邏輯門電路-a

1、3 3 邏輯門電路邏輯門電路3.1 3.1 MOS邏輯門電路邏輯門電路3.2 3.2 TTL邏輯門電路邏輯門電路* *3.3 3.3 射極耦合邏輯門電路射極耦合邏輯門電路* *3.4 3.4 砷化鎵邏輯門電路砷化鎵邏輯門電路3.5 3.5 正負(fù)邏輯問(wèn)題正負(fù)邏輯問(wèn)題3.6 3.6 邏輯門電路使用中的幾個(gè)實(shí)際問(wèn)題邏輯門電路使用中的幾個(gè)實(shí)際問(wèn)題3.7 3.7 用用HDL描述邏輯門電路描述邏輯門電路教學(xué)基本要求：教學(xué)基本要求：1 1、了解半導(dǎo)體器件的開(kāi)關(guān)特性。、了解半導(dǎo)體器件的開(kāi)關(guān)特性。2 2、熟練掌握熟練掌握基本邏輯門（與、或、與非、或非、異或基本邏輯門（與、或、與非、或非、異或門）、三態(tài)門、門）、

2、三態(tài)門、OD門（門（OC門）、傳輸門的邏輯功能。門）、傳輸門的邏輯功能。3 3、學(xué)會(huì)門電路邏輯功能分析方法。、學(xué)會(huì)門電路邏輯功能分析方法。4 4、掌握掌握邏輯門的主要參數(shù)及在應(yīng)用中的接口問(wèn)題。邏輯門的主要參數(shù)及在應(yīng)用中的接口問(wèn)題。3. 3. 邏輯門電路邏輯門電路1 1 、邏輯門、邏輯門: :實(shí)現(xiàn)基本邏輯運(yùn)算和復(fù)合邏輯運(yùn)算的單元電路。實(shí)現(xiàn)基本邏輯運(yùn)算和復(fù)合邏輯運(yùn)算的單元電路。2 2、 邏輯門電路的分類邏輯門電路的分類二極管門電路二極管門電路三極管門電路三極管門電路TTL門電路門電路MOS門電路門電路PMOS門門CMOS門門邏輯門電路邏輯門電路分立門電路分立門電路集成門電路集成門電路NMOS門門3

3、.1.1 3.1.1 數(shù)字集成電路簡(jiǎn)介數(shù)字集成電路簡(jiǎn)介各種系列邏輯電路的發(fā)展?fàn)顩r各種系列邏輯電路的發(fā)展?fàn)顩rMOS技術(shù)的進(jìn)步技術(shù)的進(jìn)步1.1.CMOS集成電路集成電路: :廣泛應(yīng)用于超大規(guī)模、甚大規(guī)模集成電路廣泛應(yīng)用于超大規(guī)模、甚大規(guī)模集成電路 4000 4000系列系列74HC 74HCT74VHC 74VHCT速度慢速度慢與與TTLTTL不不兼容兼容抗干擾抗干擾功耗低功耗低74LVC 74VAUC速度加快速度加快與與TTLTTL兼容兼容負(fù)載能力強(qiáng)負(fù)載能力強(qiáng)抗干擾抗干擾功耗低功耗低速度更快速度更快與與TTLTTL兼容兼容負(fù)載能力強(qiáng)負(fù)載能力強(qiáng)抗干擾抗干擾功耗低功耗低低低( (超低超低) )電壓電

4、壓速度更加快速度更加快與與TTLTTL兼容兼容負(fù)載能力強(qiáng)負(fù)載能力強(qiáng)抗干擾功耗低抗干擾功耗低 7474系列系列74LS系列系列74AS系列系列速度慢速度慢功耗大功耗大 74ALS速度不變速度不變功耗降低功耗降低速度提高速度提高功耗相當(dāng)功耗相當(dāng)速度更加快速度更加快功耗也增加功耗也增加2 2.TTL 集成電路集成電路: :廣泛應(yīng)用于中大規(guī)模集成電路廣泛應(yīng)用于中大規(guī)模集成電路3.1.2 3.1.2 邏輯門電路的一般特性邏輯門電路的一般特性1. 1. 輸入和輸出的高、低電平輸入和輸出的高、低電平 vO vI 驅(qū)動(dòng)門驅(qū)動(dòng)門G1 負(fù)載門負(fù)載門G2 1 1 輸出高電平的下限值輸出高電平的下限值 VOH(min

