第三章 逻辑门电路(康华光)

c=0=-5V， c =1=+5V 1）当c=0， c =1时 GSN= -5V (－5V到+5V)=(0到-10)V GSN< VTN, TN截止
5V
C
GSP=5V (-5V到+5V)=(10到0)V
GSP>0, TP截止 开关断开，不能转送信号
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2）当c=1， c =0时 a、I=5V~3V
第二章 逻辑门电路
3.1 MOS逻辑门电路 3.2 TTL逻辑门电路 *3.3 射极耦合逻辑门电路 *3.4 砷化镓逻辑门电路 3.5 逻辑描述中的几个问题 3.6 逻辑门电路使用中的几个实际问题 * 3.7 用VerilogHDL描述逻辑门电路
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第二章 逻辑门电路
教学基本要求：
1、了解半导体器件的开关特性。 2 、熟练掌握基本逻辑门（与、或、与非、或非、 异或门）、三态门、 OD门（ OC门）和传输门的逻 辑功能。
当输入为高电平时： MOS管工作在可变电阻区， 相当于开关“闭合”， 输出为低电平。
MOS管相当于一个由vGS控制 的无触点开关。
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3.1.4 CMOS 反相器
1.工作原理
VDD＞ (VTN VTP ) +VDD +10V VTP = 2 V
S2 +10V D2
vi
vGSN vGSP TN
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&
2.CMOS 或非门
+VDD +10V
TP1
A B
10V 0V
VTN = 2 V
A B TN1
VTP = 2 V
TP1 TN2 TP2 L 1 0 0 0
TP2
0 0
0 1 1 0 1 1
截止 导通 截止 导通 截止 导通 导通 截止 导通 截止 截止 导通
L
TN1 TN2
IOH :驱动门的输出端为高电平电流
IIH :负载门的输入电流为。
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(b) 带灌电流负载
当负载门的个数增加时，总的灌电流IOL将增加，同时也将引起 输出低电压VOL的升高。当输出为低电平，并且保证不超过输 出低电平的上限值。
N OL
I OL ( 驱动门 ) I IL ( 负载门 )
t PHL
90% 50% 10%
tPLH
90%
50% 10%
t
f
tr
类型参数 tPLH或tPHL(ns)
74HC VDD=5V 7
74HCT VDD=5V 8
74LVC VDD=3.3V 2.1
74AUC VDD=1.8V 0.9
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4. 功耗
静态功耗：指的是当电路没有状态转换时的功耗，即门电路
15×10－3 180 ×10－3 1×10－3 8 ×10－3
高速CMOS
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3.1.3 MOS开关及其等效电路
当υI < VT 当υI > VT
: MOS管截止， 输出高电平 ：MOS管工作在可变电阻区，输出低电平
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当输入为低电平时： MOS管截止， 相当于开关“断开” 输出为低电平。
IOL ：驱动门的输出端为低电平电流 IIL ：负载门输入端电流之和
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各类数字集成电路主要性能参数的比较
直流噪声容限 输出逻 传输延 电源电 静态功耗 功耗－延迟积 迟时间 辑摆幅 /mW /mW-ns 压/V V /V V /V NL NH /ns /V ＋5 ＋5 ＋15 －5.2 10 7.5 85 2 15 2 30 25 150 15 2550 50 1.2 0.4 7 0.155 2.2 0.5 7.5 0.125 3.5 3.5 13 0.8
导通 截止 导通 截止
N输入的或非门的电路的结构? 输入端增加有什么问题?
