数字集成电路的特点与分类PPT课件

1、1第四章 门电路第1页/共41页24.1 数字集成电路的特点与分类半导体集成电路：采用外延生长、氧化、光刻、扩散等技术，将多个晶体管、电阻、电容等元件以及它们之间的连线做在一块半导体基片上所构成的电路。按内部有源器件不同分类：双极型晶体管集成电路MOS集成电路第2页/共41页3按集成度不同分类： 小规模集成电路（SSI）：10100元件片 如各种逻辑门电路、集成触发器。 中规模集成电路（MSI）：1001000元件片，如译码器、编码器、寄存器、计数器。 大规模集成电路（LSI）：1000 105元件片，如中央处理器，存储器。 超大规模集成电路（VLSI）：105元件以上片。CPU（Pentiu

2、m)含有元件310万330万个第3页/共41页4逻辑状态与正、负逻辑约定 事物两种互相对立的状态可以抽象地表达为 0 和 1，称为逻辑 0 状态和逻辑 1 状态。逻辑 0 状态和逻辑 1 状态各代表什么，是 人为规定的。 在数字电路中，我们可以规定高电位为逻辑 1 ，低电位为逻辑 0 ，反之也可以规定低电位为逻辑 1 ，高电位为逻辑 0 。前者叫做“正逻辑”约定，后者叫做“负逻辑”约定。第4页/共41页5同一个电路，按两种不同的约定去分析，会得出不同的结论。uo 1 0 0 1高电位低电位正逻辑约定负逻辑约定在今后讨论电路时，必须明确采用哪种约定。一般采用正逻辑约定。第5页/共41页64.2

3、晶体管晶体管逻辑电路(TTL电路)4.2.1 最简单的与门、非门和与非门电路1. 二极管与门设 UHI=+3V ； UIL=0V。二极管正向导通时的压降近似为0第6页/共41页7输入输出 FAB000010100111输入输出 FAB0V0V0V0V3V0V3V0V0V3V3V3V电路的输入与输出电位电路的真值表由真值表可知，上面电路是一个与门第7页/共41页82. 三极管非门设 UHI=5V ；UIL=0.2V。三极管饱和时UCES = 0.2V第8页/共41页9输入A输出F0110输入A输出F0.2V5V5V0.2V电路的输入与输出电位电路的真值表由真值表可知，上面电路是一个非门第9页/共

4、41页10+3 晶体管与非门第10页/共41页114.2.1 TTL与非门电路输入输出 FAB001011101110输入输出 FAB0.2V0.2V5V0.2V5V5V5V0.2V5V5V5V0.2V输入与输出电位电路的真值表第11页/共41页12 输出级： 推拉式电路或图腾柱输出电路第12页/共41页13P104第13页/共41页14PN第14页/共41页15T1T1处于处于“反向运用反向运用”放大放大状态状态发射极和集电极颠倒使用，反向运用时发射极和集电极颠倒使用，反向运用时很小，小于很小，小于0.050.05。KCL第15页/共41页160.3VKCL饱和结论：结论：1.1.计算得出计

5、算得出 UIH=3.6V T4T4饱和饱和, ,UOL=0.2V 2. 2.给出给出结论结论：IIH=40A;IOL=16mA (UOL=0.2V)第16页/共41页17结论：结论：1.1.计算得出计算得出U UILIL=0 .2V U=0 .2V UOHOH=3.6V=3.6V2.2.给出结论给出结论： IIL=1.6mA(器件手册);IOH=0.4mA (UOH=3.6V)第17页/共41页18IIH=40A; IOL=16mATTL工作参数工作参数 P119P119以上电流参数规定流入为正，流出为负。 IIL=1.6mA; IOH=0.4mA第18页/共41页19P106TTLTTL非门