5、)輸入低電平的上限值輸入低電平的上限值 VIL(max)輸入高電平的下限值輸入高電平的下限值 VIL(min)輸出低電平的上限值輸出低電平的上限值 VOH(max)0vO /VvI /V高電平高電平低電低電平平不穩(wěn)定不穩(wěn)定區(qū)區(qū)輸出輸出高電平高電平+VDD VOH(min)VOL(max) 0 G1門門vO范圍范圍 vO 輸出輸出低電平低電平 輸入輸入高電平高電平VIH(min) VIL(max) +VDD 0 G2門門vI范圍范圍 輸入輸入低電平低電平 vI min IHVmax ILVNHVNLVOHVOLV驅(qū)動(dòng)門驅(qū)動(dòng)門min OHVmax OLV負(fù)載門負(fù)載門IHVILVVNH 當(dāng)前級(jí)門輸出

6、高電平的最小當(dāng)前級(jí)門輸出高電平的最小值時(shí)值時(shí)允許負(fù)向噪聲電壓的最大值允許負(fù)向噪聲電壓的最大值。負(fù)載門輸入高電平時(shí)的噪聲容限：負(fù)載門輸入高電平時(shí)的噪聲容限：VNL 當(dāng)前級(jí)門輸出低電平的最大當(dāng)前級(jí)門輸出低電平的最大值時(shí)值時(shí)允許正向噪聲電壓的最大值允許正向噪聲電壓的最大值負(fù)載門輸入低電平時(shí)的噪聲容限負(fù)載門輸入低電平時(shí)的噪聲容限：2. 2. 噪聲容限噪聲容限噪聲容限：噪聲容限：在保證輸出電平不變的條件下，輸入電平允在保證輸出電平不變的條件下，輸入電平允許波動(dòng)的范圍。它表示門電路的抗干擾能力許波動(dòng)的范圍。它表示門電路的抗干擾能力VNH =VOH(min)VIH(min) VNL =VIL(max)VOL

7、(max) 1 驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)門門 vo 1 負(fù)載門負(fù)載門 vI 噪聲噪聲 類型類型參數(shù)參數(shù)74HCVDD=5V74HCTVDD=5V74LVCVDD=3.3V74AUCVDD=1.8VtPLH或或tPHL(ns)7 78 82.12.10.90.93.傳輸延遲時(shí)間傳輸延遲時(shí)間傳輸延遲時(shí)間是表征門電路開(kāi)關(guān)速度傳輸延遲時(shí)間是表征門電路開(kāi)關(guān)速度的參數(shù)，它說(shuō)明門電路在輸入脈沖波的參數(shù)，它說(shuō)明門電路在輸入脈沖波形的作用下，其輸出波形相對(duì)于輸入形的作用下，其輸出波形相對(duì)于輸入波形延遲了多長(zhǎng)的時(shí)間波形延遲了多長(zhǎng)的時(shí)間。CMOSCMOS電路傳輸延遲時(shí)間電路傳輸延遲時(shí)間 tPHL 輸出輸出 50% 90% 50%

8、10% tPLH tf tr 輸入輸入 50% 50% 10% 90% 4. 4. 功耗功耗靜態(tài)功耗指的是當(dāng)電路沒(méi)有狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)的功耗，即門電靜態(tài)功耗指的是當(dāng)電路沒(méi)有狀態(tài)轉(zhuǎn)換時(shí)的功耗，即門電路空載時(shí)電源總電流路空載時(shí)電源總電流ID與電源電壓與電源電壓VDD的乘積。的乘積。對(duì)于對(duì)于TTLTTL門電路來(lái)說(shuō)，靜態(tài)功耗是主要的。門電路來(lái)說(shuō)，靜態(tài)功耗是主要的。 CMOS電路的靜態(tài)功耗非常低，電路的靜態(tài)功耗非常低，CMOS門電路的動(dòng)態(tài)功門電路的動(dòng)態(tài)功耗為耗為 PD=FCPDVDD2 5. 5. 延時(shí)延時(shí) 功耗積功耗積是速度功耗綜合性的指標(biāo)是速度功耗綜合性的指標(biāo). .延時(shí)延時(shí) 功耗積功耗積，用符號(hào)，用符號(hào)DP

