组合逻辑电路课件1

组合逻辑电路

“网络泡沫”挤掉的是那些掌握了一点软本事就自以为成了IT精英的人，而真正掌握了硬本事的人，又能应对变化多端的新技术挑战的人，才能永远立于不败之地！2.1引言组合逻辑电路的特点：电路的输出只是和当前状态有关，和过去的状态无关。区别于时序电路：和过去的状态有关。组合逻辑：电路的输出只是和当前状态有关，和过去的状态无关。abcabc理想情况：门电路没有延迟组合逻辑：电路的输出只是和当前状态有关，和过去的状态无关。abcabc实际情况：门电路存在延迟组合逻辑：电路的输出只是和当前状态有关，和过去的状态无关。abcabc实际情况：门电路存在延迟前沿延迟与后沿延迟不相等典型的组合逻辑电路（1）门电路（Gates）（2）译码电路（Decoders）编码电路（Encoders）（3）数据选择电路（Multiplexer）（多路开关）或数据选择器（DataSelector）（4）加法器（Adders）算术逻辑单元(ArithmeticLogicUnits)（5）奇偶校验电路参考讲义：第三章前三节，第四章

集成电路的分类按功能分：数字电路、线性电路两大类数字电路：从门电路到微处理器、存储器等多种按半导体制造工艺：双极型(TTL,LTTL,STTL,LSTTL,ECL…)MOS(PMOS,NMOS,CMOS,BiCMOS…)

目前最常用的工艺:CMOS按封装（外形）分：双列直插、扁平封装、表面封装、针式

速度

功耗集成度TTL

快

大

低MOS

慢

小

高两大类工艺技术的特点：集成电路发展历史“集成电路”(IC)是相对“分立原件”而言的，是所有以半导体工艺将电路集成到一块芯片的器件总称。半导体制造工艺的发展带动了集成电路的更新换代。VLSI时代存储器件制造工艺带动了整个微处理器的更新换代。摩尔定律：每18个月集成度翻一翻。集成电路内部的连线宽度是主要的指标:0.25,0.18…….

集成电路发展历史（续）（1）SmallScaleIC（SSI）

小规模IC1965年规模：10个门/片电路以下主要产品：门电路触发器（FlipFlop）集成电路发展历史（续）（2）MediumScaleIC（MSI）中规模IC1970年规模：10－100个门/片主要产品：逻辑功能部件

4位ALU（8位寄存器）

集成电路发展历史（续）（3）LargeScaleIC（LSI）大规模IC1976年规模：100－1000个门/片主要产品：规模更大的功能部件存储器，8位CPU集成电路发展历史（续）（4）VerylargeScaleIC（VLSI）超大规模IC80年代初规模：1000个门以上多个子系统集成集成电路发展历史（续）（5）UltralargeScaleIC（ULSI）甚大规模IC（微处理器等）每隔18个月，集成度翻一翻价格1/2

品种多性能高2.2门(Gate)电路

构成数字逻辑电路的基本元件

门电路的逻辑功能典型与非门电路结构与非门电路的外特性与级连集电极开路（OC）与非门三态门门电路的逻辑功能——从外部看门电路

门电路符号AXAXBAXBAXBAXBAXBAXAX1BAX&BAX&BAXBAX+传统符号IEEE标准本书符号NOTANDNANDOR门电路符号BAXBAXBAXBAXBAXBAXBAX+BAXBAX传统符号IEEE标准本书符号NORXORXNOR实际的与非门器件1714874LS002输入4与非门1714874LS308输入与非门与非门（NAND——NOT-AND）

ABF真值表ABF001001111110实现“与非”逻辑与非门（NAND——NOT-AND）功能：实现用“0”封锁电路PCFABFC或非门（NOR）ABF+实现“或非”逻辑真值表ABF001001111000与或非门（AND-OR-INVERT）

实现“与或非”逻辑+ABFCD与或非门应用实现封锁+ABFCDEE=1F=0实现封锁与或非门应用数据选择当S＝1时，A被选中F+ACS当S＝0时，C被选中异或门（ExclusiveOR）实现“异或”逻辑ABF+真值表ABF001001110110异或非门（同或门）真值表ABF001001111001实现“或非”逻辑关于门电路的几点说明先”与”后”非”和先”非”后”或”等价先”或”后”非”和先”非”后”与”等价

PCFPCF+PCFPCF+正逻辑与负逻辑在逻辑电路中，常把电平的高、低和逻辑0、1联系起来，若H=1,L=0,称正逻辑；若H=0,L=1,称负逻辑。在本课程中，一律采用正逻辑。

S输出信号输入信号R10正逻辑01负逻辑正逻辑与负逻辑ABFLLHLLHHHHHHLABF001001111110ABF110110000001功能表正逻辑负逻辑2.2门电路门电路的逻辑结构典型TTL与非门电路工作原理与非门电路的外特性与级连集电极开路(OC)与非门三态门最简单的二值逻辑——开关S输出信号输入信号R10正逻辑开关打开，V0＝“H”开关闭合，V0＝“L”晶体管的开关状态cbecbe+-+-截至状态饱和状态Vb=0.7v,Vc=0.3v

