集成电路设计基础：第七章 基本CMOS数字电路

1、第七章 基本CMOS数字电路1电子科学与技术系超大规模集成电路与系统研究中心输入静态逻辑电路CMOS传输逻辑电路数字脉冲产生电路译码电路CMOS数字电路的主要技术特性2022/8/71数字集成电路设计基础第七章 基本CMOS数字电路 输入逻辑2电子科学与技术系超大规模集成电路与系统研究中心2022/8/72数字集成电路设计基础基本的门函数只有两类：“与非”和“或非”；其他所有的输入逻辑函数都可以用基本门函数构成；一、非门第七章 基本CMOS数字电路 输入逻辑3电子科学与技术系超大规模集成电路与系统研究中心2022/8/73数字集成电路设计基础二、由“与非门”及“非门”构成的“或非门”第七章 基

2、本CMOS数字电路 输入逻辑4电子科学与技术系超大规模集成电路与系统研究中心2022/8/74数字集成电路设计基础三、由“与非门”及“或非门”构成的“多输入门” 四输入与非门第七章 基本CMOS数字电路 输入逻辑5电子科学与技术系超大规模集成电路与系统研究中心2022/8/75数字集成电路设计基础第七章 基本CMOS数字电路 输入逻辑6电子科学与技术系超大规模集成电路与系统研究中心2022/8/76数字集成电路设计基础四、由“与非门”及“或非门”构成的“异或门”第七章 基本CMOS数字电路 输入逻辑7电子科学与技术系超大规模集成电路与系统研究中心2022/8/77数字集成电路设计基础五、由“与

3、非门”及“或非门”构成的“同或门”第七章 基本CMOS数字电路 输入逻辑8电子科学与技术系超大规模集成电路与系统研究中心2022/8/78数字集成电路设计基础五、由“与非门”及“或非门”构成的“同或门”第七章 基本CMOS数字电路 输入逻辑9电子科学与技术系超大规模集成电路与系统研究中心2022/8/79数字集成电路设计基础六、多路复用门第七章 基本CMOS数字电路 传输逻辑10电子科学与技术系超大规模集成电路与系统研究中心2022/8/710数字集成电路设计基础七、CMOS传输门第七章 基本CMOS数字电路 传输逻辑11电子科学与技术系超大规模集成电路与系统研究中心2022/8/711数字集

4、成电路设计基础七、CMOS传输门第七章 基本CMOS数字电路 传输逻辑12电子科学与技术系超大规模集成电路与系统研究中心2022/8/712数字集成电路设计基础八、CMOS锁存器第七章 基本CMOS数字电路 传输逻辑13电子科学与技术系超大规模集成电路与系统研究中心2022/8/713数字集成电路设计基础九、CMOS异或门第七章 基本CMOS数字电路 传输逻辑14电子科学与技术系超大规模集成电路与系统研究中心2022/8/714数字集成电路设计基础十、CMOS异或非门（同或门）第七章 基本CMOS数字电路 传输逻辑15电子科学与技术系超大规模集成电路与系统研究中心2022/8/715数字集成电

5、路设计基础十、CMOS 移位寄存器（D触发器）第七章 基本CMOS数字电路 传输逻辑16电子科学与技术系超大规模集成电路与系统研究中心2022/8/716数字集成电路设计基础十一、CMOS D触发器第七章 基本CMOS数字电路 传输逻辑17电子科学与技术系超大规模集成电路与系统研究中心2022/8/717数字集成电路设计基础十二、CMOS双向移位寄存器第七章 基本CMOS数字电路 传输逻辑18电子科学与技术系超大规模集成电路与系统研究中心2022/8/718数字集成电路设计基础十三、CMOS三态缓冲器十四、总线保持电路第七章 基本CMOS数字电路 传输逻辑19电子科学与技术系超大规模集成电路与

