数字逻辑ByHuangzb02数字集成电路简介V07OK

1体系结构中心----QuantumGroup©201514:53:02数字逻辑与数字系统[e-mail]2体系结构中心----QuantumGroup©201514:53:04第2章：数字集成电路与数字系统概述第一节.数字集成电路第二节.VHDL与EDA3体系结构中心----QuantumGroup©201514:53:04第一节.数字集成电路第2章：数字集成电路与数字系统概述逻辑门电路数字集成电路的分类（标准）数字集成电路的命名数字集成电路的使用特性4体系结构中心----QuantumGroup©201514:53:04第2章：数字集成电路与数字系统概述/第一节.数字集成电路数字集成电路（Digitalelectronics,ordigital(electronic)circuits）：数字集成电路，也称数字电路,与模拟电路相对，它主要进行数字信号的处理（即信号以0与1两个状态表示），因此抗干扰能力较强。数字集成电路的供应商将元器件和连线集成于同一半导体的供应商芯片上而制成的数字逻辑电路。是由许多的逻辑门（logicgates）组成的复杂电路。Intel80486DX2HitachiJ100AAbinaryclock,hand-wiredonbreadboards5体系结构中心----QuantumGroup©201514:53:04第2章：数字集成电路与数字系统概述/第一节.数字集成电路数字集成逻辑门的实现：逻辑门电路（门电路、逻辑器件）晶体管作为一种可变开关，基于输入的电压，控制流出的电流,因此晶体管可做为电流的开关，开关速度可以非常之快。晶体管(transistor)泛指一切以半导体材料为基础的单一元件，包括各种半导体材料制成的二极管、三极管、场效应管等。GateCircuit指用以实现基本逻辑关系和常用复合逻辑关系的电子电路用半导体器件来实现（晶体管、场效应管）最基本的电路：与、或、非门是构成数字电路的基本单元之一6体系结构中心----QuantumGroup©201514:53:04第2章：数字集成电路与数字系统概述/第一节.数字集成电路数字集成逻辑门的实现：逻辑门电路（门电路、逻辑器件）晶体管主要分为两大类：双极性结型晶体管（bipolarjunctiontransistor,BJT）（俗称三极管)•因同时涉及电子和空穴两种载流子的流动，因此它被称为双极性的；•p-n结二极管一般都是由BJT进行不同型式的连接而构成的（常常称为集成二极管）场效应晶体管（FieldEffectTransistor，FET）•仅涉及单一种类载流子的漂移作用GateCircuit7体系结构中心----QuantumGroup©201514:53:04第2章：数字集成电路与数字系统概述/第一节.数字集成电路数字集成逻辑门的实现：晶体管主要分为两大类：双极性结型晶体管（bipolarjunctiontransistor,BJT）（俗称三极管）双极性晶体管是电子学历史上具有革命意义的一项发明，其发明者威廉·肖克利、约翰·巴丁和沃尔特·布喇顿被授予了1956年的诺贝尔物理学奖。锗晶体管，硅晶体管,砷化镓晶体管NPN型晶体管,PNP型晶体管,异质结双极性晶体管BJT是非对称器件;发射区、基区和集电区的典型掺杂浓度各不相同GateCircuit8体系结构中心----QuantumGroup©201514:53:04第2章：数字集成电路与数字系统概述/第一节.数字集成电路数字集成逻辑门的实现：晶体管主要分为两大类：双极性结型晶体管（bipolarjunctiontransistor,BJT）（俗称三极管）分立元件的逻辑门电路利用分立的三极管/二极管构成的逻辑门电路TTL门电路（Transistor-TransistorLogic(三极管－三极管逻辑））TTL门电路是以双极型三极管作为开关器件的小规模集成电路。TTL逻辑器件分成54系列和74系列两大类，54系列工作环境温度、电源工作范围比74系列宽GateCircuitTTL集成门电路工作速度高，驱动能力强，但功耗大，集成度低9体系结构中心----QuantumGroup©201514:53:04第2章：数字集成电路与数字系统概述/第一节.数字集成电路数字集成逻辑门的实现：晶体管主要分为两大类：场效应晶体管（FieldEffectTransistor，FET）一种载流子参与导电，利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的三极管，又称单极型三极管GateCircuit特点单极型器件(一种载流子导电)；输入电阻高；工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低。10体系结构中心----QuantumGroup©201514:53:05第2章：数字集成电路与数字系统概述/第一节.数字集成电路数字集成逻辑门的实现：晶体管主要分为两大类：场效应晶体管（FieldEffectTransistor，FET）它属于电压控制型半导体器件。噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成等优点。GateCircuit场效应管的分类N沟道P沟道增强型耗尽型N沟道P沟道N沟道P沟道（耗尽型//总是导通的）FET场效应管JFET结型MOSFET绝缘栅型(IGFET)结型场效应管（JFET）因有两个PN结而得名绝缘栅型场效应管（IGFET）则因栅极与其它电极完全绝缘而得名。11体系结构中心----QuantumGroup©201514:53:05第2章：数字集成电路与数字系统概述/第一节.数字集成电路数字集成逻辑门的实现：晶体管主要分为两大类：两大类晶体管的比较：GateCircuit晶体管场效应管结构NPN型、PNP型结型耗尽型N沟道P沟道绝缘栅增强型N沟道P沟道绝缘栅耗尽型N沟道P沟道C与E一般不可倒置使用D与S有的型号可倒置使用载流子多子扩散少子漂移多子运动输入量电流输入电压输入控制电流控制电压控制12体系结构中心----QuantumGroup©201514:53:05第2章：数字集成电路与数字系统概述/第一节.