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3.2.4 CMOS 电路的静电防护和锁定效应

3.2.4 CMOS 电路的静电防护和锁定效应. 1. 静电防护 为了 防止静电击穿 ，在 CMOS 集成电路的 每个 输入端都设置了 输入保护电路 。. 2. 锁定效应 当 CMOS 电路的输入端或输出端出现 瞬时高压 时，有可能使电路进入这样一种状态，即电源至电路公共端之间有很大的电流流过，输入端也失去了控制作用。 通过改进制造工艺，已经可以做到一般情况下不会发生，但还不能绝对避免。. 3.2.5 CMOS 电路的电气特性和参数. 1. 直流电气特性和参数

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3.2.4 CMOS 电路的静电防护和锁定效应

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Presentation Transcript

  1. 3.2.4 CMOS电路的静电防护和锁定效应 1. 静电防护 为了防止静电击穿，在CMOS集成电路的每个输入端都设置了输入保护电路。

  2. 2. 锁定效应 当CMOS电路的输入端或输出端出现瞬时高压时，有可能使电路进入这样一种状态，即电源至电路公共端之间有很大的电流流过，输入端也失去了控制作用。 通过改进制造工艺，已经可以做到一般情况下不会发生，但还不能绝对避免。

  3. 3.2.5 CMOS电路的电气特性和参数 1. 直流电气特性和参数 也称静态特性，指电路处于稳定工作状态下的电压、电流特性，通常用一系列电气参数来描述。 (1) 输入高电平VIH和输入低电平VIL VDD为+5V时，74HC系列集成电路的VIH(min)约为3.5V， VIL(max)约为1.5V。 (2) 输出高电平VOH和输出低电平VOL VDD为+5V时，74HC系列集成电路的VOH(min)为4.4V（当输出端流出的负载电流为－4mA时），VOL(max)为0.33V（当流入输出端的负载电流为4mA时）。

  4. (3) 噪声容限VNH和VNL VNH＝VOH(min)－ VIH(min) ＝4.3－3.5＝0.8V VNL＝VIL(max)－ VOL(max) ＝1.5－0.33＝1.17V (4) 高电平输入电流IIH和低电平输入电流IIL IIH(max)和 IIL(max)通常在1μA 以下。 CMOS门电路的多余输入端不能悬空。可以与有用端并联，也可以按逻辑功能接VDD或地。

  5. (5) 高电平输出电流IOH和低电平输出电流IOL 特别禁止输出端直接与电源或地相连 为了保证VOH≥VOH（min）、VOL≤VOL（max），分别规定了高电平输出电流的最大值IOH（max）和电平输出电流的最大值IOL（max）。在74HC系列电路中，当VDD＝5V时，RON(N)不大于50Ω，而RON(p)在100Ω以内。

  6. 2. 开关电气特性和参数 也称动态特性，是指电路在状态转换过程中的电压、电流特性。 (1) 传输延迟时间tpd tpd=(tpHL+tpLH)/2 CL越小越有利于减小tpd和改善输出电压波形。 在CL＝50pF的条件下，74HC04的传输延迟时间tpd约为9ns。 (2) 动态功耗

  7. 3. 各种系列CMOS数字集成电路的性能比较 4000系列：工作电压范围比较宽（3~18V），但存在着传输延迟时间长（60~100ns）、负载能力弱的缺点。 HC/HCT系列是高速CMOS逻辑系列的简称。当VDD=5V时，tpd=10ns；输出高、低电平时的最大负载电流达4mA。 HC系列和HCT系列的区别在于：HC系列的工作电压范围较宽（2~6V），但它的输入、输出电平和负载能力不能和TTL电路兼容，适用于单纯由CMOS器件组成的系统中。而HCT系列一般仅工作在5V电源电压下，在输入、输出电平和负载能力上均可与TTL电路兼容，适用于由CMOS与TTL混合的系统中。 AHC/AHCT系列是改进的高速CMOS逻辑系列的简称。当VDD=5V时，tpd=3ns左右；输出高、低电平时的最大负载电流达8mA。

  8. LVC是低压CMOS逻辑系列的简称。工作电源电压为（1.65~3.6V）；当VDD=5V时，tpd=3.8ns；输出高、低电平时的最大负载电流达24mA。LVC是低压CMOS逻辑系列的简称。工作电源电压为（1.65~3.6V）；当VDD=5V时，tpd=3.8ns；输出高、低电平时的最大负载电流达24mA。 ALVC系列是改进的LVC逻辑系列的简称。性能更加优越。 在诸多系列的CMOS电路产品中，只要产品型号最后的数字相同，则它们的逻辑功能就是一样的；但它们的电气性能和参数就各不相同了。 型号开头的“74”或“54”是TI公司产品的标志。 74——民用产品，工作环境温度为-40~850C 54 ——军用产品，工作环境温度为-55~1250C

  9. 二极管的开关等效电路： 3.3 双极型半导体二极管和三极管的开关特性 3.3.1 双极型二极管的开关特性和二极管门电路

  10. 二极管与门 设VCC = 5V 加到A,B的 VIH=4V VIL=0.3V 二极管导通时 VDF=0.7V 规定4V以上为1 1V以下为0

  11. 二极管或门 设VCC = 5V 加到A,B的 VIH=4V VIL=0.3V 二极管导通时 VDF=0.7V 规定3.3V以上为1 0.3V以下为0

  12. 二极管构成的门电路的缺点 • 电平有偏移 • 带负载能力差 • 只用于IC内部电路

  13. iB > , vO＝VCE≈0.2V，c、e极之间近似于短路 3.3.2 双极型的三极管的开关特性 vI=0V时: iB0，iC0，vO＝VCE≈VCC，c、e极之间近似于开路, vI=5V时:

  14. 0 < iB < iB > 三极管的开关条件 饱 和 工作状态 截 止 放 大 条件 uBE<VTH iB≈0 工作特点 偏置情况 发射结和集电结均为反偏 发射结正偏，集电结反偏 发射结和集电结均为正偏 集电极电流 iC ≈ 0 ic≈  iB iC＝ICS≈ 且不随iB增加而增加 管压降 uCE ≈ VCC uCE＝VCC－iCRc uCE =VCES≈ 0.2 V c、e间等效内阻 很大，约为数百千欧，相当于开关断开 可变 很小，约为数百欧，相当于开关闭合

  15. 三极管的开关等效电路

  16. 3.4 TTL门电路 3.4.1 TTL反相器 1. 电路结构和工作原理 输出级 由T3、D2、T4和R4构成推拉式的输出级。用于提高开关速度和带负载能力。 输入级由T1和电阻R1组成。D1可以防止输入端出现过大的负电压。 中间级由T2和电阻R2、R3组成，从T2的集电结和发射极同时输出两个相位相反的信号，作为T3和T4输出级的驱动信号；

  17. 输出 输入 T1 T2 T4 D2 T3 截止 低电平 截止 导通 饱和 导通 高电平 （1）当输入为低电平（I= 0.2 V） T1 深度饱和 T2 、T4截止，T3 、D2导通

  18. 输出 输入 T1 T2 T4 D2 T3 高电平 饱和 截止 倒置 截止 低电平 饱和 （2）当输入为高电平（I = 3.6 V） T2、T4饱和导通 T1:倒置状态。 T3和D2截止。 使输出为低电平. vO=VCES4=0.2V

  19. 电压传输特性 把电压传输特性转折区中点对应的输入电压称为阈值电压。 阈值电压VTH约为1.4V

  20. 小 结 掌握CMOS门电路的性能参数及意义。 掌握TTL非门电路的逻辑功能分析。

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