CMOS觸發器原理及結構詳細解析-KIA MOS管

CMOS觸發器解析

觸發器，學名雙穩態多諧振蕩器（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，可記錄二進位制數字信號“1”和“0”。觸發器是構成時序邏輯電路以及各種復雜數字系統的基本邏輯單元。

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

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

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

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

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

CMOS觸發器的結構與工作原理

CMOS D觸發器主-從結構形式的一種邊沿觸發器，CMOS T型觸發器、JK觸發器、計數單元、移位單元和各種時序電路都由其組成，因此以CMOS D觸發器為例進行說明。

CMOS觸發器

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

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

CMOS觸發器

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

當CP′的上升沿到達（即CP′跳變為1，CP′下降為0）時，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輸入端電壓不會立即消失，于是Q′、Q′在TG1截止前的狀態被保存下來;同時由于TG3導通、TG4截止，主觸發器的狀態通過TG3和G3送到了輸出端，使Q=Q′=D（CP上升沿到達時D的狀態），而Q=Q′=D。

在CP′=1，CP′=0期間，Q=Q′=D，Q=Q′=D的狀態一直不會改變，直到CP′下降沿到達時（即CP′跳變為0，CP′跳變為1），TG2、TG3又截止，TG1、TG4又導通，主觸發器又開始接收D端新數據，從觸發器維持已轉換后的狀態。

可見，這種觸發器的動作特點是輸出端的狀態轉換發生在CP′的上升沿，而且觸發器所保持的狀態僅僅取決于CP′上升沿到達時的輸入狀態。

正因為觸發器輸出端狀態的轉換發生在CP′的上升沿（即CP的上升沿），所以這是一個CP上升沿觸發的邊沿觸發器，CP上升沿為有效觸發沿，或稱CP上升沿為有效沿（下降沿為無效沿）。

若將四個傳輸門的控制信號CP′和CP′極性都換成相反的狀態，則CP下降沿為有效沿，而上升沿為無效沿。下面以CP上升沿為有效觸發沿進行分析。

CMOS觸發器