A L A B B 或非门
≥1
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3. 异或门电路
A B
L A B X A B A B
=A⊙B
A B A B
A B
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4.输入保护电路和缓冲电路
N1 T
A
B
1
N2 T
0
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（2）漏极开路门的结构与逻辑符号
漏极开路门输出连接 电路
TP2
+VDD
逻辑符号
RP A B
VDD L
L
VDD RP A B C D & & L
TP1 L TN1
A B
A B
VSS
A TN2 B
L &
(a)工作时必须外接电源和电阻 (b)与非逻辑不变 (c) 可以实现线与功能
+V DD & IOL（max)
0
RP & IIL（total) IIL & k
& 1
Rp(min)
V DD VOL(max) I OL(max) I IL(total)
n &
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…
m &
…
1
当VO=VOH 为使得高电平不低于规定的VIH的 I0H（total) & 1
+V DD RP
C D
L P1 P2 AB CD
AB CD
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(2) 上拉电阻对OD门动态性能的影响
Rp的值愈小，负载电容的充电时间 常数亦愈小，因而开关速度愈快。 但功耗大,且可能使输出电流超过允 许的最大值IOL(max） 。
A
电路带电容负载
VDD RP L
0
1
CL
Rp的值大，可保证输出电流不能超 B
C
5V
TP +5V – 5V
GSN=5V (－5V~+3V)=(10~2)V GSN>VTN, TN导通
vO / vI
vI / vO
b、I=3V~5V GSP= 5V (－3V~+5V) =2V ~ 10V GSP > |VT|, TP导通 C、I=3V~3V
TN
C
+5V
空载时电源总电流ID与电源电压VDD的乘积。
动态功耗：指的是电路在输出状态转换时的功耗，
对于TTL门电路来说，静态功耗是主要的。 CMOS电路的静态功耗非常低，CMOS门电路有动态功耗 5. 延时功耗积 是速度功耗综合性的指标.延时功耗积，用符号DP表示 6. 扇入与扇出数
扇入数：取决于逻辑门的输入端的个数。
1 0 1
TP 截止 截止 导通 L 0 1 TN 截止 导通
0 ≥1 1 0 1
A EN
1
L
使能EN 1 1 0
输入A 0 1 ×
输出L 0 1 高阻
逻辑功能：高电平有效的同相逻辑门
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3.1.7 CMOS传输门(双向模拟开关)
1. CMOS传输门电路 电路
C
逻辑符号
C
TP vI /vO
电路类型 CT54/74 CT54LS/74LS HTL ECL CE10K系列
TTL
CE100K系列
VDD=5V VDD=15V
－4.5
＋5 ＋15 ＋5
0.75
45 12 8
40
5×10－3
30
225 ×10－3
0.135
2.2 6.5 1.0
0.130
3.4 9.0 1.5
0.8
5 15 5
CMOS
-10V 0V
TP
vO
0 V 0V 10 V 10V
截止 导通 10 V
导通 截止 0 V
逻辑表达式
TP
逻辑真值表
Байду номын сангаас0V
vi
D1
vO
S1 TN
VTN = 2 V
vi (A) 0 1
vO(L) 1 0
L A
A
1
逻辑图
L
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2. 电压传输特性和电流传输特性
电压传输特性
vO f ( vI )
vI
输入低电平的上限值 VIL(max) 输入高电平的下限值 VIL(min) 输出高电平的下限值 VOH(min) 输出低电平的上限值 VOH(max)
输出 低电平
输入 VOL(max) 低电平 0 0 G2 门 vI 范围 G1 门 vO 范围
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2. 噪声容限
在保证输出电平不变的条件下，输入电平允许波动的范围。它表 示门电路的抗干扰能力 负载门输入高电平时的噪声容限： VNH —当前级门输出高电平的最小 值时允许负向噪声电压的最大值。 VNH =VOH(min)－VIH(min) 负载门输入低电平时的噪声容限： VNL —当前级门输出低电平的最大
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3. CMOS反相器的工作速度
带电容负载
在由于电路具有互补对称的性质，它的开通时间与关 闭时间是相等的。平均延迟时间：10 ns。
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3.1.5 CMOS 逻辑门
1.CMOS 与非门 (a)电路结构 VTP = 2 V
10V 0V
(b)工作原理
+VDD +10V
vO vI
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TN导通，TP导通
传输门的应用
传输门组成的数据选择器 C=0 TG1导通, TG2断开 L=X C=1 TG2导通, TG1断开 L=Y
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（a) 带拉电流负载
扇出数： 是指其在正常工作情况下，所能带同类门电路的最大数目。