集成电子技术基础教程 第二篇第2章(3-1)

集成电子技术基础教程LDC第二篇数字电路和系统第二章集成逻辑门电路集成电子技术基础教程LDCTTL(TransistorTransistorLogic)晶体管-晶体管逻辑CMOS(ComplementaryMOS)互补型MOSECL(EmitterCoupledLogic)射极耦合逻辑I2L(IntegratedInjectionLogic)集成注入逻辑目前广泛应用的集成逻辑电路TTL、ECL、I2L—双极型CMOS—单极型重点介绍：TTL、CMOS集成电子技术基础教程LDC第二章集成逻辑门电路2.2.1集成TTL门电路的主要特性和参数2.2.2集成CMOS门电路的主要特性和参数2.2.3各类门电路应用时的注意事项2.2.4可编程逻辑阵列（PLD）集成电子技术基础教程LDC2.2.1集成TTL门电路的主要特性和参数TTL门电路是目前大量使用的一种中、小规模数字集成电路一、典型集成TTL逻辑门电路电路结构典型电路如图所示，由4只三极管组成。其中多发射管T1为输入级，T2为中间级，T4、T5为输出级集成电子技术基础教程LDC工作原理当输入为低电平“0”时（VIL=0.3V）T1深饱和，T2、T5截止，T4、D导电，输出高电平。vO=VOH3.6V，TTL关门。当输入为高电平“1”时（VIH=3.6V）vB1=vBE5+vBE2+vBC1=2.1V，T1倒置、T2、T5饱和，vB4=VCES2+vBE51.0V，T4、D截止状态，输出为低电平vO=VOL0.3V，TTL开门。集成电子技术基础教程LDCIO0.3V3.6V3.6V0.3VAL0110电平真值表逻辑真值表&AL集成电子技术基础教程LDC二、TTL门电路的主要特性1电压传输特性①段：当输入电压vI≤0.6VT1深饱和，T2、T5截止，T4、D导电，vO=VOH3.6V，电路关门。集成电子技术基础教程LDC②段：当vI=0.7V~1.3V，T1管基极vB1=1.4V~2.0V，使T2处于放大，而T5截止，T4、D导电。当vI升高时，vC2下降，vO也下降。集成电子技术基础教程LDC③段：当vI1.4V时，T1趋向倒置，T4、D趋向截止，T2、T5导电，输出降至低电平约0.3V。趋向开门状态。集成电子技术基础教程LDC④段：当vI＞1.4V，T1倒置，T2、T5饱和导电，T4、D截止，输出低电平并稳定在0.3V，门处于稳定开门状态。集成电子技术基础教程LDC2TTL门电路的输出特性讨论TTL门接同类负载门时的输出电压和负载电流之间的关系。分为输出高电平和低电平两种情况加以讨论。低电平输出特性—灌电流负载输出特性驱动门输出低电平，T5饱和导电，T4、D截止，负载电流从负载门流向驱动门（灌入）。集成电子技术基础教程LDC因此，对负载门数NOL应有一个限定值，由输出低电平上限值VOLmax决定。如果负载门数NOL越多，则灌入电流IOL＝NOLIIL便越大，这促使VOL电压升高，T5将由饱和趋向放大，最终破坏逻辑关系。ILOLOLIINmax驱动门数（扇出系数）为：集成电子技术基础教程LDC高电平输出特性—拉电流负载输出特性输出高电平VOH，驱动门T5截止，T4、D导电，负载电流从驱动门流出(拉出)。如果负载门数增加，IOH拉出的电流便增加，这使得输出高电平电压VOH会下降，T4管会趋向放大，最终破坏逻辑关系。高电平输出时也规定了一个高电平下限值VOHmin，其负载门数为：IHOHOHIINmax集成电子技术基础教程LDC三、集成TTL门电路的主要参数这些参数能从电压传输特性上得出：输入电平、输出电平:输入低电平VIL输入低电平上限VILmax(关门电平Voff)输入高电平VIH输入高电平下限VIHmin(开门电平Von)TTL高电平VOH＝3.6VTTL低电平VOL＝0.3V集成电子技术基础教程LDC输入信号噪声容限它表征门电路的抗干扰能力强弱。