《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》第2章.集成邏輯門技術(shù)

1、2.1 2.1 半導(dǎo)體晶體管的開關(guān)特性半導(dǎo)體晶體管的開關(guān)特性2.2 TTL2.2 TTL基本邏輯門電路基本邏輯門電路2.3 2.3 其他類型門電路其他類型門電路2.4 2.4 CMOS邏輯門電路邏輯門電路2.5 2.5 改進(jìn)型改進(jìn)型CMOSCMOS門電路門電路第第2 2章章 集成邏輯門技術(shù)集成邏輯門技術(shù)2.6 2.6 工程應(yīng)用的技術(shù)問題工程應(yīng)用的技術(shù)問題2.7 VHDL2.7 VHDL的并行和結(jié)構(gòu)行為的并行和結(jié)構(gòu)行為第第2 2章章 集成邏輯門技術(shù)集成邏輯門技術(shù) 在邏輯電路中，常用高、低電壓，即高、低電平在邏輯電路中，常用高、低電壓，即高、低電平表示數(shù)字邏輯運算中的表示數(shù)字邏輯運算中的“邏輯邏輯

2、1”1”或或“邏輯邏輯0”0”。一。一定范圍電壓的輸入信號，其代表的邏輯電平不會改定范圍電壓的輸入信號，其代表的邏輯電平不會改變，即高電平或低電平代表一定的電壓范圍。變，即高電平或低電平代表一定的電壓范圍。2.1 2.1 半導(dǎo)體晶體管的開關(guān)特性半導(dǎo)體晶體管的開關(guān)特性2.1.1 邏輯電平3.3.淺飽淺飽和狀態(tài)和狀態(tài)2.2.飽和狀態(tài)飽和狀態(tài)4.4.開關(guān)時間開關(guān)時間1.1.截止截止?fàn)顟B(tài)狀態(tài)2.1 2.1 半導(dǎo)體晶體管的開關(guān)特性半導(dǎo)體晶體管的開關(guān)特性2.1.2 三極管（TTL）開關(guān)特性 MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)是

3、金屬氧化物場效應(yīng)是金屬氧化物場效應(yīng)晶體管。參與導(dǎo)電的載流子只有一種（電子或空穴晶體管。參與導(dǎo)電的載流子只有一種（電子或空穴) )，故稱為單極型器件，由單極型器件組成的基本門電路故稱為單極型器件，由單極型器件組成的基本門電路稱為單極型邏輯門電路。稱為單極型邏輯門電路。2.1 2.1 半導(dǎo)體晶體管的開關(guān)特性半導(dǎo)體晶體管的開關(guān)特性2.1.3 MOS管開關(guān)特性2.1 2.1 半導(dǎo)體晶體管的開關(guān)特性半導(dǎo)體晶體管的開關(guān)特性圖圖2.1.5 2.1.5 雙極型晶體管開關(guān)電路雙極型晶體管開關(guān)電路2.2.可變電阻區(qū)可變電阻區(qū)1.1.截止區(qū)截止區(qū) 3. 3.開關(guān)時間開關(guān)時間2.1 2.1 半導(dǎo)體晶體管的開關(guān)特性半導(dǎo)

4、體晶體管的開關(guān)特性 該電路由三部分組成：輸入級、中間級和輸出該電路由三部分組成：輸入級、中間級和輸出級。輸入級由晶體管級。輸入級由晶體管VTVT1 1、二極管、二極管VDVD1 1和基極電阻和基極電阻R R1 1組組成。輸入端的二極管成。輸入端的二極管VDVD1 1是鉗位二極管，一方面可以是鉗位二極管，一方面可以抑制輸入端可能出現(xiàn)的負(fù)向干擾脈沖，另一方面防抑制輸入端可能出現(xiàn)的負(fù)向干擾脈沖，另一方面防止輸入電壓為負(fù)時止輸入電壓為負(fù)時VTVT1 1的發(fā)射極電流過大，的發(fā)射極電流過大，VDVD1 1起到起到保護(hù)保護(hù)VTVT1 1的作用。中間級由的作用。中間級由VTVT2 2、R R2 2和和R R3