9、表示表示DP=TpdPD 扇入數(shù)：扇入數(shù)：取決于其的輸入端的個(gè)數(shù)。取決于其的輸入端的個(gè)數(shù)。6. 6. 扇入與扇出數(shù)扇入與扇出數(shù)10111電流方向電流方向? ?灌電流灌電流IILIOLIIL1n個(gè)個(gè)= nIIL 驅(qū)動(dòng)門的所帶負(fù)載分為灌電流負(fù)載和拉電流負(fù)載兩種情況驅(qū)動(dòng)門的所帶負(fù)載分為灌電流負(fù)載和拉電流負(fù)載兩種情況: :（a)a)帶灌電流負(fù)載帶灌電流負(fù)載NIIOLOLIL()()驅(qū)動(dòng)門負(fù)載門扇出數(shù)：扇出數(shù)：是指其在正常工作情況下，所能帶同類門電路的最大數(shù)目。是指其在正常工作情況下，所能帶同類門電路的最大數(shù)目。01110電流方向電流方向? ?拉電流拉電流IIHIOH1n個(gè)個(gè)= nIIH(b)帶拉電流負(fù)

10、載帶拉電流負(fù)載OHOHIH()()INI驅(qū) 動(dòng) 門負(fù) 載 門IIH如如NOH= NOL則取兩者的最小值為門的扇出系數(shù)則取兩者的最小值為門的扇出系數(shù)電路類型電路類型電源電電源電壓壓/V傳輸延傳輸延遲時(shí)間遲時(shí)間/ns靜態(tài)功耗靜態(tài)功耗/mW功耗延遲功耗延遲積積/mW-ns直流噪聲容限直流噪聲容限 輸出邏輸出邏輯擺幅輯擺幅/VVNL/V VNH/VTTLCT54/74510151501.22.23.5CT54LS/74LS57.52150.40.53.5HTL158530255077.513ECLCE10K系列系列5.2225500.1550.1250.8CE100K系列系列4.50.7540300.

11、1350.1300.8CMOSVDD=5V5455103225 1032.23.45VDD=15V151215103180 1036.59.015高速高速CMOS5811038 1031.01.55各類數(shù)字集成電路主要性能參數(shù)的比較各類數(shù)字集成電路主要性能參數(shù)的比較1 1 高、低電平產(chǎn)生的原理高、低電平產(chǎn)生的原理 +5V R vo S vI 當(dāng)當(dāng)S S閉合，閉合， O O= =當(dāng)當(dāng)S S斷開(kāi)，斷開(kāi)， O O= =0 V0 V+5 V+5 V( (低電平低電平) )( (高電平高電平) )理想的開(kāi)關(guān)理想的開(kāi)關(guān)應(yīng)具有兩個(gè)工作狀態(tài)：應(yīng)具有兩個(gè)工作狀態(tài)：接通狀態(tài)：接通狀態(tài)： 要求阻抗越小越好，相當(dāng)于短

12、路。要求阻抗越小越好，相當(dāng)于短路。 斷開(kāi)狀態(tài)斷開(kāi)狀態(tài)： 要求阻抗越大越好，相當(dāng)于開(kāi)路。要求阻抗越大越好，相當(dāng)于開(kāi)路。3.1.3 3.1.3 MOS開(kāi)關(guān)及其等效電路開(kāi)關(guān)及其等效電路 iD/mA O vDS / VVGS1 VGS2 VGS3 VGS4 飽和區(qū)飽和區(qū) 可變電阻區(qū)可變電阻區(qū) 截止區(qū)截止區(qū)2.2.產(chǎn)生的高、低電平半導(dǎo)體器件產(chǎn)生的高、低電平半導(dǎo)體器件 vO Rd VDD vI Rc VCC VCC vCE iC Rc vo vI Rb VCC 工作在可變電阻區(qū)工作在可變電阻區(qū): :輸出低電平輸出低電平工作在截止區(qū)工作在截止區(qū): :輸出高電平輸出高電平工作在截止區(qū)工作在截止區(qū): :輸出高電

