第23 集成逻辑门电路精选PPT.ppt

第23 集成逻辑门电路第1页，此课件共43页哦 教学内容：教学内容：4.2 4.2 集成逻辑门集成逻辑门4.34.3TTLTTL和和CMOSCMOS反相器的电压传输特性反相器的电压传输特性4.44.4OCOC门、三态门、传输门的用法门、三态门、传输门的用法4.54.5不同逻辑门多余端的处理方法不同逻辑门多余端的处理方法第2页，此课件共43页哦集成电路：集成电路：把二极管、三极管、电阻和连线都制作把二极管、三极管、电阻和连线都制作 在一块半导体基片上构成具有一定功能的电路。在一块半导体基片上构成具有一定功能的电路。集成电路分类：集成电路分类：为线性集成电路、为线性集成电路、数字集成电路数字集成电路、混合集成电路。、混合集成电路。数字集成电路可分为：数字集成电路可分为：SSI、MSI、LSI、VLSI。SSI从功能可分为从功能可分为门电路、触发器门电路、触发器 门电路从集成工艺可分为门电路从集成工艺可分为双极型、双极型、MOS型型 双极型工艺可分为双极型工艺可分为TTL、HTL、ECL、I2L MOS型工艺可分为型工艺可分为NMOS、PMOS、CMOS4.集成门电路集成门电路第3页，此课件共43页哦.TTLTTL反相器反相器输入级输入级输入级输入级中间级中间级中间级中间级输出级输出级输出级输出级（1）结构原理）结构原理第4页，此课件共43页哦T1R1+Vcc 设设 uA=0.3V 则则 VB1=0.3+0.7=1V T2、T5 截截 止止 T3、T4导导 通通+5VAT1R1R2T2T4T5R3R4uo (Y)拉电流拉电流VB1=1Vuo=3.6Vuo=5 ube3 ube4 uR2（小）（小）=5 0.7 0.7 =3.6V Y=1.TTL.TTL 反相器反相器第5页，此课件共43页哦设设 uA=3.6V VB1升高，足以使升高，足以使T2,T5导通，导通，uo=0.3V，Y=0 且且VB1=2.1V，T1发射结全部反偏。发射结全部反偏。VC2=VCE2+VBE5=0.3+0.7=1V，使使T3导通，导通，T4截止。截止。+5VAT1R1R2T2T4T5R3R4uo (Y)灌电流灌电流T1R1+VccVB1=2.1VVC2=1Vuo=0.3V.TTL.TTL 反相器反相器第6页，此课件共43页哦输出高电平：输出高电平：VOH=3.4V输出低电平：输出低电平：VOL=0.2V阈值电压：阈值电压：VTH=1.4V（2）TTL反相器的电压传输特性反相器的电压传输特性VTHTHAB段：段：UI0.6伏，截止区；伏，截止区；BC段：段：0.6伏伏UI1.3伏，线性区；伏，线性区；CD段：段：UI1.4伏，转折区；伏，转折区；DE段：段：UI1.4伏，饱和区。伏，饱和区。第7页，此课件共43页哦）输出高电平电压VOH 在正逻辑体制中代表逻辑“1”的输出电压。VOH的理论值为3.4V，产品规定产品规定 VOH（min）=2.4V。2 2）输出低电平电压VOL正逻辑体制中代表逻辑“0”的输出电压。VOL的理论值为0.3V，产品规定产品规定 VOL（max）=0.4V。相关参数：相关参数：第8页，此课件共43页哦3 3）关门电平电压）关门电平电压VOFF 当输出电压下降到VOH（min）时对应的输入电压。即输入低电压的最大值。产品规定产品规定 VIL（max）=0.8V。）开门电平电压）开门电平电压VON当输出电压下降到VOL（max）时对应的输入电压。即输入高电平的最小值。产品规定产品规定 VIH（min）=2V。第9页，此课件共43页哦Vth常被形象化地称为门槛电压门槛电压。Vth的值为1.3V1.V。5）阈值电压）阈值电压Vth 电压传输特性的过渡区所对应的输入电压，是决定输出高、低电压的分界线。近似地：VthVOFFVON 即 ViVth，与非门关门，输出高电平；ViVth，与非门开门，输出低电平。