常用时序集成电路介绍
数字ic soc中的上下电时序
一、ic soc中的上下电时序概述IC SOC（System on Chip）是指将多个功能集成在一个芯片上的集成电路系统，它具有高性能和低功耗的特点，广泛应用于电子产品中。
在IC SOC的设计和使用中，上下电时序是非常重要的，它直接影响着芯片的性能和稳定性。
本文将从上下电时序的概念、原理和设计要点等方面进行介绍。
二、上下电时序的概念上下电时序是指IC SOC在工作过程中的上电和下电时序。
上电时序是指芯片在上电过程中各个电源和信号的建立时间。
下电时序是指在断电过程中芯片各个模块的关闭时间。
上下电时序对芯片的正常工作、稳定性和寿命等都有重要影响。
三、上下电时序的原理在IC SOC中，上下电时序的原理主要包括内部模块的电源管理、时钟树的同步和数据传输的稳定等。
在上电时，各个模块需要按照一定的顺序建立电源和信号，以保证芯片整体的稳定和正常工作。
在下电时，各个模块也需要按照一定的时序进行关闭，以避免数据丢失和系统崩溃。
四、上下电时序的设计要点1. 测试和验证：在设计IC SOC时，需要对上下电时序进行充分的测试和验证，以保证芯片在各种情况下都能正常工作。
2. 时序规划：在设计芯片的时候，需要对上下电时序进行合理的规划，以确保芯片的稳定性和可靠性。
3. 约束设置：在设计工具中，需要对上下电时序进行严格的约束设置，以保证芯片的上下电时序满足实际需求。
五、上下电时序的实际应用在实际应用中，上下电时序的设计和验证是IC SOC设计工程师需要重点关注的内容。
只有合理设计和严格验证上下电时序，才能保证芯片的正常工作和稳定性。
六、总结上下电时序是IC SOC设计中的重要环节，它直接关系到芯片的性能和稳定性。
设计工程师需要充分理解上下电时序的概念、原理和设计要点，从而在实际工作中能够合理规划和有效实施上下电时序的设计和验证工作。
只有这样，才能保证IC SOC在各种应用场景下都能够正常工作和稳定运行。
七、上下电时序的调整和优化在实际应用中，为了进一步提高IC SOC的性能和稳定性，设计工程师需要对上下电时序进行调整和优化。
555电路原理
555电路原理
555电路原理是一种常用的集成电路，其主要功能是产生稳定
的时序信号。
555电路原理的核心是一对比较器、一个RS触
发器和一对输出驱动器。
比较器是555电路原理的核心部分，其作用是根据输入信号的电平大小来判断输出信号的高低电平。
RS触发器是一个状态
存储器，通常由两个互补的触发器构成。
当RS触发器的S端（Set）和R端（Reset）分别接收到高电平信号时，触发器的
输出状态会相应变化。
输出驱动器则用来驱动外部负载，使得555电路原理的输出信号能够对外部设备产生影响。
555电路原理的工作原理是基于固定的参考电压和可调的阈值
电压来产生稳定的时序信号。
当输入电压超过阈值电压时，输出会由低电平变为高电平；当输入电压低于阈值电压时，输出会由高电平变为低电平。
而输入电压和阈值电压之间的差值决定了输出信号的时间周期。
555电路原理在实际应用中具有广泛的用途，例如用作定时器、频率计、脉冲发生器等。
它的简单可靠和灵活性使得它成为电子工程师常用的集成电路之一。
时序逻辑电路
第五章时序逻辑电路前面介绍的组合逻辑电路无记忆功能。
而时序逻辑电路的输出状态不仅取决于当时的输入信号，而且与电路原来的状态有关，或者说与电路以前的输入状态有关，具有记忆功能。
触发器是时序逻辑电路的基本单元。
本章讨论的内容为时序逻辑电路的分析方法、寄存器和计数器的原理及应用。
第一节时序逻辑电路的分析一、概述1、时序逻辑电路的组成时序逻辑电路由组合逻辑电路和存储电路两部分组成，结构框图如图5-1所示。
图中外部输入信号用X（x1，x2，…，x n）表示；电路的输出信号用Y（y1，y，…，y m）表示；存储电路的输入信号用Z（z1，z2，…，z k）表示；存储电2路的输出信号和组合逻辑电路的内部输入信号用Q（q1，q2，…，q j）表示。
