12-静态逻辑门.ppt

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静态时序逻辑电路PPT

静态时序逻辑电路PPT
能够满足高速数据传输和处理的需求。
低功耗设计
随着便携式电子设备的普及,低功耗设计 成为静态时序逻辑电路的重要发展趋势, 能够延长设备的续航时间。
可编程逻辑器件
随着可编程逻辑器件的普及,静态时序逻 辑电路的可编程性越来越受到关注,能够 通过编程实现不同的功能。
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工作原理
时钟信号
输出信号
静态时序逻辑电路的工作受时钟信号 控制,时钟信号是周期性的脉冲信号, 用于同步电路中的各个操作。
触发器的状态会通过输出信号线输出, 以表示当前的状态值。
状态转换
在时钟信号的驱动下,静态时序逻辑 电路中的触发器会根据输入信号的状 态进行状态转换,并将转换后的状态 存储在触发器中。
触发器的输出状态会保持不变, 直到下一个输入信号的到来。
主要参数
灵敏度
触发器在输入信号到达阈值时开始发生跳变 的点。
保持时间
在输入信号消失后,触发器保持输出状态不 变的时间范围。
传输延迟时间
从输入信号发生变化到输出信号稳定所需的 时间。
功耗
触发器在工作过程中消耗的能量。
03
寄存器
定义与分类
定义
分类
计数器可以根据其工作原理、进制数、同步性等进行分类。
工作原理
工作原理
计数器的工作原理基于二进制数的加法运算。当计数器的输入端接收到一个脉冲信号时,计数器的输 出值就会增加1。
工作过程
计数器的工作过程可以分为三个阶段:复位阶段、计数阶段和保持阶段。在复位阶段,计数器的输出 被清零;在计数阶段,计数器的输出根据输入脉冲的个数增加;在保持阶段,计数器的输出保持不变 ,直到下一次复位或计数。

第五章(3) 静态CMOS逻辑电路.ppt

第五章(3) 静态CMOS逻辑电路.ppt

三、静态CMOS逻辑门的构成特点
复杂逻辑门的分析和设计
Example
与或非( AOI )门的设计
Байду номын сангаас
或与非门(OAI)的设计
实现不带“非”的逻辑
实现任意的组合逻辑电路
三种方案的比较
逻辑门的延迟时间与它的扇入 系数和扇出系数有关:
★ 扇出系数使负载电容增大, 对延迟时间是线性关系;
★ 扇入系数的增大一方面是等 效导电因子下降,驱动能力减 小,也使得串联的MOS管数目 增加,对串联支路中间节点电 容的充放电将增加延迟时间。
因此,扇入系数对延迟时间的 影响更大。
电路延迟时间与扇入、扇出系数的关系
FI是扇入系数,Fo是扇出系数
异或、同或逻辑的实现
异或:输入相异时输出高电平
同或:输入相同时输出高电平
异或电路的实现
用AOI门实现异或、同或功能
第五章 静态CMOS逻辑电路
CMOS反相器 CMOS与非门和或非门 静态CMOS逻辑门的构成特点 用静态CMOS逻辑门实现任意组合逻辑 类NMOS逻辑电路 MOS传输门 MOS传输门逻辑电路
三、静态CMOS逻辑门的构成特点
静态CMOS逻辑门是在CMOS反相器的基础上扩展而成的。 把反相器中单个的PMOS管用多个PMOS管构成的上拉网络代替; 把反相器中单个的NMOS管用多个NMOS管构成的下拉网络代替。 这样可以实现任意的与或非逻辑(AOI),也可以实现任意的或与非逻辑(OAI)
对NMOS下拉网络的构成规律: NMOS管串联实现与操作; NMOS管并联实现或操作。
对PMOS上拉网络的构成规律: PMOS管串联实现或操作; PMOS管并联实现与操作。
★ 电路最终输出还要对上述操作求反,最终实现带非的逻辑功能。 ★ 上述规律不仅适用于单个管子的串、并联,还可以推广到子电路块的串并联。

