CMOS集成电路的基础结构及特点

在数字集成电路中，CMOS集成电路是应用最广泛，也是种类最多的数字集成电路，尤其是随着小家电的兴起，CMOS电路再度迎来了发展期，所以今天本文将详谈CMOS电路的基础结构及特点、制作工艺等等。

1、CMOS电路的特点

CMOS电路的结构、制作工艺不同于TTL电路，CMOS集成电路的功耗很低，一般小规模CMOS集成电路的静态平均功耗小于10uW，是各类实用电路中功耗最低的，比如TTL集成电路的平均功耗为10mw，是CMOS电路的10倍，但CMOS集成电路的动态功耗随工作频率的升高而增大。

CMOS电路的输入特性用输入电流和电容表示，由于电路的输入电阻很高，输入电路一般小于0.1uA；输入电容是各种杂散电容的综合，一般在5pF左右。

CMOS电路的输出特性取决于输出线路形式和输出管的特性参数。大多数CMOS电路可用输出驱动电流、逻辑电平及状态转换时间来表示输出特性。

2、CMOS电路的类型

CMOS电路的类型很多，但最常用的是门电路。

CMOS电路中的逻辑门有非门、与门、与非门、或非门、或门、异或门、异或非门，施密特触发门、缓冲器、驱动器等。

非门也称反相器，它是只有1个输入端和1个输出端的逻辑门。输人为高电平时，输出即为低电平：反之，输出为高电平。输出与输入总是反相或互补的。与门具有2个或2个以上输入端和1个输出端。当所有输人都是高电平时，输出也为高电平；只要有1个或互个以上输入低电平时，输出就为低电平。

与非门则是当输入端中有1个或1个以上是低电平时，输出为高电平；只有所有输入是高电平时，输出才是低电平。

或门具有1个或端，2个或2个以上的输入端。当所有输入为低电平时，输出才是低电平。如果有1个或1个以上输入是高电平,则其输出变相电平。或非门电路是当得入端都处于低电平时，其输出才呈现高电平；只要有1个或互个以上输入为高电平，输出即为低电平。

异或门电路有2个输入端，1个输出端。当2个输入端中只有-个是高电平时，输出则为高电平；当输入端都是低电平或都是高电平时，输出才是低电平。

异或门倒相就变为异或非门。异或非门也称作为“同或门”。异或非门只有2个输入端，1个输出端，当2个输入端都是低电平或都是高电平时，输出为高电平； 2个输入端只有1个是高电平时，输出才是低电平。

最基本线路构成的门电路存在着抗干扰性能差和不对称等缺点。为了克服这些缺点，可以.在输出或输入端附加反相器作为缓冲级；也可以输出或输入端同时都加反相器作为缓冲级。这样组成的门电路称为带缓冲器的门电路。

带缓冲输出的门电路输出端都是1个反相器，输出驱动能力仅有该输出级的管子特性决定，与各输入端所处逻辑状态无关，而不带缓冲器的门电路其输出驱动能力与输入状态有关。

另-方面。带缓冲器的门电路的转移特性至少是由3级转移特性相乘的结果，因此转换区域窄，形状接近理想矩形，并且不随输入使用端数的情况而变化、加缓冲器的门电路，抗干扰性能提高10% 电源电压。此外，带缓冲器的门电路还有输出波形对称、交流电压增益大、带宽窄、输入电容比较小等优点。不过，由于附加了缓冲级，也带来了一-些缺点。例如传输延迟时间加大，因此，带缓冲器的门电路适宜用在高速电路系统中。

在数字电路中，由于TTL电路、CMOS电路、ECL电路等，它们的逻辑电平不同，当这些电路相互联接时，一定要进行电平转换，使各电路都工作在各自允许的电压工作范围内。

数字电路中的三态逻辑门,一般是指电路的输出端的状态可呈现三种输出阻态,或简称“三态输出”，这个状态通常用字母“Z”表示。

三状态电路在使用时的两状态特性与普通电路相同，而在禁止时的“Z"状态特性则取决于三态门电路的漏电流大小。