数字集成电路Microsoft Word 文档

一般特性一般特性 1 电源电压范围 TTL 电路的工作电源电压范围很窄 S LS F 系列为 5V 5 AS ALS 系列为 5Y 10 2 频率特性 TTL 电路的工作频率比 4000 系列的高 标准 TTL 电路的工作频率小于 35MHz LS 系列 TTL 电路的工作频率小 于 40MHz ALS 系列电路的工作频率小 于 70MHz S 系列电路的工作频率小于 125MHz AS 系列电路的工作频率 小于 200MHz 3 TTL 电路的电压输出特性 当工作电压为十 5V 时 输出高电平大于 2 4V 输人高电平大于 2 0V 输出低 电平小于 0 4V 输人低电平 小于 0 8V 4 最小输出驱动电流 标准 TTL 电路为 16mA LS TTL 电路为 8mA S TTL 电路为 20mA ALS TfL 电路为 8mA AS TTL 电路为 mA 大电流输出的 TTL 电路 标准 TTL 电路为 48mA LS TTL 电路为 24mA S TTL 电路为 64mA ALS TTL 电 路为 24 48mA AS TTL 电路为 48 64mA 5 扇出能力 以带动 LS TTL 负载的个数为例 标准 TTL 电路为 40 IS TTL 电路为 20 S TTL 电路为 50 ALS TTL 电路为 20 AS TTL 电路为 50 大电流 输出的 TTL 电路 标准 TTL 电路为 120 LS TTL 电路为 60 S TTL 电路为 160 ALS TTL 电路为 60 120 AS TTL 电路为 120 160 对于同一功能编号的各系列 TTL 集成电路 它们的引脚排列与逻辑功能完全相 同 比如 7404 74LS04 74A504 74F04 74ALS04 等各集成电路的引脚图 与逻辑功能完全一致 但它们在电路的速度和功耗方面存 在着明显的差别 2 CM0S 系列集成电路的一般特性 1 电源电压范围 集成电路的工作电源电压范围为 3 18V 74HC 系列为 2 6V 2 功耗 当电源电压 VDD 5V 时 CM0S 电路的静态功耗分别是 门电路类为 2 5 5 W 缓冲器和触发器类为 5 20 W 中规模集成电路类为 25 100 W 3 输人阻抗 CM05 电路的输入阻抗只取决于输人端保护二极管的漏电流 因此输人阻抗极高 可达 108 1011 以上 所以 CM0S 电路几乎不消耗驱动电路的功率 4 抗干扰能力 因为它们的电源电压允许范围大 因此它们输出高低电平摆幅也大 抗干扰能 力就强 其噪声容限最大值为 45 VDD 保证值可达 30 VDD 电源电压越高 噪 声容限值越大 5 逻辑摆幅 CM0S 电路输出的逻辑高电平 1 非常接近电源电压 VDD 逻辑低电平 0 接近 电源 Vss 空载时 输出高电平 VOH VCC 0 05V 输出低电平 VOL 0 05V 因此 CM0S 电路电源利用系数最高 6 扇出能力 在低频工作时 一个输出端可驱动 50 个以上 CM0S 器件 7 抗辐射能力 CMOS 管是多数载流子受控导电器件 射线辐射对多数载流子浓度影响不大 因 此 CM0S 电路特别适用于航天 卫星和核试验条件下工作的装置 CM0S 集成电路功耗低 内部发热量小 集成度可大大提高 又因为电路本身的 互补对称结构 当环境温度变化时 其参数有互相补偿作用 因而其温度稳定 性好 8 CM0S 集成电路的制造工艺 CM0S 集成电路的制造工艺比 TTL 集成电路的制造工艺简单 而且占用硅片面积 也小 特别适合于制造大规模和超大规模集成电路 注意事项注意事项 不允许在超过极限参数的条件下工作 电路在超过极限参数的条 件下工 作 就可能工作不正常 且容 易引起损坏 TTL 集成电路 的电源电压允许变化范围比较窄 一般在 4 5 5 5V 之间 因此必 须使用 5V 稳 压电源 CM0S 集成电路的工作电源电压范围比较宽 有较大的选择余地 选择电源电压时 除首先考虑到 要避免超过极 限电源电压外 还要注意到 电源电压的高低会影响电路的工作频 率等性能 电源电压低 电路工作频率会下降或增加传输延迟时间 例如 CM0S 触发器 当电源电压由 15V 下降到十 