集成電路設(shè)計基礎(chǔ)：第七章 基本CMOS數(shù)字電路

1、第七章 基本CMOS數(shù)字電路1電子科學(xué)與技術(shù)系超大規(guī)模集成電路與系統(tǒng)研究中心輸入靜態(tài)邏輯電路CMOS傳輸邏輯電路數(shù)字脈沖產(chǎn)生電路譯碼電路CMOS數(shù)字電路的主要技術(shù)特性2022/8/71數(shù)字集成電路設(shè)計基礎(chǔ)第七章 基本CMOS數(shù)字電路 輸入邏輯2電子科學(xué)與技術(shù)系超大規(guī)模集成電路與系統(tǒng)研究中心2022/8/72數(shù)字集成電路設(shè)計基礎(chǔ)基本的門函數(shù)只有兩類：“與非”和“或非”；其他所有的輸入邏輯函數(shù)都可以用基本門函數(shù)構(gòu)成；一、非門第七章 基本CMOS數(shù)字電路 輸入邏輯3電子科學(xué)與技術(shù)系超大規(guī)模集成電路與系統(tǒng)研究中心2022/8/73數(shù)字集成電路設(shè)計基礎(chǔ)二、由“與非門”及“非門”構(gòu)成的“或非門”第七章 基

2、本CMOS數(shù)字電路 輸入邏輯4電子科學(xué)與技術(shù)系超大規(guī)模集成電路與系統(tǒng)研究中心2022/8/74數(shù)字集成電路設(shè)計基礎(chǔ)三、由“與非門”及“或非門”構(gòu)成的“多輸入門” 四輸入與非門第七章 基本CMOS數(shù)字電路 輸入邏輯5電子科學(xué)與技術(shù)系超大規(guī)模集成電路與系統(tǒng)研究中心2022/8/75數(shù)字集成電路設(shè)計基礎(chǔ)第七章 基本CMOS數(shù)字電路 輸入邏輯6電子科學(xué)與技術(shù)系超大規(guī)模集成電路與系統(tǒng)研究中心2022/8/76數(shù)字集成電路設(shè)計基礎(chǔ)四、由“與非門”及“或非門”構(gòu)成的“異或門”第七章 基本CMOS數(shù)字電路 輸入邏輯7電子科學(xué)與技術(shù)系超大規(guī)模集成電路與系統(tǒng)研究中心2022/8/77數(shù)字集成電路設(shè)計基礎(chǔ)五、由“與

3、非門”及“或非門”構(gòu)成的“同或門”第七章 基本CMOS數(shù)字電路 輸入邏輯8電子科學(xué)與技術(shù)系超大規(guī)模集成電路與系統(tǒng)研究中心2022/8/78數(shù)字集成電路設(shè)計基礎(chǔ)五、由“與非門”及“或非門”構(gòu)成的“同或門”第七章 基本CMOS數(shù)字電路 輸入邏輯9電子科學(xué)與技術(shù)系超大規(guī)模集成電路與系統(tǒng)研究中心2022/8/79數(shù)字集成電路設(shè)計基礎(chǔ)六、多路復(fù)用門第七章 基本CMOS數(shù)字電路 傳輸邏輯10電子科學(xué)與技術(shù)系超大規(guī)模集成電路與系統(tǒng)研究中心2022/8/710數(shù)字集成電路設(shè)計基礎(chǔ)七、CMOS傳輸門第七章 基本CMOS數(shù)字電路 傳輸邏輯11電子科學(xué)與技術(shù)系超大規(guī)模集成電路與系統(tǒng)研究中心2022/8/711數(shù)字集

4、成電路設(shè)計基礎(chǔ)七、CMOS傳輸門第七章 基本CMOS數(shù)字電路 傳輸邏輯12電子科學(xué)與技術(shù)系超大規(guī)模集成電路與系統(tǒng)研究中心2022/8/712數(shù)字集成電路設(shè)計基礎(chǔ)八、CMOS鎖存器第七章 基本CMOS數(shù)字電路 傳輸邏輯13電子科學(xué)與技術(shù)系超大規(guī)模集成電路與系統(tǒng)研究中心2022/8/713數(shù)字集成電路設(shè)計基礎(chǔ)九、CMOS異或門第七章 基本CMOS數(shù)字電路 傳輸邏輯14電子科學(xué)與技術(shù)系超大規(guī)模集成電路與系統(tǒng)研究中心2022/8/714數(shù)字集成電路設(shè)計基礎(chǔ)十、CMOS異或非門（同或門）第七章 基本CMOS數(shù)字電路 傳輸邏輯15電子科學(xué)與技術(shù)系超大規(guī)模集成電路與系統(tǒng)研究中心2022/8/715數(shù)字集成電

