數(shù)字電子技術(shù)第二章PPT課件

1、數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)2.1 2.1 概述概述圖圖2.1.1 2.1.1 正邏輯和負(fù)邏輯正邏輯和負(fù)邏輯對元、器件參數(shù)精度和電源穩(wěn)定度較模擬電路低一些。第1頁/共86頁數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)2.1 2.1 概述概述圖圖2.1.2 2.1.2 獲得高、低電平的基本原理獲得高、低電平的基本原理(a)(a)單開關(guān)電路單開關(guān)電路(b)(b)互補(bǔ)開關(guān)電路互補(bǔ)開關(guān)電路4、獲得高、低電平的基本原理如圖2.1.2所示。缺陷？第2頁/共86頁半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性2.2 2.2 半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)一、半導(dǎo)體二極管的開關(guān)特性一、半導(dǎo)體二極管的開關(guān)特

2、性圖圖2.2.1 2.2.1 二極管開關(guān)電路結(jié)構(gòu)及電路示意二極管開關(guān)電路結(jié)構(gòu)及電路示意 VON: 硅0.60.7V; 鍺0.20.3V第3頁/共86頁2.2 2.2 半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)(a)圖圖2.2.2 2.2.2 二極管伏安特性的幾種近似方法（靜態(tài)分析）二極管伏安特性的幾種近似方法（靜態(tài)分析）(a)Von(a)Von和和r rD D均不可忽略均不可忽略 (b) (b) Von不可忽略 (c) (c) Von和rD均可忽略 (b)(c) 1(TVvSeIi第4頁/共86頁2.2 2.2 半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子

3、技術(shù)圖圖2.2.3 2.2.3 二極管的動態(tài)電流波形二極管的動態(tài)電流波形V第5頁/共86頁2.2 2.2 半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)二、半導(dǎo)體三極管的開關(guān)特性二、半導(dǎo)體三極管的開關(guān)特性1、三極管的特點(diǎn)：圖圖2.2.4 2.2.4 雙極型雙極型(NPN)(NPN)三極管的輸出特性曲線三極管的輸出特性曲線思考：模電和數(shù)電的區(qū)別？bce第6頁/共86頁2.2 2.2 半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)2 2、三極管開關(guān)電路分析：、三極管開關(guān)電路分析：圖圖2.2.5 2.2.5 雙極型三極管的開關(guān)等效電路雙極型三極管的開關(guān)等效電路(a

4、)(a)截止?fàn)顟B(tài)截止?fàn)顟B(tài) (b)(b)飽和導(dǎo)通狀態(tài)飽和導(dǎo)通狀態(tài)(a)(b)ICEO第7頁/共86頁2.2 2.2 半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)3 3、三極管開關(guān)電路動態(tài)分析：、三極管開關(guān)電路動態(tài)分析：圖圖2.2.6 2.2.6 雙極型三極管的動態(tài)開關(guān)特性（結(jié)電容效應(yīng)）雙極型三極管的動態(tài)開關(guān)特性（結(jié)電容效應(yīng)）第8頁/共86頁2.2 2.2 半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)三、三、MOSMOS管的開關(guān)特性管的開關(guān)特性1、MOS管的結(jié)構(gòu)：圖圖2.2.7 MOS2.2.7 MOS管的結(jié)構(gòu)和符號管的結(jié)構(gòu)和符號VGS(TH):14

5、V第9頁/共86頁2.2 2.2 半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)2 2、MOSMOS管的輸入特性和輸出特性：管的輸入特性和輸出特性：圖圖2.2.8 MOS2.2.8 MOS管共源接法和輸出特性曲線管共源接法和輸出特性曲線（a a）共源接法）共源接法 （b b）輸出特性曲線）輸出特性曲線恒流區(qū)截止區(qū)可變電阻區(qū)第10頁/共86頁2.2 2.2 半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)3 3、MOSMOS管的基本開關(guān)電路：管的基本開關(guān)電路：圖圖2.2.9 MOS2.2.9 MOS管的基本開關(guān)電路及其等效電路管的基本開關(guān)電路及其等效電路第11頁