3V 时 其最高 工 作频率将从 10MHz 下降到几十千赫 电源电压的极性千万不能接反 电源正负极颠倒 接错 会因为 过大电流而造成器件损坏 CM0S 电路要求输人信号的幅度不能超过 VDD VSS 即满足 VSS V1 VDD 当 CM0S 电路输入端施加的电 压过高 大于电源电压 或过低 小于 0V 或者电源电压突然变化时 电路电流可能会迅 速增大 烧坏器件 这种现象称为可控硅效应 预防可控硅效应的 措施 主要有 输入端信号幅度不能大于 VDD 和小于 0V 消除电源上的干扰 在条件允许的情况下 尽可能降低电源电压 如果电路工作频率 比较低 用 5V 电源供电最好 对使用的电源加限流措施 使电源电流被限制在 30mA 以内 对多余输人端的处理 对于 CM0S 电路 多余的输人端不能悬空 否则 静电感应产生的高压容易引起 器件损坏 这些多余的输人端 应该接 yDD 或 yss 或与其他正使用的输人端并联 这 3 种处置方 法 应根据 实际情况而定 对于 TTL 电路 对多余的输人端允许悬空 悬空时 该端的逻辑输 入状态一般都作为 1 对待 虽然 悬 空相当于高电平 并不影响 与门 与非门的逻辑关系 但悬空容易受干扰 有时会造成电路误 动作 因此 多余输人端要根据实际需要做适当处理 例如 与门 与非门的多余输人端可直接接到电源上 也可将 不同的输人端公用 一个电阻连接到电源上 或将多余的输人端并联使用 对于或门 或非门的多余输人端 应直接接地 多余的输出端应该悬空处理 决不允许直接接到 VDD 或 VSS 否 则会产生过大的短路电流而使器件 损坏 不同逻辑功能的 CM0S 电 路的输出端也不能直接连到一起 否则导通的 P 沟道 MOS 场效应管 和导通的 N 沟道 MOS 场效应管形成低阻通路 造成电源短路而引起 器件损坏 除三态门 集电极开路门外 TTL 集成电路的 输出端不 允许并联使用 如果将几个集电极开路门电路的输出端并联 实现 线与 功能时 应在输出端 与电源之间接人上拉电阻 由于 CM0S 电路输人阻抗高 容易受静电感应发生击穿 除电路内 部设置保护电路外 在使用和存放时 应注意静电屏蔽 焊接 CM0S 电路时 焊接工具应良好接地 焊接时间不宜过长 焊接温度不要 太高 更不 能在通电的情况下 拆卸 拔 插集成电路 多型号的数字电路之问可以直接互换使用 如国产的 CC4000 系列 可与 CD4000 系列 MC14000 系列直接互 换使用 但有些引脚功能 封装形式相同的 IC 电参数有一定差别 互换时应注意 注意设计工艺 增强抗干扰措施 在设计印制线路板时 应避免 引线过长 以防止信号之间的窜扰和 对信号传输的延迟 此外要把 电源线设计得宽一些 地线要进行大面积接地 这样可减少接地噪 声干扰 在 CM0S 逻辑系统设计中 应尽量减少电容负载 电容负 载会降低 CM0S 集成电路的工作速度和增加功耗 TTLTTL 电路是电路是晶体管晶体管 晶体管逻辑电路晶体管逻辑电路的英文缩写的英文缩写 Transister Transister Transister LogicTransister Logic 是数字集成电路的一大门类 它采用双极型工艺制造 具有高速度和品种多等特点 从六十年代开发 成功第一代产品以来现有以下几代产品 第一代 TTL 包括 SN54 74 系列 其中 54 系列工作温度为 55 125 74 系列工作温度为 0 75 低功耗系列简称 lttl 高速系列简称 HTTL 第二代 TTL 包括肖特基箝位系列 STTL 和低功耗肖特基系列 LSTTL 第三代为采用等平面工艺制造的先进的 STTL ASTTL 和先进的低功耗 STTL ALSTTL 由于 LSTTL 和 ALSTTL 的电路延时功耗积较小 STTL 和 ASTTL 速度很快 因此获得了广泛的应用 各类 TTL 门电路的基本性能 编辑本段编辑本段 TTLTTL 电路分类电路分类 电路类型电路类型 TTLTTL 数字集成电路约有数字集成电路约有 400400 多个品种 大致可以分为以下几类 多个品种 大致可以分为以下几类 门电路 译码器 驱动器 触发器 计数器 移位寄存器 单稳 双稳电路和多谐振荡器 加法器 乘法器 奇偶校验器 码制转换器 线驱动器 