數(shù)字電路電氣知識

1、1 1第第3 3章章 數(shù)字電路數(shù)字電路介紹數(shù)字電路中的電氣知識介紹數(shù)字電路中的電氣知識數(shù)字邏輯設(shè)計及應(yīng)用數(shù)字邏輯設(shè)計及應(yīng)用2 2回回 顧顧CMOSCMOS穩(wěn)態(tài)電氣特性穩(wěn)態(tài)電氣特性邏輯電壓電平和噪聲容限邏輯電壓電平和噪聲容限帶電阻負載的電路特性、扇出帶電阻負載的電路特性、扇出非理想輸入、電流尖峰和去耦電容器非理想輸入、電流尖峰和去耦電容器不用的不用的CMOS輸入端輸入端CMOSCMOS動態(tài)電氣特性動態(tài)電氣特性速度：轉(zhuǎn)換時間、傳播延遲速度：轉(zhuǎn)換時間、傳播延遲功耗：靜態(tài)、動態(tài)功耗：靜態(tài)、動態(tài)3 3回回 顧顧其他其他CMOSCMOS輸入輸出結(jié)構(gòu)輸入輸出結(jié)構(gòu)傳輸門傳輸門施密特觸發(fā)器輸入施密特觸發(fā)器輸入三

2、態(tài)輸出三態(tài)輸出漏極開路輸出漏極開路輸出ENEN_LABABZ邏輯符號：邏輯符號：AENOUT高阻態(tài)、低態(tài)、高態(tài)高阻態(tài)、低態(tài)、高態(tài)ABZVCCVCCR 上拉電阻上拉電阻線與線與4 43.9 3.9 雙極邏輯雙極邏輯二極管開關(guān)特性二極管開關(guān)特性二極管邏輯二極管邏輯+RfVd正偏正偏（導(dǎo)通）（導(dǎo)通）+反偏反偏（截止）（截止）ABD1D2RVCCY 電平偏移電平偏移 不能直接驅(qū)動負載不能直接驅(qū)動負載5 5雙極結(jié)型晶體管雙極結(jié)型晶體管截止區(qū)截止區(qū)放大區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)基極基極basecollector集電極集電極發(fā)射極發(fā)射極emitterVCCvo+-vi+-RBRCiC三極管反相器三極管反相器6 6

3、肖特基晶體管肖特基晶體管三極管內(nèi)部電荷的建立和消散都需要時間三極管內(nèi)部電荷的建立和消散都需要時間 存儲時間（傳輸延遲的重要部分）存儲時間（傳輸延遲的重要部分）確保晶體管正常工作時不進入深度飽和確保晶體管正常工作時不進入深度飽和利用肖特基二極管利用肖特基二極管基極基極集電極集電極發(fā)射極發(fā)射極7 73.10 3.10 晶體管晶體管邏輯晶體管晶體管邏輯TTL與非門工作原理與非門工作原理TTL邏輯的電氣特性邏輯的電氣特性邏輯電平和噪聲容限邏輯電平和噪聲容限扇出、驅(qū)動能力、電阻性負載特性扇出、驅(qū)動能力、電阻性負載特性不用的輸入端不用的輸入端其它其它TTL電路電路或非門、非反相門或非門、非反相門三態(tài)輸出、

4、集電極開路三態(tài)輸出、集電極開路OC門門 TTL TTL系列系列 低態(tài)：低態(tài)：0.00.00.80.8V V 高態(tài)：高態(tài)：2.05.02.05.0V V8 8ABZVCC = +5VQ2Q3Q4Q5Q6D1AD1B二極管與門二極管與門輸入輸入保護保護分分相相器器推拉式輸出推拉式輸出9 9推拉式輸出推拉式輸出分分相相器器二極管與門二極管與門輸入輸入保護保護低低導(dǎo)導(dǎo)通通截截止止截止截止高高高高低低ABZVCC = +5VQ2Q3Q4Q5Q6D1AD1B1010推拉式輸出推拉式輸出分分相相器器二極管與門二極管與門輸入輸入保護保護高高截截止止導(dǎo)導(dǎo)通通導(dǎo)通導(dǎo)通低低1.0V0.7VABZVCC = +5VQ

