深入了解CMOS电路：工作特性及注意事项

CMOS电路内部由MOS管组成，是电压控制的单极型电路。与TTL电路相比，其具有静态功耗极低（单门功耗<luW）、电源电压范围宽（3～18V）、输入阻抗高、抗干扰能力强工作稳定性好等特点，尤其适用于要求低功耗的场合。主要缺点是工作速度比TTL电路低约一个数量级。CMOS集成电路引脚的电源端、接地端分别用UDD或（VDD）、Uss或（Vss）来标识。

1.CMOS集成电路主要系列

（1）基本的CMOS——4000系列

这是早期的CMOS集成逻辑门产品，工作电源电压范围为3～18V，由于具有功耗低、噪声容限大、扇出系数大等优点，已得到普遍使用。缺点是工作速度较低，平均传输延迟时间为几十ns，最高工作频率小于5MHz。

（2）高速的CMOS——HC（HCT）系列

该系列电路主要从制造工艺上做了改进，使其大大提高了工作速度，平均传输延迟时间小于10ns，最高工作频率可达50MHz。HC系列的电源电压范围为2～6V。HCT系列的主要特点是与TTL器件电压兼容，它的电源电压范围为4.5～5.5V。它的输入电压参数为ViH（min）=2.0V；与TTL完全相同。另外，74HC/HCT系列与74LS系列的产品，只要最后3位数字相同，则两种器件的逻辑功能、外形尺寸，引脚排列顺序也完全相同，这样就为以CMOS产品代替TTL产品提供了方便。

（3）先进的CMOS——AC（ACT）系列

该系列的工作频率得到了进一步的提高，同时保持了CMOS超低功耗的特点。其中ACT系列与TTL器件电压兼容，电源电压范围为4.5～5.5V。AC系列的电源电压范围为1.5～5.5V。AC（ACT）系列的逻辑功能、引脚排列顺序等都与同型号的HC（HCT）系列完全相同。(www.xing528.com)

2.CMOS逻辑门电路的主要参数

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。

➢输出高电平Voh与输出低电平VoL。CMOS门电路Voh的理论值为电源电压Vdd，VoH（min）=0.9Vdd；VoL的理论值为0V，VoL（max）=0.01Vdd。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Vdd值。

➢阈值电压Vth。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Vth约为Vdd/2。

➢抗干扰容限。CMOS非门的关门电平Voff为0.45Vdd，开门电平Von为0.55Vdd。因此，其高、低电平噪声容限均达0.45Vdd。其他CMOS门电路的噪声容限一般也大于0.3Vdd，电源电压Vdd越大，其抗干扰能力越强。

➢传输延迟与功耗。CMOS电路的功耗很小，一般小于1mW/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。

➢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，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。