典型的五管TTL“与非门”InputABVcc=5VOutputYGND典型的电路，优美的作品！只分析原理，不讲如何设计。与非门工作原理设：”L”=0.1V，”H”＝3.5VVA=”L”，VB=”H”，IR1流向A,其电流为IA＝IIL＝(Vcc-Vbe1-VA)/R1=1.4mA

Vb1=VA+Vbe1=0.8V，Ic1很小，T1深饱和，Vc1=VA+Vces1=0.15V

，导致T2，T5截止，Vc2≈Vcc，T3，T4导通输出电压:V0h=Vc2-Vbe3-Vbe4=3.6V输出电流Ioh

:从T4向外流。“H”“L”“H”与非门参数VA=VB=”H”=3.5V

IR1全部流向T2基极T2,

T5饱和,T3,T4截至输出电压:VoL

=”L”=Vces5=0.1~0.3V

输出电流IoL：从外电路流向T5输入漏电流IIL很小，从多发射极流入T3-T4称“1”输出级，T5称“0”输出级，组成推-拉式输出结构，又称图腾柱结构（Totem）输出图腾柱“H”“H”“L”与非门结构T2分相器T3,T4“1”驱动极T5“0”驱动极T1与ABY基极输入，集电极输出，反相基极输入，发射极输出，同相直流参数“0”输入电流IIL<=1.6mA

“1”输出电流I0H<=0.4mA“1”输出电压Voh

>=3V

(10个负载)

“1”输入电流IIH<=40uA

“0”输出电流I0L<=16mA”“0”输出电压VoL<=0.35V(10个负载)“0”“1”“0“1”开关特性TTL线路有较快的开关速度，原因：输入由“1”跳至“0”时，因T1射极突跳至“0”，IR1流入T1射极，因T2，T5此时尚未脱离饱和，VC1仍为1.4V，T1处于放大状态，于是有很大的电流从T2基极流向T1，使T2基区存储电贺迅速消散，加快T2退出饱和，因而加快与非门输出由“0”向“1”的转换开关特性在T2由饱和向截止转换时，VC2升高，使T3、T4同时导通，“1”驱动级给尚未脱离饱和的T5提供很大集流，从而使T5迅速脱离饱和。在T5脱离饱和时，VC2抬高，Ib5随之减少，这时T5吸收不了由T3,T4流来的电流，它们大部分流向输出负载电容，使它迅速充电，加快输出电压上升R3为T5基区电荷的逸散提供了通路，使T5截止过程加快开关特性描述开关特性的参数：

TPLH，TPHL

，TPD(PropagationDelay)

TPD=(TPLH＋TPHL)/

2（约3－5ns）延迟时间的测量CH1CH2CPOUT红色波形为输入白色波形是延迟后的转移特性(VIN-VOUT关系曲线)在曲线上，VOUT急剧下降时的VIN称：阈值电压VT，或称门槛电压

门电路级联：前一个器件的输出就是后一个器件的输入，后一个是前一个的负载，两者要相互影响。“1”“0”“1”“0”负载能力的计算“1”IoH=N*IIHN=IoH/IIH=400/40=10门电路级联“0”IoL=N*IILN=IoL/IIL=16/1.6=10集电极开路（OC）与非门T4T5T5T4为什么需要OC门？普通与非门输出不能直接连在一起实现“线与”！OC门解决了总线控制问题1234s0s1s2s3“1”Ryx0x1x2x3集电极开路输出门电路

(OpenCollectorGate，OC门）

如果把驱动电路A、B、C……的输出直接挂向总线，要求当某一驱动器向总线发送数据D时，其余驱动器OFF，输出均为“1”。这样，总线状态为各驱动器输出状态之“与”，即D·1·1·……=D，把这种与连接称为“线与”（WiredAND）。

但是，图腾输出结构的电路，是不能把它们的输出线与在一起的。否则，当一门电路的输出为“H”，另一为“L”时，有大电流从“H”端流向“L”端，电流太大，会烧坏与非门。同时，线与端的电位是“不高不低”。

集电极开路输出门电路把T3、T4网络去掉，这种输出结构称为OC输出结构。这种门电路称为OC门。线与时，输出回路间的电流通路不复存在。OUT集电极开路输出与非门电路由于OC门输出不是Totem结构，电路的上升延迟很大，这是因为：T5退饱和很慢

对输出负载电容的充电电流只能通过外接的RL来提供。因此，输出波形的上升沿时间很大。三态电路Tri-StateCircuitABG功能表ABGFXX0Z0011101101111110高阻态正常态两种基本的三态NANDABG功能表100010ZX1FABG功能表101011ZX0FAB三态电路Tri-StateCircuit三态电路即保留了Totem输出结构，又具有OC门输出可以“线与”的特点基本原理

当G=0，T3、T4、T5均截止，NAND输出F=Z（高阻态）当控制G=1时，电路是一个