CMOS觸發(fā)器的原理與結(jié)構(gòu)

觸發(fā)器，學(xué)名雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器（Bistable?Multivibrator），是一種應(yīng)用在數(shù)字電路上具有記憶功能的循序邏輯組件，可記錄二進(jìn)位制數(shù)字信號“1”和“0”。觸發(fā)器是構(gòu)成時序邏輯電路以及各種復(fù)雜數(shù)字系統(tǒng)的基本邏輯單元。觸發(fā)器的線路圖由邏輯門組合而成，其結(jié)構(gòu)均由SR鎖存器派生而來（廣義的觸發(fā)器包括鎖存器）。觸發(fā)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(fā)器是主-?從結(jié)構(gòu)形式的一種邊沿觸發(fā)器，?CMOS?T?型觸發(fā)器、JK?觸發(fā)器、計數(shù)單元、移位單元和各種時序電路都由其組成。TTL主從JK觸發(fā)器抗干擾能力較差，而CMOS主從JK觸發(fā)器抗干擾能力較好。

數(shù)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(diǎn)是不具有記憶功能，它由門電路組成；時序電路的特點(diǎn)是具有記憶功能，觸發(fā)器是它的記憶元件。按功能，觸發(fā)器可以分為RS觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器和T觸發(fā)器。按觸發(fā)方式可分為電位觸發(fā)方式、主從觸發(fā)方式及邊沿觸發(fā)方式。?

觸發(fā)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(jìn)制碼。它具有以下特點(diǎn)：①有兩個穩(wěn)定狀態(tài)“0”態(tài)和“1”態(tài)；②能根據(jù)輸入信號將觸發(fā)器置成“0”或“1”態(tài)；③輸入信號消失后，被置成的“0”或“1”態(tài)能保存下來，即具有記憶功能。

CMOS觸發(fā)器的結(jié)構(gòu)與工作原理

CMOS D觸發(fā)器足主-從結(jié)構(gòu)形式的一種邊沿觸發(fā)器，CMOS T型觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、計數(shù)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(fā)器為例進(jìn)行說明。

圖1是用CMOS傳輸門和反相器構(gòu)成的D觸發(fā)器，反相器G1、G2和傳輸門TG1、TG2組成了主觸發(fā)器，反相器G3、G4和傳輸門TG3、TG4組成了從觸發(fā)器。TG1和TG3分別為主觸發(fā)器和從觸發(fā)器的輸入控制門。反相器G5、G6對時鐘輸入信號CP進(jìn)行反相及緩沖，其輸出CP和CP′作為傳輸門的控制信號。根據(jù)CMOS傳輸門的工作原理和圖中控制信號的極性標(biāo)注可知，當(dāng)傳輸門TG1、TG4導(dǎo)通時，TG2、TG3截止;反之，當(dāng)TG1、TG4截止時，TG2、TG3導(dǎo)通。

當(dāng)CP′=0，CP′=1時，TG1導(dǎo)通，TG2截止，D端輸入信號送人主觸發(fā)器中，使Q′=D，Q′=D，但這時主觸發(fā)器尚未形成反饋連接，不能自行保持。Q′、Q′跟隨D端的狀態(tài)變化;同時，由于TG3截止，TG4導(dǎo)通，所以從觸發(fā)器形成反饋連接，維持原狀態(tài)不變，而且它與主觸發(fā)器的聯(lián)系被TG3切斷。

當(dāng)CP′的上升沿到達(dá)（即CP′跳變?yōu)?，CP′下降為0）時，TG1截止，TG2導(dǎo)通，切斷了D信號的輸入，由于G1的輸入電容存儲效應(yīng)，G1輸入端電壓不會立即消失，于是Q′、Q′在TG1截止前的狀態(tài)被保存下來;同時由于TG3導(dǎo)通、TG4截止，主觸發(fā)器的狀態(tài)通過TG3和G3送到了輸出端，使Q=Q′=D（CP上升沿到達(dá)時D的狀態(tài)），而Q=Q′=D。

在CP′=1，CP′=0期間，Q=Q′=D，Q=Q′=D的狀態(tài)一直不會改變，直到CP′下降沿到達(dá)時（即CP′跳變?yōu)?，CP′跳變?yōu)?），TG2、TG3又截止，TG1、TG4又導(dǎo)通，主觸發(fā)器又開始接收D端新數(shù)據(jù)，從觸發(fā)器維持已轉(zhuǎn)換后的狀態(tài)。

可見，這種觸發(fā)器的動作特點(diǎn)是輸出端的狀態(tài)轉(zhuǎn)換發(fā)生在CP′的上升沿，而且觸發(fā)器所保持的狀態(tài)僅僅取決于CP′上升沿到達(dá)時的輸入狀態(tài)。正因?yàn)橛|發(fā)器輸出端狀態(tài)的轉(zhuǎn)換發(fā)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(fā)的邊沿觸發(fā)器，CP上升沿為有效觸發(fā)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(tài)，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(fā)沿進(jìn)行分析。