《集成逻辑门》课件.ppt
第3章 集成逻辑门,3.1 晶体管的开关特性 3.2 TTL集成逻辑门3.3 ECL电路及I2L电路的特点3.4 MOS逻辑门3.5 CMOS电路,本章共2次课,晶体管开关特性/TTL门TTL门特性/其他TTL门EMOS/I2L/CMOS,本章第一次课目标,描述二极管开关特性。能够分析二极管电路的逻辑功能。描述三极管开关特性。TTL电路的中文含义。描述TTL电路输入部分特点。描述TTL电路输出部分特点。什么是扇出系数。描述TTL电路的主要外部特性。掌握OC门、三态门的特点及应用。常用的TTL系列电路：74LS系列。,3.1 晶体管的开关特性,晶体二极管开关特性理想开关的特性断开：电阻无穷大闭合：电阻0动作：瞬间完成特性：不受其他因素影响,1、二极管稳态开关特性,正向开启电压Vth硅管0.7V锗管0.3V肖特基0.3V反向饱和电流Is硅管10-1510-10A锗管10-1010-7A砷化镓10-1710-15A,2、二极管瞬态开关特性,3、二极管开关应用电路,4、利用二极管构成或门,5、利用二极管构成与门,3.1.2 晶体三极管开关特性,1、三极管稳态开关特性,截止：VIVthiB=iC=0,饱和：iBIBS=(Vcc-VCE(sat)/(Rc)S=iB/IBS（饱和系数/饱和深度）硅管VCE(SAT)0.3V,2、三极管瞬态开关特性,VI=-V：be反偏，电荷区较宽,VI=+V：结电容充电后，be正偏,主要延迟时间：ts,3.2 TTL集成逻辑门,3.2.1 晶体管晶体管逻辑门电路（TTL）,b,e,c,图3.2.2 A=0时TTL与非门各点电压,图3.2.3 A=B=C=1时TTL与非门各点电压,倒置：T1的发射结反偏，集电结正偏,b,e,c,3.2.2 TTL与非门的主要外部特性,1.电压传输特性,AB段：VI0.7V,iI=(Vcc-0.7-VI)/R1VI=0,IIS=(5-0.7)/4k=1.1mA,BC段：T4开始导通T1倒置 IIH 10A,2.输入特性,输入端通过电阻接地（作为低电平）：,输入端通过电阻接地（作为高电平）：,问题：TTL与非门未用的管脚如何处理？,3、TTL与非门输出特性,A、输出低电平（输出电阻约1020欧）,B、输出高电平（输出电阻约100欧）,拉电流负载,图3.2.9 IIH的产生(a)输入端有低电平；(b)输入端全为高电平,问题：两个TTL与非门的输出可以直接相连吗？输入呢？,C、主要参数：扇出系数N0,一般N0=810,4、平均传输延迟时间,tpd的典型值约为10ns40ns。,5、电源特性,静态功耗：开态（低电平输出）：PL=16mW关态（高电平输出）：PH=5mW平均功耗P（PLPH）/2=10.5mW动态功耗：总功耗：,TTL门电路参数,主要参数,VIH(min)=2V IIH(max)=20AVOH(min)=2.7V IOH(max)=0.4mA噪声容限0.7V,VIL(max)=0.8V IIL(max)=-0.4mAVOL(max)=0.5V IOL(max)=-4mA噪声容限0.3V,3.2.3 TTL或非门、异或门、三态输出门等,1、TTL或非门,A B Y0 0 1 T1/T1饱和，T2/T2截止，T4截止0 1 0 T1倒置，T2 导通，T4导通1 0 0 T1倒置，T2 导通，T4导通1 1 0 T1/T1倒置，T2/T2导通，T4导通,2、TTL异或门,A B p x y Y0 0 0 1 0 00 1 0 0 1 11 0 0 0 1 11 1 1 0 0 0,3、集电极开路TTL与非门（OC门）,线与,线与,4.三态门,图3.2.23 接成总线结构,图3.2.24 用三态门实现数据的双向传输,E=1：G1使能B=AE=0：G2使能A=B,3.2.4 其他系列的TTL门电路,1、CT54H/74H系列,4k,1.6k,130,1k,高速系列：电阻减小一半 达林顿输出速度提高一倍功耗升高一倍,与标准TTL相比,pd积功耗延迟时间与标准TTL基本相同,2.CT54S/74S系列,A B C,与标准TTL相比：,功耗较高低电平输出较高：0.5Vpd积有所改善,图3.2.14 抗饱和三极管(a)并接SBD的三极管；(B)电路符号,3 CT54LS/74LS系列,Y:10,电荷通过D4向T2泄放，加速了T2/T5/T6的导通T4电荷通过D3向T2泄放pd积最小,表3-2-3 TTL系列器件主要性能比较,7474H74S74LS平均传输延迟/每门/ns10639.5平均功耗/每门/mW102232最高工作频率/MHz355012545,课后作业,P1124、12、14、15、,本章第2次课 目标,发射极耦合逻辑（ECL）门的特点。