3 高速逻辑电路分析

高速电路信号完整性分析与设计电子工业出版社教材配套电子教案第三章高速逻辑电路分析高速TTL电路高速CMOS电路ECL电路LVED器件与电路高速逻辑电路使用规则高速TTL电路三极管的动态开关特性三极管在饱和与截止两种状态转换过程中具有的特性称为三极管的开关特性。高速TTL电路三极管的动态特性高速TTL电路TTL基本电路的工作原理反相器是TTL门电路中电路结构最简单的一种。TTL反相器的典型电路如下：高速TTL电路TTL与非门电路结构如下：高速TTL电路高速TTL的实现方式高速系列（74H系列）74H系列与非门的电路结构如下：高速TTL电路肖特基系列(74S系列)肖特基TTL(STTL)与非门的电路结构高速TTL电路低功耗肖特基系列(74LS系列)低功耗肖特基(74LS)与非门的电路结构高速TTL电路其他系列（1）先进肖特基系列(74AS系列)（2）先进低功耗肖特基系列(74ALS系列)（3）高速肖特基系列(74F系列)高速CMOS电路MOS管的开关特性下图给出了一个NMOS管组成的电路及其动态特性示意图：kneeR0.35FTkneeR0.35FTkneeR0.35FTkneeR0.35FTkneeR0.35FT高速CMOS电路CMOS基本电路CMOS反相器的工作原理CMOS反相器的基本电路结构及CMOS电压传输特性曲线高速CMOS电路其他类型的CMOS门电路(1)CMOS传输门(TG)：CMOS传输门与CMOS反相器一样，也是构成各种逻辑电路的一种基本单元电路CMOS传输门的电路结构高速CMOS电路(2)CMOS模拟开关：CMOS模拟开关是控制模拟信号传输的电子开关，开关通与断由数字信号控制。CMOS模拟开关的电路结构高速CMOS电路(3)CMOS与非门电路CMOS与非门电路结构高速CMOS电路CMOS集成电路的特点1.功耗低2.高噪声容限，抗干扰能力强3.工作电压范围宽4.逻辑摆幅大5.输入阻抗高6.温度稳定性能好7.扇出稳定性能好高速CMOS电路高速CMOS的实现方式CMOS数字集成电路主要有CMOS4000系列和HCMOS系列。MOS管的寄生电容效应高速CMOS电路CMOS电路的改进型高速CMOS电路高速CMOS门电路从工艺上作了三个方面的改进：(1)采用硅栅工艺制造；(2)尽可能地减小沟道的长度；(3)缩小MOS管的尺寸，使高速CMOS电路的寄生电容减小，开关速度达到标准CMOS4000系列的8～10倍。高速CMOS电路54HC/74HC与CMOS4000性能比较高速CMOS电路双极型CMOS门电路(Bi-CMOS)Bi-CMOS(BipolarCMOS)是双极型CMOS电路的简称，它采用CMOS电路实现逻辑功能，采用驱动能力强的TTL电路实现输出级；具有CMOS电路的低功耗，同时具有TTL输出电阻低、带负载能力强、传输延迟时间短等特点。高速CMOS电路(1)Bi-CMOS的典型电路以Bi-CMOS反相器为例，其有两种电路结构形式:高速CMOS电路Bi-CMOS与非门电路原理图高速CMOS电路如何选择TTL和CMOS器件主要考虑工作电压、工作频率和功耗三个方面:工作电压:TTL器件的标准工作电压为5V工作频率:普通CMOS(CD4000系列)的工作频率很低，一般低于1MHz甚至100kHz以下；在5MHz以下，多使用74LS系列；在5～50MHz，多使用74HC系列和74ALS系列；在50～100MHz，多使用74AS系列。功耗：LS-TTL和CMOS的功耗小。ECL电路ECL器件原理及工作特性ECL基本门电路的结构如下图：ECL电路ECL门的实际电路如下图：ECL电路ECL门电路工作原理ECL门电路由差分放大器输入电路、温度-电压补偿偏置网络和射极跟随器输出电路三部分组成，其工作电路如下图：ECL电路ECL门的工作电路ECL电路ECL发射极开路输出结构ECL电路输出设计为OE门，其原因有以下两个方面：由于ECL电路的高速特性，在ECL系统中电路连线必须按传输线特性考虑。OE门结构可构成“线或”电路，这类似于TTLOC门组成的“线与”功能。ECL电路ECL电路构成“线或”功能的原理如下图：ECL电路ECL电路的工作特点高速特性互补输出，便于数据传输功耗噪声低优良的输入/输出特性系统设计简单功能增强ECL电路ECL电路中电容的影响终端容性负载的影响连线分布电容的影响ECL电路ECL电路的设计原则输入/输出端ECL电路中的连接问题系统的连接问题ECL器件的使用原则ECL电路PECL接口电路PECL接口输出结构PECL电路的输出结构ECL电路PECL接口输入结构PECL电路的输入结构ECL电路LVECL/PECL/LVPECL电路比较LVDS器件与电路LVDS是一种小振幅差分信号技术，使用非常低的幅度信号(约350mV)通过一对差分PCB走线或平衡电缆传输数据。LVDS器件与电路LVDS器件的工作原理LVDS器件的工作原理图LVDS器件与电路LVDS电路设计驱动电路设计双电流源模式驱动电路LVDS器件与电路LVDS接收电路的设计LVDS接收电路LVDS器件与电路LVDS的应用模式单向点对点(PointtoPoint)双向点对点(Two-WayPointtoPoint)多分支形式(MultiDrop)多点结构(MultiPoint)LVDS器件与电路LVDS系统的设计PCB板上导线差分线终端未使用的引脚高速逻辑电路使用规则高速TTL的使用规则高速CMOS的使用条件LVDS设计注意的几个问题