成都电子科技大学本科836数字电路(数字逻辑设计)第三章(2)

1、1 1第第 3 3 章章 数字电路数字电路介绍数字电路中的电气知识介绍数字电路中的电气知识数字逻辑设计及应用数字逻辑设计及应用2 2回回 顾顾CMOSCMOS稳态电气特性稳态电气特性逻辑电压电平逻辑电压电平噪声容限噪声容限高态高态不正常状态不正常状态低态低态VOLmaxVILmaxVIHminVOHmin3 3VOUT = 0VCC = + 5.0VRThevVThev +VCC = + 5.0VRThevVThev +VOUT = 1带电阻性负载的电路特性带电阻性负载的电路特性保证提供或吸收的电流保证提供或吸收的电流小于门电路的规定值小于门电路的规定值负载导致输出特性变坏负载导致输出特性变坏

2、4 4非理想输入时的电路特性非理想输入时的电路特性输入偏离供电轨道，输出电压变坏输入偏离供电轨道，输出电压变坏VDD = +5.0VVOUTVINTpTn电流尖峰和去耦电容器电流尖峰和去耦电容器iDvI12VDD5 5扇出（扇出（fan-out）当输出负载大于它的扇出能力时？当输出负载大于它的扇出能力时？输出特性变差输出特性变差电流电流，功耗，功耗 ，温度升高，温度升高传输延迟、转换时间变长传输延迟、转换时间变长不用的不用的CMOS输入端如何处理？输入端如何处理？如何毁坏如何毁坏CMOS器件？（自学）器件？（自学）6 63.6 3.6 CMOSCMOS动态电气特性动态电气特性考虑两个方面：速度

3、、功耗考虑两个方面：速度、功耗转换时间转换时间传播延迟传播延迟7 7转换时间转换时间考虑两个因素：考虑两个因素：晶体管的晶体管的“导通导通”电阻电阻寄生电容（寄生电容（stray capacitance）VCC = + 5.0VRLRpRnVL+CL电容两端电压不能突变电容两端电压不能突变在实际电路中在实际电路中可用时间常数可用时间常数近似转换时间近似转换时间P79 图图3-36上升时间上升时间t tr r下降时间下降时间t tf f 8 8传播延迟传播延迟P83 图图3-42VINVOUTpLHtpHLt信号通路：信号通路：一个特定输入信号到逻辑元件的一个特定输入信号到逻辑元件的 特定输出信

4、号所经历的电气通路。特定输出信号所经历的电气通路。9 9功率损耗功率损耗动态功耗的来源：动态功耗的来源：两个管子瞬间同时导通两个管子瞬间同时导通产生的功耗产生的功耗 PT对负载电容充、放电所对负载电容充、放电所产生的功耗产生的功耗 PLVDD = +5.0VVOUTVINTpTn分为：静态功耗、动态功耗分为：静态功耗、动态功耗CL1010功率损耗功率损耗动态功耗的来源：动态功耗的来源：两个管子瞬间同时导通两个管子瞬间同时导通产生的功耗产生的功耗 PT对负载电容充、放电所对负载电容充、放电所产生的功耗产生的功耗 PL分为：静态功耗、动态功耗分为：静态功耗、动态功耗V VCC CC 的大小的大小输

5、入波形的好坏输入波形的好坏输入信号频率输入信号频率负载电容负载电容输入信号频率输入信号频率 ( (V VCC CC ) ) 2 2 11 113.6 3.6 CMOSCMOS动态电气特性动态电气特性考虑两个方面：考虑两个方面：速度速度功耗功耗转换时间（转换时间（transition time）传播延迟（传播延迟（propagation delay）静态功耗（静态功耗（static power dissipation）动态功耗（动态功耗（dynamic power dissipation）12123.7 3.7 其他其他CMOSCMOS输入输出结构输入输出结构传输门传输门当当EN = 0EN =

6、 0，EN_L = 1EN_L = 1， 晶体管截止，晶体管截止， A A、B B断开断开当当EN = 1EN = 1，EN_L = 0EN_L = 0， 晶体管导通，晶体管导通， A A、B B之间低之间低 阻抗连接阻抗连接v双向器件双向器件v传播延迟非常短传播延迟非常短ENEN_LAB1313施密特触发器输入施密特触发器输入VOUTVIN5.02.1 2.95.0电压传输特性电压传输特性VT+VT-输输入入门限门限电压电压VT+VT-采用内部反馈，边沿更陡采用内部反馈，边沿更陡滞后：滞后：两个门限电压之差两个门限电压之差逻辑符号：逻辑符号：1414施密特触发器的应用施密特触发器的应用波形变

7、换波形变换1515施密特触发器的应用施密特触发器的应用脉冲整形脉冲整形1616施密特触发器的应用施密特触发器的应用脉冲鉴幅脉冲鉴幅1717三态输出三态输出VCCOUTENA当当EN=0EN=0时，时， C=1, Tp C=1, Tp截止截止 B=1, D=0, Tn B=1, D=0, Tn截止截止 高阻态高阻态（悬空态）（悬空态）当当EN=1EN=1时，时， C=A , B=0 , D=A C=A , B=0 , D=A 由由A A控制输出为控制输出为 逻辑逻辑0 0 或或 逻辑逻辑1 1BCDTpTnAENOUT逻辑符号逻辑符号1818输出电平？输出电平？造成逻辑混乱造成逻辑混乱很大的负载

8、电流很大的负载电流同时流过输出级同时流过输出级可使门电路损坏可使门电路损坏漏极开路输出漏极开路输出VCCAZ有源上拉有源上拉active pull-upVCCB低低高高有源上拉的有源上拉的CMOSCMOS器件器件其输出端不能直接相联其输出端不能直接相联100 1M 100 1M 1919漏极开路输出漏极开路输出ABZVCCVCCR 上拉电阻上拉电阻ABZ逻辑符号逻辑符号希望尽量小，减少上升时间希望尽量小，减少上升时间太小则吸收电流太大太小则吸收电流太大应用：驱动应用：驱动LED、线与、线与、 驱动多源总线驱动多源总线2020ABZVCCVCCRCDVCCZ = Z1 Z2 = (AB) (CD

9、) = (AB + CD)漏极开路输出的线连逻辑漏极开路输出的线连逻辑Z1Z2线与线与第第4章章 反演定理反演定理21213.9 3.9 双极逻辑双极逻辑二极管开关特性二极管开关特性门限门限电压电压反向反向击穿击穿漏电流漏电流viVTI s+RfVd正偏正偏（导通）（导通）+反偏反偏（截止）（截止）22223.9 3.9 双极逻辑双极逻辑二极管逻辑二极管逻辑ABD1D2RVCCY 电平偏移：输出和输入的数值不相等电平偏移：输出和输入的数值不相等 不能直接驱动负载不能直接驱动负载 通常用于集成电路内部的逻辑单元通常用于集成电路内部的逻辑单元02V 低电平低电平 逻辑逻辑023V 未定义未定义35V 高电平高电平 逻辑逻辑1二极管与门二极管与门2323双极结型晶体管双极结型晶体管截止区截止区放大区放大区饱和区饱和区基极基极basecollector集电极集电极发射极发射极emitterVCCvo+-vi+-RBRCiC三极管反相器三极管反相器2