CMOS集成电路简介

🏠 首页 《无线电》杂志 1998年 🔗 第7期 🔗 第42页 分类:答读者问 🔗 程国阳 🔗

编者按:

初学者园地从本期起陆续介绍数字集成电路的基本知识,包括门电路、触发器、计数器、寄存器、模拟开关等等,有兴趣的读者不妨同我们一起走入有趣的数字电路世界。若你在阅读过程中有什么问题,请写信到初学者信箱。

一、CMOS集成电路概述

COS/MOS集成电路是互补对称金属氧化物半导体(complementary symmetry metal oxide semiconductor)集成电路的英文缩写,简称CMOS集成电路。

20世纪60年代初,美国无线电公司(RCA)实验室首先研制成功金属—氧化物—半导体(MOS)电路,为新兴的CMOS器件工业的迅速发展奠定了基础。1963年CMOS集成电路的线路结构被提出,1968年CMOS集成电路有了商品化产品,其应用领域主要限于空间电子设备和军用电子产品。到了70年代,CMOS集成电路的应用迅速扩大到各种工业控制设备和民用电子产品领域,并渗透到数字世界的所有领域中,同时还广泛地应用于线性电路。

二、CMOS集成电路的特点

CMOS集成电路是一种性能优异的集成电路,具有以下几个特点:

1. 功耗低

CMOS集成电路的静态功耗极小,在电源电压V\(_{DD}\)=5V时正常工作的静态功耗:门电路类小于2.5~5μW;缓冲器和触发器类小于5~20μW;中规模电路小于25~100μW。

2.电源电压范围宽

目前国产CMOS集成电路按工作电压范围分为3~18V的CC4000类系列和7~15V的C000类系列。由于工作电源电压范围宽,因此,选择电源电压灵活方便,对供电线路要求低。

3.抗干扰能力强

CMOS集成电路的电压噪声容限典型值可达电源电压的45%,保证值达电源电压的30%,而且随着电源电压的增加,噪声容限电压绝对值增大,高电平和低电平的噪声容限值相等。

4.输入阻抗高

CMOS集成电路的输入端一般都是由保护二极管和串联电阻构成的保护网络。通常情况下等效输入电阻大于100MΩ。因此,驱动CMOS集成电路所需功耗甚微,与其它集成电路或分立器件接口连接十分方便,所消耗的驱动功率几乎可以略而不计。

5.扇出能力强

CMOS集成电路的输入和输出阻抗相差很大,对于低频工作情况,通常一个输出端可以带动50个以上输入端,因此在实际应用中几乎不需要考虑到扇出能力的限制。

6.逻辑摆幅大

CMOS集成电路的输出逻辑摆幅近似等于工作电源电压值。即输出逻辑高电平约等于电源的高电平电位,逻辑低电平约等于电源的低电平电位。

7.成本低

由于CMOS集成电路具有较高的集成度,能够把较复杂的逻辑线路集成在一块集成电路里,减少了集成电路的块数,降低了设备制造成本。

三、CMOS集成电路的识别和使用要点

CMOS集成电路由于生产厂家不同,产品型号前缀也有许多不同,如美国无线电公司(RCA)生产的CD…系列,摩托罗拉公司(MOTA)生产的MC…系列,东芝公司(TOST)生产的TC…系列,上海无线电十四厂生产的CC…系列等。但内部逻辑功能基本相同。

CMOS集成电路一般可分为门电路、触发器、计数器、译码器、寄存器、模拟开关等,我们将在以后陆续介绍。不同型号的CMOS集成电路元件内部的逻辑功能也不同,在使用CMOS集成电路元件时,必须先了解集成电路的适用情况,从CMOS集成电路手册中查阅有关资料,明确内部功能和引出端的情况。

使用CMOS集成电路时,必须注意以下几点:

1.在安装集成电路时引脚必须接正确。引脚的排列有一定的规律,识别方法是首先将集成电路放平,有型号标识的一面正对自己,左边有一记号,则左下方是第一引脚,从下往上逆时针计数,则可依次得到其它各引脚号,如图1所示。

图1
图1 🔍原图 (879×316)

2.电源电压正负不能接反,将集成块正放,左上角的引脚为V\(_{DD}\)端,接电源正极,右下角的引脚为VSS端,接电源负极,若反接,将损坏集成块内部电路。

3.CMOS集成电路元件的外型有很多种,典型的有双列直插式和扁平式,如图2所示。直插式安装灵活,可直接焊在印制线路板上或插在插座上使用,扁平式体积小,但焊接难度较高,容易两脚搭锡,引起短路,要把烙铁头改成尖形的,焊接时如遇两脚搭锡,可放些松香再烫开。

图2
图2 🔍原图 (794×391)

4.焊接CMOS集成块时,电烙铁必须外壳接地或拨下电源插头,以防感应电压击坏集成块。焊接集成块或调换集成块时,一定要先断开线路的电源。(程国阳)