CMOS器件的接口

構成計算機、便攜式電話、光盤唱機、汽車駕駛導向系統(tǒng)等各種電子設備的主要進行邏輯處理的CMOS器件(CMOS邏輯)的輸入、輸出必須要與其他器件相連接。電子設備是人操作的，其結果也必須是人的視覺、聽覺能夠感受到的。

電子設備的輸入部分有人接觸操作的機械部分，遙控信號的接收部分，將光、溫度、壓力、磁的變化變換為電信號傳達環(huán)境變化的傳感器部分等。而電子設備的輸出，將邏輯處理的電信號通過液晶或lED顯示，或者控制電流使馬達旋轉等。另外，在輸入與輸出之間對電信號進行處理的不僅是一個CMOS邏輯，還有大量的各種半導體器件。因此，為了實現CMOS的輸入輸出還需要能夠與各種信號電

平接口的技術。

通用的數字器件(邏輯IC)的電學特性和接口規(guī)格是由EIA(Electronic Indus-tries Assoclation，電子工業(yè)協(xié)會)所屬的JEDEC(Joint Electron Device Englneer-ing Council，聯合電子器件工程委員會)進行審議、決定的全球性的標準。小論CMOS、雙極.Bi-CMOS，凡是輸入輸出2值邏輯的通用器件的電學特性和接口規(guī)格，都由JEDEC審議、決定。

另一方面，在2值邏輯接口的某些特定的應用中，為了便于操作也會有附加的特殊功能和規(guī)格。例如LVDS、IEEE（例IEEE1394）、USP（例如USB2.0）等規(guī)格，這些個別的、特定用途的標準化丁作也在不斷進行中。

在數字與模擬的邊界上信號過渡的場合，或者數字系統(tǒng)中輸出信號的器件與接受這個輸出的輸入端在信號電壓振幅產生差異的場合，都需要特別注意接口問題。

CMOS的輸入輸出特性

在討論與其他器件連接傳輸信號的接口問題之前，首先需要深入理解自身的輸入、輸出特性。還需認識在信號傳輸過程中的延遲時間、噪聲特性等問題。

1．輸入特性

圖13.3示出CMOS器件的輸入等效電路（以下寫作輸入電路）以及輸入電流—輸入電壓特性。CMOS的輸入端附加有防靜電和外來浪涌進人輸入柵極的保護電路。CMOS的輸入柵極電阻是幾十MΩ以上的高電阻（高阻抗），所以實際的輸入特性看到的是保護電路的特性。CMOS輸入電路（保護電路）可分為以下四種類型：

(1)串聯電阻十上拉二極管(Pu)&下拉二極管(PD)。

(2)PU＆PD（擴散電阻型PU&PD，擴散電阻型PD＆PU）。

(3)擴散電阻型，二極管+PU/PD(擴散電阻型PU+PD，擴散電阻型PD-PU)。

(4)只有PD(PD或者擴散電阻型PD)。

不論哪種類型，輸入電壓在GND～VDD之間，從輸入到VDD或者到GND之間都具有幾十MΩ以上的高電阻（高阻抗）。

具有PU的電路中，如果輸入電壓超過VDD-VF(二極管的正向電壓降：0.6～0.8V)，那么電流將從輸入向VDD流動；如果輸入電壓低于GND-VF(-0.6～-0.8V)，那么電流將從GND向輸入流動。當二極管輸入端有保護電阻時，流過二極管的電流值被電阻限制。在沒有PU只有PD的保護電路（電壓變換功能：高電壓變換為低電壓）中，電流與VDD的值無關，達到PD的擊穿電壓時開始流動?！保?

沒有串聯電阻或擴散電阻的電流路徑中，當電流開始流過二極管時，瞬時大電流會超過最大額定電流，導致器件被擊穿或劣化，所以要引起注意。

2．輸出特性

圖13.4示出CMOS器件的輸出等效電路。輸出電壓在GND～VDD之間表現出通常的MOS晶體管的輸出特性。這種狀態(tài)下，具有由輸出電流一輸出電壓計算出的輸出阻抗特性（標準邏輯中是幾十Ω）。

在CMOS器件的輸出級，由于存在輸出晶體管的寄生二極管，所以如果加GND以下或者VDD以上的輸出電壓，會有超過最大額定值的正向電流流過寄生二極管，導致器件劣化甚至被擊穿，必須注意這一點。