第11章 数字集成电路简介

1第11章数字集成电路简介内容提要：（1）TTL集成门系列的内部电路结构和工作原理。（2）CMOS集成门系列的内部电路结构和工作原理。（3）使用集成逻辑门所应注意的问题。211.1TTL门电路主要内容：TTL与非门电路结构及工作原理TTL门电路的灌电流与拉电流工作状态噪声容限TL或非门电路结构及工作原理TTL与或非门电路结构及工作原理集电极开路与非门电路结构及工作原理TTL三态与非门电路结构及工作原理肖特基与非门电路结构及工作原理311.1.1TTL与非门电路TTL与非门集成电路主要有：74LS00，74LS10，74LS20和74LS30等。典型的TTL与非门电路图多发射极管T1的二极管等效电路TTL与非门电路的低电平输出工作状态4TTL与非门电路的高电平输出工作状态5TTL门电路的灌电流工作状态OLILINITTL与非门灌电流负载能力受限于低电平扇出系数6TTL门电路的拉电流工作状态OHIHINI拉电流负载能力受限于高电平扇出系数7噪声容限噪声容限表示门电路所能允许的噪声电平一个门对噪声的灵敏度是由NML（低电平噪声容限）和NMH（高电平噪声容限）来度量的。NMH=VOH（min）-VIH（min）NML=VIL（max）-VOL（max）811.1.2TTL或非门电路TTL或非门集成电路有74LS02、74LS27等。FAB911.1.3TTL与或非门电路TTL与或非门集成电路有74LS54、74LS55等。FABCD1011.1.4集电极开路门与三态门电路集电极开路的TTL与非门电路有：74LS01、74LS03、74LS12等。11OC门输出并联接法：实现了“线与”功能。12FFFABCIJKABCIJK12OC门外接上拉电阻RP的计算方法：'CCOH(min)P(max)OHIHVVRnImI'CCOL(max)P(min)OL(max)IL(max)VVRIkIP(min)PP(max)RRR13例11-1如图11-14所示TTL电路中，门G1、G2的输出电流IOH=150μA、IOL=13mA，输出电压VOH（min）=2.4V，VOL（max）=0.4V。门G3、G4、G5的输入电流IIH=50μA、IIL=-1.2mA，输入电压VIH（min）=2V，VIL（max）=0.8V。试估算RP的取值范围。解：（1）当OC门输出低电平时，由式（11-2）得：'CCOL(max)P(min)OL(max)IL(max)50.45601341.2VVVVRIkImAmA（2）当OC门输出高电平时，由式（11-1）得：'CCOH(min)P(max)OHIH52.43.25K20.15100.05VVVVRnImImAmA根据上述计算，RP的值可在560Ω~3.25KΩ之间选择。14三态输出门电路三态输出门是在普通门电路的基础上增加控制电路所形成的。控制端EN高电平有效控制端EN低电平有效1511.1.5肖特基TTL与非门电路肖特基箝位晶体管，简称肖特基晶体管。肖特基TTL门电路1611.2CMOS门电路MOS管的电路符号和开关模型CMOS反相器的电路结构和工作原理CMOS与非门的电路结构和工作原理CMOS或非门的电路结构和工作原理CMOS门电路的构成规则主要内容：1711.2.1概述场效应管的开关模型：场效应管只不过是一个开关，它有无穷大的“断开”电阻和有限的“导通”电阻RonNMOS管符号PMOS管符号1811.2.2CMOS非门电路由NMOS和PMOS两种场效应管组成的逻辑电路称为互补MOS，即CMOS电路。CMOS反相器电路：CMOS反相器的开关模型191.2.3CMOS与非门电路CMOS电路特点：互补CMOS结构的上拉和下拉网络互为对偶网络，这意味着在上拉网络中并联的PMOS管相应于在下拉网络中NMOS管的串联。2011.2.4CMOS或非门电路CMOS或非门电路：2111.2.5CMOS门电路的构成规则一个CMOS门是由上拉网络和下拉网络的组合而成的。当逻辑门的输出为逻辑1时，它将提供一条在输出和VDD之间的通路。当逻辑门的输出为逻辑0时，在输出和地之间提供一条通路。上拉网络和下拉网络是以相互排斥的方式构成的下拉网络由NMOS管构成，而上拉网络由PMOS管构成。NMOS管产生“强0”和“弱1”；PMOS管产生“强1”和“弱0”22由上拉网络和下拉网络组成的互补逻辑门：一个互补CMOS结构的上拉和下拉网络互为对偶网络，这意味着在上拉网络中并联的PMOS管相应于在下拉网络中NMOS管的串联，反之亦然。23例11-2利用互补CMOS逻辑构造一个CMOS与门电路。解：因为不能使用一级网络来实现非反向的逻辑功能，但我们可以在基本的CMOS电路的后边增加一个CMOS反相器来完成所需的逻辑功能。与运算等于与非运算再加上非运算，所以CMOS与门电路如图11-26所示。24例11-3：利用互补CMOS逻辑合成一个CMOS复合门电路，其功能为：解：()FDABC下拉网络识别子电路25设计完整的门电路如下：26