图5-1 时序逻辑电路的结构框图可见，为了实现时序逻辑电路的逻辑功能，电路中必须包含存储电路，而且存储电路的输出还必须反馈到输入端，与外部输入信号一起决定电路的输出状态。
存储电路通常由触发器组成。
2、时序逻辑电路逻辑功能的描述方法用于描述触发器逻辑功能的各种方法，一般也适用于描述时序逻辑电路的逻辑功能，主要有以下几种。
（1）逻辑表达式图5-1中的几种信号之间的逻辑关系可用下列逻辑表达式来描述：Y =F(X，Q n)Z =G(X，Q n)Q n+1=H(Z，Q n)它们依次为输出方程、状态方程和存储电路的驱动方程。
由逻辑表达式可见电路的输出Y不仅与当时的输入X有关，而且与存储电路的状态Q n有关。
（2）状态转换真值表状态转换真值表反映了时序逻辑电路的输出Y、次态Q n+1与其输入X、现态Q n的对应关系，又称状态转换表。
状态转换表可由逻辑表达式获得。
（3）状态转换图状态转换图又称状态图，是状态转换表的图形表示，它反映了时序逻辑电路状态的转换与输入、输出取值的规律。
（4）波形图波形图又称为时序图，是电路在时钟脉冲序列CP的作用下，电路的状态、输出随时间变化的波形。
应用波形图，便于通过实验的方法检查时序逻辑电路的逻辑功能。
清华大学《数字集成电路设计》周润德 第8章 时序电路
LOGIC对扰动不敏感（2）Register寄存器为存放二进制数据的器件，通常由Latch 构成。
一般地，寄存器为边沿触发。
（3）flip-flops（触发器）任何由交叉耦合的门形成的双稳电路Register 时序参数D Q Clk T Clk D tsu Q tc-q thold注意：数据的上升和下降时间不同时，延时将不同。
2004－12－1清华大学微电子所 《数字大规模集成电路》 周润德 第 8 章 (1) 第 11 页Latch 时序参数Latch 的时序（ Timing ）参数还要考虑tD 2 D Q DQtD-qQClkClktC 2QtC 2Q寄存器（Register）2004－12－1锁存器（Latch）第 8 章 (1) 第 12 页清华大学微电子所 《数字大规模集成电路》 周润德Latch 时序参数D Q Clk正电平 Latch 时钟负边沿T Clk D tc-q PWm thold td-q tsuQ注意：数据的上升和下降时间不同时，延时将不同。
2004－12－1清华大学微电子所 《数字大规模集成电路》 周润德 第 8 章 (1) 第 13 页最高时钟频率φ FF’s LOGIC tp,comb最高时钟频率需要满足：tclk-Q + tplogic+ tsetup < T =但同时需要满足:其中tplogic = tp,comb (max) tcd:污染延时（contamination delay） = 最小延时（minimum delay）第 8 章 (1) 第 14 页tcdreg + tcdlogic > thold =2004－12－1其中清华大学微电子所 《数字大规模集成电路》 周润德研究不同时刻 （t1, t2）FF1φ (t1) LOGIC t p,combφ (t2)CLKt1tsu D tholdFF1 输入数据 应保持稳定t tsuF F2t2holdtFF2 输入数据 应保持稳定tclk-q QFF1 输出数据 经组合逻辑到达 t 已达稳定 寄存器输入端tclk-Qtp,comb (max）tsetup因此要求：tclk-Q + tp,comb (max) + tsetup < T =2004－12－1清华大学微电子所 《数字大规模集成电路》 周润德 第 8 章 (1) 第 15 页研究同一时刻 （t1）t1 时FF1φ (t1) LOGIC FF1 t p,combt1 时FF2输入数据（2）φ (t1)输入数据（1）tclk-q QFF1 输出数据 已达稳定经组合逻辑已 到达FF2 输入端破坏了本应保 持的数据（2）tt1tcdregtcdlogicholdsuD输入数据（2）应保持稳定至 t1F F2t因此要求 := tcd: 污染延时（contamination delay） = 最小延时（minimum