从电路设计来看的MOS集成电路功能及措施注意事项

从组成电路的角度来看MOS集成电路时，首先要与过去的晶体管和双极型集成电路对比，充分认识MOS集成电路固有的特点和缺点，还要充分研究如何选取适用的电路以及电路方式。下面从数字电路设计的角度来看MOS集成电路特点，可举以下各条。

（a）因无需隔离，MOS晶体管的结构可很简单；可用MOS晶体管构成高电阻；且可利用MOS晶体管栅极的存贮功能，用很少的结构元件实现存贮电路等等。由于上述原因，MOS电路的集成度可做得很高。尤其是在管脚数不受限制的移位寄存器方面，MOS电路能充分发挥其特点。MOS管电路设计。

（b）由于MOS晶体管栅极有存贮功能，可以使用存贮分配式逻辑电路。

（c）制造工艺简单，价格可较低。

（d）输入阻抗高，所以扇出很大。反过来，容易受感应噪声的影响。输出阻抗以及输入、输出电容较大，所以开关速度慢。

（e）输入、输出逻辑电平差很大，所以噪声容限大，电路结构的余量较大。

（f）可望实现低功耗。尤其是负载MOS晶体管用时钟驱动或采用互补结构时，功耗可降至极低。

（g）放大量小，所以开关特性易受杂散电容、电流负载等的影响。

（h）要考虑会产生静电破坏。故应采取特殊的防护措施。

台式电子计算机是最宜采用MOS集成电路的机器，它取得了很大进展。现以这种计算机为例，讨论应用MOS集成电路的电路方式。

运算寄存器部分，通常用串行同步式移位寄存器组成，这是最能发挥MOS集成电路功能的部件之一。MOS集成电路移位寄存器的集成度高，现已研制成功双8位移位寄存器、双16位、48位、64位以及更高集成度的移位寄存器。

台式计算机的运算装置是加减法装置，通常由全加器、进位或借位信号检测电路、二-十进制电路等构成。试宜作加减法器的MOS集成电路结构如图3.4所示。图3.4（a）是用普通的门电路构成的按位加逻辑电路，a1a2，表示应作加法运算的纯二进制数，C表示进位或借位，引起 MOS集成电路，即可实现图3.4（b）所示的逻辑电路，以MOS晶体管栅-源之间加输入信号的转移形式作为基本电路，将这种基本电路加以组成就构成加法器电路，不必通过取输入信号的补信号的倒相器，电路可以简化，信号转移时间也随之缩短，另外，还具有引线数及元件数少的特点。

利用MOS集成电路的动态存储功能可构成存储分配式逻辑，引入这种逻辑也可使电路简化。图3.5给出半加器的例子，将图（a）触发器的暂存部分与门功能联系起来，电路即可简化。MOS管电路设计。

程序装置和判断装置通常由门电路和触发器等构成，但门电路受引线数目的限制，集成度不能提得很高，因而不能指望成本有大的降低。同时考虑到MOS集成电路噪声容限较大，为达到设计的经济性，在小规模集成电路的阶段，多并用MOS集成电路和二极管门电路。例子如图3.6所示。MOS管电路设计。

下面说明一下采用MOS集成电路进行电路设计时应注意的事项。

（1）逻辑电平

MOS集成电路的输入和输出逻辑电平，目前有若干种，表3.3举例表示逻辑电平的规格。

现在看一看表3.3的情形。注意到MOS集成电路直流耦合时的负载条件等，如输出逻辑电平满足表中的规格则无问题，但如并用二极管门电路，使用MOS传输门时，就要充分考虑二极管和传输门中的电平移动以及负载电阻引起的电平变化，而进行电平分配的设计。图3.6的外接等效附加电阻为OPQRS的并联值，通常可将这些电阻规定在满足负载条件规格的范围内，另一方面，若二极管、传输门中的电平移动分别为0.5V和1V，则可估算出噪声容限为4V-（2V+0.5V+1V）=0.5V。

（2）传输延时

对MOS集成电路来说，开关速度较慢，尤其是截止延时很大。现考虑图3.7的倒相器电路。截止开关时间由负载电阻R和输出电容。次级输入电容、布线电容等组成的电容C的时间常数来决定。我们来研究图3.7（b）电路的传输延时。如图（c）所示，要使末级门的输出电平在触发器写入时钟ф2以前达到规定的逻辑电平，必须大力降低R、C，尤其要降低门的级数。

（3）温度变化和电源变化

温度和电源变化引起MOS集成电嘴内部的参数变化，以非线性因素居多，集成电路内部的漏电是其典型的例子。另外，并用二极管时还有体内漏电等参数变化。这些参数的变化往往带来意想不到的不便。所以在最初设计时应充分考虑温度和电源的变化。MOS管电路设计。

（4）对静电破坏采取的措施

如前所述，MOS集成电路有静电破坏这样的麻烦问题。虽然在每个MOS集成电路的输入端都加接保护二极管，实际上所加电压之高往往超出原先的估计范围。采用MOS集成电路设计整机时尤应考虑采取措施防止静电破坏。例如，用几块印刷电路板构成系统时，各印刷电路板的引线端点不得开路，应在端点与地之间加接电阻等构成闭合回路，同时应采取一些措施，例如机器的外壳不用金属，或做成无机壳的机器等。

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