5、 3組成，它是一組成，它是一個反相器，從個反相器，從VTVT2 2的集電極的集電極C C2 2和發(fā)射極和發(fā)射極E E2 2上可以分別上可以分別獲得兩個相位相反的電壓信號，供給輸出級使用。獲得兩個相位相反的電壓信號，供給輸出級使用。輸出級由輸出級由VDVD2 2、VTVT4 4、VTVT5 5和電阻和電阻R4R4組成。組成。 2.2 TTL 2.2 TTL基本邏輯門電路基本邏輯門電路2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)TTL非門1.TTL1.TTL非門電路結(jié)構(gòu)非門電路結(jié)構(gòu)圖圖2.2.1 TTL2.2.1 TTL非門電路圖非門電路圖 2.2 TTL 2.2 TTL基本邏輯門電路基本邏輯門電路1 1）輸入端接低電平）輸

6、入端接低電平2 2）輸入端接高電平）輸入端接高電平 2.2 TTL 2.2 TTL基本邏輯門電路基本邏輯門電路2.TTL2.TTL非門工作原理非門工作原理 （1 1）在輸出由低）在輸出由低電平轉(zhuǎn)向高電平變化電平轉(zhuǎn)向高電平變化的瞬間，的瞬間，VTVT4 4和和VTVT5 5同同時導(dǎo)通，加速時導(dǎo)通，加速VTVT5 5管脫管脫離飽和狀態(tài)。離飽和狀態(tài)。（2 2）推拉電路結(jié)）推拉電路結(jié)構(gòu)降低了非門的輸構(gòu)降低了非門的輸出電阻，減小對負(fù)出電阻，減小對負(fù)載電容的充電時間。載電容的充電時間。 2.2 TTL 2.2 TTL基本邏輯門電路基本邏輯門電路3.TTL3.TTL非門工作速度非門工作速度1 1）電壓傳輸特

7、性）電壓傳輸特性 非門的電壓傳輸特非門的電壓傳輸特性是指非門輸出電壓性是指非門輸出電壓u uo o與輸入電壓與輸入電壓u ui i之間的關(guān)之間的關(guān)系，即系，即 的的函數(shù)關(guān)系。函數(shù)關(guān)系。 2.2 TTL 2.2 TTL基本邏輯門電路基本邏輯門電路4.TTL4.TTL非門電氣特性及主要參數(shù)非門電氣特性及主要參數(shù)2 2）閾值電壓、輸出高低電平、）閾值電壓、輸出高低電平、開門電平、關(guān)門電平和噪聲容限開門電平、關(guān)門電平和噪聲容限 2.2 TTL 2.2 TTL基本邏輯門電路基本邏輯門電路3 3）輸入特性）輸入特性（1）輸入短路電流IIS。（2）低電平輸入電流IIL。（3）輸入漏電流IIH（或稱高電平輸入

8、電流）。 2.2 TTL 2.2 TTL基本邏輯門電路基本邏輯門電路4 4）輸入負(fù)載特性）輸入負(fù)載特性 2.2 TTL 2.2 TTL基本邏輯門電路基本邏輯門電路 圖圖2.2.6 TTL2.2.6 TTL非門輸入負(fù)載非門輸入負(fù)載5 5）扇入系數(shù)）扇入系數(shù)N Ni i和扇出系數(shù)和扇出系數(shù)N NO O 2.2 TTL 2.2 TTL基本邏輯門電路基本邏輯門電路6 6）功耗）功耗 功耗是門電路的重要參數(shù)之一，功耗有空載功耗是門電路的重要參數(shù)之一，功耗有空載導(dǎo)通功耗導(dǎo)通功耗P PONON和空載截止功耗和空載截止功耗P POFFOFF兩個參數(shù)。兩個參數(shù)。 空載截止功耗空載截止功耗P POFFOFF指的是

