3逻辑门电路.ppt

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1、3逻辑门电路前一章中介绍了各种逻辑函数，如与、或、非三种基本逻辑函数以及与非、或非、异或等组合逻辑函数，实现这些逻辑函数的电子器件是逻辑门电路。本章主要以CMOS门和TTL门为代表介绍电路结构和工作原理、电气特性和参数，并以此为基础引出结构和性能相近的其他同类产品。☀重点是每个电路的逻辑功能、符号和外部电气特性。3.1MOS逻辑门电路CMOS反相器CMOS门电路CMOS传输门、三态门3.1.1数字集成电路简介上世纪60年代初美国德克萨斯公司率先将分立元件和连线制作在同一硅片上，形成集成电路(IntegratedCircuit，简称IC)。并且，

2、由于微电子技术的迅速发展，使集成电路在大多数领域内迅速取代了分立元件电路。从总体上说，集成电路可分为模拟集成电路、数字集成电路以及数模混合集成电路三大类。在数字集成电路里，根据制造工艺的不同，可分为双极型（电子、空穴两种载流参与导电）和单极型（只有电子或空穴一种载流子参与导电）两大类。TTL电路是双极型数字集成电路中应用最广泛的一种，它由于输入端是晶体管（Transistor）输出端也是晶体管而得名，即Transistor-TransistorLogic简称TTL。双极型数字电路除TTL类型之外，还有ECL和I2L电路。ECL是一种通过射极电阻

3、耦合的非饱和型高速逻辑电路，称为发射极耦合电路。I2L电路是一种单元结构简单、功耗低、适合于制造大规模集成电路的集成注入逻辑门电路，在大规模器件中应用。单极型电路的基本单元是MOS管，分为NMOS、PMOS和CMOS三种。CMOS数字集成电路的问世在TTL电路之后。但由于CMOS电路具有输入阻抗高、功耗低、稳定性好、抗辐射能力强、制造工艺简单、集成度高等一系列的优点，其发展速度超过了TTL电路。目前应用的许多大规模、超大规模电路芯片都采用先进的CMOS工艺制造。1413121110981234567&&&&双列直插塑料封装四－二输入与非门引脚图

4、3.1.2逻辑电路的一般特性1.输入和输出的高、低电平逻辑1或0对应一定的电压范围。四种逻辑电平参数：输入低电平上限值VIL(max)输入高电平下限值VIH(min)输出低电平上限值VOL(max)输出低电平下限值VOL(min)2.噪声容限：表示门电路的抗干扰能力。实际应用中，一个门电路的输入信号往往是另外一个门电路的输出信号，即将前一级门的输出作为后一级门的输入。因此，前一级门的输出电平与后一级门所允许的输入电平之间就存在一定的差值，这个差值就是电路工作时所能承受的噪声范围。输入噪声容限示意图保持输出电压为低电平VOL不变时，输入高电平允许

5、波动的范围称为输入高电平噪声容限VNH=VOH(min)－VIH(min)输出高电平保持基本不变的条件下，输入低电平允许波动的范围称为输入低电平噪声容限VNL=VIL(max)－VOL(max)3.传输延迟时间输出波形滞后于输入波形的时间叫做传输延迟时间。表征门电路开关速度的参数。4.功耗功耗分为静态功耗和动态功耗两种情况。静态功耗指的是电路没有状态转换时的功耗。CMOS电路静态功耗很低，广泛应用于要求功耗较低或电池供电的设备。动态功耗是电路发生状态转换瞬间或对容性负载作充放电时的功耗。这时电路中的电流会增大，但状态转换的时间比电路静态工作时间

6、要短得多，所以静态功耗是主要的，但如果信号频率很高，动态功耗就可能成为主要方面。5.延时——功耗乘积DP=tpdPD(单位为焦耳)其中tPd＝（tPHL＋tPLH）/2：平均传输延时时间PD：门电路功耗CMOS电路动态功耗正比于转换频率和电源电压的平方。DP值愈小，表明门电路的特性愈接近于理想情况。6.扇入数与扇出数（1）门电路的扇入数决定于它的输入引脚的个数，如：三输入逻辑门的扇入数Ni=3。&ABCLNi=3≥ABCLNi=3（2）扇出数：门电路正常工作下能带同类逻辑门电路负载的最大个数。a)拉电流工作情况IOH&&&IIHIIH…输出高电

7、平b)灌电流工作情况输出低电平IOL&&&IILIIL…N沟道增强型MOS管N+N+SGDSiO2P-Si(a)结构示意图(b)符号SGDMOS（MetalOxideSemiconductor）集成电路的基本元件是MOS晶体管。MOS管有三个电极：源极S、漏极D和栅极G。它是用栅极电压来控制漏源电流。MOS管有P型沟道和N型沟道两种，按其工作特性又分为增强型和耗尽型两类。下面以N沟道增强型MOS管为例进行讨论。3.1.3MOS开关及其等效电路N沟道增强型MOS管输出特性曲线图OiDSvDS(Ⅰ)非饱和区(Ⅱ)饱和区(Ⅲ)截止区vDS=vGS-

8、VGS(th)NvGS>0１．输出特性曲线和阈值电压输出特性曲线表示在一定栅源电压vGS下，漏源电流iDS和漏源电压vDS之间的关系。非饱和区：vDS