數(shù)字邏輯與數(shù)字集成電路

1、2.1 引言2.2 門電路2.3 常用的中規(guī)模組合邏輯電路2.4 運(yùn)算器與ALU2.5 組合邏輯電路中的競(jìng)爭(zhēng)與冒險(xiǎn)問(wèn)題abcabc理想情況：門電路沒有延遲t0t1t2t3abcabcpDtpDt實(shí)際情況：門電路存在延遲pDtabcabcpHLtpLHt實(shí)際情況：門電路存在延遲前沿延遲與后沿延遲不相等1714874LS002輸入輸入4與非門與非門1714874LS308輸入與非門輸入與非門101FCPFCPCFABFC101FCABFCCDABF+ABFCD+ABFCDECDABFE ; 0E=1 F= 0實(shí)現(xiàn)封鎖當(dāng)S1時(shí)，A被選中F+ACS當(dāng)S0時(shí)，C被選中PCFPCF+PCFPCF+PCF

2、PCCPFS輸出信號(hào)輸入信號(hào)RccV0viv10正邏輯01負(fù)邏輯功能表正邏輯負(fù)邏輯ABF BAFS輸出信號(hào)輸入信號(hào)RccV0viv10正邏輯開關(guān)打開，V0“H”開關(guān)閉合，V0“L”cbe+-Iv+-ovccVBRCR截止?fàn)顟B(tài)Vb0.7v, Ib=0, Ic=0,cbe飽和狀態(tài)Ic Ib ,Vb=0.7v, Vc=0.3v, cbe放大狀態(tài)Vb=0.7v, Ic = IbVon=0.7Vbe輸入特性 +-Iv+-ovccVBRCR0 0.3 5 10 15 5 4 3 2 1飽和區(qū) Ic(mA)截止區(qū) 50uA 40uA 30uA 20uA10uA Ib=0 VcE(V)放 大 區(qū)IcIb+-I

3、v+-ovccVBRCRcbe截至狀態(tài)Vb0.7v, Ib=0, Ic=0,cbe飽和狀態(tài)Ic Ib ,Vb=0.7v, Vc=0.3v, cbe放大狀態(tài)Vb=0.7v, Ic = Ib導(dǎo)通狀態(tài)可以是放大狀態(tài)，也可以是飽和狀態(tài)InputABVcc=5VOutput YGND典型的電路，優(yōu)美的作品！只分析原理，不講如何設(shè)計(jì)。“H”“L”“H”ABVcc=5V圖騰柱“H”“H”“L”ABABABT2分相器ABT3,T4“1”驅(qū)動(dòng)極T5“0”驅(qū)動(dòng)極ABT1與ABY基極輸入，集電極輸出，反相基極輸入，發(fā)射極輸出，同相t1ABF1ct1ctABF ABFABFt1t12ct2ctt1描述開關(guān)特性的參數(shù)：

4、描述開關(guān)特性的參數(shù)：TPLH，TPHL ，TPD (Propagation Delay) TPD =(TPLHTPHL )/ 2 （約（約35ns）CH1CH2CPOUT1pdt2pdt紅色波形為輸入白色波形是延遲后的在曲線上，在曲線上，VOUT急劇下降時(shí)的急劇下降時(shí)的VIN稱：閾值電壓稱：閾值電壓VT，或稱門檻電壓或稱門檻電壓 VINVOUT“0”“1”“0“1”O(jiān)HIIHI“1”ILIOLI“0”“1”“0”“1”IoH=N*IIHN=IoH/IIH=400 /40 =10“0”IoL=N*IILN=IoL/IIL=16mA/1.6mA=10T1ILIOLI“0”T5T4T1正常工作時(shí)，正