5.静态逻辑门电路

5.静态逻辑门电路

p
p K’p
n
n 2K’n
n
综合以上情况,在最坏的工作情况下,即:(1)、(3),应使:
Keffp=K’p/2=Kp Keffn=K’n=Kn
p K’p/2 p
n
n K’n
两个N管 串联 即要求p管的沟道宽度比n管大5倍以上。
1个P管 工作
思 考 题
1.画出O=A· B+C· D的CMOS组合逻辑门电路 。 2.计算题1复合逻辑门的驱动能力,为了保证最坏工作条件 逻辑门的驱动能力要与标准反相器的特性相同,P管和N管 的尺寸应如何选取。
A=1 B=1
VDD
CMOS静态组合逻辑门
I
I
I
I
基本CMOS逻辑门--1
反相器 A O A B 两输入与非门 O A B 两输入或非门 O
O=A
p A n O
A
B
O=A· B p
n n
O=A+B
p
p
O A B n p O n
逻辑门的设计
基本CMOS逻辑门--2
三输入与非门 A B C
O=A· C B·
Vd Vg
K1
Vd
K2
Vg
Keff
Vs
Vs
I
DS
I DS 1 I DS 2 ( K 1 K 2)[
I
DS

K
eff
[
V G V T V S V G V T V D ]
2 2 1
V G V T V S V G V T V D ]
2 2
K eff



2

V G V M V T K K V G V S V T K K V G V T V D

02静态组合逻辑

02静态组合逻辑

第2章 静态组合逻辑电路2.1 概述数字电路中,主要利用的逻辑电路的不同状态描述所对应的数字信号的差异,而逻辑电路的实际状态受到输入信号的选择或控制。

因此,抽象的数字逻辑状态通常还是采用电路中电压或电流变量明显区分的不同状态进行描述。

如果电路中的电压或电流变量仅存在0/1或Low/High两种状态,则称为双值逻辑系统:当变量可能的状态增加到0/1/x时,则为三值逻辑系统,其中x通常为高阻态或0-1间过渡的中间状态。

不同的变量状态可以对应不同的数字逻辑。

以电压变量为例,当高电平↔逻辑1、低电平↔逻辑0时,为正逻辑描述;相反,当高电平↔逻辑0、低电平↔逻辑1时,为负逻辑电路。

正负逻辑电路之间在相同的输入条件下输出为反相关系,或者在相同的输出条件下输入为反相关系。

为实现数字逻辑信号的处理功能,数字逻辑电路具有明显的特点或标识度。

首先,电路中的有源晶体管(包含MOS或BJT)均工作在饱和导通或关断截止的状态,因此数字逻辑电路通常又称为开关逻辑电路;其次为各有源器件的输入端必须接受输入大信号或开关信号的控制。

最终,通过晶体管开关作用,选择电路的输出逻辑状态,而输出状态-输入变量之间满足一般意义上的逻辑函数关系。

因此,逻辑电路设计主要关注的内容有:1)、功能的正确性与完整性;2)、数字信号处理性能的提高与功耗的降低;3)、性能的可靠性、健壮性(Robustness),由于数字开关电路噪声大量存在、不可避免,并通过引线、衬底和电容耦合等方式传播。

数字电路在高速处理状态下必须具备足够的抗噪声能力;4)、成本与性能的折中。

在电路系统的两类成本开销中,一次性成本(Non-recurrent Engineering)主要包含电路设计、Mask掩膜生成和一次性加工成本,可重复成本(Recurrent Costs)包含加工、测试、封装的成本。

成本开销通常与电路面积或体积成比例,过高的成本开销主要受性能提升的要求或压力所导致,通常描述数字逻辑电路性能的关键指标为延迟(delay)与功耗积,电源电压V CC提供电路能量,系统要求在最小的能量消耗下完成尽可能高速的信号处理。

