CMOS门电路U OH的理论值为电源电压U DD，U OH(min)=0.9U DD；U OL的理论值为0V，U OL(max)=0.01U DD。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U DD值。

(2)阈值电压U TH

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U TH 约为U DD/2。

(3)抗干扰容限

CMOS非门的关门电平U OFF为0.45U DD，开门电平U ON为0.55U DD。因此，其高、低电平噪声容限均达0.45U DD。其他CMOS门电路的噪声容限一般也大于0.3U DD，电源电压U DD 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系列的工作速度已与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，一般额定的扇出系数可达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。

以测试过的CD4001为例，其主要特性参数见表11-12。

表3 CD4001四2或非门主要特性参数

注：以上参数范围为电源电压选择5V、10V及15V的前提下所得。

3．CMOS电路多余输入端处理方法

(1)对于CMOS与门、与非门，多余端的处理方法有两种：①多余端与其他有用的输入端并联使用；②将多余输入端接高电平。如图6.29所示。

图6.29CMOS与非门多余输入端的处理

(2) 对于CMOS或非门，多余输入端的处理方法(如图6.30所示)也有两种：①多余端与其他有用的输入端并联使用；②将多余输入端接地。

图6.30 CMOS或非门多余输入端的处理

4．使用注意事项

CMOS门电路是由MOS管组成的，初态功耗也只有毫瓦级，电源电压变化范围大+3V～+18V。它的集成度很高，易制成大规模集成电路。

由于CMOS电路输入阻抗很高，容易接受静电感应而造成极间击穿，形成永久性的损坏，所以，在工艺上除了在电路输入端加保护电路外，使用时应注意以下几点。

(1)器件应在导电容器内存放，器件引线可用金属导线、导电泡沫等将其一并短路。

(2)V DD接电源正极，V SS接电源负极(通常接地)，不允许反接。同样在装接电路，拔插集成电路时，必须切断电源，严禁带电操作。

(3)多余输入端不允许悬空，应按逻辑要求处理接电源或地，否则将会使电路的逻辑混乱并损坏器件。

(4)器件的输入信号不允许超出电源电压范围，或者说输入端的电流不得超过10mA。

(5)CMOS电路的电源电压应先接通，再接入信号，否则会破坏输入端的结构，工作结束时，应先断输入信号再切断电源。

(6)输出端所接电容负载不能大于500pF，否则会因输出级功耗过大而损坏电路。

(7) CMOS 电路不能以线与方式进行连接。