【CMOS邏輯IC基礎(chǔ)知識(shí)】——系統(tǒng)認(rèn)識(shí)CMOS邏輯IC

在前幾期的芝識(shí)課堂中，我們跟大家一起學(xué)習(xí)了電機(jī)工作相關(guān)的知識(shí)，相信你已經(jīng)能夠快速掌握電機(jī)開發(fā)和應(yīng)用的基本技巧。而在實(shí)際開發(fā)中，我們已經(jīng)知道控制電機(jī)需要輸入信號(hào)，而這個(gè)信號(hào)的產(chǎn)生源于一個(gè)特別的單元——邏輯IC。當(dāng)然，除了用于電機(jī)控制應(yīng)用外，邏輯IC是絕大部分電子系統(tǒng)中必不可少的半導(dǎo)體器件。東芝作為邏輯IC產(chǎn)品的制造者，依靠質(zhì)量可靠、性能出眾、尺寸小巧、產(chǎn)品線豐富等特點(diǎn)，成為眾多設(shè)計(jì)者的首選。今天的芝識(shí)課堂就帶大家一起來認(rèn)識(shí)一下CMOS邏輯IC的基本知識(shí)。

邏輯IC，顧名思義是一種對(duì)一個(gè)或多個(gè)數(shù)字輸入信號(hào)（由1和0或H和L表示）執(zhí)行基本邏輯運(yùn)算以產(chǎn)生數(shù)字輸出信號(hào)的半導(dǎo)體器件。在實(shí)際應(yīng)用中，連接或斷開模擬信號(hào)傳導(dǎo)路徑的模擬開關(guān)也被歸類為邏輯IC。邏輯IC用于連接不同的LSI芯片和電路板。它們還用于對(duì)邏輯電路進(jìn)行微小的修改和調(diào)整，例如增加信號(hào)驅(qū)動(dòng)能力（即緩沖信號(hào)）、塑造信號(hào)波形、調(diào)整信號(hào)輸出時(shí)序以及對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行較小的更改。由于絕大部分電路都是由二進(jìn)制數(shù)字表示，因此邏輯IC中的邏輯運(yùn)算也有比較簡(jiǎn)單的規(guī)律可循，下圖就是一種典型的邏輯運(yùn)算的示例。

過去，CMOS邏輯IC在實(shí)現(xiàn)主要系統(tǒng)功能方面發(fā)揮了重要作用。但是現(xiàn)在外圍部件被集成到LSI芯片中，促進(jìn)了功能實(shí)現(xiàn)并縮小了電氣和電子應(yīng)用的規(guī)模。即便如此，CMOS邏輯IC的地位仍不可撼動(dòng)，因?yàn)樗鼈兪沁B接不同LSI芯片和電路板的粘合邏輯。在消費(fèi)電子、家用電器、娛樂設(shè)備、服務(wù)器、辦公設(shè)備等方面，CMOS邏輯IC依然擁有龐大的市場(chǎng)應(yīng)用空間。

標(biāo)準(zhǔn)邏輯IC的設(shè)定：

由于邏輯IC的功能比較直接和用途非常廣泛，因此不同制造商依照基本邏輯門制定了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)IC的規(guī)則，使得各家的IC在功能和引腳上均兼容，這些IC就被稱為標(biāo)準(zhǔn)邏輯IC。除了一些小封裝之外，不同制造商的標(biāo)準(zhǔn)邏輯IC都采用引腳兼容的封裝。因此，具有相同功能編號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)邏輯IC具有相同的功能和引腳分配，用戶根據(jù)編號(hào)就可以了解每個(gè)引腳的具體功能，下圖展示了標(biāo)注不同功能編號(hào)的功能名稱以及可以實(shí)現(xiàn)的邏輯輸出功能。

標(biāo)準(zhǔn)邏輯IC的類型：

標(biāo)準(zhǔn)邏輯IC根據(jù)其結(jié)構(gòu)（即使用的制造工藝）分為以下具有不同電氣特性的類型。其中最為常用的就是兼具低功耗和低成本特點(diǎn)的CMOS邏輯IC。

TTL（晶體管-晶體管邏輯）

●   最初被廣泛用作標(biāo)準(zhǔn)邏輯IC的雙極邏輯

●   相比CMOS邏輯IC，能夠提供更高的電流驅(qū)動(dòng)能力和運(yùn)行速度，但消耗更多的功率

CMOS邏輯（CMOS：互補(bǔ)MOSFET）

●   結(jié)合p溝道和n溝道MOSFET，實(shí)現(xiàn)比TTL更低的功耗

●   最初比TTL慢，但由于精細(xì)的晶圓制造工藝，現(xiàn)在能夠擁有比TTL更高的運(yùn)行速度

BiCMOS邏輯（雙極CMOS）

●   輸入級(jí)和邏輯電路采用CMOS工藝以降低功耗，輸出級(jí)采用雙極晶體管以提高電流驅(qū)動(dòng)能力

●   MOS雙極組合制造工藝復(fù)雜，成本高

在標(biāo)準(zhǔn)邏輯IC的幾個(gè)分類中，CMOS邏輯IC由于功耗和成本以及復(fù)雜度的平衡性最好，是實(shí)際應(yīng)用中最常用的一種，我們后面會(huì)詳細(xì)介紹CMOS邏輯IC的更多具體知識(shí)。

來源： 東芝