数电课件-3-逻辑门电路.ppt

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1、第三章逻辑门电路3.1MOS逻辑门电路3.2TTL逻辑门电路3.3射极耦合逻辑门电路*3.4砷化镓逻辑门电路*3.5正负逻辑问题3.6逻辑门电路使用中的几个实际问题3.7用VerilogHDL描述逻辑门电路了解半导体器件的开关特性。熟练掌握基本逻辑门（与、或、与非、或非、异或门）、三态门、OD门（OC门）传输门的逻辑功能。学会门电路逻辑功能分析方法。掌握逻辑门的主要参数及在应用中的接口问题。教学基本要求3.1MOS逻辑门电路3.1.1数字集成电路简介逻辑门：实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路。逻辑门电路的分类：1.数字集成电路的发展各种系列逻辑电路的发展状

2、况MOS技术的进步2.数字集成电路简介CMOS集成电路：广泛应用于超大规模、甚大规模集成电路。TTL集成电路：广泛应用于中大规模集成电路。3.1.2逻辑门电路的一般特性1.输入和输出的高、低电平2.噪声容限：在保证输出电平不变的条件下，输入电平允许波动的范围。它表示门电路的抗干扰能力。负载门输入高电平时的噪声容限：VNH—当前级门输出高电平的最小值时允许负向噪声电压的最大值。VNH=VOH(min)－VIH(min)负载门输入低电平时的噪声容限：VNL—当前级门输出低电平的最大值时允许正向噪声电压的最大值。VNL=VIL(max)－VOL(max)3.传输延迟时

3、间传输延迟时间是表征门电路开关速度的参数，它说明门电路在输入脉冲波形的作用下，其输出波形相对于输入波形延迟了多长的时间。tpd=（tPLH+tPHL）/2平均延迟时间：下降时间上升时间类型参数74HCVDD=5V74HCTVDD=5V74LVCVDD=3.3V74AUCVDD=1.8VtPLH或tPHL(ns)782.10.94.功耗功耗是门电路的重要参数之一，有静态和动态之分。静态功耗：指的是当电路没有状态转换时的功耗，即门电路空载时电源总电流ID与电源电压VDD的乘积。对于TTL门电路来说，静态功耗是主要的。CMOS电路的静态功耗非常低，CMOS门电路的动态

4、功耗为:PD=f（CPD+CL）V2DD动态功耗：发生在电路状态转换瞬间或有电容性负载时。5.延时−功耗积是速度功耗综合性的指标。延时−功耗积，用符号DP表示：DP=tpd×PD6.扇入与扇出数⑴扇入数：一个门电路输入端接入同类门电路的最大数目，取决于门电路的输入端的个数。⑵扇出数：一个门电路输出端能带同类门电路的最大数目，它表示带负载的能力。驱动门的所带负载分为灌电流负载和拉电流负载两种情况:①带灌电流负载②带拉电流负载如NOH=NOL则取两者的最小值为门的扇出系数。各类数字集成电路主要性能参数的比较3.1.3MOS开关及其等效电路1.MOS管的开关作用当υI

5、>VT时，工作在可变电阻区，υO=υDS≈0（低电平）。2.MOS管的开关特性结论：MOS管相当于一个由υGS控制的无触点开关，当输入为低时，输出为高（开关断开）；当输入为高时，输出为低（开关闭合）。3.1.4CMOS反相器1．电路结构CMOS逻辑门电路是由N沟道MOSFET和P沟道MOSFET互补而成。2．工作原理（设VDD＞（VTN+

6、VTP

7、），且VTN=

8、VTP

9、）（1）当υi=0V时，TN截止，TP导通。输出υO≈VDD。（2）当υi=VDD时，TN导通，TP截止，输出υO≈0V。逻

10、辑真值表υiυO0110AL13．电压传输特性和电流传输特性电压传输特性：4．工作速度由于CMOS非门电路工作时总有一个管子导通，且导通电阻做得较小，所以当带电容负载时，给电容充电和放电都比较快。在由于电路具有互补对称的性质，它的开通时间与关闭时间是相等的。CMOS非门的平均传输延迟时间约为10ns。3.1.5CMOS逻辑门电路1．CMOS与非门两个并联的P沟道和两个串联的N沟道增强型MOS管组成。（1）当A、B中只要一个为低时，就会使与之相连的NMOS管截止，PMOS管导通，输出为高；（2）当A、B全为高时，两串联的NMOS管导通，两并联的PMOS管截止，输出

11、为低。推广：n个NMOS管串联和n个PMOS并联可构成n输入端的与非门。2．或非门电路两个并联的N沟道和两个串联的P沟道增强型MOS管组成。（1）当A、B中只要一个为高时，就会使与之相连的NMOS管导通，PMOS管截止，输出为低；（2）当A、B全为低时，两并联的NMOS管截止，两并联的PMOS管导通，输出为高。推广：n个并联NMOS管和n个PMOS串联可构成n输入端的或非门。3．CMOS异或门电路由两级组成，前级为或非门，输出为：后级为与或非门，经过逻辑变换，可得4.输入保护电路和缓冲电路采用缓冲电路能统一参数，使不同内部逻辑集成逻辑门电路具有相同的输入和输出特

12、性。基本逻辑功能电路输入