9、輸出端開路、輸入指的是輸出端開路、輸入端接地或接低電平。端接地或接低電平。 空載導(dǎo)通功耗空載導(dǎo)通功耗P PONON指的是輸出端開路、輸入端指的是輸出端開路、輸入端懸空或接高電平、懸空或接高電平、VTVT5 5導(dǎo)通時的電源電流導(dǎo)通時的電源電流I ICCLCCL與電與電源電壓源電壓U UCCCC的乘積。的乘積。 2.2 TTL 2.2 TTL基本邏輯門電路基本邏輯門電路7 7）平均傳輸延遲時間）平均傳輸延遲時間 在在TTLTTL電路中，由于三極管的結(jié)電容和輸入、電路中，由于三極管的結(jié)電容和輸入、輸出端的寄生電容使輸出波形發(fā)生了畸變和延輸出端的寄生電容使輸出波形發(fā)生了畸變和延遲，并由于基極電荷的消散

10、，使較為理想的輸遲，并由于基極電荷的消散，使較為理想的輸入矩形波的電壓信號通過門電路變?yōu)楸容斎胄湃刖匦尾ǖ碾妷盒盘柾ㄟ^門電路變?yōu)楸容斎胄盘枩蟆⒉ㄐ紊仙睾拖陆笛夭辉俣盖偷妮敵鎏枩?、波形上升沿和下降沿不再陡峭的輸出電壓。稱輸出波形滯后輸入波形的時間為平均電壓。稱輸出波形滯后輸入波形的時間為平均傳輸延遲時間，它是表示門電路開關(guān)速度的參傳輸延遲時間，它是表示門電路開關(guān)速度的參數(shù)。數(shù)。 2.2 TTL 2.2 TTL基本邏輯門電路基本邏輯門電路1 1）輸入端全）輸入端全部接高電平部接高電平 2 2）輸入端至少）輸入端至少有一個接低電平有一個接低電平 2.2 TTL 2.2 TTL基本邏輯門電路基本

11、邏輯門電路2.2.2 基本和復(fù)合TTL邏輯門1.TTL1.TTL與非門電路與非門電路圖圖2.2.9 TTL2.2.9 TTL與非門電與非門電路路 2.2 TTL 2.2 TTL基本邏輯門電路基本邏輯門電路圖圖2.2.11 TTL2.2.11 TTL或非門電路圖或非門電路圖 2.2 TTL 2.2 TTL基本邏輯門電路基本邏輯門電路2.TTL2.TTL或非門電路或非門電路圖圖2.2.12 2.2.12 與或非門電路與或非門電路 圖圖2.2.122.2.12是是7474系系列與或非門標(biāo)準(zhǔn)電路。列與或非門標(biāo)準(zhǔn)電路。不難看出，該電路只是不難看出，該電路只是將圖將圖2.2.112.2.11或非門電或非門

12、電路中的每個輸入端改用路中的每個輸入端改用多發(fā)射極三極管。由于多發(fā)射極三極管。由于三極管多發(fā)射極之間，三極管多發(fā)射極之間，即即A A、B B之間或之間或C C、D D之間之間實現(xiàn)與邏輯運算，因此實現(xiàn)與邏輯運算，因此圖圖2.2.122.2.12可以實現(xiàn)與可以實現(xiàn)與或非邏輯運算?；蚍沁壿嬤\算。 2.2 TTL 2.2 TTL基本邏輯門電路基本邏輯門電路3.TTL3.TTL與或非門電路與或非門電路2.2.13TTL 2.2.13TTL 異或門電路異或門電路 2.2 TTL 2.2 TTL基本邏輯門電路基本邏輯門電路4.TTL4.TTL異或門電路異或門電路1 1）電路結(jié)構(gòu)與工作原理）電路結(jié)構(gòu)與工作原理

13、圖圖2.2.15 2.2.15 集電極開路與非門集電極開路與非門 2.2 TTL 2.2 TTL基本邏輯門電路基本邏輯門電路5.TTL5.TTL集電極開路與非門（集電極開路與非門（OCOC門）門）2 2）外接負(fù)載）外接負(fù)載R RL L3 3）OCOC門的應(yīng)用門的應(yīng)用（2 2）最小負(fù)）最小負(fù) 載電阻載電阻R RLminLmin。（1 1）最大負(fù)）最大負(fù) 載電阻載電阻R RLmaxLmax。 2.2 TTL 2.2 TTL基本邏輯門電路基本邏輯門電路1 1）TTLTTL三態(tài)門的工作原理三態(tài)門的工作原理 2.2 TTL 2.2 TTL基本邏輯門電路基本邏輯門電路6.TTL6.TTL三態(tài)輸出邏輯門（三