6、/共86頁2.2 2.2 半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)4 4、MOSMOS管的四種類型（列表）：管的四種類型（列表）：第12頁/共86頁2.2 2.2 半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)4 4、MOSMOS管的四種類型（續(xù)）：管的四種類型（續(xù)）：第13頁/共86頁2.2 2.2 半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)第14頁/共86頁分立元件門電路分立元件門電路2.3 2.3 分立元件門電路分立元件門電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)一、二極管與門一、二極管與門圖圖2.3.1 2.3.1 二極管與門二極管與門

7、第15頁/共86頁2.3 2.3 分立元件門電路分立元件門電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)二、二極管或門二、二極管或門圖圖2.3.2 2.3.2 二極管或門二極管或門第16頁/共86頁2.3 2.3 分立元件門電路分立元件門電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)三、三極管非門（反相器）三、三極管非門（反相器）bV圖圖2.3.3 2.3.3 三極管非門（反相器）三極管非門（反相器）BSbIi 第17頁/共86頁2.3 2.3 分立元件門電路分立元件門電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)四、其它電路四、其它電路圖圖2.3.4 2.3.4 與非門電路與非門電路第18頁/共86頁2.3 2.3 分立元件門電路分立元件門電路

8、數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)思考：如何用分立元件畫出與或非門、異或門和同或門的電路圖？圖圖2.3.5 2.3.5 或非門電路或非門電路第19頁/共86頁雙極型集成門電路雙極型集成門電路2.4 2.4 雙極型集成門電路雙極型集成門電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)2.4.1 集成電路概述集成電路概述 目前，數(shù)字電路中，集成電路已幾乎取代了分立元件電路。 所謂集成電路，即把電路中的半導(dǎo)體器件、電阻、電容及連線等制作在一個半導(dǎo)體基片上，構(gòu)成一個完整的電路，并封裝在一個管殼內(nèi)。 集成電路的優(yōu)點(diǎn)：體積小、重量輕、可靠性高、壽命長、功耗小、成本低、工作速度高。 通常把一個封裝內(nèi)含有等效邏輯門的個數(shù)或元器件的個數(shù)定義

9、為集成度。第20頁/共86頁2.4 2.4 雙極型集成門電路雙極型集成門電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)圖圖2.4.1 2.4.1 集成電路圖例集成電路圖例第21頁/共86頁亞微米(0.5到1微米)深亞微米(小于0.5 m)超深亞微米(小于0.25 m ，目前已經(jīng)到了0.03 m)。集成電路工藝特征尺寸集成電路工藝特征尺寸第22頁/共86頁單個芯片上的晶體管數(shù)單個芯片上的晶體管數(shù)第23頁/共86頁集成電路芯片面積集成電路芯片面積第24頁/共86頁集成電路的電源電壓集成電路的電源電壓第25頁/共86頁集成電路的時鐘頻率集成電路的時鐘頻率第26頁/共86頁平均每個晶體管價格平均每個晶體管價格第27頁/

10、共86頁SSI-MSI-LSI-VLSI-ULSI-GSI-SOC集成電路發(fā)展的規(guī)模集成電路發(fā)展的規(guī)模第28頁/共86頁集成電路發(fā)展集成電路發(fā)展 集成電路的迅速發(fā)展，集成電路的迅速發(fā)展，關(guān)鍵就在于集成電路的關(guān)鍵就在于集成電路的布圖布圖設(shè)計水平設(shè)計水平的迅速提高，集成的迅速提高，集成電路的布圖設(shè)計由此而日益電路的布圖設(shè)計由此而日益復(fù)雜而精密。這些技術(shù)的發(fā)復(fù)雜而精密。這些技術(shù)的發(fā)展，使得集成電路的發(fā)展進(jìn)展，使得集成電路的發(fā)展進(jìn)入了一個新的發(fā)展的入了一個新的發(fā)展的里程碑里程碑。第29頁/共86頁2.4 2.4 雙極型集成門電路雙極型集成門電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù) 數(shù)字集成電路按輸出結(jié)構(gòu)分可分為：