5、2Q3Q4Q5Q6D1AD1B11 11邏輯系列邏輯系列3.8 3.8 CMOSCMOS系列系列HC、HCT 高速高速VHC、VHCTFCT、FCT-T3.11 3.11 TTLTTL系列系列H高速高速S肖特基肖特基L低功耗（低功耗（LS）A高級（高級（AS、ALS）F快速快速7454FAM nn器件標(biāo)號器件標(biāo)號功功能能對稱輸出驅(qū)動對稱輸出驅(qū)動12123.12 CMOS/TTL3.12 CMOS/TTL接口接口需要考慮：噪聲容限、扇出、電容負載需要考慮：噪聲容限、扇出、電容負載不正常狀態(tài)不正常狀態(tài)VOLmax0.5VOHmin2.7VIHmin2.0VOLmax0.8TTL不正常狀態(tài)不正常狀態(tài)

6、VOLmax0.33VOLmax0.8VIHmin2.0VOHmin3.84CMOS131374HCT驅(qū)動驅(qū)動74LS 高態(tài)高態(tài): 3.84 2.0 = 1.84V 低態(tài)低態(tài): | 0.33 0.8 | = 0.47V不正常狀態(tài)不正常狀態(tài)VOLmax0.33VOLmax0.8VIHmin2.0VOHmin3.8474HCT不正常狀態(tài)不正常狀態(tài)VOLmax0.5VOHmin2.7VIHmin2.0VOLmax0.874LS74LS驅(qū)動驅(qū)動74HCT 高態(tài)高態(tài): 2.7 2.0 = 0.7V 低態(tài)低態(tài): | 0.5 0.8 | = 0.3V1 1、直流噪聲容限、直流噪聲容限141474HCT74H

7、CT驅(qū)動驅(qū)動7474LSLS 低態(tài)扇出：低態(tài)扇出：2 2、扇出、扇出104 . 04 mAmAIIILOL 高態(tài)扇出：高態(tài)扇出：200204 AmAIIIHOH 高態(tài)剩余驅(qū)動能力：高態(tài)剩余驅(qū)動能力：CMOS: 74HCTIOH = 4 mAIOL = 4 mAIIH = 1 AIIL = 1 ATTL: 74LSIOH = 400 AIOL = 8 mAIIH = 20 AIIL = 0.4 mAmAAmA8 . 32004 總扇出總扇出15152 2、扇出、扇出CMOS: 74HCTIOH = 4 mAIOL = 4 mAIIH = 1 AIIL = 1 ATTL: 74LSIOH = 40

8、0 AIOL = 8 mAIIH = 20 AIIL = 0.4 mA思考：思考：7474LS(TTL)LS(TTL)驅(qū)動驅(qū)動7474HCT(CMOS)HCT(CMOS)的情況？的情況？為什么說用為什么說用TTLTTL驅(qū)動驅(qū)動TTLTTL兼容的兼容的CMOSCMOS輸入端幾乎不用考慮直流扇出的限制？輸入端幾乎不用考慮直流扇出的限制？P96表表3-6P97表表3-7P115表表3-1116163.13 3.13 低電壓低電壓CMOSCMOS邏輯和接口邏輯和接口為什么使用低電壓？為什么使用低電壓？減小電源電壓可以減小動態(tài)功耗減小電源電壓可以減小動態(tài)功耗更小的尺寸、更高的集成度更小的尺寸、更高的集成

9、度3.3 0.3V 2.5 0.5V 1.8 0.15V1717LVTTLLVTTL輸出可直接輸出可直接驅(qū)動驅(qū)動TTLTTL輸入端輸入端如果輸入是如果輸入是5 5V V容容許的，許的，TTLTTL輸出可輸出可驅(qū)動驅(qū)動LVTTLLVTTL輸入端輸入端如果如果LVTTLLVTTL輸出是輸出是5 5V V容許的，容許的，TTLTTL和和LVTTLLVTTL三態(tài)輸出可三態(tài)輸出可驅(qū)動同一總線驅(qū)動同一總線18183.14 3.14 發(fā)射極耦合邏輯發(fā)射極耦合邏輯ECLECL如何提高速度？如何提高速度？ 防止晶體管飽和防止晶體管飽和電流型邏輯（電流型邏輯（CML）（currentmode logic，CML）