14、態(tài)輸出邏輯門（TSLTSL）門門2 2）TTLTTL三態(tài)門的應(yīng)用三態(tài)門的應(yīng)用（1)1)實現(xiàn)總線結(jié)構(gòu)。實現(xiàn)總線結(jié)構(gòu)。（2 2）實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)）實現(xiàn)雙向數(shù)據(jù) 傳輸。傳輸。 2.2 TTL 2.2 TTL基本邏輯門電路基本邏輯門電路圖圖2.2.23 74H2.2.23 74H系列與非門電路系列與非門電路 2.2 TTL 2.2 TTL基本邏輯門電路基本邏輯門電路7.TTL7.TTL快速系列（快速系列（74H74H系列）系列） 圖圖2.2.24 74S2.2.24 74S系列與非門電路系列與非門電路 2.2 TTL 2.2 TTL基本邏輯門電路基本邏輯門電路8.TTL8.TTL肖特基系列（肖特基系列（7

15、4S74S系列）系列） 74LS74LS系列與非門電路（見圖系列與非門電路（見圖2.2.262.2.26）與圖）與圖2.2.92.2.9與非門電路比較，與非門電路比較，電路中采用多種措施，以達(dá)到縮短傳輸延遲時間、降低功耗的目的。電路中采用多種措施，以達(dá)到縮短傳輸延遲時間、降低功耗的目的。9.TTL9.TTL低功耗肖特基系列（低功耗肖特基系列（74LS74LS系列）系列） （1 1）為了縮短傳輸）為了縮短傳輸延遲時間，電路中使用延遲時間，電路中使用肖特基管和有源泄放電肖特基管和有源泄放電路，另外，還將輸入級路，另外，還將輸入級的多發(fā)射極管改用的多發(fā)射極管改用SBDSBD代代替，由于替，由于SBD

16、SBD沒有電荷存沒有電荷存儲效應(yīng)，因此有利于提儲效應(yīng)，因此有利于提高電路的工作速度。高電路的工作速度。 （2 2）為降低功耗）為降低功耗，提高了電路中各電，提高了電路中各電阻的阻值，將電阻阻的阻值，將電阻R R5 5原來接地的一端改接原來接地的一端改接到輸出端，以減小到輸出端，以減小VTVT3 3導(dǎo)通時電阻導(dǎo)通時電阻R R5 5上的功上的功耗。耗。 2.2 TTL 2.2 TTL基本邏輯門電路基本邏輯門電路表表2.2.2 TTL2.2.2 TTL系列產(chǎn)品及其特點系列名稱特點系列產(chǎn)品及其特點系列名稱特點 2.2 TTL 2.2 TTL基本邏輯門電路基本邏輯門電路10.TTL10.TTL集成電路產(chǎn)

17、品集成電路產(chǎn)品 圖圖2.3.12.3.1是典型是典型ECLECL或或/ /或非門邏輯電路，由于電或非門邏輯電路，由于電路中路中VTVT3 3管的輸入信號是通管的輸入信號是通過發(fā)射極電阻過發(fā)射極電阻R R5 5耦合過來耦合過來的，故發(fā)射極耦合邏輯電的，故發(fā)射極耦合邏輯電路名稱由此而得。路名稱由此而得。2.3.1 發(fā)射極耦合邏輯（ECL）門電路1.ECL1.ECL門電路工作原理門電路工作原理 2.3 2.3 其他類型門電路其他類型門電路圖圖2.3.1 ECL2.3.1 ECL或或/ /或非門電路或非門電路 2.3 2.3 其他類型門電路其他類型門電路necessity 1 1）偏置電路）偏置電路3

