CMOS与TTL（上）
CMOS与TTL（上）：（附清华大学课程视频及PPT课件）
- 目录：
1.二极管开关特性“变形金刚"
2.二极管与门和或门的两大缺点
3.PN结电容
4.两种MOS管及各自的开关特性
5.CMOS反相器电路结构和工作原理
6.CMOS的输入噪声容限
7.CMOS反相器的静态输入输出特性
8.CMOS反相器的动态特性
9.带缓冲级的CMOS门电路
10.由逻辑式画出电路图
1.二极管开关特性"变形金刚"
2.二极管与门和或门的两大缺点
由二极管构成的与门与或门存在两个致命缺点：电平偏移（来源于二极管导通电压0.7V）和带负载能力差（上拉或下拉电阻R的影响），前一个缺陷导致在出现联级的情况下高低电平不匹配，不满足集成电路中高低电平的雷锋协议；后一个缺陷严重限制了电路集成度的提高。所以由二极管来构成门电路不可采取。
3. PN结电容
结电容=势垒电容+扩散电容。结电容附于寄生电容，无法避免。
4. 两种MOS管及各自的开关特性
NPN型&PNP型：
两者的开关特性：同时给出不同状态下的等效电路，在数字电路中，常用到的是其中的两种等效。NPN型是源极和基极共接地；PNP型是漏极和基极共接高电平
5. CMOS反相器电路结构和工作原理
CMOS中的C是Complementary（互补）的意思，代表COMS是NPN型和PNP型两者互补形成的新的电路结构，可实现反相功能。稳点时，对于任意的输入而言，PMOS和NMOS都只有一个导通
6. CMOS的输入噪声容限
这里就体现出了数字电路中的雷锋协议（输入低质量的高低电平，高质量输出），真实的噪声容限应该是两个容限中较小的，若想提高整个电路的噪声容限，可以提高VDD,但也同时带来了更高的功耗问题。
7. CMOS反相器的静态输入输出特性
COMS反相器在工作的时候，输出高电平时称为上拉，输出低电平时称为下拉，上拉和下拉不能同时出现，就像不能同时输出高低电平，上拉状态时有一个等效的上拉电阻，下拉状态时同样有一个等效的下拉电阻，这两个电阻会影响高低电平输出时带负载的能力，同时上拉电阻还要起到限流保护的作用，所以上拉电阻不能太大，也不能太小，根据要求取一个合适的值，而下拉电阻时输出低电平，尽量大，就能得到更高质量的低电平。
8. CMOS反相器的动态特性：
传输延迟时间；交流噪声容限；动态功耗
传输延迟时间：由于MOS管的电极之间以及电极与衬底之间都存在寄生电容，尤其在反相器的输出端更不可避免地存在负载电容（当负载为下一级反相器时，下一级反相器的输入电容和接线电容就构成了这一级的负载电容），当输入信号发生跳变时，输出电平的变化必然滞后于输入电平的变化，我们把输出电平变化落后于输入电平变化的时间称为传输延迟时间。一般分为高电平跳变至低电平和低电平跳变至高电平两个传输延迟时间，一般情况下两者不相等，便于分析理解和计算我们一般取平均值
交流噪声容限：由于负载电容和MOS管寄生电容的存在，输入信号状态发生跳变时必须有足够的幅度和作用时间才能使输出发生变化。当输入信号为窄脉冲，且脉冲宽度接近门电路的传输延迟时间时，为了让输出状态发生改变，所需要的脉冲信号幅度将远大于直流输入信号的脉冲幅度，且传输延迟时间越长，交流噪声容限越大。与此同时，传输延迟时间与电源电压和负载电容有关，所以他们也会影响交流噪声容限，噪声电压作用时间越短，电源电压越高，交流噪声容限越大。
动态功耗：CMOS从一个稳定状态跳变到另一个稳定状态的过程中，将产生附加功耗，该功耗就是动态功耗，动态功耗由两部分组成，一部分是负载电容充放电产生的功耗，另一部分是MOS导通瞬间所产生的导通功耗，另外，还有静态功耗，很小
9. 带缓冲级的CMOS门电路
输出电阻R受输入状态的影响，输入端越多，输出高低电平相对较少输入端时更高了，为避免在联级电路中这种影响被不断放大，可以在输入端和输出端都加上反相器，输出电阻R不再受输入端的影响，各个门的高低电平标准统一，使得该负面影响消化在电路内部，此做法是牺牲集成度来换取高质量和稳定性
10. 由逻辑式画出电路图
诀窍就是上拉部分只会出现PMOS，下拉部分只会出现NMOS，上拉直接得到逻辑1，下拉直接得到逻辑0
附件：
清华大学课程视频：https://www.bilibili.com/video/av12484416/?p=50&t=33
清华大学课程课件：https://pan.baidu.com/s/1FxNNV8n6em2k5DBOf1dv5Q 提取码：q0Io
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