集成芯片原理及應(yīng)用—第一章

1、第二章 數(shù)字集成電路2011年9月北京信息科技大學(xué)集成芯片及應(yīng)用內(nèi)容一、數(shù)字集成電路概述二、數(shù)字集成電路在拉伸實(shí)驗(yàn)裝置改造中應(yīng)用一、數(shù)字集成電路概述1、數(shù)字集成電路分類(lèi)2、數(shù)字集成電路參數(shù)3、CMOS集成電路使用方法4、TTL集成電路使用方法5、CMOS 、TTL集成電路接口6、三態(tài)門(mén)電路7、數(shù)字噪聲8、電源去耦1、數(shù)字集成電路分類(lèi)根據(jù)工藝分類(lèi)nTTL雙極型集成邏輯電路：雙極型半導(dǎo)體器件TTL 74 10ns 10mwHTTL 74H 6 22LTTL 74L 33 1STTL 74S 3 19LSTTL 74LS 9.5 2ALSTTL 74ALS 3.5 1ASTTL 74AS 3 8FT

2、TL 74F 3.4 4n射極耦合電路（ECL）電路 非飽和性n高域值邏輯（HTL）電路 高抗干擾、慢、功耗大nI2L集成注入電路 集成度高，功耗?。ㄎ㈦妷骸⑽㈦娏鳎?、速度低nMOS集成邏輯電路: 金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管PMOSNMOSCMOS 125ns 1.25uwHCMOS 74HC 8 2.5HCT 74HCT 8 2.5AC 5.5ACT 4.75 根據(jù)規(guī)模分類(lèi)SSI 門(mén)電路MSI 觸發(fā)器、計(jì)數(shù)器、譯碼器等LSI 存儲(chǔ)器 根據(jù)功能分類(lèi) 邏輯門(mén)電路 組合邏輯電路 譯碼器、編碼器、數(shù)據(jù)選擇器、模擬開(kāi)關(guān)、ROM 觸發(fā)器 D、JK、施密特、單穩(wěn)、555等 時(shí)序邏輯電路 寄存器、計(jì)數(shù)

3、器、RAM1、數(shù)字集成電路分類(lèi)2、數(shù)字集成電路參數(shù) 電流參數(shù) 電壓參數(shù) 電源工作電流和功率損耗 平均傳輸延遲時(shí)間 靜態(tài)功率損耗和動(dòng)態(tài)功率損耗TTL參數(shù)(74LS00)TTL參數(shù)(74LS00)TTL參數(shù)(74LS00)高電平噪聲容限UnH= VoHmin-ViHmin低電平噪聲容限UnL= ViLmax-VoLmaxTTL參數(shù)(74LS00)輸出輸入VoHminVoLmaxViLmaxViHmin2.40.42.00.8TTL參數(shù)(74LS00)CMOS參數(shù)(MC14011UB)CMOS參數(shù)(MC14011UB)TTL靜態(tài)功率損耗動(dòng)態(tài)功率損耗靜態(tài)功率損耗微小，動(dòng)態(tài)功率損耗隨開(kāi)關(guān)頻率增長(zhǎng)TTL與

4、功率損耗比較與功率損耗比較CMOS參數(shù)(MC14011UB)CMOS參數(shù)(MC14011UB)HCMOS參數(shù)(MM74HC00) Quad 2-Input NAND GateHCMOS參數(shù)(MM74HC00) HCMOS參數(shù)(MM74HC00) 3、CMOS集成電路使用方法 輸入電路靜電保護(hù) 運(yùn)輸（不用化工、化纖） 組裝調(diào)試（烙鐵、工作臺(tái)接地） 輸入端不懸空 過(guò)流保護(hù)（輸入保護(hù)電路中鉗位二極管電流）3、CMOS集成電路使用方法 輸入電壓電源電壓40664、TTL集成電路使用方法輸出不能直接接電源和地電源偏差不能太大 +/-10%輸入端一般并聯(lián)或接電源或地5、CMOS 、TTL集成電路接口滿(mǎn)足關(guān)

5、系:UoHUiHUoLnIiHIoLnIiLIC1IC2速度匹配5、CMOS 、TTL集成電路接口TTL74TTL74LSCMOS4000BHCMOS74HCUoH (V)2.42.74.954.95UoL (V)0.40.50.050.05IoH (mA) 0.40.40.51 4IoL (mA) 1680.514UiH (V)223.53.5Uil (V)0.80.81.51IiL (mA)-1.6-0.4-0.1*10-3-1*10-3IiH (uA)4200.11TTL 驅(qū)動(dòng)CMOS!UoHUiH 不成立上拉電阻方法上拉電阻方法&11TTLCMOS5V電阻一般選4704.7KR

6、TTL 驅(qū)動(dòng)CMOS&1TTLCC401095V10V&11TTLOC(7406)CMOS10V5V轉(zhuǎn)換芯片方法轉(zhuǎn)換芯片方法OC門(mén)方法門(mén)方法CMOS驅(qū)動(dòng)TTL1、4000B驅(qū)動(dòng)74 IoLnIiL不成立 應(yīng)提高吸收負(fù)載能力并聯(lián)加CMOS接口電路 CC4009 CC4010 IoL3.2MA 2個(gè)74 CC40107 IoL16MA 10個(gè)74采用三極管&11TTLCMOSUCCCMOS驅(qū)動(dòng)TTL2、4000B驅(qū)動(dòng)74LS滿(mǎn)足條件,但N1時(shí)需考慮以上方法3、HCMOS(74HC)驅(qū)動(dòng)74和74LS可以直接驅(qū)動(dòng),N可以查表TTL驅(qū)動(dòng)TTLTTL系列驅(qū)動(dòng)同一信號(hào)器件10-30

