数字集成电路的分类

第四章门电路•数字集成电路的分类–按内部有源器件的不同:•双极型晶体管集成电路•绝缘栅场效应管集成电路或称金属一氧化物半导体MOS集成电路。–数字集成电路按其集成度可分为：•小规模集成（SSI）:内含10~100个元件（10~20个等效门）•中规模集成（MSI）:内含100~1000个元件（20~100个等效门）•大规模集成（LSI）和超大规模集成等（VLSI）LSI器件内含1000~100000个元件（100~1000个等效门）；器件内含100000个元件（1000个等效门）以上时，称为VLSI。二极管与门三极管非门•Ui=0.2V三极管截止，Uo=Ucc=5V•Ui=5V三极管饱和，Uo=Uces=0.2V晶体管与非门•利用二极管与门和一个非门可构成一个与非门电路TTL与非门•组成：（三部分）输入级:T1(多发射极晶体管)R1与功能中间极:T2和R2,R3输出级:T3,D,T4和R4工作原理：非功能A=0.2VB=0.2VT1基极U=0.9V1.4VT2、T4截止电流从UC-R2-T3基极（基极电流很小）T3基极U=UC=5VT3与D导通F=5-1.4=3.6VA=0.2VB=3.6VT1基极U=0.9VF=3.6VA=3.6VB=0.2VF=3.6VA=3.6VB=3.6VT1基极U=3.6+0.7=4.3V2.1VT2、T4导通，使得T1基极U=2.1VT2集电极U=0.7+0.3=1V,T3基极U=1V1.4VT3与D截止F=0.3VABF001011101110TTL门的主要参数•空载功耗•传输特性–噪声容限：–UNH=UOH(MIN)-UIH(MIN)–UNL=UIH(MAX)-UOH(MAX)•传输延时tpd和速度功耗积•扇出系数NO–NO=输出/输入肖特基TTL电路STTL•提高工作速度•二极管DK是肖特基势垒•二极管.这种二极管的正•向压降仅0.3V.开关速度•比一般PN结二极管快一•万倍.在图中,由于DK的引入,可使三极管的关闭时间减少;DK的引入却不会使三极管的开启时间变坏,这是因为,当三极管由截止区转向放大区,直到进入饱和区之前,其集电结为反向偏置,DK截止,DK上无电流流过,不会影响三极管的基极电流.可以线或的TTL门•通常两个TTL门的输出端•是不可并联使用。也不可•短接到地或者电源上•但是有两种TTL门可将它•们的输出端用连线并联在•一起,构成或(或者与)逻辑,•即所谓的线或（或者线与）1集电极开路门OC•电路图•符号•几个OC门的输出可并联在一起完成一定的逻辑功能。2三态TTL门•工作原理•符号•例子三态：高电平、低电平、高阻态（输出与电源U断开、与地也断开）当使能端G与门的交界处有非号说明低有效：当G=0时，门执行其功能（如本例中执行与非门的功能）当G=1时，输出呈现高阻态；GABF00010011010101101XX高阻态当G与门的交界处无非号，则说明高有效：当G=1时，门执行其功能当G=0时，输出为高阻态。CMOS反相器•电路组成•传输特性I区:Ui≥0且UGS(th)N.T1管截止,T2管导通.输出电压U0=UOH=UDDⅡ区:Ui≥UGS(th)N且UDD/2,T1管和T2管皆导通,IDD随UI的增加而增大,UO随UI的增加而减小.Ⅲ区:UI在UDD/2附近.T1和T2管皆导通,输出电压UO随UI增加而急剧地减小.当UI=UDD/2,电源电流IDD到达最大值.Ⅳ区:UiUDD/2且≤UDD-|UGS(th)P|T1和T2管皆导通,IDD随着U1增加而减小;UO随UI增加而继续减小.Ⅴ区:UIUDD-|UGS(th)P|且≤UDD,T2管截止,T1管导通.IDD=0UO=UOL=0V,CMOS传输门•电路组成•符号•工作原理•外部工作情况–MOS管的漏极和源极是–可以随电路的工作情况–相互交换的，–且MOS管的–源和漏是对称的CMOS逻辑门•CMOS与非门–电路组成–工作原理•CMOS或非门–电路组成–工作原理•CMOS与或非门–电路组成–工作原理ABCABCBACCBACACBACBACBA*)(T1、T2管并联；T3、T4管串联A=0B=0F=1A=0B=1F=0A=1B=0F=0A=1B=1F=0A=0B=0C=0F=1A=0B=0C=1F=0CMOS三态门•工作原理a:G'=0高阻态G'=1A=1F=0A=0F=1b:G'=0T1=0T3=0高阻态G'=1T1=1A=1T2=0T3=1F=1A=0T2=1T3=0F=0c:G=0T3=1A=0F=0A=1F=1G=1T3=0T1=0高阻态d:G=0A=0T1=1T2=0F=0A=1T1=0T2=1F=1G=1T1=0T2=0高阻态不同逻辑系列的配合问题•(一)逻辑电平的配合–CMOS可以直接驱动TTL电路–TTL通过上拉电阻驱动CMOS电路•(二)驱动能力的配合本章小结•1.教学内容•分立元件三极管非门；•常用集成门电路的工作原理、参数及使用方法。•2.教学要求•了解三极管非门的电路结构与工作原理；•了解与非门和三态门的基本工作原理；•掌握常用TTL集成门（例如与非门、三态门）的主要特性参数与使用方法；•了解CMOS电路系列主要特性参数重点•重点掌握各种逻辑系列在速度、功能和干扰能力等方面的主要特点并掌握各种逻辑系列和主要参数的物理意义和数值的量级。•作业：P1224•P1226