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CMOS多余输入端悬空造成逻辑混乱，该如何处理？

发布时间：2019-01-29 责任编辑：wenwei

【导读】集成电路按晶体管的性质分为TTL和CMOS两大类，TTL以速度见长，CMOS以功耗低而著称，其中CMOS电路以其优良的特性成为目前应用最广泛的集成电路。
 
有初学者在使用CMOS集成电路时，有些多余的输入端，做悬空处理，是非常不当的做法。
 
CMOS电路的输入端是不允许悬空的，因为悬空会使电位不定，破坏正常的逻辑关系。另外，悬空时输入阻抗高，易受外界噪声干扰，使电路产生误动作，而且也极易造成栅极感应静电而击穿。所以“与”门，“与非”门的多余输入端要接高电平，“或”门和“或非”门的多余输入端要接低电平。若电路的工作速度不高，功耗也不需特别考虑时，则可以将多余输入端与使用端并联。
 
除了以上这一点，关于CMOS集成电路的使用，在认真阅读产品说明及有关资料，了解其引脚分布及极限参数外，还应注意以下几个问题。
 
电源问题
 
(1)CMOS集成电路的工作电压一般在3-18V，但当应用电路中有门电路的模拟应用(如脉冲振荡、线性放大)时，最低电压则不应低于4.5V。由于CMOS集成电路工作电压宽，故使用不稳压的电源电路CMOS集成电路也可以正常工作，但是工作在不同电源电压的器件，其输出阻抗、工作速度和功耗是不相同的，在使用中一定要注意。
 
(2)CMOS集成电路的电源电压必须在规定范围内，不能超压，也不能反接。因为在制造过程中，自然形成许多寄生二极管，在正常电压下，这些二极管皆处于反偏，对逻辑功能无影响，但是由于这些寄生二极管的存在，一旦电源电压过高或电压极性接反，就会使电路产生损坏。
 
驱动能力问题
 
CMOS电路的驱动能力的提高，除选用驱动能力较强的缓冲器来完成之外，还可将同一个芯片几个同类电路并联起来提高，这时驱动能力提高到N倍(N为并联门的数量)。
 
输入端的问题
 
(1)输入端接长导线时的?；ぁ?/div>
 
在应用中有时输入端需要接长的导线，而长输入线必然有较大的分布电容和分布电感，易形成LC振荡，特别当输入端一旦发生负电压，极易破坏CMOS中的?；ざ堋Ｆ浔；ぐ旆ㄎ谑淙攵舜右桓龅缱琛?/div>
 
(2)输入端的静电防护。
 
虽然各种CMOS输入端有抗静电的保护措施，但仍需小心对待，在存储和运输中最好用金属容器或者导电材料包装，不要放在易产生静电高压的化工材料或化纤织物中。组装、调试时，工具、仪表、工作台等均应良好接地。要防止操作人员的静电干扰造成的损坏，如不宜穿尼龙、化纤衣服，手或工具在接触集成块前最好先接一下地。对器件引线矫直弯曲或人工焊接时，使用的设备必须良好接地。
 
(3) 输入信号的上升和下降时间不易过长，否则一方面容易造成虚假触发而导致器件失去正常功能，另一方面还会造成大的损耗。
 
对于74HC系列限于0.5us以内。若不满足此要求，需用施密特触发器件进行输入整形。
 
(4)CMOS电路具有很高的输入阻抗，致使器件易受外界干扰、冲击和静电击穿，所以为了保护CMOS管的氧化层不被击穿，一般在其内部输入端接有二极管保护电路。
 
输入?；ね绲囊胧蛊骷氖淙胱杩褂幸欢ㄏ陆担栽?08Ω以上。这样也给电路的应用带来了一些限制：
 
(A)输入电路的过流保护。CMOS电路输入端的保护二极管，其导通时电流容限一般为1mA在可能出现过大瞬态输入电流(超过10mA)时，应串接输入?；さ缱?。例如，当输入端接的信号，其内阻很小、或引线很长、或输入电容较大时，在接通和关断电源时，就容易产生较大的瞬态输入电流，这时必须接输入保护电阻，若VDD=10V，则取限流电阻为10KΩ即可。
 
(B) 输入信号必须在VDD到VSS之间，以防二极管因正向偏置电流过大而烧坏。因此在工作或测试时，必须按照先接通电源后加入信号，先撤除信号后关电源的顺序进行操作。在安装，改变连接，拔插时，必须切断电源，以防元件受到极大的感应或冲击而损坏。
 
(C)由于?；さ缏肺盏乃布淠芰坑邢?，太大的瞬间信号和过高的静电电压将使?；さ缏肥プ饔?。所以焊接时电烙铁必须可靠接地，以防漏电击穿器件输入端，一般使用时，可断电后利用电烙铁的余热进行焊接，并先焊其接地管脚。
 
(D)要防止用大电阻串入VDD或VSS端，以免在电路开关期间由于电阻上的压降引起?；ざ芩彩钡纪ǘ鸹灯骷?。
 
CMOS的接口电路问题
 
(1)CMOS电路与运放连接。当和运放连接时，若运放采用双电源，CMOS采用的是独立的另一组电源。若运放使用单电源，且与CMOS使用的电源一样，则可直接相连。
 
(2)CMOS与TTL等其它电路的连接。在电路中常遇到TTL电路和CMOS电路混合使用的情况，由于这些电路相互之间的电源电压和输入、输出电平及负载能力等参数不同，因此他们之间的连接必须通过电平转换或电流转换电路，使前级器件的输出的逻辑电平满足后级器件对输入电平的要求，并不得对器件造成损坏。逻辑器件的接口电路主要应注意电平匹配和输出能力两个问题，并与器件的电源电压结合起来考虑。下面分两种情况来说明：
 
(A)TTL到CMOS的连接。用TTL电路去驱动CMOS电路时，由于CMOS电路是电压驱动器件，所需电流小，因此电流驱动能力不会有问题，主要是电压驱动能力问题，TTL电路输出高电平的最小值为2.4V，而CMOS电路的输入高电平一般高于3.5V，这就使二者的逻辑电平不能兼容。为此可在TTL的输出端与电源之间接一个电阻R(上拉电阻)可将TTL的电平提高到3.5V以上。
 
(B)CMOS到TTL的连接。CMOS电路输出逻辑电平与TTL电路的输入电平可以兼容，但CMOS电路的驱动电流较小，不能够直接驱动TTL电路。为此可采用CMOS/TTL专用接口电路，如CMOS缓冲器CC4049等，经缓冲器之后的高电平输出电流能满足TTL电路的要求，低电平输出电流可达4mA。实现CMOS电路与TTL电路的连接。 需说明的时，CMOS与TTL电路的接口电路形式多种多样，实用中应根据具体情况进行选择。
 
输出端的?；の侍?/div>
 
(1)MOS器件输出端既不允许和电源短接，也不允许和地短接，否则输出级的MOS管就会因过流而损坏。
 
(2)在CMOS电路中除了三端输出器件外，不允许两个器件输出端并接，因为不同的器件参数不一致，有可能导致NMOS和PMOS器件同时导通，形成大电流。但为了增加电路的驱动能力，允许把同一芯片上的同类电路并联使用。
 
(3)当CMOS电路输出端有较大的容性负载时，流过输出管的冲击电流较大，易造成电路失效。为此，必须在输出端与负载电容间串联一限流电阻，将瞬态冲击电流限制在10mA以下。 
 
 
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