第10页，此课件共43页哦 高电平噪声容限高电平噪声容限VNH 低电平噪声容限低电平噪声容限VNLV VNLNLV VOFF OFF-V VOLOL（maxmax）0.8V0.8V-0.4V0.4V0.4V0.4V V VNHNHV VOHOH（minmin）-V VON ON 2.4V2.4V-2.0V2.0V0.4V0.4VV Vo oV VI IV Vo oHH(min)(min)V VIHIH(min)(min)V Vo oL L(max)(max)V VI IL L(max)(max)V VNHNHV VNLNL6）噪声容限：）噪声容限：第11页，此课件共43页哦标准标准标准标准TTLTTL门的输入门的输入门的输入门的输入/输出逻辑电平输出逻辑电平第12页，此课件共43页哦1）输入伏安特性）输入伏安特性1IiIi=f(Vi)输入短路电流输入短路电流:IIL=1mA输入漏电流：输入漏电流：IIH=40A+ViVi(V)Ii(mA)11.40 0拉拉电电流流灌灌电电流流（3）TTL反相器的静态输入和输出特性反相器的静态输入和输出特性第13页，此课件共43页哦Vo=f(IL)输出为高电平输出为高电平：带拉电流负载带拉电流负载输出为低电平输出为低电平：带灌电流负载带灌电流负载1+VoHIL(max)IL(mA)Vo(V)3.60 0IL(mA)Vo(V)0 01+VoLVH(min)IL IL）输出特性）输出特性第14页，此课件共43页哦+Vi_1Ri输入端短路接地相当于接低电平输入端短路接地相当于接低电平输入端电阻小于输入端电阻小于0.7K时相当于接低电平时相当于接低电平输入端电阻大于输入端电阻大于1.5K时相当于接高电平时相当于接高电平输入端悬空时相当于接高电平输入端悬空时相当于接高电平1.4Ri(K)Vi(V)0 0VB1 2.1VVE1 1.4V3）输入负载特性）输入负载特性 Vi=f（Ri）第15页，此课件共43页哦4 4）TTL非门的传输延迟时间非门的传输延迟时间tpd导通延迟时间导通延迟时间tPHL 从输入波形上升沿中点到输出波形从输入波形上升沿中点到输出波形 下降沿的中点所经历的时间。下降沿的中点所经历的时间。截止延迟时间截止延迟时间tPLH 从输入波形下降沿的中点到输出波形从输入波形下降沿的中点到输出波形 上升沿的中点所经历的时间。上升沿的中点所经历的时间。一般一般TTL与非门传输延迟时间与非门传输延迟时间tpd的值为几纳秒十几个纳秒。的值为几纳秒十几个纳秒。与非门的传输延迟时间：与非门的传输延迟时间：tPHLPHLtPLHPLH第16页，此课件共43页哦5)集成逻辑电路的扇入和扇出系数集成逻辑电路的扇入和扇出系数 IOHLow输出高电平输出高电平V VOHOHV VIHIHIIH驱动门驱动门负载门负载门负载门负载门IOLHighHigh输出低电平输出低电平V VOLOLV VILILIIL驱动门驱动门负载门负载门负载门负载门第17页，此课件共43页哦.其他逻辑功能的其他逻辑功能的TTL门门 TTL门电路门电路常见的类型有：常见的类型有：与门、或门、与非门、或非门、与或非门、异或门等；与门、或门、与非门、或非门、与或非门、异或门等；TTL门电路输入端、端出端的电路结构形式门电路输入端、端出端的电路结构形式与反相器基本相同；与反相器基本相同；反相器的特性反相器的特性同样适用所有的同样适用所有的TTL门电路门电路第18页，此课件共43页哦*由由DTLDTL门到门到TTLTTL门门第19页，此课件共43页哦T1R1+Vcc 设设 uA=0.3V 则则 VB1=0.3+0.7=1V T2、T5 截截 止止 T3、T4导导 通通+5VABCT1R1R2T2T3T4T5R3R5R4uo (Y)拉电流拉电流VB1=1Vuo=3.6V*TTL与非门与非门uo=5 ube3 ube4 uR2（小）（小）=5 0.7 0.7 =3.6V Y=1第20页，此课件共43页哦设设 uA=uB=uC=3.6V VB1升高，足以使升高，足以使T2,T5导通，导通，uo=0.3V，Y=0 且且VB1=2.1V，T1发射结全部反偏。发射结全部反偏。VC2=VCE2+VBE5=0.3+0.7=1V，使使T3导通，导通，T4截止。截止。+5VABCT1R1R2T2T3T4T5R3R5R4uo (Y)灌电流灌电流T1R1+VccVB1=2.1VVC2=1Vuo=0.3V*TTL与非门与非门第21页，此课件共43页哦*TTL与非门举例与非门举例74LS0074LS0074LS0074LS00是一种典型的是一种典型的TTL与非门器件，与非门器件，内部含有内部含有4 4个个2 2输入端与非门，共有输入端与非门，共有1414个引脚。个引脚。