6、传输特性非门传输特性 当 uI 从 0 V电位逐渐上升到高电位时，输出电压 uO的变化情况。第19页/共41页20为了区别 1 和 0 两种逻辑状态，规定了输出高电位的下限UOH(min)2.4V，和输出低电位的上限UOL(max)0.4V。UO2.4V，为逻辑 1 状态 UO0.4V，为逻辑 0 状态开启电压UIH(min)：保证输出为低电位即UO0.4V，输入高电位的下限。 关闭电压UIL(max)：保证输出为高电位即UO2.4V，输入低电位的上限。第20页/共41页21TTLTTL非门传输特性非门传输特性 开启电压UIH(min)=2.0V 关闭电压UIL(max)=0.8V 当 uI

7、增大到 1.4 V左右时，输出电压 uO急剧下降，此时对应的输入电压值称为阈值电压 uTHuTH = 1.4V 如果把传输特性理想化 ，阈值电压就是输出高、低电位的分界线第21页/共41页22UOHUIH躁声容限 门电路之间相互连接时，前一级门的输出就是后一级门的输入，在前一级输出为最坏的情况下（输出高电位为UOH(min)），后一级门的输入电压允许的变化幅度叫做噪声容限。UNH=UOH(min)- UIH(min) =2.4-2.0V=0.4V P106第22页/共41页23UOLUIL躁声容限 门电路之间相互连接时，前一级门的输出就是后一级门的输入，在前一级输出为最坏的情况下（输出低电位为

8、UOL(max)），后一级门的输入电压允许的变化幅度叫做噪声容限。UNL=UIL(max)- UOL (max) =0.8-0.4V=0.4V第23页/共41页24门电路躁声容限=minUNH,UNL 噪声容限是用来说明门电路抗干扰能力大小的参数。第24页/共41页25IHOHOHIIN101040104 . 063扇出系数NO：一个与非门能够驱动同类型与非门的最大数目。第25页/共41页26ILOLOLIIN106 . 116扇出系数N0=minNOH,NOL第26页/共41页27集电极开路门简称OC门第27页/共41页28UCCRL与普通TTL与非门相比，OC门去掉了T3、D，使T4集电极

9、开路，并作为电路的输出端。OC门正常工作时，要外接电源并串接一个电阻RL。只要RL阻值选择的合适即能实现与非功能，还可以将两个或更多的OC门输出端直接连接在一起。第28页/共41页29Y1Y2YABY 1CDY 2CDABYYY21实现了与功能，称为线与。CDABY实现了或功能，称为线或。第29页/共41页30三态TTL门三态TTL门与普通TTL门不同，它的输出端除了可以出现高、低电平（正常工作状态，低阻输出），还可以出现第三种状态高阻状态（或称阻塞状态、禁止状态） A、B输入端 F输出端 G阻塞信号输入端 EN使能信号输入端第30页/共41页31三态门输入输出 FG(EN)A10高阻态100

10、011第31页/共41页32三态门最重要的三态门最重要的一个用途是可以一个用途是可以实现用同一根导实现用同一根导线轮流传送不同线轮流传送不同的数据或信号，的数据或信号，这根线叫做总线。这根线叫做总线。第32页/共41页33DIR= 0DIR= 1第33页/共41页344.3 CMOS逻辑电路 4.3.1 CMOS反相器第34页/共41页35CMOS反相器传输特性 1.阈值电压UTH=UDD/2; UDD=5V, UTH=2.5V2. UOH5V; UOL0V3. UNL=UNH0.3UDD 1.5V(CMOS)0.4V(TTL)COMS反相器抗干扰能力强第35页/共41页36电源电流 和 的关系iDDuI 无论输入为高电平还是低电平，T1和T2总有一个截止，因此静态电流近似为零，静态功耗极小。 第36页/共41页37 MOS门电路互相连接时，门电路输出总要接到其他门电路的输入端，所以相当于带有电容性负载CL。在uI由低电位跳变到高电位时，CL通过T1放电， uI由低电位跳变到高电位时，电源通过T2对CL充电，造成动态功耗。CMOS反相器的动态功耗为 PC CL UDD2 f 与TTL不同，MOS管的栅极电流极小，CMOS门的扇出系数取决于负载电容的大小和工作速度的要求，即驱动的门数越多，负载电容越大，充放电时间越长，工作