delay）2004－12－1清华大学微电子所 《数字大规模集成电路》 周润德 第 8 章 (1) 第 16 页tcdreg + tcdlogic > thold写入（触发）静态 Latch 的方法：以时钟作为隔离信号, 它区分了“透明” （transparent ）和“不透明” （opaque）状态CLKCLKQ CLKD CLKDD弱反相器CLKMUX 实现弱反相器实现（强制写入）（控制门可仅用NMOS实现）2004－12－1清华大学微电子所 《数字大规模集成电路》 周润德第 8 章 (1) 第 17 页Latch 的具体实现基于Mux 的 Latch负（电平） latch (CLK= 0 时透明) 正（电平） latch (CLK= 1 时透明)1 D 0Q D0 1QCLKCLKQ = Clk ⋅ Q + Clk ⋅ In2004－12－1Q = Clk ⋅ Q + Clk ⋅ In第 8 章 (1) 第 18 页清华大学微电子所 《数字大规模集成电路》 周润德基于（传输门实现的） Mux 的 LatchCLKQ CLK DCLK（1）尺寸设计容易 （2）晶体管数目多（时钟负载因而功耗大）2004－12－1清华大学微电子所 《数字大规模集成电路》 周润德 第 8 章 (1) 第 19 页基于（传输管实现）Mux 的 Latch（仅NMOS 实现）CLK QM QM CLK CLKCLK仅NMOS 实现不重叠时钟 （Non-overlapping clocks）（1）仅NMOS 实现，电路简单，减少了时钟负载 （2）有电压阈值损失（影响噪声容限和性能，可能引起静态功耗）2004－12－1清华大学微电子所 《数字大规模集成电路》 周润德 第 8 章 (1) 第 20 页Q单元形式的Latch采用串联电压开关逻辑（CVSL）QNon-overlap时间过长，存储在动态节点上的电荷会泄漏掉（故称伪静态）低电压静态Latch双边沿触发寄存器RS Latch?动态Latch 和Register（1）比静态Latch和Register 简单（2）基于在寄生电容上存储电荷，由于漏电需要周期刷新（或经常更新数据）（3）不破坏的读信息：因此需要输入高阻抗的器件传输门构成的动态边沿触发寄存器（只需8 个晶体管，节省功耗和提高性能，甚至可只用NMOS 实现）动态节点。
数电第六章时序逻辑电路
• 根据简化的状态转换图，对状态进行编码，画出编码形式 的状态图或状态表
• 选择触发器的类型和个数 • 求电路的输出方程及各触发器的驱动方程 • 画逻辑电路图，并检查电路的自启动能力 EWB
典型时序逻辑集成电路
• 寄存器和移位寄存器 – 寄存器 – 移位寄存器 –集成移位寄存器及其应用 • 计数器 – 计数器的定义和分类 – 常用集成计数器 • 74LVC161 • 74HC/HCT390 • 74HC/HCT4017 – 应用 • 计数器的级联 • 组成任意进制计数器 • 组成分频器 • 组成序列信号发生器和脉冲分配器
– 各触发器的特性方程组：Q n1 J Q n KQ n CP
2. 将驱动方程组代入相应触发器的特性方程,求出各触发器 的次态方程,即时序电路的状态方程组
n n FF0：Q0 1 Q 0 CP n n n FF1：Q1 1 A Q0 Q1 CP
同步时序逻辑电路分析举例(例6.2.2C)
分析时序逻辑电路的一般步骤
• 根据给定的时序电路图写方程式 – 各触发器的时钟信号CP的逻辑表达式(同步、异步之分) – 时序电路的输出方程组 – 各触发器的驱动（激励）方程组 • 将驱动方程组代入相应触发器的特性方程,求出各触发器 的次态方程,即时序电路的状态方程组 • 根据状态方程组和输出方程组,列出该时序电路的状态 表,画状态图或时序图 • 判断、总结该时序电路的逻辑功能
• 电路中存在反馈
驱动方程、激励方程: E F2 ( I , Q )
状态方程 : Q n1 F3 ( E , Q n ) • 电路状态由当前输入信号和前一时刻的状态共同决定
• 分为同步时序电路和异步时序电路两大类
什么是组合逻辑电路?
