Toshiba CMOS Logic ICs

1、什麼是CMOS

CMOS（互補金屬氧化物半導體）是由 P-ch MOSFET 和 N-MOSFET 組成； 使用 CMOS 電路配置的邏輯 IC 即稱為 CMOS Logic IC。

在 CMOS 電路中，僅當 MOSFET 導通和關斷時，閘極電流才流動；並且，閘極電流在穩定狀態下幾乎不流動。使用 CMOS 電路的 IC 相較傳統 TTL 型的功耗更低。

下圖顯示了 CMOS 邏輯閘的基本電路（反相器）

2、CMOS反相器的基本操作

CMOS 反相器可以利用 MOSFET 打開和關閉所達成的結果來表示。如下圖，當輸入為低電位時，N-ch MOSFET 截止，P -ch MOSFET 導通；此時，與電壓 V_CC 幾乎相同的電壓被傳送到輸出端，是為高電位。

當高電位施加到輸入端，P-ch MOSFET 關斷，N-ch MOSFET 導通；輸出處於低電位，幾乎與 GND 相同。

3、CMOS Logic IC MOSFET的操作和特性

在 MOSFET 中，當閘極和源極之間的電位差大於固定值（閥值| V_th|）時，汲極和源極之間的電阻處於導通狀態；此時，汲極和源極之間的電阻稱為導通電阻。

但是，對於 N-ch MOSFET 和 P-ch MOSFET，閘極和源極之間施加的電壓方向是為相反。下圖顯示了 MOSFET 如何導通。

N-ch MOSFET：當閘極電位比源極電位高 |V_th| 時導通。

P-ch MOSFET：當閘極電位比源極電位低 |V_th| 時導通。

4、CMOS 的 V_IN - I_CC 特性（N-ch MOSFET + P-ch MOSFET）

下圖左顯示了 CMOS 的基本電路。

當 V_IN 施以 V_CC 或 GND 電位時，V_CC 側或 GND 側的器件處於關閉，流通 V_CC - GND 之間的 I_CC 非常小，為 CMOS 電路的一大特色。

因此，在 CMOS Logic IC 中，當輸入信號保持不變（輸入為 V_CC 或 GND 電位）時，I_CC 呈現非常小。

下圖右顯示了 CMOS 的 V_IN  -I_CC 特性。

如上所述，當 V_IN 為 0 至 |V_th| 或 V_CC - |V_th| 至 V_CC 時，在 V_CC 和 GND 之間的電流（I_CC）非常小。但是，當 V_IN 介於 |V_th| 至 V_CC - |V_th| 之間時，造成 P-ch MOSFET 到 N-ch MOSFET 的直通電流流動，這將迫使 I_CC 增加。因此，必須注意不要使用 V_IN 上升或下降時極慢的信號（稱為“慢速輸入”）。