13、平輸出高電平工作在飽和區(qū)工作在飽和區(qū): :輸出低電平輸出低電平場(chǎng)效應(yīng)三極管場(chǎng)效應(yīng)三極管利用電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制電流的三極管，稱為場(chǎng)效應(yīng)管，利用電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制電流的三極管，稱為場(chǎng)效應(yīng)管，也稱單極型三極管。也稱單極型三極管。場(chǎng)效應(yīng)管分類場(chǎng)效應(yīng)管分類結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管特點(diǎn)場(chǎng)效應(yīng)管特點(diǎn)只有一種載流子參與導(dǎo)電；只有一種載流子參與導(dǎo)電； 輸入電阻高；輸入電阻高；工藝簡(jiǎn)單、易集成、功耗小、體積小、工藝簡(jiǎn)單、易集成、功耗小、體積小、成本低。成本低。絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管 由金屬、氧化物和半導(dǎo)體制成。稱為金屬由金屬、氧化物和半導(dǎo)體制成。稱為金屬- -氧化物氧化物-

14、-半半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，或簡(jiǎn)稱導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，或簡(jiǎn)稱 MOS 場(chǎng)效應(yīng)管。場(chǎng)效應(yīng)管。特點(diǎn)：輸入電阻可達(dá)特點(diǎn)：輸入電阻可達(dá) 10109 9 以上。以上。類型類型N 溝道溝道P 溝道溝道增強(qiáng)型增強(qiáng)型耗盡型耗盡型增強(qiáng)型增強(qiáng)型耗盡型耗盡型耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管: :VGS = 0= 0時(shí)漏源間存在導(dǎo)電溝道的時(shí)漏源間存在導(dǎo)電溝道的MOS管管 增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管: :VGS = 0 = 0時(shí)漏源間不存在導(dǎo)電溝道的時(shí)漏源間不存在導(dǎo)電溝道的MOS管管N 溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型 MOS 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管1. 1. 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)P 型襯底型襯底N+N+GSDSiO2源極源極漏極漏極柵極柵極 DSGN 型襯底型襯

15、底P+P+GSDSiO2源極源極漏極漏極柵極柵極P 溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型 MOS 場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管 DGS2. 工作原理工作原理 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管利用絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管利用 VGS 來(lái)控制來(lái)控制“感應(yīng)電荷感應(yīng)電荷”的多少，改變由這些的多少，改變由這些“感應(yīng)電荷感應(yīng)電荷”形成的導(dǎo)電溝道形成的導(dǎo)電溝道的狀況，以控制漏極電流的狀況，以控制漏極電流 ID。( (1) )VGS = 0漏源之間相當(dāng)于兩個(gè)背靠背的漏源之間相當(dāng)于兩個(gè)背靠背的 PN 結(jié)，無(wú)論漏源之間結(jié)，無(wú)論漏源之間加何種極性電壓，加何種極性電壓， ID = 0= 0SD P N+ N+ DSG( (2) ) VDS = 0，0 VGS VT) )導(dǎo)

16、電溝道呈現(xiàn)一個(gè)楔形。導(dǎo)電溝道呈現(xiàn)一個(gè)楔形。漏極形成電流漏極形成電流 ID 。b. VDS增加增加, ,當(dāng)當(dāng) VGD = VT靠近漏極溝道達(dá)到臨界開(kāi)靠近漏極溝道達(dá)到臨界開(kāi)啟程度，出現(xiàn)預(yù)夾斷。啟程度，出現(xiàn)預(yù)夾斷。c. VDS 繼續(xù)增加繼續(xù)增加由于夾斷區(qū)的溝道電阻很大，由于夾斷區(qū)的溝道電阻很大，VDS 逐漸增大時(shí)，導(dǎo)電逐漸增大時(shí)，導(dǎo)電溝道兩端電壓基本不變，溝道兩端電壓基本不變，ID 因而基本不變。因而基本不變。a. VDS =VP 型襯底型襯底N+N+BGSDVGGVDDP 型襯底型襯底N+N+BGSDVGGVDDP 型襯底型襯底N+N+GSDVGSVDD夾斷區(qū)夾斷區(qū)3)3)特性曲線特性曲線( (