11、 # # 推拉式輸出或CMOSCMOS反相器輸出 # OC# OC輸出或ODOD輸出 三態(tài)輸出第30頁/共86頁2.4 2.4 雙極型集成門電路雙極型集成門電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù) 數(shù)字集成電路按制造工藝不同可分為： 雙極型： * TTL常用之一，速度較快，功率較大； * HTL抗干擾強(qiáng)，速度低； * ECL速度快，功耗大； * IIL 集成度很大，功耗最低，抗干擾差， 速度低； MOS型：* CMOS常用之一，低功耗，抗干擾能力強(qiáng)； * NMOS * PMOS Bi-CMOS型：功率小，輸出阻抗小。第31頁/共86頁2.4 2.4 雙極型集成門電路雙極型集成門電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)

12、2.4.2 TTL集成門電路集成門電路（一）（一） TTLTTL集成門電路的結(jié)構(gòu)集成門電路的結(jié)構(gòu)圖圖2.4.2 TTL2.4.2 TTL集成門電路結(jié)構(gòu)圖集成門電路結(jié)構(gòu)圖第32頁/共86頁2.4 2.4 雙極型集成門電路雙極型集成門電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)1 1、輸入級形式（一）、輸入級形式（一）第33頁/共86頁2.4 2.4 雙極型集成門電路雙極型集成門電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)1 1、輸入級形式（二）、輸入級形式（二）第34頁/共86頁2.4 2.4 雙極型集成門電路雙極型集成門電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)2 2、中間級、中間級形式形式第35頁/共86頁2.4 2.4 雙極型集成門電

13、路雙極型集成門電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)3 3、輸出級形式（一）、輸出級形式（一）輸出電阻很低；輸出高低電平固定；驅(qū)動能力較弱。輸出電平可變；驅(qū)動能力增強(qiáng)；可“線與”。第36頁/共86頁2.4 2.4 雙極型集成門電路雙極型集成門電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)3 3、輸出級形式（二）、輸出級形式（二）達(dá)林頓結(jié)構(gòu),可加速開關(guān)過程；輸出電阻減小，速度增快；靜態(tài)功耗增加，驅(qū)動能力增強(qiáng)。第37頁/共86頁2.4 2.4 雙極型集成門電路雙極型集成門電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)一、 TTL反相器（二） 幾種典型的TTL集成門電路AAAA電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)第38頁/共86頁2.3 2.3 雙極型集成門電路雙

14、極型集成門電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)一、 TTL反相器電壓傳輸特性電壓傳輸特性第39頁/共86頁2.3 2.3 雙極型集成門電路雙極型集成門電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)一、 TTL反相器輸入噪聲容限輸入噪聲容限噪聲容限：噪聲容限：在保證輸出高、低電平基本不變（或者說變化的大小不超過允許限度）的條件下，允許輸入電平有一定的波動范圍。74系列門電路輸入高電平和低電平時的噪聲容限分別為：系列門電路輸入高電平和低電平時的噪聲容限分別為： VNH=VOH(min)-VIH(min)=0.4V VNL=VIL(max)-VOL(max )=0.4V第40頁/共86頁2.4 2.4 雙極型集成門電路雙極型

15、集成門電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)二、 TTL集成與非門ABABABAB懸空？第41頁/共86頁2.4 2.4 雙極型集成門電路雙極型集成門電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)三、 其它邏輯功能的TTL門電路A+BABA+BA+B或非門1、幾種復(fù)合門電路第42頁/共86頁2.4 2.4 雙極型集成門電路雙極型集成門電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)ABCDAB+CDAB+CDAB+CD與或非門第43頁/共86頁2.4 2.4 雙極型集成門電路雙極型集成門電路數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)A+BAB異或門A B第44頁/共86頁2.4 2.4 雙極型集成門電路雙極型集成門電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)2、集電

