巧用CMOS传输门

数字电子技术研究性学习报告用CMOS传输门和CMOS非门设计边沿D触发器第一章基本器件结构图以及功能1.1CMOS传输门图1原理：所谓传输门（TG）就是一种传输模拟信号的模拟开关。

CMOS传输门(如图1)由一个P沟道和一个N沟道增强型MOS管并联而成，如上图所示。

设它们的开启电压|VT|=2V且输入模拟信号的变化范围为0V到+5V。

为使衬底与漏源极之间的PN结任何时刻都不致正偏，故T2的衬底接+5V电压，而T1的衬底接地。

传输门的工作情况如下：当C端接低电压0V时T1的栅压即为0V，vI取0V 到+5V范围内的任意值时，TN均不导通。

同时,TP的栅压为+5V，TP亦不导通。

可见，当C端接低电压时，开关是断开的。

为使开关接通，可将C端接高电压+5V。

此时T1的栅压为+5V，vI在0V到+3V的范围内，TN导通。

同时T2的棚压为-5V，vI在2V到+5V的范围内T2将导通。

由上分析可知，当vI＜+3V时，仅有T1导通，而当vI＞+3V时，仅有T2导通当vI在2V到+3V的范围内，T1和T2两管均导通。

进一步分析还可看到，一管导通的程度愈深，另一管的导通程度则相应地减小。

换句话说，当一管的导通电阻减小，则另一管的导通电阻就增加。

由于两管系并联运行，可近似地认为开关的导通电阻近似为一常数。

这是CMOS传输出门的优点。

1.2 CMOS反相器1.2.1电压传输特性和电流传输特性CMOS反相器的电压传输特性曲线可分为五个工作区。

（如图2）图2工作区Ⅰ：由于输入管截止，故vO=VDD，处于稳定关态。

工作区Ⅲ：PMOS和NMOS均处于饱和状态，特性曲线急剧变化，vI值等于阈值电压Vth。

工作区Ⅴ：负载管截止，输入管处于非饱和状态，所以vO≈0V，处于稳定的开态。

CMOS反相器的电流传输特性曲线如图3，只在工作区Ⅲ时，由于负载管和输入管都处于饱和导通状态，会产生一个较大的电流。

其余情况下，电流都极小。

图31.2.2 CMOS反相器特点静态功耗极低。

目录摘要、前言---------------------------------------------------------------------3 一概述---------------------------------------------------------------------------4 二CMOS边沿D触发器---------------------------------------------------5 三设计目的及要求----------------------------------------------------------5 四电路组成结构-------------------------------------------------------------8 五电路工作原理-------------------------------------------------------------9 六特征方程、表、图-------------------------------------------------------9 七脉冲特性------------------------------------------------------------------10 八集成触发器---------------------------------------------------------------10 九异步置位、复位设计---------------------------------------------------11 十触发器转换---------------------------------------------------------------12 十一CMOS触发器在时钟边沿工作特性研究-----------------------14 十二CMOS D触发器CD4013的脉冲宽度检测电路--------------20 十三芯片对比---------------------------------------------------------------22 十四总结与感想------------------------------------------------------------25 参考文献---------------------------------------------------------------------26摘要：边沿D触发器在教材里的是维持阻塞边沿D触发器，使用TTL管制成的，而本文的作法是采用了创新手法：即用CMOS传输门和非门来做边沿D触发器。

用CMOS传输门和CMOS非门设计边沿D触发器Design Edge D Flip-flop with CMOS Transmission Gate and CMOS NAND Gate摘要本文主要研究了用CMOS传输门和CMOS非门设计边沿D触发器，并将其进行了拓展分析与研究。

本文首先从CMOS传输门和CMOS非门组成的边沿D触发器的电路工作原理、特征方程、特征表、激励表、状态图进行了阐述，计算出激励信号D的保持时间和时钟CP的最大频率，并与TTL组成的D触发器进行了对比和应用分析。