18、 3）輸出級）輸出級2 2）輸入級）輸入級 2.3 2.3 其他類型門電路其他類型門電路1 1）開關(guān)）開關(guān)速度高速度高2 2）邏輯）邏輯功能強(qiáng)功能強(qiáng)3 3）負(fù)載）負(fù)載能力強(qiáng)能力強(qiáng)2.ECL2.ECL邏輯門電路的工作特點邏輯門電路的工作特點 2.3 2.3 其他類型門電路其他類型門電路圖圖2.3.42.3.4（a a）所示是）所示是I I2 2L L非非門電路結(jié)構(gòu)。電路由一個門電路結(jié)構(gòu)。電路由一個PNPPNP管管VTVT1 1和一個和一個NPNNPN型多集型多集電極管電極管VTVT2 2組成。組成。VTVT1 1構(gòu)成恒構(gòu)成恒流源電路，流源電路，VTVT2 2構(gòu)成反相器，構(gòu)成反相器，VTVT2 2

19、各集電極之間相互隔離。各集電極之間相互隔離。通過通過RERE和和RCRC連接到電源連接到電源UEUE。圖圖2.3.42.3.4（a a） I I2 2L L非門電路非門電路2.3.2 集成注入邏輯（I2L）門電路1.1.I I2 2L L非門電路的工作原理非門電路的工作原理 2.3 2.3 其他類型門電路其他類型門電路Diagram 2Diagram3Diagram 2Diagram 31 1）I I2 2L L與非門與非門 3 3）I I2 2L L異或門異或門2 2）I I2 2L L與或非門與或非門 2.3 2.3 其他類型門電路其他類型門電路2.2.其他其他I I2 2L L門電路門電

20、路1 1）I I2 2L L與非門與非門 2.3 2.3 其他類型門電路其他類型門電路2 2）I I2 2L L與或非門與或非門圖圖2.3.6 I2.3.6 I2 2L L與或非門與或非門 將兩個將兩個I I2 2L L與非門與非門輸出線與，就可以實輸出線與，就可以實現(xiàn)與或非邏輯，如圖現(xiàn)與或非邏輯，如圖2.3.62.3.6所示。所示。 2.3 2.3 其他類型門電路其他類型門電路3 3）I I2 2L L異或門異或門2.3.7 I2.3.7 I2 2L L異或門異或門 2.3 2.3 其他類型門電路其他類型門電路 2.3 2.3 其他類型門電路其他類型門電路3.I3.I2 2 L L門電路的主

21、要特點門電路的主要特點 CMOS CMOS反相器結(jié)構(gòu)反相器結(jié)構(gòu) 1 1）CMOSCMOS反相器工作原理反相器工作原理 2 2）CMOS反相器傳輸特性反相器傳輸特性 3 3）CMOS反相器噪聲容限反相器噪聲容限4)4) CMOSCMOS反相器傳輸延遲時間反相器傳輸延遲時間 5 5） 2.4 CMOS 2.4 CMOS邏輯門電路邏輯門電路1.CMOS1.CMOS反相器反相器2.4.1 CMOS基本單元1 1）CMOSCMOS反相器結(jié)構(gòu)反相器結(jié)構(gòu) 2.4 CMOS 2.4 CMOS邏輯門電路邏輯門電路2 2）CMOSCMOS反相器工作原反相器工作原理理 2.4 CMOS 2.4 CMOS邏輯門電路邏

22、輯門電路3 3）CMOSCMOS反相器傳輸特性反相器傳輸特性圖圖2.4.3 CMOS2.4.3 CMOS反相器電壓傳輸特性反相器電壓傳輸特性 2.4 CMOS 2.4 CMOS邏輯門電路邏輯門電路4)CMOS4)CMOS反相器噪聲容限反相器噪聲容限 隨著電源電壓隨著電源電壓U UDDDD的的增加，噪聲容限也相應(yīng)增加，噪聲容限也相應(yīng)地變大。在地變大。在U UDDDD固定的情固定的情況下，低電平噪聲容限況下，低電平噪聲容限U UNLNL和高電平噪聲容限和高電平噪聲容限U UNHNH始終相等。始終相等。 2.4 CMOS 2.4 CMOS邏輯門電路邏輯門電路5 5）CMOSCMOS反相器傳輸延遲時間