7、左右作業(yè)：分析74LS驅(qū)動(dòng)74LS情況CMOSTTL驅(qū)動(dòng)繼電器等負(fù)載&TTLCMOS6、三態(tài)門(mén)電路高電平、低電平、高阻態(tài)（或稱(chēng)為禁止?fàn)顟B(tài)）。高電平、低電平、高阻態(tài)（或稱(chēng)為禁止?fàn)顟B(tài)）。功能表：功能表：010100ZX1YABG高阻態(tài)高阻態(tài)三態(tài)門(mén)電路的應(yīng)用三態(tài)緩沖器和三態(tài)驅(qū)動(dòng)器，三態(tài)緩沖器和三態(tài)驅(qū)動(dòng)器， 如如74134（12輸入輸入三態(tài)三態(tài)與非門(mén)）、與非門(mén)）、74244雙向總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器雙向總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器/接收器接收器DI0DO0DECEDB0發(fā)送器發(fā)送器/驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器接收器接收器CE:片選端，為1時(shí)，高阻 為0時(shí)，可接 收或發(fā)送DE:方向控制，為1時(shí)，接收 為0時(shí)，發(fā)送三態(tài)門(mén)電路的優(yōu)點(diǎn)：I.數(shù)據(jù)

8、傳輸速度快，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)數(shù)據(jù)傳輸速度快，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)II.可以線(xiàn)與（如圖示）可以線(xiàn)與（如圖示）幾個(gè)三態(tài)門(mén)線(xiàn)與時(shí)，應(yīng)該只有一個(gè)三幾個(gè)三態(tài)門(mén)線(xiàn)與時(shí)，應(yīng)該只有一個(gè)三態(tài)門(mén)處于正常態(tài)，其余的三態(tài)門(mén)均應(yīng)態(tài)門(mén)處于正常態(tài)，其余的三態(tài)門(mén)均應(yīng)處于高阻態(tài)。處于高阻態(tài)。如圖示，若如圖示，若D1通過(guò)總線(xiàn)時(shí)通過(guò)總線(xiàn)時(shí)D2應(yīng)禁止，應(yīng)禁止，所以此時(shí)所以此時(shí)G1應(yīng)為應(yīng)為0，G2應(yīng)為應(yīng)為1，則三，則三態(tài)門(mén)態(tài)門(mén)1和總線(xiàn)接通，三態(tài)門(mén)和總線(xiàn)接通，三態(tài)門(mén)2和總線(xiàn)脫和總線(xiàn)脫開(kāi)，保證了數(shù)據(jù)的正確傳輸。開(kāi)，保證了數(shù)據(jù)的正確傳輸?？偩€(xiàn)總線(xiàn)Y1Y2D1D212127、數(shù)字噪聲振鈴和過(guò)沖 在高速數(shù)字電路中，信號(hào)在PCB板上沿傳輸線(xiàn)傳輸，遇到阻抗不連續(xù)時(shí)

9、，就會(huì)有部分能量從阻抗不連續(xù)點(diǎn)沿傳輸線(xiàn)返回，從而產(chǎn)生反射。其大小與阻抗失配的程度有關(guān)，阻抗失配越大，反射就越大。 串?dāng)_ 串?dāng)_是兩條信號(hào)線(xiàn)之間的耦合，信號(hào)線(xiàn)之間的互感和互容引起線(xiàn)上的噪聲。PCB板層的參數(shù)、信號(hào)線(xiàn)間距、驅(qū)動(dòng)端和接收端的電氣特性及線(xiàn)端接方式對(duì)串?dāng)_都有一定的影響。8、電源去耦8、電源去耦門(mén)電路開(kāi)關(guān)瞬間電流是跳躍式變化的，電源線(xiàn)的電感將會(huì)阻止電流的瞬態(tài)變化，從而影響集成片的響應(yīng)速度。集成片的瞬態(tài)變化電流流過(guò)環(huán)路面積較大的電源線(xiàn)路時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生較為強(qiáng)烈的對(duì)外輻射噪聲。由于各集成片很可能會(huì)流經(jīng)相同的線(xiàn)路，相互之間存在較大的公共阻抗，從而產(chǎn)生了較嚴(yán)重的共阻抗耦合干擾。線(xiàn)路電感的反電動(dòng)勢(shì)使集成片

10、得到的電源電壓高于額定值。產(chǎn)生干擾。!布線(xiàn)會(huì)產(chǎn)生R、L、C 0.02/inch 2pf /inch 20nH /inch 8、電源去耦電源去耦 電路板去耦10100uF 芯片去耦 C=1/f 0.01 uF的瓷片電容 加鐵氧體增強(qiáng)效果二、數(shù)字集成電路在拉伸實(shí)驗(yàn)裝置改造中應(yīng)用應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系應(yīng)力與應(yīng)變關(guān)系彈性、屈服、強(qiáng)化、局部變形彈性、屈服、強(qiáng)化、局部變形 方法 增量式光電編碼器 應(yīng)力-脈沖數(shù) 應(yīng)變-脈沖數(shù) IC：74LS00 74LS193 Synchronous 4-Bit Binary Counter with Dual Clock74LS244 3-STATE Buffer/Line Driver/Line Receiver74LS30 8-Input NAND Gate74LS32 orl單通道脈沖輸出l雙通道脈沖輸出(輸出信號(hào)相位相差90)l三通道輸出，其中三通道輸出每轉(zhuǎn)一圈可產(chǎn)生一個(gè)零位脈沖信號(hào)。 74LS00 Quad 2-Input NAND Gate74LS193Synchronous 4-Bit Binar