17、N 溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型 MOS 管管) ) GD S3V4V5VvGS = 6ViD /mA42643210vGS /ViD /mA43210246810 vDS /V可可變變電電阻阻區(qū)區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)VTNiD開(kāi)啟電壓開(kāi)啟電壓VT= 2 V+ +- -VGS+ +- - VDS輸出特性輸出特性轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性vDS = 6V截止區(qū)截止區(qū)VGS VTN MOS管導(dǎo)通管導(dǎo)通 P 溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型 MOS 管管: : VGS 000VGS VTP MOS管導(dǎo)通管導(dǎo)通 VGS 0DDOHOVVv V0OLO VvTNIVv +VDDRDBGDSOvIvSGDCIRONIvOvSGDCIIvOv

18、DDOLO VVvV0OLOVvb b. . P 溝道增強(qiáng)型溝道增強(qiáng)型 MOS 管管-VDDRDBGDSvIvOTPIVv開(kāi)啟電壓開(kāi)啟電壓 VTP0SGDCIOvvIsGDCIRONOvvI導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止3.1.4 3.1.4 CMOS 反相器反相器1、工作原理、工作原理AL1+VDD+10VD1S1vivOTNTPD2S20V+10VvivGSNvGSPTNTPvO0 V 0V-10V截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通 10 V10 V 10V 0V導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止0 VVTN = 2 VVTP = 2 V邏輯圖邏輯圖DDTN)TPVVV (AL 邏輯表達(dá)式邏輯表達(dá)式電路邏輯功能分析電路邏輯功能分析:1、列

19、出電路狀態(tài)表；、列出電路狀態(tài)表；（根據(jù)輸入確定半導(dǎo)（根據(jù)輸入確定半導(dǎo)體器件開(kāi)關(guān)狀態(tài)及輸體器件開(kāi)關(guān)狀態(tài)及輸出電平）出電平）2、列出真值表；、列出真值表；3、確定邏輯、確定邏輯 功能。功能。vi (A)0vO(L)1邏輯真值表邏輯真值表102. CMOS反相器的傳輸特性反相器的傳輸特性)(IOvfv iD+VDD+ +vI - -vOTNTPABCDEFVTNVDDVTHVTPAB 段：段：vI TN 導(dǎo)通導(dǎo)通（可變電阻區(qū)）（可變電阻區(qū)），vO 略下降。略下降。轉(zhuǎn)折電壓轉(zhuǎn)折電壓CD 段：段：TN、TP 均工作在飽和區(qū)均工作在飽和區(qū)。 (max)DDOiiv, 5 . 0DDIVv DE、EF 段：

20、段：截止導(dǎo)通 :TP導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止 :TNiD+VDD+ +vI - -vOTNTPA BCDEF0iD / mAvI / VVTHABCDEFVDDVTH0vO / VvI / V電壓傳輸特性電壓傳輸特性電流傳輸特性電流傳輸特性AB、EF 段：段： TN、TP總有一個(gè)為總有一個(gè)為截止?fàn)顟B(tài)，故截止?fàn)顟B(tài)，故 iD 0 。CD 段段： TN、Tp 均導(dǎo)通，流過(guò)兩均導(dǎo)通，流過(guò)兩管的漏極電流達(dá)到最大值管的漏極電流達(dá)到最大值 iD = iD（max) 。閾值電壓閾值電壓：VTH = 0.5 VDD（VDD = 3 18 V）2. CMOS2. CMOS反相器的特點(diǎn)反相器的特點(diǎn) 當(dāng)當(dāng) I=VDD時(shí)時(shí) S

21、GPVVDD當(dāng)當(dāng) I=0V時(shí)時(shí) 1 1、靜態(tài)功耗極小、靜態(tài)功耗極小（微瓦數(shù)量級(jí)）（微瓦數(shù)量級(jí)） :T1和和T2 2總有一個(gè)是關(guān)斷的總有一個(gè)是關(guān)斷的, ,而且內(nèi)阻極高。而且內(nèi)阻極高。+VDD+10VD1S1vivOTNTPD2S20V+10VGSNV 0 O iDvO iD O工作點(diǎn)工作點(diǎn)vOSGNVVDDSGPV 0工作點(diǎn)工作點(diǎn)2、CMOS反相器的工作速度反相器的工作速度 在由于電路具有互補(bǔ)對(duì)稱的性質(zhì)，它的開(kāi)通時(shí)間與關(guān)在由于電路具有互補(bǔ)對(duì)稱的性質(zhì)，它的開(kāi)通時(shí)間與關(guān)閉時(shí)間是相等的。平均延遲時(shí)間：閉時(shí)間是相等的。平均延遲時(shí)間：10 ns10 ns。vO VDD vI TP TN iDP iDN C

