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1、comparatorX>Ymax(X,Y)muxmux《数字电路》讲义muxmin(X,Y)第3讲逻辑门电路教学内容:教材第3章的3.1,,,3.2,3.5和3.6节教学目的:了解CMOS和TTL逻辑门电路的基本原理和特性,及接口问题要求:重点掌握CMOS和TTL逻辑门电路的一般特性和结构难点:CMOS和TTL逻辑门电路的工作原理主要内容数字集成电路的工艺BJT和MOS管的开关特性CMOS逻辑门电路结构,及输入保护和输出缓冲TTL门电路结构数字集成电路的一般特性和指标(重点)传输特性,电
2、平电压,噪声容限,传输延迟和开关速度,功耗,负载能力等输出结构:推挽型,OD/OC,三态逻辑(TSL)使用门电路时要注意问题数字集成电路的两种工艺/材料实现数字逻辑电路的常见工艺/材料:TTL和CMOS两种数字集成电路(DiitlItDigitalIntegratCiteCircuits):TTL):TTL和CMOSLABLABVccVccRRRTTb1c2c4P1P2LT4DTATN1T21LABT3TRN2e2BTTL工艺的与非门电路CMOS工艺的与非门电路数字集成电路工艺的发展
3、从TTL电路发展到CMOS电路CMOS电路的发展历程高低压倍速CMOS超低压倍速CMOS74系列门电路是今天使(74LVC系列)(74AUC系列)用最普遍的集成电路Vp:1.2~3.6VVp:0.8~2.7V倍速CMOS倍速CMOS开(74VHC系列)(74VHCT系列)关Vp:2~6VVp:4.5~5.5V低功耗和高速速高速CMOS高速CMOS是追求目标度(74HC系列)(74HCT系列)Vp:2~6VVp:4.5~5.5V改进CMOS早期CMOS(4000B系列)(4000系列)Vp:3~1
4、8VVp:3~18V年代顺序低后先BJT管的开关作用和特性BJT(BipolarJunctionTransistor,双极结型晶体管)BJT的三个工作区域(状态):截止区,放大区和饱和区BJT工作在以下两个状态,在它们之间切换,形成开关工作模式在截止状态,i≈0,且v≈V;在饱和状态,i≈V/R,且v≈0.2VCOCCCCCCOSeep.95,Fig.3.2.2Seep.93,Fig.3.2.1VCCRCvORiCvBITiB问:从v和v的相位关系可以看出,该电路有什么功能?IOMOS管的开
5、关作用和特性与BJT相似,下图的N型MOS管也工作在开关状态当v>V时,处于饱和状态,且R>>R(导通电阻),则v≈vITdonOGNDSeep.75,Fig.3.1.5Seep.76,Fig.3.1.7iD问:从v和v的相位关系可以看出,该电路有什么功能?IO它与前一个BJT电路的作用是相似的.这里R的选择很重要!dCMOS反相器,与非门和或非门利用MOS管的开关特性,下面三个电路分别可以实现数字逻辑的三种基本运
6、算:非,与非,或非它们的输出都采用互补结构,所以称它们为CMOS门电路VccVccVccAvSGPTTP1P2TP1vSDPLTPBAiDPLTP2T++N1iDNALvvITONvDSN−−TTTvN2N1N2GSNB问:为什么这些电路的输出都采用互补(或称推挽式)结构?CMOS电路的输入保护和输出缓冲MOS管输入电阻非常大,其栅极和沟道之间绝缘层非常薄,当输入端悬空时,容易被非常小的静电击穿,造成损坏输出缓冲的必要:(1)配合输入保护;(2)输出的负载能力固定V输入保护电路DD输出缓冲电路
7、输入增加二极TT管,其反向击穿电iPoPDDi1o1压小于栅极和沟R逻辑vsv道的击穿电压,并IO功能构成静电泄放回电路DD路,使输入电压vii2o2TT嵌限制在:iNoN-V~(V~(V+V)DFDDDFBJT反相器和与非门类似地,利用BJT的开关特性,下面的电路可以实现“非”和“与非”的逻辑运算.显然,它们的输出也采用了推挽结构习惯上称这样结构的电路为TTL门电路VVccccRRRRRRb1c2c4b1c2c4vI4TT44vI2ATDATDT2T2+1L1Lv+BI3vITvOT33−R−
8、Re2e2数字集成电路的一般特性和指标为正确使用数字集成电路,需了解以下特性和指标工艺类型和工作电压(见前页)电压传输特性(v–v关系曲线)IO输入/输出的高电平和低电平电压噪声容限传输延迟时间和开关速度功耗:静态功耗和动态功耗延时-功耗积扇入数(取决于输入端个数),负载能力(扇出数):拉电流和灌电流其它(反映输出电路结构上的特性)漏极开路(OD)输出(CMOS型),集电极开路(OC)输出(TTL型)三态输出特性和指标1电压传输特性(vI-vO