5、路設(shè)計基礎(chǔ)十、CMOS 移位寄存器（D觸發(fā)器）第七章 基本CMOS數(shù)字電路 傳輸邏輯16電子科學(xué)與技術(shù)系超大規(guī)模集成電路與系統(tǒng)研究中心2022/8/716數(shù)字集成電路設(shè)計基礎(chǔ)十一、CMOS D觸發(fā)器第七章 基本CMOS數(shù)字電路 傳輸邏輯17電子科學(xué)與技術(shù)系超大規(guī)模集成電路與系統(tǒng)研究中心2022/8/717數(shù)字集成電路設(shè)計基礎(chǔ)十二、CMOS雙向移位寄存器第七章 基本CMOS數(shù)字電路 傳輸邏輯18電子科學(xué)與技術(shù)系超大規(guī)模集成電路與系統(tǒng)研究中心2022/8/718數(shù)字集成電路設(shè)計基礎(chǔ)十三、CMOS三態(tài)緩沖器十四、總線保持電路第七章 基本CMOS數(shù)字電路 傳輸邏輯19電子科學(xué)與技術(shù)系超大規(guī)模集成電路與

6、系統(tǒng)研究中心2022/8/719數(shù)字集成電路設(shè)計基礎(chǔ)十五、置數(shù)-重置觸發(fā)器 有兩類：由或非門構(gòu)成的真輸入觸發(fā)器；由與非門構(gòu)成的偽輸入觸發(fā)器 （a）真輸入觸發(fā)器 （b）偽輸入觸發(fā)器第七章 基本CMOS數(shù)字電路 脈沖產(chǎn)生器20電子科學(xué)與技術(shù)系超大規(guī)模集成電路與系統(tǒng)研究中心2022/8/720數(shù)字集成電路設(shè)計基礎(chǔ)一、負脈沖發(fā)生器 第七章 基本CMOS數(shù)字電路 脈沖產(chǎn)生器21電子科學(xué)與技術(shù)系超大規(guī)模集成電路與系統(tǒng)研究中心2022/8/721數(shù)字集成電路設(shè)計基礎(chǔ)二、正脈沖發(fā)生器 第七章 基本CMOS數(shù)字電路 脈沖產(chǎn)生器22電子科學(xué)與技術(shù)系超大規(guī)模集成電路與系統(tǒng)研究中心2022/8/722數(shù)字集成電路設(shè)計

7、基礎(chǔ)三、上升沿及下降沿正脈沖發(fā)生器 第七章 基本CMOS數(shù)字電路 脈沖產(chǎn)生器23電子科學(xué)與技術(shù)系超大規(guī)模集成電路與系統(tǒng)研究中心2022/8/723數(shù)字集成電路設(shè)計基礎(chǔ)四、上升沿及下降沿負脈沖發(fā)生器 第七章 基本CMOS數(shù)字電路 譯碼器24電子科學(xué)與技術(shù)系超大規(guī)模集成電路與系統(tǒng)研究中心2022/8/724數(shù)字集成電路設(shè)計基礎(chǔ)一、或非門形式的譯碼器In in0out3out2out1out0000001010010100100111000第七章 基本CMOS數(shù)字電路 譯碼器25電子科學(xué)與技術(shù)系超大規(guī)模集成電路與系統(tǒng)研究中心2022/8/725數(shù)字集成電路設(shè)計基礎(chǔ)二、傘形譯碼器In in0out3o