22、L vO VDD iDP vI=0V CL vO VDD vI TP TN iDP iDN CL 帶電容負(fù)載帶電容負(fù)載輸出從低電平輸出從低電平跳變?yōu)楦唠娖教優(yōu)楦唠娖捷敵鰪母唠娖捷敵鰪母唠娖教優(yōu)榈碗娖教優(yōu)榈碗娖?3.1.3 其他其他CMOS門電路門電路A BTN1 TP1 TN2 TP2L0 00 11 01 1截止截止 導(dǎo)通導(dǎo)通 截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通 導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止截止截止截止截止 截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通1110與非門與非門1 1、CMOS 與非門與非門vA+VDD+10VTP1TN1TP2TN2ABLvBvLAB&00100111ABY

23、=如如N個(gè)個(gè)NMOS 管串聯(lián)管串聯(lián)? ?(a)(a)電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)(b)(b)工作原理工作原理2. CMOS 與門與門ABABY +VDDVSSTP1TN1TP2TN2ABYAB +VDDG1D1S1TNTPD2S2G2VSSABL AB&L1AB&L或非門或非門BAL3 3、CMOS 或非門或非門+VDD+10VTP1TN1TN2TP2ABLA B TN1 TP1 TN2 TP2L0 00 11 01 1截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通 導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通截止截止截止截止截止截止截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通導(dǎo)通1000AB100100111如如N個(gè)個(gè)P

24、MOS 管串聯(lián)管串聯(lián)? ?4.4.輸入保護(hù)電路和緩沖電路輸入保護(hù)電路和緩沖電路 基基本本邏邏輯輯功功能能電電基基本本邏邏輯輯功功能能電電路路 輸輸入入保保護(hù)護(hù)緩緩沖沖電電輸輸出出緩緩沖沖電電路路 vi vo 采用緩沖電路能統(tǒng)一參數(shù)，使不同內(nèi)部邏輯集成邏輯門電路采用緩沖電路能統(tǒng)一參數(shù)，使不同內(nèi)部邏輯集成邏輯門電路具有相同的輸入和輸出特性。具有相同的輸入和輸出特性。（1 1）輸入端保護(hù)電路）輸入端保護(hù)電路: :(1) 0 vA VDD + vDF 二極管導(dǎo)通電壓：二極管導(dǎo)通電壓：vDF = 0.5 0.7 V(3) vA vDF 當(dāng)輸入電壓不在正常電壓范圍時(shí)當(dāng)輸入電壓不在正常電壓范圍時(shí), ,二極管

25、導(dǎo)通，限制了電容兩端二極管導(dǎo)通，限制了電容兩端電壓的增加電壓的增加, ,保護(hù)了輸入電路。保護(hù)了輸入電路。+VDDvOvATPD1C1C2RSTND2D3D1、D2、D3 截止截止D2、D3 導(dǎo)通導(dǎo)通vG = VDD + vDFD1 導(dǎo)通導(dǎo)通vG = vDFRS和和MOS管的柵極電容組成積分網(wǎng)絡(luò)，使輸入信號(hào)的過(guò)沖電管的柵極電容組成積分網(wǎng)絡(luò)，使輸入信號(hào)的過(guò)沖電壓延遲且衰減后到柵極。壓延遲且衰減后到柵極。 1 1.CMOS漏極開(kāi)路門漏極開(kāi)路門1.）CMOS漏極開(kāi)路門的提出漏極開(kāi)路門的提出VD D 0 1 導(dǎo)導(dǎo) 通通 導(dǎo)導(dǎo) 通通 截截 止止 截截 止止 G 1門門 G 2門門 1 0 輸出短接，會(huì)產(chǎn)生