10、也稱為：發(fā)射極耦合（也稱為：發(fā)射極耦合（ECL）（ emitter-coupled logic emitter-coupled logic ）1919輸入低態(tài)：輸入低態(tài)：3.63.6V VVCC = 5.0VR1300 R2330 INOUT1OUT2VBB 4.0VR31.3k VEE = 0.0VQ1 Q2Q2Q2搶先導(dǎo)通搶先導(dǎo)通3.4V基本基本CMLCML電路電路Q1Q1截止截止OUT1 = 5.0VOUT1 = 5.0VOUT2 = 4.2VOUT2 = 4.2V輸出高態(tài)輸出高態(tài)5.05.0V V4.24.2V V2020基本基本CMLCML電路電路輸入高態(tài)：輸入高態(tài)：4.44.4V

11、VVCC = 5.0VR1300 R2330 INOUT1OUT2VBB 4.0VR31.3k VEE = 0.0VQ1 Q2Q1Q1搶先導(dǎo)通搶先導(dǎo)通3.8VQ2Q2截止截止OUT2 = 5.0VOUT2 = 5.0VOUT1 = 4.2VOUT1 = 4.2V輸出低態(tài)輸出低態(tài)4.24.2V V5.05.0V V差分輸出差分輸出differential outputdifferential output2121第第3 3章章 小結(jié)小結(jié)正邏輯表示和負邏輯表示正邏輯表示和負邏輯表示三種基本邏輯運算：與、或、非三種基本邏輯運算：與、或、非邏輯表達式、真值表、邏輯符號邏輯表達式、真值表、邏輯符號作為電

12、子開關(guān)運用的二極管、雙極型晶體作為電子開關(guān)運用的二極管、雙極型晶體管、管、MOS場效應(yīng)管的工作方式場效應(yīng)管的工作方式邏輯系列：邏輯系列：CMOS系列和系列和TTL系列系列CMOS反相器的構(gòu)成及工作狀態(tài)分析反相器的構(gòu)成及工作狀態(tài)分析2222第第3 3章章 小結(jié)（續(xù)）小結(jié)（續(xù)）學(xué)習(xí)理解邏輯電路的靜態(tài)、動態(tài)特性分析，學(xué)習(xí)理解邏輯電路的靜態(tài)、動態(tài)特性分析，等價的輸入、輸出模型等價的輸入、輸出模型 邏輯電壓電平邏輯電壓電平 和和 噪聲容限噪聲容限帶電阻負載的電路特性、帶電阻負載的電路特性、扇出扇出非理想輸入、電流尖峰和去耦電容器非理想輸入、電流尖峰和去耦電容器不用的不用的CMOS輸入端輸入端速度、功耗速

13、度、功耗2323第第3 3章章 小結(jié)（續(xù)）小結(jié)（續(xù)）理解特殊的輸入輸出結(jié)構(gòu)理解特殊的輸入輸出結(jié)構(gòu)CMOS傳輸門傳輸門施密特觸發(fā)輸入結(jié)構(gòu)施密特觸發(fā)輸入結(jié)構(gòu)三態(tài)輸出結(jié)構(gòu)三態(tài)輸出結(jié)構(gòu)漏極開路漏極開路OD輸出結(jié)構(gòu)（集電極開路輸出結(jié)構(gòu)（集電極開路OC）了解其他類型邏輯電路：了解其他類型邏輯電路：TTL、ECL了解不同類型、不同工作電壓的邏輯電路了解不同類型、不同工作電壓的邏輯電路輸入輸出邏輯電平以及其間的連接配合輸入輸出邏輯電平以及其間的連接配合2424第第2 2章章 掌握重點掌握重點正數(shù)的十進制、二進制、八進制、十六正數(shù)的十進制、二進制、八進制、十六進制表示，以及它們之間的相互轉(zhuǎn)換進制表示，以及它們之間的相互轉(zhuǎn)換符號數(shù)的符號數(shù)的 S-M碼、補碼、反碼表示，以碼、補碼、反碼表示，以及它們之間的相互轉(zhuǎn)換；及它們之間的相互轉(zhuǎn)換；帶符號數(shù)的補碼的加減運算帶符號數(shù)的補碼的加減運算BCD碼、碼、GREY碼碼 2525第第3 3章作業(yè)章作業(yè)