矿大数字电路第三章__逻辑门电路课件.ppt

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1、第三章逻辑门电路引言逻辑表达式中的运算都有对应的逻辑门。本章将揭开逻辑门的奥秘，讨论几种通用的集成逻辑门电路，主要是CMOS、BJT、TTL、ECL等的基本原理及特性。分析门电路时，着重它们的逻辑功能和外特性，对其内部电路，只作一般介绍。教学基本要求1、了解半导体器件的开关特性。3、学会逻辑电路逻辑功能分析。2、掌握基本逻辑门（与、或、与非、或非、异或门）、三态门、OC门的逻辑功能。4、掌握逻辑门的主要参数及在应用中的接口问题。一、数字集成电路简介3.1MOS逻辑门电路即实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路。1逻辑门电路：2逻辑门电路的分类：二极

2、管门电路三极管门电路TTL门电路MOS门电路PMOS门CMOS门74HC,74HCT,74VHC逻辑门电路分立集成NMOS门TTL--三极管-三极管74H,74LHTL–高阈值ECL–射极耦合,速度最快I2L–集成注入－构成数字逻辑电路的基本元件TTLCMOS主要比较电路的工作速度、功耗、抗干扰；二、逻辑电路的一般特性1、典型74HC系列CMOS的输入和输出的高、低电平VIL(max)、VIH(min)、VOL(max)、VOH(min)高电平VH=3.5—5.0V工作电压为5V时低电平VL=0—1.5V总体而言，TTL速度较快，但功耗较大；CMOS

3、速度较慢，但功耗低，因而出现BiCMOS技术CMOS目前已成为数字逻辑电路的主流工艺技术2、噪声容限—电路的抗干扰能力高电平噪声容限低电平噪声容限VNH=VOHmin-VIHminVNL=VILmax-VOLmax对于CMOS门电路(74HC系列），高低电平对应的标准电压和噪声容限为：VOHmin=4.9V;VIHmin=3.5V;VOLmax=0.1V;VILmax=1.5VVNH=1.4V;VNL=1.4V定义:保证输出逻辑状态不变,输入逻辑电平允许噪声幅度的最大值,称噪声容限。保证输出为标准低电平时所允许的最小输入高电平值保证输出为标准高电平时

4、所允许的最大输入低电平值3、传输延迟时间PLHtPHLtPLHtPHLt输入同相输出反相输出输出波形相对输入波形延迟的时间；表征门电路的开关速度，用tpLH和tpHL表示。见下图和表3.1.3平均传输延迟时间：50％4、功耗功耗静态功耗（输出没有状态转换时的电路功耗）动态功耗（输出发生状态转换时的电路功耗）5、延时—功耗积DPdPtDP×=（越小越好）BiCMOSECLCMOSNMOSTTLPDtpd0PD--为门电路的功耗对CMOS电路而言，DP的单位为焦耳J6、扇入与扇出数（1）扇入数：输入端的个数（2）扇出数：带同类门电路的最大数目。②灌电流工

5、作情况：①拉电流工作情况：（负载门）（驱动门）IIHIOHNOH=表门电路输出端的驱动能力，与负载的类型（一种是负载电流从驱动门流向外电路，称为拉电流负载；另一种是负载电流从外电路流入驱动门，称为灌电流负载）有关。（负载门）（驱动门）NOL=IOLIIL【例1】CMOS带TTL74LS,已知IOL＝IOH＝4mA，IIH＝0.02mA；IIL＝0.4mA；则有NOH=IOHIIH=40.02=200；显然，扇出数为10注：若NOLNOH，则应取较小者作为电路的扇出数。NOL=IOLIIL=40.4=10【例2】试计算TTL与非门74LS带同类门时的

6、扇出数。解：查附录A（P504），得相关参数如下：IOL=8mA;IIL=-0.4mA;IOH=-0.4mA;IIH=0.02mANOH=IOHIIH=0.40.02=2074LS带同类门时的扇出数为20NOL=IOLIIL=80.4=20注意：以上考虑的是每个负载门只有一个输入端与驱动门相接，如果每个负载门有两个以上的输入端接入驱动门，则一般IIH和IIL应乘上输入端数目（但TTL与非门的IIL除外）。负表流出器件，正的流入器件。三、MOS开关及其等效电路1、MOS管的开关作用VDDvIOvgdsRd(以N沟道增强型为例)vI

7、止，vO=VDD，无功耗。vI>VT时，且很大，vO为低电平。VGS=VT负载线2、MOS管的开关特性vItOvOtOVIHVDDtPLHtPHL由于各种电容及电阻的存在，输出电压波形就不是理想的脉冲，上升和下降都变慢了，且滞后。OvgdsRdvIVTROn(a)截止等效(b)导通等效(a)输入波形(b)输出波形四、CMOS反相器VDDIvOvP沟道N沟道VDDIvOvTNTP简化电路要求：

8、)

9、(TPTNDDVVV+>TN为工作管TP为负载管1、CMOS反相器的工作原理VDDIvOvP沟道N沟道1、CMOS反相

10、器的工作原理假设：处于逻辑0时，相应的电压近似为0；处于逻辑1时，相应的电压近似为VDD(1)当VI=VOH