26、低阻通路，輸出短接，會(huì)產(chǎn)生低阻通路，大電流有可能導(dǎo)致器件的損毀，大電流有可能導(dǎo)致器件的損毀，并且無(wú)法確定輸出是高電并且無(wú)法確定輸出是高電平還是低電平。平還是低電平。 3.1.6 CMOS漏極開(kāi)路（漏極開(kāi)路（OD）門和三態(tài)輸出門電路）門和三態(tài)輸出門電路C D RP VDD L A B & & （2）漏極開(kāi)路門的結(jié)構(gòu)與邏輯符號(hào)）漏極開(kāi)路門的結(jié)構(gòu)與邏輯符號(hào)(c) (c) 可以實(shí)現(xiàn)線與功能可以實(shí)現(xiàn)線與功能; ;CDAB CDAB (d) (d) 可實(shí)現(xiàn)邏輯電平變換：可實(shí)現(xiàn)邏輯電平變換：DDOHVV(a)(a)工作時(shí)必須外接電源和電阻工作時(shí)必須外接電源和電阻; ;+VDDVSSTP1TN

27、1TP2TN2ABLA B L 電路電路A B L & 邏輯符號(hào)邏輯符號(hào)(b)(b)與非邏輯不變與非邏輯不變RP VDD L A B 漏極開(kāi)路門輸出連接漏極開(kāi)路門輸出連接21PPLRP VDD L A B C D (2) (2) 上拉電阻對(duì)上拉電阻對(duì)OD門動(dòng)態(tài)性能的影響門動(dòng)態(tài)性能的影響RP VDD L A B C D Rp的值愈小，負(fù)載電容的充電時(shí)間的值愈小，負(fù)載電容的充電時(shí)間常數(shù)亦愈小，因而開(kāi)關(guān)速度愈快常數(shù)亦愈小，因而開(kāi)關(guān)速度愈快。但功耗大但功耗大, ,且可能使輸出電流超過(guò)允且可能使輸出電流超過(guò)允許的最大值許的最大值IOL(max） 。電路帶電容負(fù)載電路帶電容負(fù)載1 10 0CLRp

28、的值大，可保證輸出電流不能超的值大，可保證輸出電流不能超過(guò)允許的最大值過(guò)允許的最大值IOL(max）、）、功耗小功耗小。但負(fù)載電容的充電時(shí)間常數(shù)亦愈大，但負(fù)載電容的充電時(shí)間常數(shù)亦愈大，開(kāi)關(guān)速度因而愈慢開(kāi)關(guān)速度因而愈慢。最不利的情況：最不利的情況：只有一個(gè)只有一個(gè) OD門導(dǎo)通，門導(dǎo)通，110為保證低電平輸出為保證低電平輸出OD門的門的輸出電流輸出電流不能超過(guò)允許的最大值不能超過(guò)允許的最大值 IOL(max)且且VO=VOL(max） ，RP不能太小不能太小。當(dāng)當(dāng)VO=VOLIL(total)(max)OL(max)OLDD(min)pIIVVRIL(total)(min)p(max)OLDD(m

29、ax)OLIRVVI+V DDIILRP&n&m&kIIL（total)IOL（max)當(dāng)當(dāng)VO=VOH+V DDRP&n&m&111IIH（total)I0H（total)為使得高電平不低于規(guī)定的為使得高電平不低于規(guī)定的VIH的的最小值，則最小值，則Rp的選擇不能過(guò)大。的選擇不能過(guò)大。Rp的最大值的最大值Rp(max) ：IH(total)OH(total)(min)IHDD(max)pIIVVR 1 1、實(shí)現(xiàn)多個(gè)邏輯門輸出端的線與實(shí)現(xiàn)多個(gè)邏輯門輸出端的線與集電極開(kāi)路門的應(yīng)用集電極開(kāi)路門的應(yīng)用L = AB CD&RVDDA&BC