接着还将D触发器转换成JK触发器和T触发器，并分别设计了并行数据存储电路、倍频电路、单稳态电路以及脉冲震荡器这四个功能电路，在实际生活中有着重要的应用。

关键词边沿D触发器 CMOS传输门 CMOS非门 JK触发器 D触发器AbstractThis paper studies the use of non-CMOS and CMOS transmission gate door design edge D flip-flop, and Analysis and research conducted to expand. Edge D flip-flop circuit works from the paper first and CMOS transmission gate CMOS NAND gate composed of the characteristic equation, characteristic form, motivate table, state diagram are described, D calculate the excitation signal hold time and the maximum clock frequency of CP and the composition of the D flip-flop TTL were compared and applied analysis. Then will be converted into a JK flip-flop D flip-flop and Tflip-flops, and were designed to parallel data storage circuit, multiplier circuits,one-shot pulse oscillator circuit and four functional circuit, has important in real life application.Key Words:edge D flip-flop; CMOS transmission gate; CMOS NAND gate; JKflip-flop; T flip-flop目录第1章用CMOS传输门和CMOS非门设计边沿D触发器 (5)1.1 CMOS传输门 (5)1.1.1组成 (5)1.1.2 原理 (5)1.1.3 结论 (5)1.2 CMOS非门 (6)1.2.1 CMOS非门的组成 (6)1.2.2 CMOS非门的原理 (6)1.2.3 CMOS非门的传输延迟时间 (7)1.3用CMOS传输门和CMOS非门设计边沿D触发器 (7)1.3.1 电路组成 (7)1.3.2 电路原理 (7)1.3.3 特征方程，特征表，激励表与状态图 (8)1.3.4激励信号D的保持时间和时钟CP的最大频率 (9)1.4 CMOS构成的D触发器与TTL构成的D触发器比较 (10)1.5 CMOS D触发器的应用——CD4013触摸开关 (12)第二章将设计的边沿D触发器改成其他类型触发器 (13)2.1将设计的D触发器转换成JK触发器 (13)2.2将设计的D触发器转换成T触发器 (13)第三章基于D触发器的应用拓展电路设计 (15)3.1 并行数据存储电路 (15)3.2 倍频电路 (16)3.3 单稳态电路 (18)第四章总结 (26)致谢 (27)参考文献 (27)第1章用CMOS传输门和CMOS非门设计边沿D触发器1.1 CMOS传输门1.1.1组成CMOS传输门的电路如图1-1(a)，逻辑符号如图1-1（b）所示。

数字电子技术研究性课题数字电子技术研究性课题用CMOS传输门和CMOS非门设计边沿D触发器姓名：学号：学院：电子信息工程学院班级：********日期：2013/11/25摘要本文用CMOS传输门和非门设计边沿D触发器。

首先说明了电路原理，阐明电路的组成结构。

写出特征方程，画出特征表，激励表与状态图。

计算出激励信号D的保持时间和时钟CP的最大频率。

并将设计的D触发器转换成JK触发器和T触发器。

还研究了CMOS触发器在时钟边沿的工作特性及总结，分析了CMOS触发器的功耗情况，阐述了双边沿触发器的工作原理，最后阐述了自己的感想。

关键词：D触发器边沿触发 CMOS传输门 CMOS非门AbstractThis paper mainly discusses the edge D flip-flop using CMOS transmission gate and gate design. The edge D trigger in teaching material is maintaining block edge D flip-flop, use TTL controls into, and this practice is used in innovative ways: with the use of CMOS transmission gate and the gate to the edge D flip-flop. At the same time also analyzed the setup time, hold time, and delay time, the highest frequency analysis method. Also focused on CMOS trigger clock edge characteristics. And has carried on the summary. As well as the contrast between the chip, in practical application are presented. Suggestions.Keywords: D trigger; trigger edge; CMOS transmission gate; CMOS gate目录摘要.............................................................................................................. - 1 -Abstract.......................................................................................................... - 1 -绪论.............................................................................................................. - 3 -第1章电路组成结构及其原理 ........................................................................ - 4 -1.1 边沿D触发器 ......................................................................................................... - 4 -1.2 CMOS门电路 ............................................................................................................ - 4 -1.3 电路组成结构图 ..................................................................................................... - 5 -1.4 电路工作原理 ......................................................................................................... - 6 -第2章特征方程、特征表、激励表及状态图..................................................... - 7 -第3章激励信号D的保持时间和时钟CP的最大频率 ......................................... - 8 -3.1 平均传输延迟时间 ................................................................................................. - 8 -3.2 保持时间 ................................................................................................................. - 8 -3.3 时钟CP最大频率 ................................................................................................... - 9 -第4章复位、置位电路 ................................................................................ - 11 -第5章触发器逻辑功能的转换 ...................................................................... - 13 -5.1 D触发器转换成JK触发器 .................................................................................. - 13 -5.2 D触发器转换成T触发器 .................................................................................... - 14 -第6章 CMOS双边沿D触发器......................................................................... - 15 -6.1 CMOS集成电路功耗分析 ...................................................................................... - 15 -6.2 CMOS双边D沿触发器工作原理 .......................................................................... - 15 -第7章 D触发器常用芯片 ............................................................................ - 18 -7.1 74HC273芯片资料 .................................................................................................. - 18 -7.2 74LS273芯片资料 .................................................................................................. - 19 -7.3 芯片性能比较 ......................................................................................................... - 20 -感想与总结 .................................................................................................. - 22 -绪论触发器按触发方式的不同，可分为电平触发器、主从触发器和边沿触发器。