12-静态逻辑门

12-静态逻辑门

۞所有输入都连在一起的假设,只有一个转换则结果不一致 所有输入都连在一起的假设, 所有输入都连在一起的假设 ۞5 与非门比或非门V 更接近理想情况V 5 ∴与非门比或非门VSP更接近理想情况VDD/2
12.1与非门和或非门的直流特性(续)
例12-1,12-2
1. 理想情况下,VSP=VDD/2 2. NMOS管跨导(实际为迁移率)大于PMOS管跨导,所以 VSP与非门比或非门更接近理想值 3. 数字电路中,与非门应用最多 4. PG,例NMOS PG,VSP应=(VDD-VTHN)/2
三、版图设计
※共享有源区以有效地减少源漏区耗尽层电容 ※metal1水平布线:电源、地;metal2垂直连线:输入
12.3 开关特性
并 联
MOS 管 及 其 等 效 数 字 模 型
并联MOS管
尺寸相等N个并联PMOS固有时间常数 tPLH=0.7Rp(N·Coxp)/N=0.7Rp·Coxp,Coxp=C’oxWL 若带有负载电容Cload,则 tPLH=0.7Rp(N·Coxp+Cload)/N 并联NMOS管 tPLH=0.7Rn(N·Coxn+Cload)/N ※Cload:除并联MOS本身的输出电容,输出节点上所有其 他电容之和
۞PMOS-上拉管
三输入异或门
二、差分分级逻辑
差分分级 Different Split-level,DSL 基本原理:用负载来降低输出电压摆幅, 以减小门延迟 缺点:降低了噪声容限
DSL模块图
VS1、VS2最大值为VDD/2 PMOS一直导通,增大VOL
四、三态输出
Enable=1,A的值传到栅极控制端,再翻转成A Enable=0,M1,M2 off,输出高阻态

基本单元电路课件

基本单元电路课件
解:考虑到0.13μm工艺的版图设计规则和工艺参数, 对于一般宽长比(W/L)小于10的MOS管,其漏区pn 结电容大约在1fF左右,为了简化计算,在外部负载电 容较大的情况下,可以忽略输出节点的pn结电容。根 据式(4.1-20)的上升时间公式和给定的参数,可以 求出使上升时间为40ps所要求的KP,eff, 即
IDP = IDP,1 +IDP,2 KP,eff =KP,1 +KP,2
18
基本单元电路2010
4.1.2 静态CMOS逻辑门的分析方法
(1) 两输入与非门的直流特性
等效反相器法
KN,eff
KN , 2
KP,eff 2KP
Vit
KN,eff KP,eff
VTN
(VDD
VTP)
1 KN,eff
(1) 两输入与非门的直流特性
✓ 并联的两个PMOS管情况类似。
IDP,1 =KP,1[(Vin -VTP -VDD )2 -(Vin -VTP -Vout )2 ] IDP,2 =KP,2[(Vin -VTP -VDD )2 -(Vin -VTP -Vout )2 ] IDP =KP,eff [(Vin -VTP -VDD )2 -(Vin -VTP -Vout )2 ]
✓ 最终实现带“非”的逻辑——“与或 非”(AND-OR-Inverter, AOI)、“或与 非”(OAI)
8
基本单元电路2010
ABCD
静态CMOS逻辑门的构成特点
V DD
A
CY
B
C3
C
C2
D
C1
F PMOS
1)每个输入信号同时接一个
NMOS管和一个PMOS管
Y = F ( A ,B ,C ) 的栅极, n输入逻辑门有

第五章(4) 静态CMOS逻辑电路.ppt

第五章(4) 静态CMOS逻辑电路.ppt

Vin VDD :NMOS管工作线性区 (Vout Vin VTN ) ;
PMOS管工作在饱和区 (Vout VTP ) ;
此时电流相等,即: IDN IDP
IDN KN [(Vin VTN )2 (Vin Vout VTN )2 ]
KP (VDD VTP )2
VOL
(VDD VTP )2 2Kr (VDD VTN
双传输晶体管逻辑(DPL)
几种传输门电路的比较
CPL和CMOS传输门电路中 ,两个传输通路分别受A和A 控制,A为高电平时传输B, A为低电平时传输B。
DPL电路中两个NMOS传输 管受A和A控制,分别传送B 和B,两个PMOS管分别受B 和B控制,分别传输A和A。 输出低电平时主要NMOS传 输管起作用,传输高电平时 主要PMOS管起作用。
F
Out
VSS
pseudo-NMOS inverter
Pulldown Network
OUT
Idn
Pseudo-NMOS AOI
5
类NMOS反相器的工作分析
PMOS管:常通
VDD VGS VTP ,VOUT VDD VDS VGS VT,P VDD VTP
VOUT VTP:工作VDD在线性区;
CMOS传输门传输低电平特性
CMOS传输门在恒定的栅源电压下,先工作在饱和区,然后进入线性区。
尽管第三个阶段时PMOS 截止,NMOS仍然线性区 导通,直到|VDSN|=VinVout=0时,即Vout=0时 传输才结束。 可以无损耗传输低电平。
3
类NMOS电路只用NMOS管串并联构成逻辑功能块,上拉通路用一个 常导通的PMOS管代替复杂的PMOS逻辑功能块。
因此,对于n输入逻辑门,类NMOS电路只需要n+1个MOS管。比静 态CMOS逻辑门节省了近一半器件。

