CMOS器件的(de)接(jie)口(kou)

构成计算机、便携(xie)式电话、光盘唱机、汽车驾驶导向(xiang)系统等各(ge)种电子(zi)设备(bei)的主要(yao)(yao)进(jin)行逻辑处理(li)的CMOS器件(jian)(CMOS逻辑)的输入、输出必(bi)须(xu)(xu)要(yao)(yao)与其他器件(jian)相连接。电子(zi)设备(bei)是(shi)(shi)人(ren)操作的，其结果也必(bi)须(xu)(xu)是(shi)(shi)人(ren)的视觉、听觉能(neng)够感(gan)受到的。 

电(dian)子(zi)设(she)(she)备的(de)(de)输(shu)入(ru)部(bu)分(fen)有人接触操作的(de)(de)机械(xie)部(bu)分(fen)，遥控信号(hao)的(de)(de)接收(shou)部(bu)分(fen)，将光、温度、压力(li)、磁的(de)(de)变化变换为(wei)电(dian)信号(hao)传(chuan)达环境(jing)变化的(de)(de)传(chuan)感器部(bu)分(fen)等(deng)。而电(dian)子(zi)设(she)(she)备的(de)(de)输(shu)出，将逻(luo)(luo)辑(ji)处理(li)的(de)(de)电(dian)信号(hao)通过(guo)液晶或(huo)lED显示，或(huo)者控制电(dian)流使马达旋转(zhuan)等(deng)。另(ling)外，在输(shu)入(ru)与(yu)(yu)输(shu)出之间对(dui)电(dian)信号(hao)进行处理(li)的(de)(de)不仅是一(yi)个CMOS逻(luo)(luo)辑(ji)，还有大量的(de)(de)各种半导(dao)体器件(jian)。因此(ci)，为(wei)了实现CMOS的(de)(de)输(shu)入(ru)输(shu)出还需(xu)要能够与(yu)(yu)各种信号(hao)电(dian)

平接口(kou)的技术。

通用(yong)的(de)数字器(qi)件(jian)(逻辑(ji)IC)的(de)电学特(te)性和接口规格是由(you)EIA(Electronic Indus-tries Assoclation，电子(zi)工(gong)业协(xie)会)所属的(de)JEDEC(Joint Electron Device Englneer-ing Council，联合电子(zi)器(qi)件(jian)工(gong)程委(wei)员会)进行审(shen)议(yi)、决定(ding)的(de)全(quan)球性的(de)标准(zhun)。小论CMOS、双极.Bi-CMOS，凡(fan)是输入输出2值逻辑(ji)的(de)通用(yong)器(qi)件(jian)的(de)电学特(te)性和接口规格，都由(you)JEDEC审(shen)议(yi)、决定(ding)。

另一方面(mian)，在2值逻辑接(jie)口(kou)的某些特定(ding)的应用中，为了便(bian)于(yu)操作(zuo)也(ye)会(hui)有附加(jia)的特殊(shu)功(gong)能和规(gui)格(ge)。例如LVDS、IEEE（例IEEE1394）、USP（例如USB2.0）等(deng)规(gui)格(ge)，这(zhei)些个(ge)别(bie)的、特定(ding)用途的标准化丁作(zuo)也(ye)在不断进行中。

在数字(zi)与(yu)模(mo)拟的边界上信(xin)(xin)号(hao)过渡的场(chang)合，或者数字(zi)系统(tong)中输(shu)出信(xin)(xin)号(hao)的器件与(yu)接(jie)受这个输(shu)出的输(shu)入端在信(xin)(xin)号(hao)电压振幅产(chan)生(sheng)差异的场(chang)合，都需(xu)要特别注意接(jie)口问(wen)题。

CMOS的输入输出特性

在讨论与其他(ta)器(qi)件连(lian)接传输信号(hao)(hao)的(de)接口问(wen)题之前(qian)，首先需(xu)要深入理解自身的(de)输入、输出特性(xing)(xing)。还需(xu)认识在信号(hao)(hao)传输过程中的(de)延迟时间(jian)、噪声特性(xing)(xing)等问(wen)题。