16、極開路（OC）與非門圖圖2.4.3 2.4.3 推拉式輸出級并聯(lián)的情況推拉式輸出級并聯(lián)的情況第45頁/共86頁2.4 2.4 雙極型集成門電路雙極型集成門電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)圖圖2.4.4 OC2.4.4 OC門與非門電路結(jié)構(gòu)及國標(biāo)符號門與非門電路結(jié)構(gòu)及國標(biāo)符號第46頁/共86頁2.4 2.4 雙極型集成門電路雙極型集成門電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)圖圖2.4.5 OC2.4.5 OC門輸出并聯(lián)的接法和邏輯圖門輸出并聯(lián)的接法和邏輯圖第47頁/共86頁2.3 2.3 雙極型集成門電路雙極型集成門電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù) 工作時需工作時需外接外接負(fù)載電阻（負(fù)載電阻（R RL L）和電源

17、（）和電源（VVcccc）; ; 可根據(jù)要求選擇電源，靈活得到下級電路可根據(jù)要求選擇電源，靈活得到下級電路所需電壓所需電壓; ; 可將可將OCOC門輸出端直接并聯(lián)，進(jìn)行門輸出端直接并聯(lián)，進(jìn)行“線與線與”； 有些有些OCOC門的輸出管設(shè)計尺寸較大，足以門的輸出管設(shè)計尺寸較大，足以承受較大電承受較大電 流和較高電壓流和較高電壓，可以直接驅(qū)動小型繼電器。，可以直接驅(qū)動小型繼電器。集電極開路（OC）門的特點(diǎn)第48頁/共86頁2.4 2.4 雙極型集成門電路雙極型集成門電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)3、三態(tài)輸出門使T4也截止，輸出呈高阻態(tài)第49頁/共86頁2.4 2.4 雙極型集成門電路雙極型集成門電路數(shù)

18、字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)圖圖2.4.6 2.4.6 三態(tài)與非門的電路結(jié)構(gòu)和邏輯符號三態(tài)與非門的電路結(jié)構(gòu)和邏輯符號（a a）高電平有效三態(tài)門（）高電平有效三態(tài)門（b b）低電平有效三態(tài)門）低電平有效三態(tài)門使T4也截止，輸出呈高阻態(tài)第50頁/共86頁2.4 2.4 雙極型集成門電路雙極型集成門電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)圖圖2.4.7 2.4.7 用三態(tài)輸出門用三態(tài)輸出門接成總線結(jié)構(gòu)接成總線結(jié)構(gòu)圖圖2.4.8 2.4.8 用三態(tài)輸出門實(shí)用三態(tài)輸出門實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸?shù)?1頁/共86頁2.3 2.3 雙極型集成門電路雙極型集成門電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù) 三態(tài)：低電平、高電平、三態(tài)：

19、低電平、高電平、高阻高阻; ; 可實(shí)現(xiàn)在同一根導(dǎo)線上分時傳送若干門電路的輸出可實(shí)現(xiàn)在同一根導(dǎo)線上分時傳送若干門電路的輸出 信號（即接成信號（即接成總線結(jié)構(gòu)總線結(jié)構(gòu)）; ; 可做成單輸入、單輸出的可做成單輸入、單輸出的總線驅(qū)動器總線驅(qū)動器； 還可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的還可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳輸雙向傳輸?shù)取５?。三態(tài)門（TS）的特點(diǎn)第52頁/共86頁2.4 2.4 雙極型集成門電路雙極型集成門電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)2.4.3 ECL門電路（門電路（*）一、ECL（Emitter Coupled Logic）門電路的基本單元：圖圖2.4.9 ECL2.4.9 ECL門電路的基本單元（差動放大器）門電路的基本單元

20、（差動放大器）VVVVILIH6 . 18 . 0T1、T3均工作在非飽和狀態(tài)第53頁/共86頁2.4 2.4 雙極型集成門電路雙極型集成門電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)二、四輸入ECL或/或非門電路介紹：圖圖2.4.10 ECL2.4.10 ECL或或/ /或非門的電路及邏輯符號或非門的電路及邏輯符號第54頁/共86頁2.4 2.4 雙極型集成門電路雙極型集成門電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)三、ECL門電路的主要特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 由于三極管導(dǎo)通時為非飽和狀態(tài)，所以其工作速度是各種集成門電路中最高的一種，tpd可縮短至2ns以下。 電路中電阻取值較小，邏輯電平擺幅小(0.8V)，或/或非互補(bǔ)輸出