6、系统研究中心2022/8/719数字集成电路设计基础十五、置数-重置触发器 有两类：由或非门构成的真输入触发器；由与非门构成的伪输入触发器 （a）真输入触发器 （b）伪输入触发器第七章 基本CMOS数字电路 脉冲产生器20电子科学与技术系超大规模集成电路与系统研究中心2022/8/720数字集成电路设计基础一、负脉冲发生器 第七章 基本CMOS数字电路 脉冲产生器21电子科学与技术系超大规模集成电路与系统研究中心2022/8/721数字集成电路设计基础二、正脉冲发生器 第七章 基本CMOS数字电路 脉冲产生器22电子科学与技术系超大规模集成电路与系统研究中心2022/8/722数字集成电路设计

7、基础三、上升沿及下降沿正脉冲发生器 第七章 基本CMOS数字电路 脉冲产生器23电子科学与技术系超大规模集成电路与系统研究中心2022/8/723数字集成电路设计基础四、上升沿及下降沿负脉冲发生器 第七章 基本CMOS数字电路 译码器24电子科学与技术系超大规模集成电路与系统研究中心2022/8/724数字集成电路设计基础一、或非门形式的译码器In in0out3out2out1out0000001010010100100111000第七章 基本CMOS数字电路 译码器25电子科学与技术系超大规模集成电路与系统研究中心2022/8/725数字集成电路设计基础二、伞形译码器In in0out3o

8、ut2out1out0000111011011101101111110第七章 基本CMOS数字电路 技术特性26电子科学与技术系超大规模集成电路与系统研究中心 CMOS数字电路由N沟道和P沟道MOS管共同组成，具有工艺简单、功耗低、集成度高等优点。 CMOS数字电路的主要技术特性有驱动能力、逻辑电平、电压传输特性、边沿速度和时钟速度等。2022/8/726数字集成电路设计基础第七章 基本CMOS数字电路 技术特性27电子科学与技术系超大规模集成电路与系统研究中心数字集成电路驱动能力 数字电路输入/输出电流实际反映了数字电路的驱动能力，通常将能够驱动同类门的电路个数称为扇出系数，即：No=IOH

9、/IIH 或 No=IOH/IIH74LS00理论上可以驱动20个同类门电路，但实际上应留裕量，保证电路的最佳性能。2022/8/727数字集成电路设计基础第七章 基本CMOS数字电路 技术特性28电子科学与技术系超大规模集成电路与系统研究中心数字集成电路逻辑电平 对于数字电路而言，其输入端/输出端的电压是否满足设计要求很重要。数字逻辑的逻辑1和0用高低电平表示，即VOH/VIH和VOL/IL。2022/8/728数字集成电路设计基础00ViVihVilVoVohVol第七章 基本CMOS数字电路 技术特性29电子科学与技术系超大规模集成电路与系统研究中心数字集成电路逻辑电平 对于数字电路而言

10、，其输入端/输出端的电压是否满足设计要求很重要。数字逻辑的逻辑1和0用高低电平表示，即VOH/VIH和VOL/IL。2022/8/729数字集成电路设计基础表 CMOS数字电路逻辑电平标准电源电压输出高电平输入高电平输出低电平输入低电平3.3V3.2V3.0V4.4V3.6V0.5V0.5V第七章 基本CMOS数字电路 技术特性30电子科学与技术系超大规模集成电路与系统研究中心数字集成电路电压传输特性 指数字电路输出电压随输入电压的变化特性。从电压传输特性曲线很容易得到输入输出电压的关系，也可以分析电路的功能和结构。2022/8/730数字集成电路设计基础Vo/V0AVi/VBCDEVth第七

11、章 基本CMOS数字电路 技术特性31电子科学与技术系超大规模集成电路与系统研究中心数字集成电路边沿速度 由于半导体物理特性，数字电路信号的变化存在一个变化过程，不是理想的突变过程。2022/8/731数字集成电路设计基础tVouttVin50%50%10%90%tpLHtpHLtrtf第七章 基本CMOS数字电路 技术特性32电子科学与技术系超大规模集成电路与系统研究中心数字集成电路时钟速度 由于半导体器件存在分布电阻、电容，必然带来输入信号到输出信号的延迟。2022/8/732数字集成电路设计基础tVouttVin50%50%10%90%tpLHtpHLtrtf作 业33电子科学与技术系超大规模集成电路与系统研究中心2022/8/733数字集成电路设计基础1.数字集成电路设计中，在电路设计阶段主要设计内容是什么，需要考虑那些问题？2.简述自顶向下