第2章逻辑门.ppt

第2章逻辑门.ppt

依据材料概括晚清中国交通方式的特点,并分析其成因。
提示:特点:新旧交通工具并存(或:传统的帆船、独轮车, 近代的小火轮、火车同时使用)。 原因:近代西方列强的侵略加剧了中国的贫困,阻碍社会发 展;西方工业文明的冲击与示范;中国民族工业的兴起与发展;
政府及各阶层人士的提倡与推动。
[串点成面· 握全局]
发展的动脉。 2.出现 1881年,中国自建的第一条铁路——唐山 路建成通车。 1888年,宫廷专用铁路落成。 至胥各庄铁 开平
3.发展
(1)原因:
①甲午战争以后列强激烈争夺在华铁路的 ②修路成为中国人 (2)成果:1909年 权收归国有。 4.制约因素 政潮迭起,军阀混战,社会经济凋敝,铁路建设始终未入 修筑权 。
T5截止,T6导通。 结果电源经T6传到输 出端,F为高电平 。
F F F
A 0
F 1
FA
A
1
A A
1
0
非门的逻辑表达式
非门的真值表
非门的逻辑符号
任务二 认识常用复合逻辑门 的功能及符号
2.1 常用逻辑门电路
将常用的复合运算制成集成门电路,称为复合逻辑门电路。 1. 与非门电路
F F F
A 0 0
制了列强的经济侵略,但是并未能阻止其侵略。故B、C、D
三项表述都有错误。 答案:A
二、近代以来交通、通讯工具的进步对人们社会生活的影 响
(1)交通工具和交通事业的发展,不仅推动各地经济文化交
流和发展,而且也促进信息的传播,开阔人们的视野,加快 生活的节奏,对人们的社会生活产生了深刻影响。 (2)通讯工具的变迁和电讯事业的发展,使信息的传递变得 快捷简便,深刻地改变着人们的思想观念,影响着人们的社

第2章逻辑门电路-PPT精选

第2章逻辑门电路-PPT精选
第2章 逻辑门电路
逻辑门:完成一些基本逻辑功能的电子电路。现使用的 主要为集成逻辑门。
首先介绍晶体管的开关特性 着重讨论的TTL和CMOS门电路的
逻辑功能和电气特性
简要介绍其他类型的双极型和MOS门电路
2.1 晶体管的开关特性 在数字电路中,常将半导体二极管,三极管和场效应管
作 为开关元件使用。 理想开关: 接通时阻抗为零;断开时阻抗为无穷大;
1
VO
1
VI
VO 1输出 VOHmin
VNH VIHmin
0输出
VILman VNL
VOLman
VI
1输入 1输入
2.3.3 TTL与非门的静态输入与输出特性
1. 输入特性
1)输入伏安特性( II=f(Vi) ) 定义:电流流入T1的发射极
方向为正方向。
II(mA)
高电平输入
0.5 1.0 1.5 2.1 0
1.0
-15 -10 -5 0 5 10 15 I0(mA)
负载门的管脚的个数,即
IH=NIIH (IIH为负载门高电平输入电流,约为40μA左
右)
从曲线上看,当IO大于5mA时,VO才开始出现下降趋势, 但决定IOHmax值的并不是VOHmax,而是器件的功耗。在上 面讨论的电路中, IOHmax约为400mA。
在门输入端和地之间接电阻Ri,当电阻从0Ω逐步增加
时,由于电阻内部有电流流过,会使电阻两端电压Vi逐步
增加。
VCC
当T1管饱和导通时: Vi R1R iRi(VCC VB1E)
R1
4kΩ
T1
Roff≈0.9kΩ, Ron≈3kΩ。
Vi
Ri
当Ri小于R0ff时,输入为低 电平;当Ri高于Ron时,输入 为高电平。