常用时序分析SDC
常用时序分析SDC时序分析(SDC)是一种通过对电气信号或数字信号的流动和延迟进行建模和仿真，以评估和优化电路性能的方法。
它广泛应用于集成电路设计、数字信号处理、通信系统和计算机网络等领域。
本文将介绍常用的时序分析方法和工具。
时序分析的基本原理是将电路中的时钟信号作为参考，通过计算信号延迟和时序约束来评估电路的性能。
时序分析的主要目标是确保电路在时钟周期内的正确操作，以及满足时序约束，如输入输出的保持时间、上升时间和下降时间等。
常用的时序分析方法包括路径延迟分析、时钟域交叉点分析、时钟域插入延迟分析和正态分布时延分析等。
路径延迟分析是时序分析的基础，它用于计算信号从输入到输出的总延迟。
该分析方法基于信号在电路中传播的时间和路径，并根据电路中的逻辑门和线缆的延迟模型，计算每个路径的延迟。
路径延迟分析通常用于检测潜在的时序故障，如不满足时序约束的路径。
时钟域交叉点分析是用于检测和修复时钟域之间的交叉点的时序分析方法。
时钟域交叉点是指时钟边沿和非时钟边沿之间的特殊点，在这些点上信号可能发生非同步转换，导致时序故障。
时钟域交叉点分析通过建立时钟域模型，预测信号在交叉点处的时延，并根据时序约束进行优化。
时钟域插入延迟分析是为了解决时钟信号在时钟分配网络中传播的延迟问题而提出的。
时钟信号在时钟分配网络中传播的延迟会导致时序故障，因此需要对插入延迟进行建模和分析。
时钟域插入延迟分析通过建立时钟分配网络模型，计算插入延迟，并根据时序约束进行优化。
正态分布时延分析是一种考虑变化的时延和时钟抖动的高级时序分析方法。
在集成电路设计中，由于制造偏差、温度变化和电压噪声等因素，电路的时延和时钟信号的抖动会出现一定的变化。
正态分布时延分析通过建立变化模型，并根据正态分布进行分析，可以更准确地评估电路的性能。
除了上述方法外，还有一些常用的时序分析工具，如PrimeTime、Tempus、HyperLynx和ModelSim等。
数字集成电路(时序逻辑电路)
目录
• 引言 • 时序逻辑电路的基本概念 • 数字集成电路的组成 • 时序逻辑电路的分析方法
目录
• 引言 • 时序逻辑电路的基本概念 • 数字集成电路的组成 • 时序逻辑电路的分析方法
目录
• 时序逻辑电路的设计方法 • 时序逻辑电路的应用 • 时序逻辑电路的发展趋势和挑战
逻辑门
01
逻辑门是数字集成电路的基本组成单元，用于实现逻辑运算（如AND、 OR、NOT等）。
02
常见的逻辑门有TTL（Transistor-Transistor Logic）和CMOS （Complementary Metal-Oxide Semiconductor）等类型。
03
逻辑门通常由晶体管组成，通过不同的组合和连接方式实现各种逻辑 功能。
目录
• 时序逻辑电路的设计方法 • 时序逻辑电路的应用 • 时序逻辑电路的发展趋势和挑战
01
引言
01
引言
主题简介
数字集成电路
数字集成电路是利用半导体技术将逻 辑门、触发器等数字逻辑单元集成在 一块衬底上，实现数字信号处理功能 的集成电路。
时序逻辑电路
时序逻辑电路是一种具有记忆功能的 电路，其输出不仅取决于当前的输入 ，还与电路的先前状态有关。常见的 时序逻辑电路有寄存器、计数器等。
