CMOS集成电路的特点.pdf

。敏逊龄州乙

⑨

曾庆贵
从走耐精确的电子钟和电子表，到又轻又薄的袖接起来作为输出端。P淘管的讨席与谅相连井接到电
珍电子计算器；从一机在握的手掌游戏机，到多种功能源正端PD；Ⅳ沟管的衬底和谅同时接电源负端8。
的按键电话机，如今上述电子产品已经进入寻常百姓以反相器为基础，可以构成各种输入端的门电路。例
家，成为我们随身携带或朝夕相处的伴侣。在这些电如增加串联P沟管和并联Ⅳi句管的数臣，并且把增加
子产品中使用的核心元件就是CMOS集成电路。的一对互补管子的栅极相连作为增加的输入端，就得
对于c∞s集成电路(Ic)，有的读者可能还停到CMOS或非门，其电路图和逻辑符号如图2所示．
留在似曾相识的初级阶段。他们对cMos集成电路的C540S与非门如图3所示，它是由反相器增加并联P
特点、产品分类、工作原理、使用方法厦今后的发展前沟管和串联Ⅳ沟管后形成的．
若CM．OS反相器的输入电压从口逐渐增大
到_ⅢlJ画出输出电压Ⅱt随n变化的曲绒，就得
到图4所示的电压侍输特性曲线下面我们结台这条

VInvⅢ曲线来介绍CMOS集成电路的特点，其主要特点可以
归纳如下：
(b)逻辑持L低功耗
当CMOS的输入为O或者D时，总是一个
∽1U路圈图1MOS管导通，另一个M0s管截止。两个管子不会同
时导谭，田此在P口和地之何流通的只是截止管的漏
景等都还不太熟悉。田此，我们希望通过本系列短文的电电流，量值很小，典型的为纳安量级，cMOs集成电
介绍，能帮助读者增长知识，逐步学会正确使用CMOS路因此获得徽功耗集成电路的美称。
集成电路。
我们知道，MOS场效应晶体管包括P管和Ⅳ沟
管，而每_．种管子又有增强型和耗尽型之分。如果把
P沟增强型场效应管和Ⅳ内增强型场效应管制作在同●

一块半导体(硅)片上，抗成为CMOS~,路。cMOsIvI’v0ut
集成电路就是互补型金属氧化物半导体集成电路的英Vllv12●U
语名词缩写。
tb)逻辨持峰
反相器是GMOS集成电路的两个基本单元之一VI2
(另一个基本单元为侍输门，将在后面介绍)，由一个
圈3
P内和一个Ⅳ沟Mos管串联而成，如图1所示。两个】1U踏I
管子的栅极相连作为反相器的输入端，它们的漏极连
在输入信号变化期间，由于对负载电容进行壳、放
VD口
电，因此会产生动态功耗。另外，从电压侍输特性曲线
V『1可以看到，在转折区内，反相器的P淘和Ⅳ灞管都处于
=半导谭状态，从P_DD至地的直通电流也会产生功耗。
VI2
cMos粜废电路的总功耗，藐等于上述静态功耗与动态
cb】逻II}挣簪功耗之和。当工作频率很低时，它的总功耗是很低的．
2．高输入阻抗
从图1可以看到，cMOs集成电路的输喘是

∞‘Ujj}甩MOS管的栅极，在栅极与衬底材料之间为近似绝缘的
舀2栅氧化屠，其阻抗极高，田此CMOS电路的输入阻抗
I
26(282)《现代遁信'1993荦第9期

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+SS~C，军用电路则为一55～+125~C，而且CMOS
电路具有良好的温度稳定性．
7．输出逻辑电平摆幅大
ChiOS电路的输出高电平为D，输出低电平为
OV，因此，输出信号的摆幅可以达到全电源电压的幅
度。
8．工作迪度
图4
和TTL相比，普通CMOS电路的速度不算高，
门电路和触发器的最高工作频率为10MHz，计数器
和寄存器一般为5MHz。由于高速存储器和微处理器
的需要，加上CMOS本身技术的发展，在8o年代初
可以达到10也以上。发展起来的高速CMOS电路，既保留了CMOS电路
另外，在CMOS集成电路的每个输入端都有电低功耗的优点，又把工作速度提高一个数量级，达到了
阻—二极管保护网络，如图5所示．它的作用是把输入LSTTL的水平．近年来开发的超高速CMOS电路则
电压箝位于3至D之同的电平，达到保护高输可以选到