集成逻辑门电路的选用.ppt
集成逻辑门电路的选用,集成逻辑门概述Cmos集成电路Ttl集成电路,TTL 即 Transistor-Transistor Logic,CMOS 即 Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,门电路的作用和常用类型,按功能特点不同分,按逻辑功能不同分,按电路结构不同分,输入端和输出端都用三极管的逻辑门电路。,用互补对称 MOS 管构成的逻辑门电路。,门电路(Gate Circuit),指用以实现基本逻辑关系和常用复合逻辑关系的电子电路。,数字集成电路的分类,1.按集成度,SSI MSI LSI VLSI,小规模集成电路(SSI-Small Scale Integration)，每片组件内包含10100个元件(或1020个等效门)。中规模集成电路(MSI-Medium Scale Integration)，每片组件内含1001000个元件(或20100个等效门)。大规模集成电路(LSI-Large Scale Integration)，每片组件内含1000100 000个元件(或1001000个等效门)。超大规模集成电路(VLSI-Very Large Scale Integration)，每片组件内含100 000个元件(或1000个以上等效门)。,BACK,目前数字系统中普遍使用TTL和CMOS集成电路。TTL集成电路工作速度高、驱动能力强，但功耗大、集成度低；MOS集成电路集成度高、功耗低。超大规模集成电路基本上都是MOS集成电路，其缺点是工作速度略低。目前已生产了BiCMOS器件，它由双极型晶体管电路和MOS型集成电路构成，能够充分发挥两种电路的优势，缺点是制造工艺复杂。,BACK,CMOS门电路,结型场效应管JFET,绝缘栅型场效应管MOS,场效应管有两种:,MOS电路的特点：,优点,1.工艺简单，集成度高。,缺点：工作速度比TTL低。,2.是电压控制元件，静态功耗小。,3.允许电源电压范围宽（318V）。,4.扇出系数大，抗噪声容限大。,CMOS门电路,CMOS数字集成电路是利用NMOS管和PMOS管巧妙组合成的电路，属于一种微功耗的数字集成电路。主要系列有：1标准型4000B/4500B系列 该系列是以美国RCA公司的CD4000B系列和CD4500B系列制定的，与美国Motorola公司的MC14000B系列和MC14500B系列产品完全兼容。该系列产品的最大特点是工作电源电压范围宽（318V）、功耗最小、速度较低、品种多、价格低廉，是目前CMOS集成电路的主要应用产品。,CMOS门电路,274HC 系列 54/74HC 系列是高速CMOS标准逻辑电路系列，具有与74LS 系列同等的工作度和CMOS集成电路固有的低功耗及电源电压范围宽等特点。74HCxxx是74LSxxx同序号的翻版，型号最后几位数字相同，表示电路的逻辑功能、管脚排列完全兼容，为用74HC替代74LS提供了方便。374AC 系列 该系列又称“先进的CMOS集成电路”，54/74AC 系列具有与74AS系列等同的工作速度和与CMOS集成电路固有的低功耗及电源电压范围宽等特点。,CMOS集成电路的主要特点有,（1）具有非常低的静态功耗。在电源电压VCC=5V时，中规模集成电路的静态功耗小于100mW。（2）具有非常高的输入阻抗。正常工作的CMOS集成电路，其输入保护二极管处于反偏状态，直流输入阻抗大于100M。（3）宽的电源电压范围。CMOS集成电路标准4000B/4500B系列产品的电源电压为318V。（4）扇出能力强。在低频工作时，一个输出端可驱动CMOS器件50个以上输入端。（5）抗干扰能力强。CMOS集成电路的电压噪声容限可达电源电压值的45%，且高电平和低电平的噪声容限值基本相等。（6）逻辑摆幅大。CMOS电路在空载时，输出高电平VOHVCC-0.05V，输出低电平V0L0.05V。,CMOS集成电路使用应注意的问题,1正确选择电源 由于CMOS集成电路的工作电源电压范围比较宽（CD4000B/4500B：318V），选择电源电压时首先考虑要避免超过极限电源电压。其次要注意电源电压的高低将影响电路的工作频率。降低电源电压会引起电路工作频率下降或增加传输延迟时间。例如CMOS触发器，当Vcc由+15V下降到+3V时，其最高频率将从10MHz下降到几十kHz。防止CMOS电路出现可控硅效应的措施 当CMOS电路输入端施加的电压过高（大于电源电压）或过低（小于V），或者电源电压突然变化时，电源电流可能会迅速增大，烧坏器件，这种现象称为可控硅效应。预防可控硅效应的措施主要有：（1）输入端信号幅度不能大于Vcc和小于0V。（2）要消除电源上的干扰。（3）在条件允许的情况下，尽可能降低电源电压。如果电路工作频率比较低，用+5V电源供电最好。