时序图
通过图形方式表示时序逻辑电路的输入和输出随时间变化的规律，能够直观地展 示电路的工作过程。
逻辑方程和时序图
逻辑方程
描述时序逻辑电路输入和输出关系的数学表达式，通常由触发器的状态方程和输 出方程组成。
时序图
通过图形方式表示时序逻辑电路的输入和输出随时间变化的规律，能够直观地展 示电路的工作过程。
集成电路中的高精度时钟和时序设计方法
集成电路中的高精度时钟和时序设计方法高精度时钟和时序设计方法是集成电路设计中非常重要的一部分。
随着现代电子设备对时钟和时序要求的不断提高，需要能够提供高精度时钟和可靠的时序设计来满足不同应用的需求。
本文将从时钟和时序设计的基本概念、设计方法、以及相关技术的发展等方面进行介绍。
一、时钟和时序设计的基本概念时钟是任何数字电路的基础，它用来为芯片中的各个模块提供同步的时间基准。
时钟信号通常是一个周期性方波信号，其频率由晶体振荡器或者外部源提供。
时钟信号的频率和稳定性对整个系统的性能有着非常重要的影响。
而时序设计则是指在特定的时序条件下，确保各个电路模块的输入输出性能和指定的时间要求相符。
二、高精度时钟设计方法1. 晶体振荡器的选择与优化晶体振荡器是产生高精度时钟信号的核心部件，因此在进行高精度时钟设计时，选择合适的晶体振荡器非常关键。
一般选择低相位噪声、低抖动、高稳定性的晶体振荡器。
此外，优化振荡器的布局和硅片的物理结构，降低外界干扰和内部耦合，进一步提高振荡器的性能。
2. 时钟分频和锁相环技术时钟信号的频率通常要求非常高，但是芯片中不同模块对时钟信号的频率要求并不相同。
因此，可以利用时钟分频技术将高频时钟分频为各个模块所需的频率。
此外，锁相环（PLL）技术也被广泛应用于高精度时钟设计中，它可以将外部时钟信号锁定为内部倍频的高稳定性时钟信号。
3. 去除时钟抖动和噪声时钟信号中的抖动和噪声会直接影响到整个系统的性能。
因此，在高精度时钟设计中，需要采取一系列措施来降低时钟信号的抖动和噪声。
这可以包括差分时钟设计、时钟缓冲和滤波电路的设计等。
三、高精度时序设计方法1. 时序分析和约束时序分析是指通过对设计电路中的信号路径进行分析，获得信号在电路中传输的时间延迟等信息。
同时，根据设计要求和制造工艺的要求，制定相应的时序约束。
时序约束可以包括时钟频率、时钟间隔、各个电路模块的输入输出延迟等。
2. 布线和时序优化布线是非常关键的一步，它直接影响到时序的性能。
下列集成电路芯片中属于时序逻辑电路
下列集成电路芯片中属于时序逻辑电路时序逻辑电路是一种在数字电路中广泛应用的电路类型，它能够根据输入信号的变化和时钟信号的控制来产生输出信号。
在现代电子设备中，时序逻辑电路被广泛应用于计算机、通信设备、数字电视等各种领域。
下面将介绍几种常见的集成电路芯片，它们属于时序逻辑电路。
首先是74系列的集成电路芯片，如74LS74、74HC74等。
这些芯片是由德州仪器公司（Texas Instruments）推出的，属于时序逻辑电路的一种。
它们采用了D触发器作为基本单元，能够实现各种时序逻辑功能，如时钟分频、计数器等。
这些芯片具有低功耗、高可靠性和广泛的应用范围，被广泛应用于各种数字电路设计中。
其次是555定时器芯片。
