CMOS集成電路的工作原理

　　下面我們通過CMOS集成電路中的一個最基本電路-反相器（其他復雜的CMOS集成電路大多是由反相器單元組合而成）入手，分析一下它的工作過程。

　　利用一個P溝道MOS管和一個N溝道MOS管互補連接就構成了一個最基本的反相器單元電路如附圖所示。圖中VDD為正電源端，VSS為負電源端。電路設計采用正邏輯方法，即邏輯“1”為高電平，邏輯“0”為低電平。

　　附圖中，當輸入電壓VI為底電平“0”（VSS）時，N溝道MOS管的柵-源電壓VGSN=0V（源極和襯底一起接VSS），由于是增強型管，所以管子截止，而P溝道MOS管的柵-源電壓VGSN=VSS—VDD。若| VSS—VDD |》| VTP|（MOS管開啟電壓），則P溝道MOS管導通，所以輸出電壓V0為高電平“1”（VDD），實現了輸入和輸出的反相功能。

　　當輸入電壓VI為底電平“1”（VDD）時，VGSN=（VDD—VSS）。若（VDD—VSS）》 VGSN ，則N溝道MOS管導通，此時VGSN=0V， P溝道MOS管截止，所以輸出電壓V0為低電平“0”（VSS），與VI互為反相關系。

　　由上述分析可知，當輸入信號為“0”或“1”的穩定狀態時，電路中的兩個MOS管總有一個處于截止狀態，使得VDD和VSS之間無低阻抗直流通路，因此靜態功耗極小。這便是CMOS集成電路最主要的特點。

　　CMOS集成電路應用常識

　　電路的極限范圍

　　表1列出了CMOS集成電路的一般參數，表2列出了CMOS集成電路的極限參數。CMOS集成電路在使用過程中是不允許在超過極限的條件下工作的。當電路在超過最大額定值條件下工作時，很容易造成電路損壞，或者使電路不能正常工作。

　　表1 CMOS集成電路（CC4000系列）的一般參數表

　　表2 CMOS集成電路（CC4000系列）的極限參數表

　　應當指出的是：CMOS集成電路雖然允許處于極限條件下工作，但此時對電源設備應采取穩壓措施。這是因為當供電電源開啟或關閉時，電源上脈沖波的幅度很可能超過極限值，會將電路中各MOS晶體管電極之間擊穿。上述現象有時并不呈現電路失效或損壞現象，但有可能縮短電路的使用壽命，或者在芯片內部留下隱患，使電路的性能指標逐漸變劣。