21、，使用方便、靈活。 輸出采用射隨器，所以輸出阻抗低、帶負(fù)載能力強(qiáng)。 由于在開關(guān)工作狀態(tài)下的電源電流基本不變，所以電路內(nèi)部的開關(guān)噪聲很低。第55頁/共86頁2.4 2.4 雙極型集成門電路雙極型集成門電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 噪聲容限低。 電路功耗大。 輸出電平的穩(wěn)定性較差。 目前，ECL電路的產(chǎn)品只有中、小規(guī)模的集成電路，主要用在高速、超高速的數(shù)字系統(tǒng)和設(shè)備當(dāng)中。第56頁/共86頁2.4 2.4 雙極型集成門電路雙極型集成門電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)2.4.4 IIL門電路門電路（*）一、 （Integrated Injection Logic）電路簡介：LI2 電路的基本單

22、元是由一只NPN多集電極三極管構(gòu)成的反相器，反相器的偏流由另一只PNP三極管提供。LI2圖圖2.4.11 IIL2.4.11 IIL電路的基本邏輯單元電路的基本邏輯單元第57頁/共86頁2.4 2.4 雙極型集成門電路雙極型集成門電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)二、 電路的主要特點(diǎn)：LI2優(yōu)點(diǎn)：1）電路結(jié)構(gòu)簡單，這樣節(jié)省了硅片面積又降低了功耗； 2）各邏輯單元之間無需隔離，這樣簡化了工藝，省了片上的隔離槽，使集成度大大提高； 3）IIL電路能夠在低電壓、微電流下工作。 正因?yàn)榇?，IIL是目前雙極型電路中功耗最低的一種，且其集成度可相當(dāng)大。另外，IIL還可以與TTL電平相兼容，工藝也兼容。缺點(diǎn)：1）

23、抗干擾能力差（ ）； 2）開關(guān)速度較慢（飽和型電路， ）。VV6 . 0nstpd3020: 目前，IIL電路主要用于制作大規(guī)模集成電路的內(nèi)部邏輯電路。第58頁/共86頁2.5 MOS2.5 MOS型門電路型門電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)MOSMOS型門電路型門電路2.5.1 CMOS門電路門電路 CMOS （Complementary-Symmetery Metal Oxide Semiconductor）即“互補(bǔ)對稱金屬氧化物半導(dǎo)體” ，由于CMOS電路中巧妙的利用了N溝道增強(qiáng)型MOS管和P溝道增強(qiáng)型MOS管特性的互補(bǔ)性，因而不僅電路結(jié)構(gòu)簡單，而且具有低功耗、抗干擾能力強(qiáng)等突出特點(diǎn)，且其工

24、作速度也在逐步提高。正因如此，CMOS電路的制作工藝在數(shù)字集成電路中得到了廣泛應(yīng)用。第59頁/共86頁2.5 MOS2.5 MOS型門電路型門電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)一、一、CMOSCMOS非門（反相器）非門（反相器）圖圖2.5.1 CMOS2.5.1 CMOS反相器反相器（a a）結(jié)構(gòu)示意圖）結(jié)構(gòu)示意圖 （b b）電路圖）電路圖,)()(DDSSIPthGSNthGSDDVVVVVV條件：第60頁/共86頁2.4 MOS2.4 MOS型門電路型門電路 數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)二、二、CMOSCMOS與非門（與非門（P P并并N N串）串）圖圖2.4.2 CMOS2.4.2 CMOS與非門

25、與非門0 0X XR ROFFOFFR RX XR RX XR RONON1 11 1R RONONR RONONR ROFFOFFR ROFFOFF第61頁/共86頁2.5 MOS2.5 MOS型門電路型門電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)圖圖2.5.3 2.5.3 帶緩沖級的帶緩沖級的CMOSCMOS與非門與非門第62頁/共86頁2.4 MOS2.4 MOS型門電路型門電路 數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)三、三、CMOSCMOS或非門（或非門（P P串串N N并）并）圖圖2.4.4 CMOS2.4.4 CMOS或非門或非門缺陷？1 1X XR RONONR RX XR RX XR ROFFOFF第63