23、反相器傳輸延遲時間 盡管盡管CMOS反相器在工作過程中不會反相器在工作過程中不會像像TTL電路那樣發(fā)生載流子的聚集和消散，電路那樣發(fā)生載流子的聚集和消散，但是由于集成電路內(nèi)部電阻、容性負(fù)載的但是由于集成電路內(nèi)部電阻、容性負(fù)載的影響等多種原因，影響等多種原因，CMOS反相器仍然會產(chǎn)反相器仍然會產(chǎn)生傳輸延遲。生傳輸延遲。 2.4 CMOS 2.4 CMOS邏輯門電路邏輯門電路圖圖2.4.4 CMOS2.4.4 CMOS傳輸門傳輸門 2.4 CMOS 2.4 CMOS邏輯門電路邏輯門電路2.CMOS2.CMOS傳輸（傳輸（TGTG）圖圖2.4.6 CMOS2.4.6 CMOS與非門與非門 2.4 C

24、MOS 2.4 CMOS邏輯門電路邏輯門電路1.CMOS1.CMOS與非門和或非門電路與非門和或非門電路2.4.2 其他CMOS邏輯門電路 2.4 CMOS 2.4 CMOS邏輯門電路邏輯門電路 （3 3）圖）圖2.4.62.4.6與非門邏輯原理電路與非門邏輯原理電路中，輸入端的扇入系數(shù)直接影響輸出電中，輸入端的扇入系數(shù)直接影響輸出電壓值（高、低電平），扇入系數(shù)為壓值（高、低電平），扇入系數(shù)為n n，就，就是是n n個串聯(lián)的驅(qū)動管，輸出低電平的電壓個串聯(lián)的驅(qū)動管，輸出低電平的電壓值就是值就是n n個個NMOSNMOS管導(dǎo)通時管導(dǎo)通時UDSUDS壓降之和。壓降之和。若若n n個輸入全是低電平時，

25、就是個輸入全是低電平時，就是n n個負(fù)載個負(fù)載管并聯(lián)，使負(fù)載電阻變小，輸出高電平管并聯(lián)，使負(fù)載電阻變小，輸出高電平電壓值變高。電壓值變高。 2.4 CMOS 2.4 CMOS邏輯門電路邏輯門電路1 1）輸入端）輸入端A A和和B B信號相同信號相同2 2）輸入端）輸入端A A和和B B信號相異信號相異 2.4 CMOS 2.4 CMOS邏輯門電路邏輯門電路2.CMOS2.CMOS同或門同或門 CMOS 2CMOS 2選選1 1數(shù)據(jù)選擇電路如圖數(shù)據(jù)選擇電路如圖2.4.112.4.11所示，由一個所示，由一個CMOSCMOS反相器反相器和兩個和兩個CMOSCMOS傳輸門組成。傳輸門組成。圖圖2.4

26、.11 22.4.11 2選選1 1數(shù)據(jù)選擇電路數(shù)據(jù)選擇電路 2.4 CMOS 2.4 CMOS邏輯門電路邏輯門電路3.CMOS 23.CMOS 2選選1 1數(shù)據(jù)選擇器數(shù)據(jù)選擇器 兩個普通CMOS與非門輸出端直接并聯(lián)如圖2.2.14連接一樣。電源、導(dǎo)通的PMOS、導(dǎo)通的NMOS和地之間形成一個低阻通路，產(chǎn)生一個很大的電流，就像普通TTL電路并聯(lián)一樣。圖圖2.4.12 OD2.4.12 OD輸出與門輸出與門 2.4 CMOS 2.4 CMOS邏輯門電路邏輯門電路4.CMOS4.CMOS漏極開路門電路（漏極開路門電路（ODOD門門) )圖圖2.4.13 CMOS2.4.13 CMOS三態(tài)門三態(tài)門1

27、 1圖圖2.4.14 CMOS2.4.14 CMOS三態(tài)門三態(tài)門2 2 2.4 CMOS 2.4 CMOS邏輯門電路邏輯門電路5.CMOS5.CMOS三態(tài)門三態(tài)門1 1）噪聲容限高）噪聲容限高2 2）功耗低）功耗低3 3）抗輻射能力強(qiáng)）抗輻射能力強(qiáng)4 4）集成度高、）集成度高、溫度穩(wěn)定性好溫度穩(wěn)定性好5 5）電源利用率高）電源利用率高6 6）電路的）電路的扇出系數(shù)大扇出系數(shù)大7 7）電源?。╇娫慈≈捣秶鷮捴捣秶鷮? 8）易受靜態(tài)干擾）易受靜態(tài)干擾 2.4 CMOS 2.4 CMOS邏輯門電路邏輯門電路6.CMOS6.CMOS邏輯門特點邏輯門特點圖圖2.5.1 CMOS2.5.1 CMOS反相器