集成注入逻辑（I2L）门的特点。CMOS门的特点。什么是CMOS传输门。描述CMOS逻辑门的输入与输出特性。,3.3 ECL电路及I2L电路的特点,高电平：-0.8V低电平：-1.6V,当A0（-1.6V),T2截止，T1+1-0.7，Q=-0.7V,当A1（-0.8V),T2+1-0.7，T1截止，P=-0.7V,A/B/C中有一个1，T1截止，P1，Q0,工作在非饱和状态,特点是：速度高带负载能力强逻辑功能强可以实现线或大型高速计算机,缺点：功耗大抗干扰能力差,3.3.1 射极耦合逻辑电路(Emitter Coupled Logic简称ECL),3.3.2 集成注入逻辑电路(Integrated Injection Logic简称I2L),A0.7V（逻辑0),T1截止，T1c为高电平。T2饱和，Y0.1（为逻辑0），YA,A0.7V（逻辑1),T1饱和，T1c为低电平(0.7（为逻辑1），YA,高电平：0.8V低电平：0.1V,特点：电路简单、集成度高功耗低能在低电压、小电流下工作特别适合制作大规模数字集成电路。如单片微处理器、大规模逻辑阵列、电子手表等微型数字系统中。,缺点是：工作速度低抗干扰能力差为克服这些缺点肖特基I2L电路,高电平：0.8V低电平：0.5V,3.4 MOS逻辑门,3.4.1 MOS晶体管,NMOSPMOS,增强型耗尽型,增强型耗尽型,VGSVGS(th)N时，截止区iDS=0,VGSVGS(th)N时,VDS VGS-VGS(th)N时可调电阻区:iDS=kN2(VGS-VGS(th)N)VDS-VDS2,VDS VGS-VGS(th)N时饱和区:iDS=kN(VGS-VGS(th)N)2,2、转移特性,跨导(VGS对iDS的控制能力),3、输入电阻和输入电容,SiO2电阻：1012欧，电容：几个pF以内,4、直流导通电阻,0.1欧到100欧,3.4.2 MOS反相器和门电路,1、E/EMOS反相器及逻辑门电路,2、E/DMOS反相器及逻辑门电路,3.5 CMOS电路,3.5.1 CMOS反相器的工作原理,T0是工作管，TL是负载管。,VI0，T0截止，TL导通，VOVDDVI VDD，T0导通，TL截止，VO0,静态功耗很小,动态功耗较大,3.5.2 CMOS反相器的主要特性,1、电压传输特性,1、电压传输特性静态功耗极低抗干扰能力强电源利用率高输入阻抗高,2、输入/输出特性输入：不吸收电路，易击穿输出低电平：VI越大，带负载能力越强输出高电平：VDD越大，带载能力越强,3、电源特性静态功耗极低主要是动态功耗,3.5.3 CMOS传输门,3.5.4 CMOS逻辑门电路,1.CMOS与非门,ABF001011101110,2.CMOS或非门,ABF001010100110,3、带缓冲输出的CMOS门电路,4、CMOS三态门,3.5.5 CMOS电路的锁定效应,N衬底,N衬底电阻,P阱,P阱电阻,3.6 集成逻辑门电路的使用,3.6.1 产品挑选 先根据需要选定产品的类型，然后找出合适的集成逻辑门型号。1.TTL与CMOS门电路性能比较 一般中速逻辑电路只在TTL和CMOS两大类型中挑选。对于TTL电路，有“HTTL”、“STTL”、“LSTTL”电路。HTTL电路因性能差，现已过时淘汰。最常采用的是LS系列的TTL电路。,2、产品型号简介,40(CC40)，是CMOS系列。74(CT10)，是TTL系列。74H(CT20)，是HTTL系列，H代表高速。74S(CT30)，是STTL系列。74LS(CT40)，是LSTTL系列。括号中的第一个“C”代表“China”。例如，74LS10是三个3输入LSTTL与非门，国产型号为CT4010。,3.6.2 某些注意事项,1.多余输入端的处理（TTL与门）悬空直接接+UCC并接2.多余输入端的处理（TTL或门）通过小电阻接地并接,1.多余输入端的处理（CMOS与门）直接接+UCC并接2.多余输入端的处理（CMOS或门）接地。并接。,A、空闲输入端的处理,B.CMOS门的静电击穿及预防,(1)MOS器件应在导电容器中存放和搬运。例如，可以插在“导电泡沫塑料”上，使各电极短接。而绝不能放在易产生静电的泡沫塑料、塑料袋或其它容器中。(2)电路操作人员的服装、手套等应由无静电效应的材料制成。仪器、工夹具等均应保持“地”电位，特别是电烙铁外壳必须接地良好。(3)在电路焊接时，必须切断它的电源。,图3.5.1 CMOS输入保护电路,课后作业,P11311、13、,P103 第10题（a）,