（4）对使用的电源加限流措施，使电源电流被限制在30mA以内。,CMOS集成电路使用应注意的问题,对输入端的处理在使用CMOS电路器件时，对输入端一般要求如下：（1）应保证输入信号幅值不超过CMOS电路的电源电压。即满足VSSVIVcc，一般VSSV。（2）输入脉冲信号的上升和下降时间一般应小于数ms，否则电路工作不稳定或损坏器件。（3）所有不用的输入端不能悬空，应根据实际要求接入适当的电压（Vcc或V）。由于CMOS集成电路输入阻抗极高，一旦输入端悬空，极易受外界噪声影响，从而破坏了电路的正常逻辑关系，也可能感应静电，造成栅极被击穿。,CMOS集成电路使用应注意的问题,对输出端的处理（1）CMOS电路的输出端不能直接连到一起。否则导通的P沟道MOS场效应管和导通的N沟道MOS场效应管形成低阻通路，造成电源短路。（2）在CMOS逻辑系统设计中，应尽量减少电容负载。电容负载会降低CMOS集成电路的工作速度和增加功耗。（3）CMOS电路在特定条件下可以并联使用。当同一芯片上个以上同样器件并联使用（例如各种门电路）时，可增大输出灌电流和拉电流负载能力，同样也提高了电路的速度。但器件的输出端并联，输入端也必须并联。（4）从CMOS器件的输出驱动电流大小来看，CMOS电路的驱动能力比TTL电路要差很多，一般CMOS器件的输出只能驱动一个LS-TTL负载。但从驱动和它本身相同的负载来看，CMOS的扇出系数比TTL电路大的多（CMOS的扇出系数500）。CMOS电路驱动其他负载，一般要外加一级驱动器接口电路。,TTL数字集成电路,这类集成电路内部输入级和输出级都是晶体管结构，属于双极型数字集成电路。其主要系列有：174 系列这是早期的产品，现仍在使用，但正逐渐被淘汰。274H 系列这是74 系列的改进型，属于高速TTL产品。其“与非门”的平均传输时间达10ns左右，但电路的静态功耗较大，目前该系列产品使用越来越少，逐渐被淘汰。374S 系列这是TTL的高速型肖特基系列。在该系列中，采用了抗饱和肖特基二极管，速度较高，但品种较少。474LS 系列这是当前TTL类型中的主要产品系列。品种和生产厂家都非常多。性能价格比比较高，目前在中小规模电路中应用非常普遍。574ALS 系列这是“先进的低功耗肖特基”系列。属于74LS 系列的后继产品，速度（典型值为4ns）、功耗（典型值为1mW）等方面都有较大的改进，但价格比较高。674AS 系列这是74S 系列的后继产品，尤其速度（典型值为1.5ns）有显著的提高，又称“先进超高速肖特基”系列。,TTL集成电路使用应注意的问题,正确选择电源电压TTL集成电路的电源电压允许变化范围比较窄，一般在4.5V5.5V之间。在使用时更不能将电源与地颠倒接错，否则将会因为过大电流而造成器件损坏。对输入端的处理TTL集成电路的各个输入端不能直接与高于+5.5V和低于-0.5V的低内阻电源连接。对多余的输入端最好不要悬空。虽然悬空相当于高电平，并不影响“与门、与非门”的逻辑关系，但悬空容易接受干扰，有时会造成电路的误动作。因此，多余输入端要根据实际需要作适当处理。例如“与门、与非门”的多余输入端可直接接到电源Vcc上；也可将不同的输入端共用一个电阻连接到Vcc上；或将多余的输入端并联使用。对于“或门、或非门”的多余输入端应直接接地。对于触发器等中规模集成电路来说，不使用的输入端不能悬空，应根据逻辑功能接入适当电平。对于输出端的处理除“三态门、集电极开路门”外，TTL集成电路的输出端不允许并联使用。如果将几个“集电极开路门”电路的输出端并联,实现线与功能时，应在输出端与电源之间接入一个计算好的上拉电阻。集成门电路的输出更不允许与电源或地短路，否则可能造成器件损坏。,TTL集成电路使用应注意的问题,与门、与非门多余输入端的处理方法,TTL集成电路使用应注意的问题,或门、或非门中多余输入端的处理,数字集成电路的应用要点,仔细认真查阅使用器件型号的资料 对于要使用的集成电路，首先要根据手册查出该型号器件的资料，注意器件的管脚排列图接线，按参数表给出的参数规范使用，在使用中，不得超过最大额定值（如电源电压、环境温度、输出电流等），否则将损坏器件。注意电源电压的稳定性 为了保证电路的稳定性，供电电源的质量一定要好，要稳压。在电源的引线端并联大的滤波电容，以避免由于电源通断的瞬间而产生冲击电压。更注意不要将电源的极性接反，否则将会损坏器件。,数字集成电路的应用要点,采用合适的方法焊接集成电路 在需要弯曲管脚引线时，不要靠近根部弯曲。焊接前不允许用刀刮去引线上的镀金层，焊接所用的烙铁功率不应超过25W，焊接时间不应过长。焊接时最好选用中性焊剂。焊接后严禁将器件连同印制线路板放入有机溶液中浸泡。注意设计工艺，增强抗干扰措施 在设计印刷线路板时，应避免引线过长，以防止窜扰和对信号传输延迟。此外要把电源线设计的宽些，地线要进行大面积接地，这样可减少接地噪声干扰。,