28、的寄生電容反相器的寄生電容2.5 2.5 改進(jìn)型改進(jìn)型CMOSCMOS門電路門電路2.5.1 高速CMOS門電路圖圖2.5.2 Bi-CMOS2.5.2 Bi-CMOS非門電路圖非門電路圖2.5 2.5 改進(jìn)型改進(jìn)型CMOSCMOS門電路門電路1.Bi1.Bi- -CMOSCMOS非門非門2.5.2 雙極型CMOS門電路 Bi-CMOS與非門電路組成如圖2.5.3所示。和非門電路相比，輸出方式是一樣的，只是MOS邏輯功能器件的連接不同。2.5.3 Bi-CMOS2.5.3 Bi-CMOS與非門電路與非門電路2.5 2.5 改進(jìn)型改進(jìn)型CMOSCMOS門電路門電路2 2.Bi.Bi- -CMOS

29、CMOS與與非門非門表表2.5.2 CMOS2.5.2 CMOS集成電路各系列的主要技術(shù)參數(shù)參數(shù)集成電路各系列的主要技術(shù)參數(shù)參數(shù)2.5 2.5 改進(jìn)型改進(jìn)型CMOSCMOS門電路門電路2.5.3 CMOS門電路主要參數(shù)表表2.6.1 TTL2.6.1 TTL和和CMOSCMOS門電路的輸入、輸出特性參數(shù)電路種類門電路的輸入、輸出特性參數(shù)電路種類2.6 2.6 工程應(yīng)用的技術(shù)問題工程應(yīng)用的技術(shù)問題2.6.1 不同系列電路的接口問題1 1）電源電壓相同）電源電壓相同2 2）電源電壓不同）電源電壓不同 2.6 2.6 工程應(yīng)用的技術(shù)問題工程應(yīng)用的技術(shù)問題1.TTL1.TTL系列驅(qū)動系列驅(qū)動CMOSC

30、MOS系列系列 用CMOS門驅(qū)動TTL門，將不能保證CMOS規(guī)定的輸出低電平?？梢赃x擇多種方案來解決這個問題。 （1）采用驅(qū)動門并聯(lián)的方式，提高驅(qū)動門的帶負(fù)載能力。 （2）采用增加一級CMOS驅(qū)動器的方法，如選擇同相驅(qū)動器CC4010，電路如圖2.6.2（a）所示。 （3）采用漏極開路的CMOS驅(qū)動器CC40107，可驅(qū)動10個74系列負(fù)載門,如圖2.6.2（b）所示。 （4）采用分立元件驅(qū)動電路作為4000系列CMOS電路和74系列電路的跨接電路，使電流放大，從而驅(qū)動TTL負(fù)載門，其電路如圖2.6.2（c）所示。2.6 2.6 工程應(yīng)用的技術(shù)問題工程應(yīng)用的技術(shù)問題2.CMOS2.CMOS系列

31、驅(qū)動系列驅(qū)動TTLTTL系列系列圖圖2.6.2 CMOS2.6.2 CMOS門驅(qū)動門驅(qū)動TTLTTL門門2.6 2.6 工程應(yīng)用的技術(shù)問題工程應(yīng)用的技術(shù)問題 電氣系統(tǒng)有的器件所需的工作電壓和工作電流比較大，即使微型繼電器的驅(qū)動電流也會在10mA以上。這些電氣元件要正常工作，需要提供較大驅(qū)動電流和電壓，就要放大電流或電壓以提高帶負(fù)載能力。 負(fù)載電流較小：如微型繼電器，可以將兩個反相器并聯(lián)作為驅(qū)動電路。 負(fù)載電流較大：需要在集成電路或系統(tǒng)的輸出端與負(fù)載之間接入一個功率驅(qū)動器件，可直接用于驅(qū)動機(jī)電系統(tǒng)。2.6 2.6 工程應(yīng)用的技術(shù)問題工程應(yīng)用的技術(shù)問題1.1.驅(qū)動大電流負(fù)載驅(qū)動大電流負(fù)載2.6.2