26、頁/共86頁2.5 MOS2.5 MOS型門電路型門電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)圖圖2.5.5 2.5.5 帶緩沖級的帶緩沖級的CMOSCMOS或非門或非門第64頁/共86頁2.5 MOS2.5 MOS型門電路型門電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)四、四、CMOSCMOS傳輸門和雙向模擬開關(guān)傳輸門和雙向模擬開關(guān)圖圖2.5.6 CMOS2.5.6 CMOS傳輸門電路及邏輯符號傳輸門電路及邏輯符號SDDSVI/VOVO/VI導(dǎo)通時電阻為一常數(shù)，百歐級第65頁/共86頁2.5 MOS2.5 MOS型門電路型門電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)圖圖2.5.7 CMOS2.5.7 CMOS傳輸門的應(yīng)用之一傳輸門的應(yīng)

27、用之一CMOSCMOS模擬開關(guān)模擬開關(guān)第66頁/共86頁2.5 MOS2.5 MOS型門電路型門電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)CMOSCMOS傳輸門特點(diǎn)：傳輸門特點(diǎn)： 當(dāng)C接低電平， 接高電平時，傳輸門斷開； 當(dāng)C接高電平， 接低電平時，或者VTP導(dǎo)通，或者VTN導(dǎo)通，或者二者同時導(dǎo)通，傳輸門導(dǎo)通； 由于二管為對稱結(jié)構(gòu)，所以源漏極可互換； 當(dāng)傳輸門導(dǎo)通時，當(dāng)一管導(dǎo)通電阻減小，則另一管導(dǎo)通電阻就增加，由于兩管并聯(lián)運(yùn)行，可近似認(rèn)為開關(guān)的導(dǎo)通電阻近似為一個常數(shù)，約幾百歐姆，后接運(yùn)放等輸入阻抗較大的器件時可忽略不計； 當(dāng)傳輸門導(dǎo)通時，可直接傳輸模擬信號，作模擬開關(guān)使用，可廣泛地用于采樣保持、數(shù)/模和模/

28、數(shù)轉(zhuǎn)換、斬波等電路中。CC第67頁/共86頁2.5 MOS2.5 MOS型門電路型門電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)五、五、CMOSCMOS集成門電路的特點(diǎn)集成門電路的特點(diǎn)（一）與TTL集成電路相比，CMOS電路具有如下特點(diǎn)： （1）靜態(tài)功耗低。 例：電源電壓例：電源電壓V VDDDD5V5V時，時，MSIMSI電路的靜態(tài)功耗電路的靜態(tài)功耗100mW100M100M。第68頁/共86頁2.5 MOS2.5 MOS型門電路型門電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù) （4）扇出能力強(qiáng)。 例：低頻工作時，一個輸出端可驅(qū)動例：低頻工作時，一個輸出端可驅(qū)動5050個以上的個以上的CMOSCMOS器件的輸入端。器件的輸

29、入端。 （5）抗干擾能力強(qiáng)。 例：例：CMOSCMOS集成電路的電壓噪聲容限可達(dá)電源電壓的集成電路的電壓噪聲容限可達(dá)電源電壓的4545，而且高低電平噪聲容限基本相等。，而且高低電平噪聲容限基本相等。 （6）邏輯擺幅大。 例：空載時輸出高電平例：空載時輸出高電平V VOHOH=(V=(VDDDD-0.05V)-0.05V)V VDDDD，輸出，輸出低電平低電平V VOLOL=V=VSSSS(V(VSSSS+0.05V)+0.05V)。 （7）溫度穩(wěn)定性好，且有較強(qiáng)的抗輻射能力。 （8）集成度高，功耗低，成本低。第69頁/共86頁2.5 MOS2.5 MOS型門電路型門電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)

30、 （二）CMOS電路的不足： （1）4000系列的工作速度一般比TTL電路低。 （2）功耗隨頻率的升高而顯著增大。第70頁/共86頁2.6 TTL2.6 TTL電路與電路與CMOSCMOS電路的接口電路電路的接口電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)TTLTTL電路與電路與CMOSCMOS電路的接口電路電路的接口電路 當(dāng)需要將TTL門與CMOS門兩種器件互相連接時，驅(qū)動門與負(fù)載門之間必須滿足以下關(guān)系： 驅(qū)動門 負(fù)載門 VOH(min)VIH(min) （1） VOL(max)VIL(max) （2） IOH(max) nIIH(max) （3） IOL(max) mIIL(max) （4）其中：n和m分