1．输入特性

图13.3示出CMOS器(qi)件的(de)(de)输(shu)入等效电(dian)路(lu)（以(yi)(yi)下(xia)写作输(shu)入电(dian)路(lu)）以(yi)(yi)及输(shu)入电(dian)流—输(shu)入电(dian)压特性(xing)。CMOS的(de)(de)输(shu)入端附加(jia)有防静电(dian)和(he)外来(lai)浪涌进(jin)人输(shu)入栅极的(de)(de)保(bao)(bao)护电(dian)路(lu)。CMOS的(de)(de)输(shu)入栅极电(dian)阻是几十MΩ以(yi)(yi)上的(de)(de)高电(dian)阻（高阻抗），所以(yi)(yi)实际的(de)(de)输(shu)入特性(xing)看(kan)到的(de)(de)是保(bao)(bao)护电(dian)路(lu)的(de)(de)特性(xing)。CMOS输(shu)入电(dian)路(lu)（保(bao)(bao)护电(dian)路(lu)）可分(fen)为以(yi)(yi)下(xia)四种类型：

(1)串联电阻(zu)十(shi)上(shang)拉(la)二(er)(er)极管(guan)(Pu)&下拉(la)二(er)(er)极管(guan)(PD)。

(2)PU＆PD（扩散电阻(zu)型PU&PD，扩散电阻(zu)型PD＆PU）。

(3)扩(kuo)散(san)(san)电(dian)阻型，二极管+PU/PD(扩(kuo)散(san)(san)电(dian)阻型PU+PD，扩(kuo)散(san)(san)电(dian)阻型PD-PU)。

(4)只有PD(PD或者扩散电阻(zu)型PD)。

不论(lun)哪种类型(xing)，输入(ru)电(dian)压在GND～VDD之间(jian)，从输入(ru)到VDD或(huo)者(zhe)到GND之间(jian)都(dou)具有几十MΩ以上(shang)的高电(dian)阻(zu)(zu)（高阻(zu)(zu)抗(kang)）。

具(ju)有(you)PU的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)中，如(ru)果输入(ru)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)超过VDD-VF(二极(ji)管(guan)(guan)的(de)(de)正(zheng)向电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)降：0.6～0.8V)，那么(me)电(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)将从(cong)输入(ru)向VDD流(liu)(liu)(liu)动(dong)；如(ru)果输入(ru)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)低于GND-VF(-0.6～-0.8V)，那么(me)电(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)将从(cong)GND向输入(ru)流(liu)(liu)(liu)动(dong)。当二极(ji)管(guan)(guan)输入(ru)端有(you)保护电(dian)(dian)(dian)(dian)阻时，流(liu)(liu)(liu)过二极(ji)管(guan)(guan)的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)值(zhi)被电(dian)(dian)(dian)(dian)阻限(xian)制。在没有(you)PU只有(you)PD的(de)(de)保护电(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)（电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)变换功能：高(gao)电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)变换为低电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)）中，电(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)与VDD的(de)(de)值(zhi)无关，达到PD的(de)(de)击(ji)穿电(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)时开始流(liu)(liu)(liu)动(dong)。”．

没有串联电(dian)阻(zu)或(huo)扩(kuo)散电(dian)阻(zu)的(de)电(dian)流路径中，当(dang)电(dian)流开始流过二极管时，瞬时大电(dian)流会超过最大额定电(dian)流，导(dao)致器件被(bei)击(ji)穿或(huo)劣化，所以要引起(qi)注(zhu)意。

2．输出特性

图13.4示出CMOS器件的输出等效电路。输出电压在GND～VDD之间表现出通常的MOS晶体管的输出特性。这种状态下，具有由输出电流一输出电压计算出的输出阻抗特性（标准逻辑中是几十Ω）。

在(zai)CMOS器件(jian)的(de)输(shu)出(chu)(chu)级，由于存(cun)在(zai)输(shu)出(chu)(chu)晶体管的(de)寄(ji)生二极管，所以如果加GND以下或者VDD以上的(de)输(shu)出(chu)(chu)电压，会有(you)超(chao)过最大(da)额(e)定值的(de)正向电流(liu)流(liu)过寄(ji)生二极管，导致器件(jian)劣化甚至被击穿，必须(xu)注意(yi)这一点(dian)。