线接收器 多路开关 存储器 编辑本段编辑本段特性曲线电压传输特性特性曲线电压传输特性 TTL 与非门电压传输特性 LSTTL 与非门电压传输特性 瞬态特性 由于寄生电容和晶体管载流子的存储效应的存在 输入和输出波形如 右 存在四个时间常数 td tf ts 和 tr 延迟时间 td 下降时间 tf 存储时间 ts 上升时间 tr 基本单元 与非门 常用电路形式 四管单元 五管单元 六管单元 主要封装形式 双列直插 扁平封装 TTLTTL 反相器工作原理 请参照反相器工作原理 请参照 数字电子技术基础数字电子技术基础 第四版第四版 高等教育出版社高等教育出版社 清华大学清华大学电子教研室电子教研室 阎石阎石主编的主编的 P53P53 页电路图页电路图 1 当 Vi Ve1 0 2v 时 T1 导通 这时 Vb1 被钳制到 0 2 0 7 0 9v 由于 T1 导 通 故 Vb2 Ve1 Vi 0 2v 由于 Vb20 7v 所以 T2 导通 侧 Ve2 Vb4 3 6v 0 7v 2 9v Vb4 0 7v 所以 T4 导通 由于 T2 的导通导致 T3 的基 极 Vb3 被钳制到 0V 所以 T3 截止 所以 Vo 输出为低电平 另外由于 T4 的导 通 并且发射极接地 反过来有影响到 T4 的基极被钳制到 Vb4 0v 0 7v 0 7v 同样 T2 导通所以 T2 的基极 Vb2 Vb4 0 7v 1 4v 再同样 T1 导通 Ve1 vb2 1 4v Vb1 Ve1 0 7v 2 1v 施密特触发器 施密特波形图 施密特触发器也有两个稳定状态 但与一般触发器不同的是 施密特触发器采用电位触发 方式 其状态由输入信号电位维持 对于负向递减和正向递增两种不同变化方向的输入信 号 施密特触发器有不同的阀值电压 基本介绍基本介绍 门电路有一个阈值电压 当输入电压从低电平上升到阈值电压或从高电平下降到阈值电压 时电路的状态将发生变化 施密特触发器是一种特殊的门电路 与普通的门电路不同 施 密特触发器有两个阈值电压 分别称为正向阈值电压和负向阈值电压 在输入信号从低电 平上升到高电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为正向阈值电压 在输入信号 从高电平下降到低电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为负向阈值电压 正向 阈值电压与负向阈值电压之差称为回差电压 它是一种阈值开关电路 具有突变输入 输出特性的门电路 这种电路被设计成阻止输 入电压出现微小变化 低于某一阈值 而引起的输出电压的改变 利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作用 可以把边沿变化缓慢的周期性信号变换 为边沿很陡的矩形脉冲信号 输入的信号只要幅度大于 vt 即可在施密特触发器的输出 端得到同等频率的矩形脉冲信号 当输入电压由低向高增加 到达 V 时 输出电压发生突变 而输入电压 Vi 由高变低 到 达 V 输出电压发生突变 因而出现输出电压变化滞后的现象 可以看出对于要求一定延 迟启动的电路 它是特别适用的 从传感器得到的矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变 当传输线上的电容较大时 波形的 上升沿将明显变缓 当传输线较长 而且接受端的阻抗与传输线的阻抗不匹配时 在波形 的上升沿和下降沿将产生振荡现象 当其他脉冲信号通过导线间的分布电容或公共电源线 叠加到矩形脉冲信号时 信号上将出现附加的噪声 无论出现上述的那一种情况 都可以 通过用施密特反相触发器整形而得到比较理想的矩形脉冲波形 只要施密特触发器的 vt 和 vt 设置得合适 均能收到满意的整形效果 实现实现 隧道二极管隧道二极管 施密特触发器可以利用简单的隧道二极管 英语 tunnel diode 实现 这种二极管的伏安 特性在第一象限中是一条 N 形曲线 振荡输入会使二极管的伏安特性从 N 形曲线的上升 分支移动到另一分支 然后在输入值超越上升和下降翻转阈值时回到起点 不过 这类施 密特触发器的性能可以利用基于晶体管的元件来提升 