用CMOS传输门和CMOS非门设计边沿D触发器姓名单赟吉所在学院电子信息工程专业班级通信1109学号 11211105指导教师白双日期 __2013.12月_____目录摘要 (2)第一章绪论 (2)1.1 CMOS D触发器与TTL D触发器的比较 (3)1.2 触发器 (4)1.3 边沿触发器 (4)第二章D触发器电路组成结构 (6)2.1 CMOS反向器 (6)2.2 CMOS传输门 (6)2.3 D触发器 (7)2.4 第一种设计方案 (8)2.5 第二种设计方案 (9)2.6 两种设计方案比较 (10)第三章置位、复位电路 (12)第四章特征方程，特征表，激励表，状态图 (14)4.1 特征方程和特征表 (14)4.2 激励表 (14)4.3 状态图 (14)第五章激励信号D的保持时间和时钟CP的最大频率 (16)5.1 平均传输延迟时间 (16)5.2 建立时间和保持时间 (16)5.3 CP时钟周期 (17)第六章设计的D触发器转换成JK触发器和T触发器 (18)6.1 设计的D触发器转换成JK触发器 (18)6.2 D触发器转换成T触发器 (19)第七章CMOS D触发器在CP边沿的工作特性研究 (21)第八章CMOS D触发器的应用—CD4013触摸开关 (24)第九章总结以及感想 (25)参考文献 (26)摘要：本文用CMOS传输门和CMOS非门设计边沿D触发器。

说明电路组成结构；阐述电路工作原理；写出特征方程，画出特征表，激励表与状态图；计算出激励信号D的保持时间和时钟CP 的最大频率；将设计的D触发器转换成JK触发器和T触发器。

关键词：边沿触发 CMOS非门，CMOS传输门，D触发器。

Abstract：This paper mainly studied how to use CMOS transmission door and CMOS gate design edge D flip-flop. Firstly analyzes CMOS transmission door and CMOS gate principle; Then use the CMOS transmission door and CMOS gate design the edge D flip-flop; Also this paper tells us how this circuit work, Then write characteristic equation, draw the feature list, incentive table and state diagram; Next calculate the excitation signal D retention time and clock CP's maximum frequency; Finally put The design of the D flip-flop into JK flip-flop and T trigger.Keywords: trigger edge; CMOS gate;CMOS transmission gate; D trigger;一、绪论1.1 CMOS D触发器与TTL D触发器的比较TTL电路的速度快，传输延迟时间短(5-10ns)，但是功耗大。

1、CMOS 传输门VDDVi/Vo由两个增强型MOS 管（一个P 沟道，一个N 沟道）组成。

工作原理：C=0，！C=1时，两个管子都夹断，传输门截止，不能传输数据。

C=1，！C=0时，传输门导通，数据可以从左边传输到右边，也可以从右边传输到左边，因此是一个双向传输门。

2、CMOS 与非门YABCMOS 与非门的组成如上图所示，其工作原理如下：A=0，B=0时，T1、T2并联（ON ），T3、T4串联（OFF ），输出Y=1。

A=0，B=1时，T1（OFF ），T2（ON ），T4（ON ），T3（OFF ），输出Y=1。

A=1，B=0时，T1（ON ），T2（OFF ），T3（ON ），T4（OFF ），输出Y=1。

A=1，B=1时，T1、T2并联（OFF ），T3、T4串联（ON ），输出Y=0。

因此构成与非的关系。

3、CMOS 或非门VDDABYCMOS 或非门组成原理如上图所示，其工作原理如下：A=0，B=0时，T1、T2都是ON ，T3、T4都是OFF ，输出Y=1。

A=0，B=1时，T1（ON ），T2（OFF ），T3（ON ），T4（OFF ），输出Y=0。

A=1，B=0时，T1（OFF ），T2（ON ），T3（OFF ），T4（OF ），输出Y=0。

A=1，B=1时，T1、T2都是OFF ，T3、T4都是ON ，输出Y=0。

因此构成或非的关系。

4、增加冗余项可以消除冒险，为什么？当变量从一个卡圈到另一个卡圈时会出现冒险，但是在卡圈重叠时不会发生，增加冗余项正是利用这一原则，增加了冗余项就增加了卡圈的重叠，这样就消除了冒险的发生。