数字集成电路数字集成逻辑门的实现：晶体管主要分为两大类：两大类晶体管的比较：GateCircuit晶体管场效应管噪声较大较小温度特性受温度影响较大较小输入电阻几十到几千欧姆几兆欧姆以上静电影响不受静电影响易受静电影响集成工艺不易大规模集成适宜大规模和超大规模集成13体系结构中心----QuantumGroup©201514:53:05第2章：数字集成电路与数字系统概述/第一节.数字集成电路数字集成电路：根据包含的门电路或元、器件数量，可将数字集成电路分为小规模集成（SSI）电路，12个门以下/片中规模集成MSI电路，12~99门/片大规模集成（LSI）电路，100~9999门/片超大规模集成VLSI电路，1万~99999门/片特大规模集成（ULSI）电路，10万门以上/片14体系结构中心----QuantumGroup©201514:53:05第2章：数字集成电路与数字系统概述/第一节.数字集成电路数字集成电路：根据电路的功能，数字集成电路可分为：1）门电路与门/与非门、或门/或非门、非门等。2）触发器锁存器R-S触发器、D触发器、J-K触发器3）编码器译码器二进制——十进制译码器、BCD—7段译码器等。4）计数器二进制、十进制、N进制计数器等。5）运算电路加/减运算电路、奇偶校验发生器、幅值比较器等。6）时基定时电路单稳态电路、延时电路等。7）模拟电子开关数据选择器8）寄存器基本寄存器、移位寄存器（单向、双向）。9）存储器RAM、ROM、E2PROM、FlashROM等10）CPU15体系结构中心----QuantumGroup©201514:53:05第2章：数字集成电路与数字系统概述/第一节.数字集成电路数字集成电路：数字集成电路的命名数字集成电路的型号组成一般由前缀、编号、后缀三大部分组成，前缀代表制造厂商，编号包括产品系列号、器件系列号，后缀一般表示温度等级、封装形式等。表TTL74系列数字集成电路型号的组成及符号的意义第1部分第2部分第3部分第4部分第5部分前缀产品系列器件类型器件功能器件封装形式、温度范围符号意义符号意义符号意义符号意义54军用电路-55－+125oC标准电路阿拉伯数字器件功能W陶瓷扁平H高速电路B塑封扁平代表制造厂商S肖特基电路F全密封扁平74民用通用电路LS低功耗肖特基电路D陶瓷双列直插ALS先进低功耗肖特基电路P塑封双列直插AS先进肖特基电路16体系结构中心----QuantumGroup©201514:53:05第2章：数字集成电路与数字系统概述/第一节.数字集成电路数字集成电路：数字集成电路的命名数字集成电路的型号组成一般由前缀、编号、后缀三大部分组成，前缀代表制造厂商，编号包括产品系列号、器件系列号，后缀一般表示温度等级、封装形式等。例子：54LS21/DM54LS21/DM74LS21仙童公司生产的54系列低功耗肖特基电路双路4输入与门仙童公司生产的74系列低功耗肖特基电路双路4输入与门17体系结构中心----QuantumGroup©201514:53:05第2章：数字集成电路与数字系统概述/第一节.数字集成电路数字集成电路：集成电路的封装类型封装形式外观DIP双列直插DIP封装（DualIn-linePackage），也叫双列直插式封装技术，是一种最简单的封装方式.指采用双列直插形式封装的集成电路芯片，绝大多数中小规模集成电路均采用这种封装形式，其引脚数一般不超过100。SOIC表面贴SOIC（SmallOutlineIntegratedCircuitPackage），小外形集成电路封装，一般有宽体和窄体两种封装形式。SOIC是表面贴装集成电路封装形式中的一种，它比同等的DIP封装减少约30-50%的空间，厚度方面减少约70%。与对应的DIP封装有相同的插脚引线。PLCC嵌入式PLCC(PlasticLeadedChipCarrier),带引线的塑料芯片载体.表面贴装型封装之一,外形呈正方形,32脚封装,引脚从封装的四个侧面引出,呈丁字形,是塑料制品,外形尺寸比DIP封装小得多.PLCC为特殊引脚芯片封装，它是贴片封装的一种，这种封装的引脚在芯片底部向内弯曲，因此在芯片的俯视图中是看不见芯片引脚的。这种芯片的焊接采用回流焊工艺，需要专用的焊接设备，在调试时要取下芯片也很麻烦，现在已经很少用LCCCLCCC(LeadlessCeramicChipCarrier)无引线陶瓷封装载体，主要用于军用电路。在陶瓷基板的四个侧面都设有电极焊盘而无引脚的表面贴装型封装，芯片被封装在陶瓷载体上，用于高速，高频集成电路封装。18体系结构中心----QuantumGroup©201514:53:06第2章：数字集成电路与数字系统概述/第一节.数字集成电路数字集成电路：集成电路的使用特性负载能力扇出系数No是指与非门的输出连接到下级与非门输入端时，能带同类型与非门的个数。扇出系数是说明与非门带动负载的能力。TTL电路的扇出系数No为8～10,CMOS电路的扇出系数No达20～25。扇入系数Nr是指一个门所具有的输入端个数，一般情况下，输入端个数在制造门时已确定。一般TTL电路的扇入系数Nr为1～5，最多不超过8，若片输入端数多于实际要求的数目，可将芯片多余输入端接高电平(+5平(GND)。模块的扇入扇出系数设计得好的系统，上层模块有较高的扇出，下层模块有较高的扇人。19体系结构中心----QuantumGroup©201514:53:06第2章：数字集成电路与数字系统概述/第一节.数字集成电路数字集成电路：集成电路的使用特性负载能力延迟特性平均传输延迟时间是反映门电路工作速度的一个重要参数。以与非门为例，在输入端加上一个正方波，则需经过一定的时间间隔才能从输出端得到一个负方波。20体系结构中心----QuantumG