因为基于晶体管的元件可以通过非 常直接的利用正反馈来提升翻转性能 比较器比较器 施密特触发器常用接入正反馈的比较器来实现 对于这一电路 翻转发生在接近地的位置 迟滞量由 R1 与 R2 的阻值控制 比较器提取了两个输入之差的符号 当非反相 输入的电压高于反相 输入的电压 时 比较器输出翻转到高工作电压 Vs 当非反相 输入的电压低于反相 输入的 电压时 比较器输出翻转到低工作电压 Vs 这里的反相 输入是接地的 因此这里的 比较器实现了函数符号 具有二态输出的特性 只有高和低两种状态 当非反相 端 连续输入时总有相同的符号 由于电阻网络将施密特触发器的输入端 即比较器的非反相 端 和比较器的输出端 连接起来 施密特触发器的表现类似比较器 能在不同的时刻翻转电平 这取决于比较器 的输出是高还是低 若输入是绝对值很大的负输入 输出将为低电平 若输入是绝对值很 大的正输入 输出将为高电平 这就实现了非反相施密特触发器的功能 不过对于取值处 于两个阈值之间的输入 输出状态同时取决于输入和输出 例如 如果施密特触发器的当 前状态是高电平 输出会处于正电源 Vs 上 这时 V 就会成为 Vin 和 Vs 间的分压器 在这种情况下 只有当 V 0 接地 时 比较器才会翻转到低电平 由电流守恒 可知 此时满足下列关系 因此必须降低到低于 R1Vs R2 时 输出才会翻转状态 一旦比较器的输出翻转到 Vs 翻 转回高电平的阈值就变成了 R1Vs R2 这样 电路就形成了一段围绕原点的翻转电压带 而触发电平是 R1Vs R2 只有当输入电压上升到电压带的上限 输出才会翻转到高电平 只有当输入电压下降到电压带的下限 输出才会翻转回低电平 若 R1 为 0 R2 为无穷大 即开路 电压带的宽度会压缩到 0 此时电路就变成一个标准比较器 输出特性如右 图所示 阈值 T 由 R1Vs R2 给出 输出 M 的最大值是电源轨 实际配置的非反相施密特 触发电路如下图所示 输出特性曲线与上述基本配置的输出曲线形状相同 阈值大小也与上述配置满足相同的关 系 不同点在于上例的输出电压取决于供电电源 而这一电路的输出电压由两个齐纳二极 管确定 在这一配置中 输出电平可以通过选择适宜的齐纳二极管来改变 而输出电平对 于电源波动具有抵抗力 也就是说输出电平提高了比较器的电源电压抑制比 PSRR 电 阻 R3 用于限制通过二极管的电流 电阻 R4 将比较器的输入漏电流引起的输入失调电压降 低到最小 两个晶体管两个晶体管 在使用正反馈配置实现的施密特触发器中 比较器自身可以实现的大部分复杂功能都没有 使用 因此 电路可以用两个交叉耦合的晶体管来实现 即晶体管可以用另外一种方式来 实现输入级 基于 2 个晶体管的施密特触发电路如下图所示 通路 RC1 R1 R2 设定了晶 体管 T2 的基极电压 不过 这一分压通路会受到晶体管 T1 的影响 如果 T1 开路 通路 将会提供更高的电压 因此 在两个状态间翻转的阈值电压取决于触发器的现态 对于如上所示的 NPN 晶体管 当输入电压远远低于共射极电压时 T1 不会导通 晶体管 T2 的基极电压由上述分压电路决定 由于接入负反馈 共射极上所加的电压必须几乎与分 压电路上所确定的电压几乎一样高 这样就能使 T2 导通 并且触发器的输出是低电平状 态 当输入电压 T1 基极电压 上升到比电阻 RE 上的电压 射极电压 稍高时 T1 将会 导通 当 T1 开始导通时 T2 不再导通 因为此时分压通路提供的电压低于 T2 基极电压 而射极电压不会降低 因为 T1 此时消耗通过 RE 的电流 此时 T2 不导通 触发器过渡到 高电平状态 此时触发器处于高电平状态 若输入电压降低得足够多 则通过 T1 的电流会降低 这会 降低 T2 的共射极电压并提高其基极电压 当 T2 开始导通时 RE 上的电压上升 然后会 降低 T1 的基极 射极电位 T1 不再导通 在高电平状态时 输出电压接近 V 但在低电平状态时 输出电压仍会远远高于 V 因 此在这种情况下 输出电压不够低 无法达到逻辑低电平 这就需要在触发器电路上附加 放大器 上述电路可以被简化 R1 可以用短路连接代替 这样 T2 基极就直接连接到 T1 集电极 R2 可以去掉并以开路代替 电路运行的关键是