数字电子技术基础（6）——门电路、存储器

MOS晶体管

MOS管是金属-氧化物-半导体场效应晶体管的简称，它有3个电极——源极S（Source）、栅极G（Gate）、漏极D（Drain），衬底一般与源极相连 。它是电压控制器件，以栅极电压控制漏极电流。

MOS管根据导电沟道的不同可以分为PMOS和NMOS，按形成沟道的工作方式不同可以分为增强型和耗尽型。故共有4种构型：增强型NMOS、增强型PMOS、耗尽型NMOS、耗尽型PMOS。数字电路中多采用增强型MOS管作为开关管。

符号助记：增强型-三个短横；耗尽型-一个长横。N-箭头朝内；P-箭头朝外。

MOS管有3个工作区：截止区、恒流区（饱和区）、可变电阻区（非饱和区）。MOS管的开关时间，取决于负载电容的充放电时间。

CMOS逻辑门电路

CMOS反相器、CMOS传输门，是CMOS逻辑电路的2种基本模块。

1. CMOS反相器

   CMOS反相器构成：增强型PMOS（负载管，上）、增强型NMOS（驱动管，下）串联。

   

2. CMOS与非门

   CMOS与非门是由2个并联的PMOS管和2个串联的NMOS管构成。

   

3. CMOS或非门

   CMOS或非门是由2个并联的NMOS管和2个串联的PMOS管构成。

   

4. CMOS传输门

   CMOS传输门由一个增强型PMOS和一个增强型NMOS并联互补组成。

   

   传输门的信号可以双向传输。用CMOS传输门和CMOS反相器可以组成双向模拟开关，还可以构成各种复杂的逻辑模块，比如同或门等。

   

   

5. OD门、OC门

   CMOS集成电路有3种输出结构：推挽输出、三态输出、漏极开路输出。

   普通推挽输出的CMOS门电路输出端不能并联使用。

   三态输出：高电平、低电平、高阻态。三态门可以实现数据双向传输，所以它可以实现总线结构。三态门的结构有2种，一种是低电平控制，一种是高电平控制。

   

   

   漏极开路输出可以实现线与，例如CMOS的OD门、TTL的OC门。其中TTL的OC门使用时必须外接负载电阻到VCC（1-2.5K）。

   

双极型晶体管

1. 二极管与门

   

2. 二极管或门

   

3. 三极管非门（反相器）

   

CMOS、TTL总结

CMOS集成电路的优点是静态功耗很低，同时存在动态功耗，与工作频率成正比。

TTL速度高、抗干扰能力强，逻辑电平摆幅大。CMOS速度较TTL低，功耗低，抗干扰能力、带负载能力强，电源利用率高。

TTL与门：多余闲置端接1、和使用端并联、悬空；TTL或门：多余闲置端接0、和使用端并联；

CMOS：不能悬空！TTL悬空是接1。CMOS或非门接小电阻（510）到地，相当于接低电平0。

TTL与非门的灌电流负载发生在输出 低电平(0) 情况下，拉电流负载发生在输出 高电平(1) 情况下。

存储器的分类

按制造工艺可以分为双极型和MOS型存储器。双极型速度快，功耗大，价格高，工艺复杂；MOS型速度相对慢一点，但功耗低，集成度高，成本低。

按照应用角度分为随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。RAM是可读可写存储器，但断电后数据会丢失。RAM又分静态存储器（SRAM）和动态存储器（DRAM），DRAM结构简单、集成度高、速度慢，SRAM相反。ROM只能读取不能写入，断电后信息不会丢失。

除此之外还有多种存储器：

• 掩模ROM，不可修改；
• PROM，可修改1次；
• EPROM，可通过光擦写（紫外线）多次修改（耗时长）；
• E²PROM，可通过电擦写多次修改。

存储器的应用

固定ROM的基本结构如图所示，其中A为n条地址输入线，W为$2^n$条字线，D为m条位线，存储容量就是$2^n×m$bit。

ROM的地址译码器是与逻辑阵列，位线和字线的逻辑关系是或逻辑关系，所以使用ROM可以实现逻辑函数：

存储器的扩展

1. 位扩展

   

2. 字扩展

   

3. 位和字扩展