30、DL& ABCDL1L2L2 2、用于直接驅(qū)動(dòng)大電流負(fù)載。、用于直接驅(qū)動(dòng)大電流負(fù)載。VDD vI 1 +12V vI +5V 1 3 3、邏輯電平變換、邏輯電平變換 74HC/HCT系列系列CMOS門電路的門電路的最大灌電流或拉電流為最大灌電流或拉電流為4mA 指示燈指示燈( (12V, 20mA) )OD門門灌電流為灌電流為24mA。2.2.三態(tài)三態(tài)(TSL)(TSL)輸出門電路輸出門電路1TP TN VDD L A EN & 1 1 EN A L 1 0011截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通111高阻高阻 0 輸出輸出L輸入輸入A使能使能EN0011 10 00截止截止導(dǎo)通導(dǎo)通010截止截

31、止截止截止X X1邏輯功能：高電平同相邏輯門邏輯功能：高電平同相邏輯門0 1CS = 1 ABL_ AB CS & L EN. .邏輯符號(hào)邏輯符號(hào)其他三態(tài)與非門：其他三態(tài)與非門： AB CS & L EN. .邏輯符號(hào)邏輯符號(hào) 高阻高阻0 00 01 11 11 10 01 11 11 10 01 10 00 01 1B BA AL L數(shù)據(jù)輸入端數(shù)據(jù)輸入端EN 真值表真值表 高阻高阻1 10 01 11 11 10 01 11 11 10 01 10 00 00 0B BA AL L數(shù)據(jù)輸入端數(shù)據(jù)輸入端EN 真值表真值表 ZLCS =0 ZLCS = 1CS =0 ABL_低電

32、平有效低電平有效高電平有效高電平有效(1) (1) 構(gòu)成總線轉(zhuǎn)輸結(jié)構(gòu)構(gòu)成總線轉(zhuǎn)輸結(jié)構(gòu)EN1EN1EN1G1G2Gn1EN2ENnEND0AD0BD0N數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線011101110任何時(shí)刻，只允許一個(gè)三態(tài)門使能，其余為高阻態(tài)。任何時(shí)刻，只允許一個(gè)三態(tài)門使能，其余為高阻態(tài)。3. 3. 應(yīng)用舉例：應(yīng)用舉例：RAMROMI/OD0(2) (2) 用做多路開(kāi)關(guān)用做多路開(kāi)關(guān)LA1EN1EN1ENA21G1G210高阻高阻使能使能1A 01使能使能高阻高阻2A 時(shí)時(shí) 0 EN時(shí)時(shí) 1 EN A 1 B C 1 1 EN 1 EN EN EN L2 L1 A B C L1 L2 分析下圖所示邏輯門電路，

33、根據(jù)輸入波形對(duì)應(yīng)畫(huà)出輸出波形分析下圖所示邏輯門電路，根據(jù)輸入波形對(duì)應(yīng)畫(huà)出輸出波形C = 0 LC = 0 L1 1= A L= A L2 2 = B = BC = 1 LC = 1 L1 1= B L= B L2 2 = A = A(2) (2) 用于信號(hào)雙向傳輸用于信號(hào)雙向傳輸D0EN1EN1EN1G1G2時(shí)時(shí) 1 EN時(shí)時(shí) 0 EN01高阻高阻使能使能10使能使能高阻高阻信號(hào)輸出信號(hào)輸出信號(hào)輸入信號(hào)輸入DIDO /DI總總 線線3.1.7 CMOS傳輸門傳輸門( (雙向模擬開(kāi)關(guān)雙向模擬開(kāi)關(guān)) ) 1. 1. CMOS傳輸門電路的提出傳輸門電路的提出數(shù)據(jù)采集電路數(shù)據(jù)采集電路ADCCHCH1 1CHCH2 2CHCHN N方案方案2 2計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)ADCCHCH1 1CHCH2 2CHCHN N方案方案1 1ADCADC計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)1 1. CMOS傳輸門電路傳輸門電路TP vI /vO TN vO /vI C C +5V 5V 電路電路vI /vO vO /vI C C T G 邏輯符號(hào)邏輯符號(hào)I / Oo/ IC等效電路等效電路2 2、CMOSCMOS傳輸門電路的工作原理傳輸門電路的工作原理 設(shè)設(shè)T TP P的開(kāi)啟電壓的開(kāi)啟電壓|V|VTPTP|=2V|=2V， 的開(kāi)啟電壓的開(kāi)啟電壓V VTNTN=2V=2V且輸入