如： F= AB+A B C两个卡诺圈相切,可能出现冒险.将F 变换为F= AB+A B C+AC 增加冗余项AC 后消除了上述冒险.ABC000111100 11115、基本触发器的原理基本RS触发器组成如下：由两个与非门组成，Q和！Q成互补输出。

用CMOS传输门和CMOS非门设计边沿D触发器姓名周路所在学院电子信息工程专业班级通信1002学号 10211061指导教师侯建军日期 __2012.12月_____目录第一章电路组成结构 (1)第二章电路工作原理 (2)第三章特征方程，特征表，激励表，状态图 (2)第四章激励信号D的保持时间和时钟CP的最大频率 (3)第五章设计的D触发器转换成JK触发器和T触发器 (4)5.1 设计的D触发器转换成JK触发器 (4)5.2 D触发器转换成T触发器 (4)第六章CMOS D触发器CD4013和TTL D触发器74LS74区别 (5)第七章CMOS D触发器的应用——CC4013触摸开关 (7)第八章感想以及总结 (8)参考文献 (9)摘要：本文用CMOS 传输门和CMOS 非门设计边沿D 触发器。

说明电路组成结构；阐述电路工作原理；写出特征方程，画出特征表，激励表与状态图；计算出激励信号D 的保持时间和时钟CP 的最大频率；将设计的D 触发器转换成JK 触发器和T 触发器。

比较C4013和74LS74的区别，简述CD4013的一个应用。

最后阐述自己的感想和对未来电子技术发展的一些展望设想。

关键词： CMOS 非门，CMOS 传输门，TTL 与CMOS ，展望未来。

一、电路组成结构传统的边沿D 触发器电路已为大家熟知，在此基础上，用CMOS 传输门（TG ）和CMOS 非门(G)设计；由此该电路的整体构造如下图所示.图1 D 触发器原理图图2 仿真CMOS传输门和非门构成的D触发器,非门G1、G2和传输门TG1、TG2组成了主触发器；非门G3、G4和传输门TG3、TG4组成了从触发器。

TG1和TG3分别为主触发器和从触发器的输入控制门。

根据CMOS传输门的工作原理和图中控制信号的极性标注可知,当传输门TG1、TG4导通时,TG2、TG3截止;反之,当TG1、TG4截止时,TG2、TG3导通二、电路工作原理1.CP=0,TG1导通,TG2截止,D端输入信号送人主触发器中,G1=D，G2=D此时触发器尚未形成反馈连接,不能自行保持。

数字电路-03CMOS传输门实验应用一．实验目的1.掌握CMOS传输门的功能特点及应用方法。

2.了解用CMOS传输门实现逻辑运算功能的方法。

3.了解用CMOS传输门实现程控选频、程控放大的原理。

4.进一步练习信号幅度和周期的测量方法。

二．实验原理CMOS传输门TG（Transmission Gate）是由逻辑信号控制的电子开关，当控制信号为有效逻辑电平时，开关接通，为无效电平时，开关断开。

（1）TG的电路结构CMOS传输门由两个源、漏极结构相同的互补MOS并联，如图3-1所示。

源极、漏极互相连接构成输入或输出端，由于结构相同，所以两端可以互换。

两个MOS管的开启电压绝对值相同（VTN =∣VTP∣=VT），栅极由互补的逻辑信号C,C—控制，C控制NMOS，C—控制PMOS。

图3-1 CMOS传输门原理结构图3-2 CMOS传输门导通电阻特性（2）TG的控制特性：设被控信号Ui 从两个MOS管的源极输入，Ui的幅值范围在逻辑信号的高、低电平之间。

①当C为低电平V SS,C—为高电平V DD时，U GN为电路的最低电位，U GP为最高电位，所以在整个输入信号范围内，两个MOS管由于栅源反偏都截止，传输门关断，信号不能通过。

②当C为VDD ，C—为VSS时，若输入Ui小于VDD-UT，NMOS栅源正偏导通。

Ui越小，偏置电压UGSN 越大，漏源电阻RDSN越小。

同理，当Ui大于VSS+UT时，PMOS栅源正偏导通，RDSP随Ui 增加（USGP增加）而减小。

由于两管漏、源并接，漏源电阻并联，所以Ui变化时传输门的总导通电阻RDS基本不变，为数十欧姆左右，传输门接通，信号可以通过。

图3-2定性地表示了R DSN ，R DSP 以及并联等效电阻R DS 与U i 的特性关系。

（3）集成四传输门4016图3-3是集成四传输门4016的引脚排列图，其中1C ，2C ，3C ，4C 分别为四个传输门的逻辑控制端（C —信号在内部连接，没有引出）。