32、 具有負(fù)載的接口電路 設(shè)LED的工作電流為ID、LED的正向壓降為UD。限流電阻R可以按以下公式選擇。 對于圖2.6.3（a），門電路輸出高電平時，限流電阻的選擇應(yīng)滿足如下關(guān)系式 對于圖2.6.3（b），門電路輸出低電平時，限流電阻的選擇應(yīng)滿足如下關(guān)系式2.6 2.6 工程應(yīng)用的技術(shù)問題工程應(yīng)用的技術(shù)問題2.2.驅(qū)動驅(qū)動LEDLED負(fù)載負(fù)載圖圖2.6.3 2.6.3 門電路驅(qū)動發(fā)光二極管電路門電路驅(qū)動發(fā)光二極管電路2.6 2.6 工程應(yīng)用的技術(shù)問題工程應(yīng)用的技術(shù)問題1.1.增加輸入增加輸入保護(hù)電路保護(hù)電路6.6.安裝技術(shù)安裝技術(shù)5.5.接地技術(shù)接地技術(shù)2.2.增加功率輸增加功率輸出緩沖電路出緩

33、沖電路3.3.增加去耦增加去耦合濾波電容合濾波電容4.4.電源或地電源或地與不用輸入與不用輸入端串接電阻端串接電阻2.6 2.6 工程應(yīng)用的技術(shù)問題工程應(yīng)用的技術(shù)問題2.6.3 數(shù)字電路的抗干擾方法 （1 1）具有推拉輸出結(jié)構(gòu)的）具有推拉輸出結(jié)構(gòu)的TTLTTL門電路的輸出端不能直門電路的輸出端不能直接并聯(lián)使用，輸出端也不允許直接接電源接并聯(lián)使用，輸出端也不允許直接接電源U UCCCC或直接接或直接接地，電源與輸出端可接一個上拉負(fù)載電阻地，電源與輸出端可接一個上拉負(fù)載電阻R R。 （2 2）多種電源供電時，先接入低電壓，再加上較高）多種電源供電時，先接入低電壓，再加上較高的電壓，然后再輸入信號。

34、關(guān)斷電源之前，應(yīng)先去掉輸?shù)碾妷?，然后再輸入信號。關(guān)斷電源之前，應(yīng)先去掉輸入信號。若信號源與電路板使用兩組電源供電，開機(jī)時入信號。若信號源與電路板使用兩組電源供電，開機(jī)時應(yīng)先接通電路板電源，再接通信號源，關(guān)機(jī)時先斷開信應(yīng)先接通電路板電源，再接通信號源，關(guān)機(jī)時先斷開信號源后斷開電路電源。號源后斷開電路電源。2.6 2.6 工程應(yīng)用的技術(shù)問題工程應(yīng)用的技術(shù)問題2.6.4 數(shù)字電路使用注意事項 （3 3）門與門之間的導(dǎo)線應(yīng)盡可能短，過長會造成）門與門之間的導(dǎo)線應(yīng)盡可能短，過長會造成信號的畸變。當(dāng)多路并行傳輸信號時，信號線間要有信號的畸變。當(dāng)多路并行傳輸信號時，信號線間要有一定的距離或中間加地線進(jìn)行屏蔽。否則，相鄰平行一定的距離或中間加地線進(jìn)行屏蔽。否則，相鄰平行線可能由于電磁耦合而互相干擾。線可能由于電磁耦合而互相干擾。 （4 4）CMOSCMOS器件在使用、儲藏、運輸、高溫老化過程器件在使用、儲藏、運輸、高溫老化過程中，需屏蔽于接觸良好的金屬屏蔽盒內(nèi)或用金屬鋁箔中，需屏蔽于接觸良好的金屬屏蔽盒內(nèi)或用金屬鋁箔紙包裝，防止靜電感應(yīng)擊穿柵極，燒毀場效應(yīng)晶體管。紙包裝，防止靜電感應(yīng)擊穿柵極，燒毀場效應(yīng)晶體管。 （5 5）所有測試儀器，外殼必須有良好