CMOS觸發(fā)器原理及結構詳細解析-KIA MOS管

CMOS觸發(fā)器解析

觸發(fā)器，學(xué)名雙穩態(tài)多諧振蕩器（Bistable Multivibrator），是一種應用在數字電路上具有記憶功能的循序邏輯組件，可記錄二進(jìn)位制數字信號“1”和“0”。觸發(fā)器是構成時(shí)序邏輯電路以及各種復雜數字系統的基本邏輯單元。

觸發(fā)器的線(xiàn)路圖由邏輯門(mén)組合而成，其結構均由SR鎖存器派生而來(lái)（廣義的觸發(fā)器包括鎖存器）。觸發(fā)器可以處理輸入、輸出信號和時(shí)鐘頻率之間的相互影響。

CMOS D觸發(fā)器是主-從結構形式的一種邊沿觸發(fā)器，CMOS T型觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、計數單元、移位單元和各種時(shí)序電路都由其組成。TTL主從JK觸發(fā)器抗干擾能力較差，而CMOS主從JK觸發(fā)器抗干擾能力較好。

數字電路按照功能的不同可以分為兩類(lèi)：組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路。組合邏輯電路的特點(diǎn)是不具有記憶功能，它由門(mén)電路組成；時(shí)序電路的特點(diǎn)是具有記憶功能，觸發(fā)器是它的記憶元件。

按功能，觸發(fā)器可以分為RS觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器和T觸發(fā)器。按觸發(fā)方式可分為電位觸發(fā)方式、主從觸發(fā)方式及邊沿觸發(fā)方式。

觸發(fā)器是一種具有記憶功能的邏輯單元電路，它能儲存一位二進(jìn)制碼。它具有以下特點(diǎn)：①有兩個(gè)穩定狀態(tài)“0”態(tài)和“1”態(tài)；②能根據輸入信號將觸發(fā)器置成“0”或“1”態(tài)；③輸入信號消失后，被置成的“0”或“1”態(tài)能保存下來(lái)，即具有記憶功能。

CMOS觸發(fā)器的結構與工作原理

CMOS D觸發(fā)器主-從結構形式的一種邊沿觸發(fā)器，CMOS T型觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、計數單元、移位單元和各種時(shí)序電路都由其組成，因此以CMOS D觸發(fā)器為例進(jìn)行說(shuō)明。

CMOS觸發(fā)器

圖1是用CMOS傳輸門(mén)和反相器構成的D觸發(fā)器，反相器G1、G2和傳輸門(mén)TG1、TG2組成了主觸發(fā)器，反相器G3、G4和傳輸門(mén)TG3、TG4組成了從觸發(fā)器。TG1和TG3分別為主觸發(fā)器和從觸發(fā)器的輸入控制門(mén)。

反相器G5、G6對時(shí)鐘輸入信號CP進(jìn)行反相及緩沖，其輸出CP和CP′作為傳輸門(mén)的控制信號。根據CMOS傳輸門(mén)的工作原理和圖中控制信號的極性標注可知，當傳輸門(mén)TG1、TG4導通時(shí)，TG2、TG3截止;反之，當TG1、TG4截止時(shí)，TG2、TG3導通。

CMOS觸發(fā)器

當CP′=0，CP′=1時(shí)，TG1導通，TG2截止，D端輸入信號送入主觸發(fā)器中，使Q′=D，Q′=D，但這時(shí)主觸發(fā)器尚未形成反饋連接，不能自行保持。Q′、Q′跟隨D端的狀態(tài)變化;同時(shí)，由于TG3截止，TG4導通，所以從觸發(fā)器形成反饋連接，維持原狀態(tài)不變，而且它與主觸發(fā)器的聯(lián)系被TG3切斷。

當CP′的上升沿到達（即CP′跳變?yōu)?，CP′下降為0）時(shí)，TG1截止，TG2導通，切斷了D信號的輸入，由于G1的輸入電容存儲效應，G1輸入端電壓不會(huì )立即消失，于是Q′、Q′在TG1截止前的狀態(tài)被保存下來(lái);同時(shí)由于TG3導通、TG4截止，主觸發(fā)器的狀態(tài)通過(guò)TG3和G3送到了輸出端，使Q=Q′=D（CP上升沿到達時(shí)D的狀態(tài)），而Q=Q′=D。

在CP′=1，CP′=0期間，Q=Q′=D，Q=Q′=D的狀態(tài)一直不會(huì )改變，直到CP′下降沿到達時(shí)（即CP′跳變?yōu)?，CP′跳變?yōu)?），TG2、TG3又截止，TG1、TG4又導通，主觸發(fā)器又開(kāi)始接收D端新數據，從觸發(fā)器維持已轉換后的狀態(tài)。

可見(jiàn)，這種觸發(fā)器的動(dòng)作特點(diǎn)是輸出端的狀態(tài)轉換發(fā)生在CP′的上升沿，而且觸發(fā)器所保持的狀態(tài)僅僅取決于CP′上升沿到達時(shí)的輸入狀態(tài)。

正因為觸發(fā)器輸出端狀態(tài)的轉換發(fā)生在CP′的上升沿（即CP的上升沿），所以這是一個(gè)CP上升沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)器，CP上升沿為有效觸發(fā)沿，或稱(chēng)CP上升沿為有效沿（下降沿為無(wú)效沿）。

若將四個(gè)傳輸門(mén)的控制信號CP′和CP′極性都換成相反的狀態(tài)，則CP下降沿為有效沿，而上升沿為無(wú)效沿。下面以CP上升沿為有效觸發(fā)沿進(jìn)行分析。

CMOS觸發(fā)器