CMOS全解析，带你了解CMOS电路中的那些事

CMOS 是生活中的常用器件，为增进大家对 CMOS 的了解程度，本文将对 CMOS 集成电路的测试、CMOS 集成电路的保护措施、CMOS 电路焊接注意事项、CMOS 数字集成电路的特点等内容加以介绍。

一、CMOS 电路焊接注意事项

为了避免由于静电感应而损坏电路，焊接 CMOS 集成电路所使用的电烙铁必需良好接地，焊接时间不得超过 5 秒。最好使用 20~25W 内热式电烙铁和 502 环氧助焊剂，必要时可使用插座。
 
在接通电源的情况下，不应装拆 CMOS 集成电路。凡是与 CMOS 集成电路接触的工序，使用的工作台及地板严禁铺垫高绝缘的板材(如橡胶板、玻璃板、有机玻璃、胶木板等)，应在工作台上铺放严格接地的细钢丝网或铜丝网，并经常检查接地可靠性。
 
二、CMOS 集成电路的测试

测试时所有 CMOS 集成电路的仪器、仪表均应良好接地。如果是低阻信号源，应保证输入信号不超过 CMOS 集成电路的电源电压范围(CXXX 系列为 7~15V，C4000 系列为 3~18V)，既 VSS≤Vi≤VDD。如果输入信号一定要超过 CMOS 集成电路的电源电压范围，则应在输入端加一个限流电阻，使输入电流不超过 5mA，以避免 CMOS 集成电路内部的保护二极管烧毁。
 
若信号源和 CMOS 集成电路用两组电源，开机时，应先接同 CMOS 集成电路电源，后接通信号源电源。关机时，应先关信号源电源，后关 CMOS 集成电路电源。

三、CMOS 集成电路的保护措施

因为 CMOS 集成电路输入阻抗极高，随机的静电积累很可能使电路引出端任意两端的电压超过 MOS 管栅击穿电压，从而引起电路损坏。所以，CMOS 集成电路不用时应把电路的外引线全部短路，或放在导电的屏蔽容器内，以防被静电击穿。
 
CMOS 集成电路的互换。在使用中有些 CMOS 集成电路是可以直接换用。如国产 CC4000 可与国外产品 CD4000、MC14000 系列直接代换。
 
对于那些管脚排列和封装形式完全一致，但电参数有所不同的 CMOS 集成电路，换用时要十分注意。如国产 CC4000 和 CXXX 中有些品种，它们的工作电压有所差异，CC4000 为 3~18V、CXXX 为 7~15V。换用时要考虑到电源供电及负载能力问题。另外，对于那些封装形式及管脚排列不同的 CMOS 集成电路，一般不能直接代换。如果需要换用，则应做一些相应的变换使两者功能相同的引出端一一对应。
 
焊 CMOS 集成块。先找一块比集成块稍大的铝箔和一块平整的泡沫塑料。铝箔平放在塑料泡沫上，将 CMOS 集成块垂直插入泡沫塑料后随即拔起，使铝箔附在集成块上以使引脚全部短路。然后将集成块插入线路板的规定位置，像焊其它集成块那样焊接，焊好后撕去铝箔即可。
 

四、CMOS 电路焊接注意事项

CMOS 集成电路由于输入电阻很高，因此极易接受静电电荷。为了防止产生静电击穿，生产 CMOS 时，在输入端都要加上标准保护电路，但这并不能保证绝对安全，因此使用 CMOS 集成电路时，必须采取以下预防措施。
 
①存放 CMOS 集成电路时要屏蔽，一般放在金属容器中，也可以用金属箔将引脚短路。
 
②CMOS 集成电路可以在很宽的电源电压范围内提供正常的逻辑功能，但电源的上限电压(即使是瞬态电压)不得超过电路允许极限值、…电源的下限电压(即使是瞬态电压)不得低于系统工作所必需的电源电压最低值 Vmin，更不得低于 VSS。
 
③焊接 CMOS 集成电路时，一般用 20W 内热式电烙铁，而且烙铁要有良好的接地线。也可以利用电烙铁断电后的余热快速焊接。禁止在电路通电的情况下焊接。
 
④为了防止输入端保护二极管因正向偏置而引起损坏，输入电压必须处在 VDD 和 VSS 之间，即 VSS
 
⑤调试 CMOS 电路时，如果信号电源和电路板用两组电源，则刚开机时应先接通电路板电源，后开信号源电源。关机时则应先关信号源电源，后断电路板电源。即在 CMOS 本身还没有接通电源的情况下，不允许有输入信号输入。