第五章(2) 静态CMOS逻辑电路.ppt

第五章(2) 静态CMOS逻辑电路.ppt

CMOS或非门
或非门的直流电压传输特性曲线
若VTN=-VTP,KN=KP,Vit= (VDD+VTN)/3<0.5VDD, 传输特性不对称,向左偏。 若要使得Vit=0.5VDD, Kr=KN/KP=1/4
n输入或非门直流特性
Kr=KN/KP=n-3/2
n输入或非门瞬态特性
或非门设计考虑
或非门设计范例
两输入同步情况下逻辑阈值电平
若宽长比相同,KNeff=KN/2,KPeff=2KP
通常VTN<0.5VDD,因此Vit>0.5VDD
直流电压传输特性——两个输入信号不同步
二输入与非门的直流电压传输特性曲线
存在衬偏效应
A=VDD,B变化时, MN2的源极和衬底电位不同,受衬偏效应ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ响,阈 值电压会发生变化。 只有当VGS2=Vin-VDS1≥VTN2时,MN2才导通。
第五章 静态CMOS逻辑电路
CMOS反相器 CMOS与非门和或非门 静态CMOS逻辑门的构成特点 用静态CMOS逻辑门实现任意组合逻辑 类NMOS逻辑电路 MOS传输门 MOS传输门逻辑电路
二、静态CMOS逻辑电路
从反相器到逻辑门的构成
上拉开关网络
下拉开关网络
CMOS与非门
直流电压传输特性-两个输入信号同步
与非门瞬态特性的深入分析
计算下降时间时还应考虑串联支路的中间节点电容的影响。 这个放电过程等效于一个RC网络放电。 对于三输入与非门为: R1C1+(R1+R2)C2+(R1+R2+R3)CL 可见,越靠近地端的管子其导通电阻影响越大,因此,从输出端到接地端,MOS管 的导电因子应逐渐增大。
与非门设计考虑

数字电子技术-逻辑门电路PPT课件

数字电子技术-逻辑门电路PPT课件
在电路中的应用。
或非门(NOR Gate)
逻辑符号与真值表
描述或非门的逻辑符号,列出其对应的真值表, 解释不同输入下的输出结果。
逻辑表达式
给出或非门的逻辑表达式,解释其含义和运算规 则。
逻辑功能
阐述或非门实现逻辑或操作后再进行逻辑非的功 能,举例说明其在电路中的应用。
异或门(XOR Gate)
逻辑符号与真值表
01
02
03
Байду номын сангаас
04
1. 根据实验要求搭建逻辑门 电路实验板,并连接好电源和
地。
2. 使用示波器或逻辑分析仪 对输入信号进行测试,记录输
入信号的波形和参数。
3. 将输入信号接入逻辑门电 路的输入端,观察并记录输出
信号的波形和参数。
4. 改变输入信号的参数(如频 率、幅度等),重复步骤3, 观察并记录输出信号的变化情
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低功耗设计有助于提高电路效率和延长设 备使用寿命,而良好的噪声容限则可以提 高电路的抗干扰能力和稳定性。
扇入扇出系数
扇入系数
指门电路允许同时输入的最多 信号数。
扇出系数
指一个门电路的输出端最多可 以驱动的同类型门电路的输入 端数目。
影响因素
门电路的输入/输出电阻、驱动 能力等。
重要性
扇入扇出系数反映了门电路的驱动 能力和带负载能力,对于复杂数字 系统的设计和分析具有重要意义。
实际应用
举例说明非门在数字电路中的应用, 如反相器、振荡器等。
03
复合逻辑门电路
与非门(NAND Gate)
逻辑符号与真值表
描述与非门的逻辑符号,列出其 对应的真值表,解释不同输入下
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