CMOS集成电路性能特点及注意事项详解

CMOS集成电路的性能及特点有哪些?

CMOS集成电路功耗低

CMOS集成电路采用场效应管,且都是互补结构,工作时两个串联的场效应管总是处于一个管导通,另一个管截止的状态,电路静态功耗理论上为零。实际上,由于存在漏电流,CMOS电路尚有微量静态功耗。单个门电路的功耗典型值仅为20mW,动态功耗(在1MHz工作频率时)也仅为几mW。

CMOS集成电路工作电压范围宽

CMOS集成电路供电简单,供电电源体积小,基本上不需稳压。国产CC4000系列的集成电路,可在3~18V电压下正常工作。

CMOS集成电路逻辑摆幅大

CMOS集成电路的逻辑高电平“1”、逻辑低电平“0”分别接近于电源高电位VDD及电影低电位VSS。当VDD=15V,VSS=0V时,输出逻辑摆幅近似15V。因此,CMOS集成电路的电压电压利用系数在各类集成电路中指标是较高的。

CMOS集成电路抗干扰能力强

CMOS集成电路的电压噪声容限的典型值为电源电压的45%,保证值为电源电压的30%。随着电源电压的增加,噪声容限电压的绝对值将成比例增加。对于VDD=15V的供电电压(当VSS=0V时),电路将有7V左右的噪声容限。

CMOS集成电路输入阻抗高

CMOS集成电路的输入端一般都是由保护二极管和串联电阻构成的保护网络,故比一般场效应管的输入电阻稍小,但在正常工作电压范围内,这些保护二极管均处于反向偏置状态,直流输入阻抗取决于这些二极管的泄露电流,通常情况下,等效输入阻抗高达103~1011Ω,因此CMOS集成电路几乎不消耗驱动电路的功率。

CMOS集成电路温度稳定性能好

由于CMOS集成电路的功耗很低,内部发热量少,而且,CMOS电路线路结构和电气参数都具有对称性,在温度环境发生变化时,某些参数能起到自动补偿作用,因而CMOS集成电路的温度特性非常好。一般陶瓷金属封装的电路,工作温度为-55 ~ +125℃;塑料封装的电路工作温度范围为-45 ~ +85℃。

CMOS集成电路扇出能力强

扇出能力是用电路输出端所能带动的输入端数来表示的。由于CMOS集成电路的输入阻抗极高,因此电路的输出能力受输入电容的限制,但是,当CMOS集成电路用来驱动同类型,如不考虑速度,一般可以驱动50个以上的输入端。

CMOS集成电路抗辐射能力强

CMOS集成电路中的基本器件是MOS晶体管,属于多数载流子导电器件。各种射线、辐射对其导电性能的影响都有限,因而特别适用于制作航天及核实验设备。

CMOS集成电路可控性好

CMOS集成电路输出波形的上升和下降时间可以控制,其输出的上升和下降时间的典型值为电路传输延迟时间的125%~140%。

CMOS集成电路接口方便

因为CMOS集成电路的输入阻抗高和输出摆幅大,所以易于被其他电路所驱动,也容易驱动其他类型的电路或器件。

在电子制作及维修工作中，不少爱好者曾遇到这样一种奇怪的现象：有些集成电路购来后还没使用过就莫名奇妙地损坏了，其中主要是一些CMOS数字集成电路和采用CMOS工艺制成的微处理器等。这究意是什么原因呢?是器件本身质量不好还是另有缘故?理论和实践均已表明，除非集成电路是处理品或非正规产品，前者一般是很少见的，主要的致损原因在于外界静电的冲击。

大家知道，CMOS集成电路是一种以金属-氧化物-半导体场效应晶体管为基本元件构成的。由于集成电路内的场效应管，其栅极(G极)和源极(S极)之间的隔离层是一层极薄的二氧化硅，故输入阻抗很高，通常大于1000MΩ，并且具有5pF左右的输入电容，所以输入端极易受到外界静电及干扰噪声的影响。如果输入端静电能量积累到一定程度，就会把二氧化硅层击穿或击损，产生所谓的“栅穿”或“栅漏”现象，集成电路也就失效了。

为了防止静电危害，在一般的CMOS器件的输入回路中均设置了吸收静电的保护电路。但尽管这样，其吸收保护能力有限，通常只能吸收1～2kV(静电电容200pF左右)的静电，而实际环境中的静电能量常常超出此值。例如，人体穿着化纤类衣物经过摩擦后就能带上高达10～20kV(100～200pF)的静电电压，若被CMOS器件输入端接收，便足以使它损坏。所以在放置或使用CMOS(包括其他一些现已较少使用的MOS集成电路和MOS管)器件时，绝不可忽视对静电干扰和危害的预防，要对实际环境中一切可能产生静电的物体进行隔离或作静电泄放处理，具体可归纳以下几点注意事项。

1.在储存、携带或运输CMOS器件和焊装有MOS器件的半成品印制板的过程中，应将集成电路和印制板放置于金属容器内，也可用铝箔将器件包封后放入普通容器内，但不要用易产生静电的尼龙及塑料盒等容器，采用抗静电的塑料盒当然也可以。

2.装配工作台上不宜铺设塑料或有机玻璃板，最好铺上一块平整铝板或铁板，如没有则什么都不要铺。

3.焊接时，应将集成电路逐一从盒中取出并拆开包封锡箔，切忌一下子把所有器件全部拆封，摊在桌子上。

4.在进行装配或实验时，电烙铁、示波器、稳压源等工具及仪器仪表都应良好接地，并要经常检查，发现问题应及时处理。一种简易检查接地是否良好的方法是，在电烙铁及仪器通电时，用电笔测试其外壳，若电笔发亮，说明接地不好;反之，若电笔不亮则说明接地良好。

5.焊装时，爱好者应避免穿着尼龙、纯涤纶等易生静电的衣裤及手套等。

6.集成电路上不用的多余输入端不能悬空，应按不同电路要求进行连接。