⑥ 多余输入端绝对不能悬空。否则不但容易受外界噪声干扰，而且输入电位不定，破坏了正常的逻辑关系，也消耗不少的功率。因此，应根据电路的逻辑功能需要分别情况加以处理。例如：与门和与非门的多余输入端应接到 VDD 或高电平;或门和或非门的多余输入端应接到 VSS 或低电平;如果电路的工作速度不高，不需要特别考虑功耗时，也可以将多余的输入端和使用端并联。如上图所示。
 
以上所说的多余输入端，包括没有被使用但已接通电源的 CMOS 电路所有输入端。例如，一片集成电路上有 4 个与门，电路中只用其中一个，其它三个门的所有输入端必须按多余输入端处理。

⑦输入端连接长线时，由于分布电容和分布电感的影响，容易构成 LC 振荡，可能使输入保护二极管损坏，因此必须在输入端串接一个 10~20kΩ的保护电阻 R，如上图所示。
 
⑧CMOS 电路装在印刷电路板上时，印刷电路板上总有输入端，当电路从机器中拔出时，输入端必然出现悬空，所以应在各输入端上接入限流保护电阻，如图 T309 所示。如果要在印刷电路板上安装 CMOS 集成电路，则必须在与它有关的其它元件安装之后再装 CMOS 电路，避免 CMOS 器件输入端悬空。
 
⑨插拔电路板电源插头时，应该注意先切断电源，防止在插拔过程中烧坏 CMOS 的输入端保护二极管。
 
五、CMOS 数字集成电路的特点

1. 静态功耗低：电源电压 VDD=5V 的中规模电路的静态功耗小于 100μW，从而有利于提高集成度和封装密度，降低成本，减小电源功耗。
 
2. 电源电压范围宽：4000 系列 CMOS 电路的电源电压范围为 3～18V，从而使选择电源的余地大，电源设计要求低。
 
3. 输入阻抗高：正常工作的 CMOS 集成电路，其输入端保护二极管处于反偏状态，直流输入阻抗可大于 100MΩ，在工作频率较高时，应考虑输入电容的影响。
 
4. 扇出能力强：在低频工作时，一个输出端可驱动 50 个以上的 CMOS 器件的输入端，这主要因为 CMOS 器件的输入电阻高的缘故。
 
5. 抗干扰能力强：CMOS 集成电路的电压噪声容限可达电源电压的 45%，而且高电平和低电平的噪声容限值基本相等。
 
6. 逻辑摆幅大：空载时，输出高电平 VOH>VDD-0.05V，输出低电平 VOL
 
7. CMOS 集成电路还有较好的温度稳定性和较强的抗辐射能力。
 
不足之处是，一般 CMOS 器件的工作速度比 TTL 集成电路低，功耗随工作频率的升高而显著增大。
 
六、CMOS 数字集成电路使用注意事项

1. 电源连接和选择：VDD 端接电源正极，VSS 端接电源负极(地)。绝对不许接错，否则器件因电流过大而损坏。对于电源电压范围为 3V～18V 系列器件。如 CC4000 系列，实验中 VDD 通常接+5V 电源，VDD 电压选在电源变化范围的中间值，例如电源电压在 8～12V 之间变化，则选择 VDD=10V 较恰当。
 
注意：CMOS 器件在不同的 VDD 值下工作时，其输出阻抗、工作速度和功耗等参数都有所变化，设计中须考虑。
 
2. 输入端处理：多余输入端不能悬空。应按逻辑要求接 VDD 或接 VSS，以免受干扰造成逻辑混乱，甚至还会损坏器件。对于工作速度要求不高，，而要求增加带负载能力时，可把输入端并联使用。
 
对于安装在印刷电路板上的 CMOS 器件，为了避免输入端悬空，在电路板的输入端应接入限流电阻 RP 和保护电阻 R，当 VDD=+5V 时，RP 取 5.1KΩ，R 一般取 100KΩ～1MΩ。
 
3. 输出端处理：输出端不允许直接接 VDD 或 VSS，否则将导致器件损坏，除三态(TS)器件外，不允许两个不同芯片输出端并联使用，但有时为了增加驱动能力，同一芯片上的输出端可以并联。
 
4. 对输入信号 VI 的要求：VI 的高电平 VIH
 
5.CMOS 器件的输入端和 VSS 之间接有保护二极管，除了电平变换器等一些接口电路外，输入端和正电源 VDD 之间也接有保护二极管，因此，在正常运转和焊接 CMOS 器件时，一般不会因感应电荷而损坏器件。但是，在使用 CMOS 数字集成电路时，输入信号的低电平不能低于(VSS-0.5V)，除某些接口电路外，输入信号的高电平不得高于(VDD+0.5V)，否则可能引起保护二极管导通，甚至损坏进而可能使输入级损坏。