5、常工作時(shí)，T5處于深飽和狀態(tài)，處于深飽和狀態(tài)，T5的的Vc=0.3v，Ic遠(yuǎn)小遠(yuǎn)小于于 Ib 。當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，。當(dāng)負(fù)載增大時(shí)，IOL 增大到增大到Ic Ib , T5將脫離將脫離飽和狀態(tài)進(jìn)入放大狀態(tài)，飽和狀態(tài)進(jìn)入放大狀態(tài)， Vc不能保持不能保持0.3v，將會(huì)增大，將會(huì)增大，所以所以T5的輸出就無(wú)法保持的輸出就無(wú)法保持“低低”的有效狀態(tài)。的有效狀態(tài)。“1”T1IHIOHI“1”T3T4T1T2VccR2正常工作時(shí)，正常工作時(shí)，T3,T4處于導(dǎo)通狀態(tài)，處于導(dǎo)通狀態(tài)，T3基極的電流非基極的電流非常小，常小，R2上的壓降可以忽略，所以上的壓降可以忽略，所以T3基極的電壓為基極的電壓為5v。輸出的電壓為

6、。輸出的電壓為5v-0.7v-0.7v=3.6v。當(dāng)負(fù)載（。當(dāng)負(fù)載（IOH)非常大時(shí)，非常大時(shí)，R2上的電流也增大，上的電流也增大，R2上的壓降也會(huì)增上的壓降也會(huì)增大，大，T3基極的電壓會(huì)下降，所以輸出的電壓會(huì)降低。基極的電壓會(huì)下降，所以輸出的電壓會(huì)降低。不能保持在不能保持在3.6v左右。左右。CPU外設(shè)1外設(shè)2外設(shè)3int“線與”T4T5T5T41212普通與非門是否可以實(shí)現(xiàn)“線與”功能？上面與非門的輸入為上面與非門的輸入為“0”，T3和和T4導(dǎo)通，與非門的輸出為導(dǎo)通，與非門的輸出為“1”。下面與非門的輸入為下面與非門的輸入為“1”，T2和和T5導(dǎo)通，與非門的輸出為導(dǎo)通，與非門的輸出為“0”

7、。如果如果“線與線與”在一起，由于在在一起，由于在Vcc和和“地地”之間形成了一個(gè)通之間形成了一個(gè)通路，流過(guò)這個(gè)通路的電流約為路，流過(guò)這個(gè)通路的電流約為5v/100=50mA。這個(gè)電流數(shù)值。這個(gè)電流數(shù)值以遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)正常工作電流，將以遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)正常工作電流，將會(huì)損壞上面的會(huì)損壞上面的T4或下面的或下面的T5?！?”“1”“0”“1”把T3、T4網(wǎng)絡(luò)去掉，這種輸出結(jié)構(gòu)稱為OC輸出結(jié)構(gòu)。這種門電路稱為OC門。線與時(shí)，輸出回路間的電流通路不復(fù)存在。電流都是由Vdd和RL 聯(lián)合提供。一般RL 稱為上拉電阻，阻值為1.5K,所以當(dāng)線與的輸出為低電平時(shí)，T5上的最大電流為5V/1.5K=3.3mA。不會(huì)損壞器件

8、。OUTLRABG功能表高阻態(tài)正常態(tài)G功能表BAG功能表BAABGABGABG電路1、2只能有一個(gè)處于正常態(tài) 若要求D1向BUS傳送，則應(yīng)有： 若要求D2向BUS傳送，則應(yīng)有： 1, 021GG0, 121GG1BUS21G1D2D2G若原來(lái)是D1向BUS傳送，現(xiàn)在要改為D2向BUS傳送，如何實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換？ 應(yīng)使門1由正常態(tài)轉(zhuǎn)為高阻態(tài)，快于門2由高阻態(tài)轉(zhuǎn)為正常態(tài)。 即有一短暫過(guò)程門1、2均處于高阻態(tài)。否則，門1、2有一短暫過(guò)程均處于正常態(tài)，于是門1、2輸出間有很大的浪涌電流，從而影響B(tài)US正常工作。 雙向總線驅(qū)動(dòng)器，又稱收發(fā)器（Transceiver） E=“1”時(shí)，讀操作，上面三態(tài)門正常工作E=“0”時(shí)，寫操作，下面三態(tài)門正常工作E=“0”時(shí)，讀操作，E=