31、別表示負(fù)載電流中IIH、IIL的個數(shù)。第71頁/共86頁2.6 TTL2.6 TTL電路與電路與CMOSCMOS電路的接口電路電路的接口電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)表2.6.1 TTL、CMOS電路的輸入、輸出特性參數(shù)第72頁/共86頁P(yáng)2.6 TTL2.6 TTL電路與電路與CMOSCMOS電路的接口電路電路的接口電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)一、用TTL電路驅(qū)動CMOS電路例：例：用用TTLTTL電路驅(qū)動電路驅(qū)動40004000和和74HC74HC系列系列CMOSCMOS電路電路74HCT?圖圖2.6.1 2.6.1 用接入上拉電阻提高用接入上拉電阻提高TTLTTL輸出的高電平輸出的高電平耐

32、壓可達(dá)30V&VDD=+15V第73頁/共86頁2.6 TTL2.6 TTL電路與電路與CMOSCMOS電路的接口電路電路的接口電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)二、用CMOS電路驅(qū)動 TTL電路例：例：用用40004000系列系列CMOSCMOS電路驅(qū)動電路驅(qū)動7474系列系列TTLTTL電路電路方法1：將同一個封裝內(nèi)的門電路并聯(lián)使用。第74頁/共86頁2.6 TTL2.6 TTL電路與電路與CMOSCMOS電路的接口電路電路的接口電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)方法2：在CMOS電路的輸出端增加一級CMOS驅(qū)動器。CC4010（同相驅(qū)動器）: IOL3.2mA, m=2;CC40107（OD

33、驅(qū)動器）: IOL16mA, m=10.注：VDD=+5V.第75頁/共86頁2.6 TTL2.6 TTL電路與電路與CMOSCMOS電路的接口電路電路的接口電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)方法3：使用分立元件接口電路實(shí)現(xiàn)電流擴(kuò)展。接口電路接口電路工作在開關(guān)狀態(tài)IvLiCRiCi第76頁/共86頁2.6 TTL2.6 TTL電路與電路與CMOSCMOS電路的接口電路電路的接口電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)當(dāng)當(dāng) 時，三極管截止，此時：時，三極管截止，此時：ILIVv OHLCCCOViRVv當(dāng)當(dāng) 時，三極管飽和導(dǎo)通，此時：時，三極管飽和導(dǎo)通，此時：IHIVv OBBEIBRRVvi)(1,LCsatC

34、ECCBSiRVVIBSBIi 第77頁/共86頁2.6 TTL2.6 TTL電路與電路與CMOSCMOS電路的接口電路電路的接口電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)三、使用數(shù)字集成電路的注意事項(xiàng)一、TTL集成電路 （一）TTL輸出端 輸出端（OC門和三態(tài)門除外）不允許并聯(lián)使用，也不允許直接與+5V電源或地線連接，否則會使電路的邏輯混亂并損壞器件。 （二）TTL輸入端 輸入端外接電阻需慎重( (對應(yīng)開門電阻R ROFFOFF和關(guān)門電阻R RONON) )，否則會影響電路的正常工作。第78頁/共86頁2.6 TTL2.6 TTL電路與電路與CMOSCMOS電路的接口電路電路的接口電路數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)（三）多余輸入端的處理 輸入端可以串入1 1只 的電阻或直接接電源來獲得高電平輸入，直接接地為低電平輸入。與門、與非門等TTLTTL電路的多余輸入端可以懸空（相當(dāng)于接1 1），但因懸空時對地呈現(xiàn)的阻抗很高，容易受到外界干擾。kk102（四）電源濾波 TTLTTL電路的高速切換將產(chǎn)生電流跳變，其幅度約為4-5mA4-5mA，該電流在公共走線上的壓降會引起噪聲，因此要盡量縮短地線，減小干擾。（五）嚴(yán)禁帶電操作 要在電路切