第22页，此课件共43页哦集电极开路门（集电极开路门（OC门）门）将普通门的集电极开路将普通门的集电极开路第23页，此课件共43页哦OCOC门主要有以下几方面的应用：门主要有以下几方面的应用：门主要有以下几方面的应用：门主要有以下几方面的应用：（2 2 2 2）实现电平转换）实现电平转换）实现电平转换）实现电平转换（3 3）用做驱动器）用做驱动器 （1 1 1 1）实现线与逻辑功能）实现线与逻辑功能10V例如驱动发光二极管电路例如驱动发光二极管电路第24页，此课件共43页哦OC门进行线与时，外接上拉电阻门进行线与时，外接上拉电阻RP的选择：的选择：得：得：（1）当输出高电平时，当输出高电平时，RP不能太大。不能太大。RP为最大值时要保证输出电压为为最大值时要保证输出电压为VOH（min），由由第25页，此课件共43页哦（2）当输出低电平时，）当输出低电平时，RP不能太小。不能太小。RP为最小值时要保证输出电压为为最小值时要保证输出电压为VOL（max），由由所以：所以：RP（min）RPRP（max）得：得：第26页，此课件共43页哦EN=0时时，二极管二极管D导通，输出端开路（高阻状态）导通，输出端开路（高阻状态）+5VABT1R1R2T2T3T4T5R3R5R4YDEN VB1=1VVB3=1V三态输出门三态输出门EN=1时，时，二极管二极管D截止，截止，Y=AB第27页，此课件共43页哦三态输出门三态输出门当当EN=1时，时，G输出为0，T4、T3都截止。这时输出端呈现高阻，称为高阻态高阻态，或禁止态禁止态。当当EN=0时，时，G输出为1，D1截止，相当于一个正常的二输入端与非门，称为正常工作状态正常工作状态正常工作状态正常工作状态。使能端低电平有效使能端低电平有效使能端高电平有效使能端高电平有效第28页，此课件共43页哦（b）组成双向总线，实现信号的分时双向传送。）组成双向总线，实现信号的分时双向传送。三态门的应用举例：三态门的应用举例：（a）组成单向总线，实现信号的分时单向传送）组成单向总线，实现信号的分时单向传送.三态门在计算机总线结构中有着广泛的应用。三态门在计算机总线结构中有着广泛的应用。第29页，此课件共43页哦1.1.1.1.N N沟道增强型绝缘栅场效应管沟道增强型绝缘栅场效应管沟道增强型绝缘栅场效应管沟道增强型绝缘栅场效应管SiO2结构示意图结构示意图P型硅衬底型硅衬底源极源极S栅极栅极G漏极漏极D 衬底引线衬底引线BN+N+DBSG符号符号4.C CMOS集成门电路集成门电路第30页，此课件共43页哦.CMOS非门非门CMOS逻辑门电路逻辑门电路是由是由N沟道沟道MOSFET和和P沟道沟道MOSFET互补而成。互补而成。（1 1）逻辑关系：）逻辑关系：）逻辑关系：）逻辑关系：设设VDD（VTN+|VTP|）且且VTN=|VTP|）（2）当）当Vi=VDD时：时：TN导通，导通，TP截止，截止，输出输出VO0V。（1）当）当Vi=0V时：时：TN截止，截止，TP导通。导通。输出输出VOVDD。第31页，此课件共43页哦（2 2）电压传输特性）电压传输特性）电压传输特性）电压传输特性：（设（设:VDD=10V，VTN=|VTP|=2V）1 1）当）当Vi2 2V：TN截止，截止，TP导通，导通，输出输出VoVDD=10=10V。2 2）当）当2 2VVi5 5V：TN工作在饱和区，工作在饱和区，TP工作在可变电阻区。工作在可变电阻区。3 3）当）当Vi=5=5V：两管都工作在饱和区，两管都工作在饱和区，Vo=（VDD/2/2）=5=5V。4 4）当）当5 5VVi8 8V：TP工作在饱和区，工作在饱和区，TN工作在可变电阻区。工作在可变电阻区。5 5）当）当Vi8 8V：TP截止，截止，TN导通，输出导通，输出Vo=0=0V。可见：可见：CMOS门电路的阈值电压门电路的阈值电压 Vth=VDD/2/2第32页，此课件共43页哦（3 3 3 3）工作速度）工作速度）工作速度）工作速度由于CMOS非门电路工作时总有一个管子导通，所以当带电容负载时，给电容充电和放电都比较快。CMOS非门的平均传输延迟时间约为10ns。V VDDDD导通导通导通导通截止截止截止截止0V0VV VDDDD0V0V截止截止截止截止导通导通导通导通第33页，此课件共43页哦CMOS三态门三态门当EN=0时，TP2和TN2同时导通，为正常的非门，输出:当EN=1时，TP2和TN2同时截止，输出为高阻状态。