8、ut2out1out0000111011011101101111110第七章 基本CMOS數(shù)字電路 技術(shù)特性26電子科學(xué)與技術(shù)系超大規(guī)模集成電路與系統(tǒng)研究中心 CMOS數(shù)字電路由N溝道和P溝道MOS管共同組成，具有工藝簡單、功耗低、集成度高等優(yōu)點。 CMOS數(shù)字電路的主要技術(shù)特性有驅(qū)動能力、邏輯電平、電壓傳輸特性、邊沿速度和時鐘速度等。2022/8/726數(shù)字集成電路設(shè)計基礎(chǔ)第七章 基本CMOS數(shù)字電路 技術(shù)特性27電子科學(xué)與技術(shù)系超大規(guī)模集成電路與系統(tǒng)研究中心數(shù)字集成電路驅(qū)動能力 數(shù)字電路輸入/輸出電流實際反映了數(shù)字電路的驅(qū)動能力，通常將能夠驅(qū)動同類門的電路個數(shù)稱為扇出系數(shù)，即：No=IOH

9、/IIH 或 No=IOH/IIH74LS00理論上可以驅(qū)動20個同類門電路，但實際上應(yīng)留裕量，保證電路的最佳性能。2022/8/727數(shù)字集成電路設(shè)計基礎(chǔ)第七章 基本CMOS數(shù)字電路 技術(shù)特性28電子科學(xué)與技術(shù)系超大規(guī)模集成電路與系統(tǒng)研究中心數(shù)字集成電路邏輯電平 對于數(shù)字電路而言，其輸入端/輸出端的電壓是否滿足設(shè)計要求很重要。數(shù)字邏輯的邏輯1和0用高低電平表示，即VOH/VIH和VOL/IL。2022/8/728數(shù)字集成電路設(shè)計基礎(chǔ)00ViVihVilVoVohVol第七章 基本CMOS數(shù)字電路 技術(shù)特性29電子科學(xué)與技術(shù)系超大規(guī)模集成電路與系統(tǒng)研究中心數(shù)字集成電路邏輯電平 對于數(shù)字電路而言

10、，其輸入端/輸出端的電壓是否滿足設(shè)計要求很重要。數(shù)字邏輯的邏輯1和0用高低電平表示，即VOH/VIH和VOL/IL。2022/8/729數(shù)字集成電路設(shè)計基礎(chǔ)表 CMOS數(shù)字電路邏輯電平標(biāo)準(zhǔn)電源電壓輸出高電平輸入高電平輸出低電平輸入低電平3.3V3.2V3.0V4.4V3.6V0.5V0.5V第七章 基本CMOS數(shù)字電路 技術(shù)特性30電子科學(xué)與技術(shù)系超大規(guī)模集成電路與系統(tǒng)研究中心數(shù)字集成電路電壓傳輸特性 指數(shù)字電路輸出電壓隨輸入電壓的變化特性。從電壓傳輸特性曲線很容易得到輸入輸出電壓的關(guān)系，也可以分析電路的功能和結(jié)構(gòu)。2022/8/730數(shù)字集成電路設(shè)計基礎(chǔ)Vo/V0AVi/VBCDEVth第七

11、章 基本CMOS數(shù)字電路 技術(shù)特性31電子科學(xué)與技術(shù)系超大規(guī)模集成電路與系統(tǒng)研究中心數(shù)字集成電路邊沿速度 由于半導(dǎo)體物理特性，數(shù)字電路信號的變化存在一個變化過程，不是理想的突變過程。2022/8/731數(shù)字集成電路設(shè)計基礎(chǔ)tVouttVin50%50%10%90%tpLHtpHLtrtf第七章 基本CMOS數(shù)字電路 技術(shù)特性32電子科學(xué)與技術(shù)系超大規(guī)模集成電路與系統(tǒng)研究中心數(shù)字集成電路時鐘速度 由于半導(dǎo)體器件存在分布電阻、電容，必然帶來輸入信號到輸出信號的延遲。2022/8/732數(shù)字集成電路設(shè)計基礎(chǔ)tVouttVin50%50%10%90%tpLHtpHLtrtf作 業(yè)33電子科學(xué)與技術(shù)系超大規(guī)模集成電路與系統(tǒng)研究中心2022/8/733數(shù)字集成電路設(shè)計基礎(chǔ)1.數(shù)字集成電路設(shè)計中，在電路設(shè)計階段主要設(shè)計內(nèi)容是什么，需要考慮那些問題？2.簡述自頂向下