在TTL驱动TTL门电路的情况下，串入的噪声电压大小分两种情况：低电平输入噪声容限和高电平输入噪声容限。低电平输入噪声容限VNL：负载门输入低电平时(max)(max)(max)OLILNLVVV驱动门负载门11VIH噪声电压VOLVOH+-VinVNL(max)ILNLOLinVVVV集成电子技术基础教程LDC驱动门负载门11VIL噪声电压VOHVOL+-VinVNH高电平输入噪声容限VNH：负载门输入高电平时(min)(min)(max)IHOHNHVVV(min)IHNHOHinVVVV集成电子技术基础教程LDC扇出门数一种门能驱动同一类型门电路的个数称扇出门数。虽然IOL＞IOH，但是IILIIH，故NOL＜NOH。所以扇出门数以NOL为准。集成电子技术基础教程LDC平均传输延迟时间tpd)(21PLHPHLpdtttTTL门电路在输入脉冲信号的作用下，其输出不能马上响应输入变化，需要要一段时间的延迟。tpd为几十纳秒集成电子技术基础教程LDC四、TTL门电路中的其它技术措施肖特基三极管—抗饱和，提高电路的开关速度。有源泄放电路(T6、R3、R6)—加快T2、T5由饱和到截止的转换时间，目的还是提高开关速度74S系列TTL电路集成电子技术基础教程LDCT4用二只三极管构成复合管—提高电路的带负载能力(增大输出电流)。输入增加了保护二极管D1、D2、D3（提高可靠性）。改进后的电压传输特性如图所示：集成电子技术基础教程LDC五、其它TTL门电路TTL或非门BAL集成电子技术基础教程LDCTTL集电极开路与非门（OC门）省去T4和D，输出高电平为VCC，而不是3.6V(OpenCollector)集成电子技术基础教程LDCL1L2实现线与功能实现两种逻辑电平转换21LLLCDABCDAB+12V+12V集成电子技术基础教程LDCTTL三态输出门三态门的输出状态除0、1两种状态外，还有高阻输出状态EN使能控制端=1时，无论A=0或1，D1始终导电，而T4、T5都截止，输出为高阻态（禁止态）。ENEN=0时，三态门使能，即D1、D2截止，A和L实现了反相输出，AL集成电子技术基础教程LDCTTL三态门的真值表注意：三态输出门的电路符号有多种：1LENA数据A输出L00101010高阻态11EN数据A输出L00高阻态01100111EN集成电子技术基础教程LDC三态门的应用总线连接信号双向传输集成电子技术基础教程LDC2.2.2集成CMOS门电路的主要特性和参数一、典型集成CMOS门电路CMOS反相器是用NMOS和PMOS组成的互补型的MOS电路。它在集成度、功耗、输出高低电平等方面，都比TTL优越，是目前集成电路的主流产品。设||TPTNDDVVV由增强型MOS管构成。集成电子技术基础教程LDC当vI=VDD时，vGSN＞VTN，TN导通，RDSN小；|vGSP|＜|VTP|，TP截止，RDSP很大。所以，vO=VOL0V（RDSN与RDSP分压）当vI=0时，vGSN＜VTN，TN截止，RDSN很大；|vGSP|＞|VTP|，TP导通，RDSP小。所以，vO=VOHVDD。由于互补两管中总有一只导电，另一管截止，因此CMOS门电路的功耗极微。集成电子技术基础教程LDCCMOS与非门由增强型MOS管构成。NMOS串联，PMOS并联，构成与关系。当输入都为高电平时，TN1、TN2导通，TP1、TP2截止，输出低电平。当输入有一个(或全部)为低电平时，TN中有一只(或全部)截止，TP中有一只(或全部)导通，输出高电平。所以，BALa集成电子技术基础教程LDCCMOS或非门由增强型MOS管构成。NMOS并联，PMOS串联，构成或关系。当输入都为低电平时，TN1、TN2截止，TP1、TP2导通，输出高电平。当输入有一个(或全部)为高电平时，TN中有一只(或全部)导通，TP1中有一只(或全部)截止，输出低电平。所以，BALa集成电子技术基础教程LDC