所以，这是一个低电平有效的三态门。第34页，此课件共43页哦CMOS传输门传输门（设两管的开启电压VTN=|VTP|）（1 1）当）当C接高电平接高电平VDD若Vi在0VVDD的范围变化，至少有一管导通，相当于一闭合开关，将输入传到输出，即Vo=Vi。（2 2）当）当C接低电平接低电平0 0VVi在0VVDD的范围变化时，TN和TP都截止，输出呈高阻状态，相当于开关断开。第35页，此课件共43页哦6CMOS双向模拟开关双向模拟开关（1 1）当）当C接高电平接高电平VDD若Vi在0VVDD的范围变化，将输入传到输出，即Vo=Vi。（2 2）当）当C接低电平接低电平0 0VVi在0VVDD的范围变化时，输出呈高阻状态，相当于开关断开。第36页，此课件共43页哦4.4.多余输入端的处理多余输入端的处理 前级驱动能力允许时也可以与有用的输入端并联使用。（1）对于与非门及与门，多余输入端应接高电平）对于与非门及与门，多余输入端应接高电平（2）对于或非门及或门，多余输入端应接低电平）对于或非门及或门，多余输入端应接低电平直接接电源正端，或通过上拉电阻接电源正端；直接接地与有用的输入端并联使用第37页，此课件共43页哦4.4.多余输入端的处理多余输入端的处理（3）CMOS 门接电阻时的情况门接电阻时的情况第38页，此课件共43页哦*TTL*TTL集成电路逻辑门及同类集成电路逻辑门及同类集成电路逻辑门及同类集成电路逻辑门及同类CMOSCMOS器件系列器件系列 TTL门电路门电路74（民用）（民用）系列系列54（军用）系列（军用）系列子系列子系列子系列子系列 74：标准：标准TTL（Standard TTL）。）。74L：低功耗：低功耗TTL（Low-power TTL）。）。74S：肖特基：肖特基TTL（Schottky TTL）。）。74AS：先进肖特基：先进肖特基TTL（Advanced Schottky TTL）。）。74LS：低功耗肖特基：低功耗肖特基TTL（Low-power Schottky TTL）。）。74ALS：先进低功耗肖特基：先进低功耗肖特基TTL（Advanced Low-power Schottky TTL）第39页，此课件共43页哦*TTL集成电路逻辑门及同类集成电路逻辑门及同类CMOS器件系列器件系列 74L 74ALS74LS74AS 7474S最小最小最大最大74AS 74S 74ALS 74LS7474L最快最快最慢最慢TTL系列系列功耗功耗TTL系列系列速度速度表表2-13 TTL系列速度及功耗的比较系列速度及功耗的比较表2-14 54系列与74系列的比较系列电源电压（V）环境温度（）544.5 5.555 +125744.75 5.250 70第40页，此课件共43页哦2.逻辑器件的输入逻辑器件的输入/输出逻辑电平输出逻辑电平 标准标准TTL电路则有：电路则有：定义为逻辑定义为逻辑0的低电平输入电压范围的低电平输入电压范围VIL：00.8V。定义为逻辑定义为逻辑1的高电平输入电压范围的高电平输入电压范围VIH：25V。定义为逻辑定义为逻辑0的低电平输出电压范围的低电平输出电压范围VOL：不大于：不大于0.3V。定义为逻辑定义为逻辑1的高电平输出电压范围的高电平输出电压范围VOH：不小于：不小于2.4V。5V CMOS电路：电路：定义为逻辑定义为逻辑0的低电平输入电压范围的低电平输入电压范围VIL：0 0.5V。定义为逻辑定义为逻辑1的高电平输入电压范围的高电平输入电压范围VIH：2.55V。定义为逻辑定义为逻辑0的低电平输出电压范围的低电平输出电压范围VOL：不大于：不大于0.1V。定义为逻辑定义为逻辑1的高电平输出电压范围的高电平输出电压范围VOH：不小于：不小于4.4V。*集成电路门的性能参数集成电路门的性能参数 1.器件的工作电源电压器件的工作电源电压 TTL集成电路的标准直流电源电压为集成电路的标准直流电源电压为5V，最低，最低4.5V，最高，最高5.5V。第41页，此课件共43页哦&ABY 与与 ABY或或1YA非非1BAL=&ABYCD11ENAL第42页，此课件共43页哦谢谢观看！第43页，此课件共43页哦