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CMOS觸發器的結構與工作原理

發布時間:2019-07-18 責任編輯:lina

【導讀】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,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觸發器足主-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,因此儀以CMOS D觸發器為例進行說明。
 
CMOS觸發器的結構與工作原理
 
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觸發器的結構與工作原理
 
當CP′=0,CP′=1時,TG1導通,TG2截止,D端輸入信號送人主觸發器中,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。
 
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