555定时器芯片是一种经典的时序逻辑电路芯片，由美国国家半导体公司（National Semiconductor）推出。
它能够产生各种不同的时序信号，如方波、脉冲等。
555定时器芯片具有简单的电路结构、稳定的性能和广泛的应用范围，被广泛应用于计时、频率测量、脉冲调制等领域。
另外还有74HC595移位寄存器芯片。
74HC595是一种串行输入、并行输出的移位寄存器芯片，由德州仪器公司推出。
它能够将串行输入的数据按照时钟信号的控制进行移位，并将移位后的数据并行输出。
74HC595移位寄存器芯片具有简单的电路结构、高速的数据传输和广泛的应用范围，被广泛应用于LED显示屏、数码管显示、扩展IO口等领域。
最后是FPGA（Field-Programmable Gate Array）芯片。
FPGA芯片是一种可编程逻辑器件，由Xilinx、Altera等公司推出。
它能够根据用户的需求进行编程，实现各种不同的时序逻辑功能。
FPGA芯片具有灵活性强、可重构性高和适应性广的特点，被广泛应用于数字信号处理、通信系统、图像处理等领域。
综上所述，时序逻辑电路在现代电子设备中起着重要的作用。
上述介绍的几种集成电路芯片，如74系列芯片、555定时器芯片、74HC595移位寄存器芯片和FPGA芯片，都属于时序逻辑电路。
数电 第6章时序电路
J2
* 1 ' 1 ' 0
K '2
' 1 ' 0
Q Q Q0 Q1Q Q0Q Q Q1
J1
* ' ' ' Q0 Q3' Q0 Q2 Q0 ' 3 ' 2 ' 0 '
' K1
0 0 1 1 0 1 1 0
0 1 0 1 0 1 0 1
0 1 1 0 1 0 0 0
1 0 1 0 1 0 1 0
6.4 同步时序逻辑电路的设计方法
逻辑电路设计:给定设计要求(或者是一段文字描叙,或 者是状态图),求满足要求的时序电路. 设计步骤:
1、进行逻辑抽象,建立电路的状态转换图(状态转换表)。 在状态表中未出现的状态将作为约束项 2、选择触发器,求时钟方程、输出方程和状态方程； 时钟:若采用同步方案,则CP1=CP2=CPn； 如果采用异步方案, 则需根据状态图先画出时序图,然后从翻转要求出发,为各个 触发器选择合适的时钟信号； 输出：输出与现态和输入的逻辑关系； 状态：各触发器的次态输出方程。
这三组方程反映的电路中各个变量 之间的逻辑关系。
3、进行计算:从输出方程和状态方程，不能看出电路 状态的变化情况。还需要转换成状态转换表和状态转 换图。
状态转换表：把任一组输入变量的值和电路的初态值代入状态 方程和输出方程，得到电路的次态和输出值；把得到的次态作 为新的初态，和现在的输入变量值再代入状态方程和输出方程， 得到电路新的次态和输出值。如此继续下去，把每次得到的结 果列成真值表的形式，得到状态转换表。
集成电路设计中的时序问题
集成电路设计中的时序问题时序问题是集成电路设计过程中最关键的问题之一，它决定了电子产品的性能。
本文将介绍集成电路设计中的时序问题，包括时钟频率、时钟抖动、时序分析和时序验证等方面的内容。
一、时钟频率时钟频率是集成电路设计中最基本的时序参数。
它指的是时钟信号的变化频率，也就是时钟周期的倒数。
时钟频率越高，电路的工作速度越快，但是也会使电路的功耗和噪声增加。
在设计时钟频率时，需要考虑电路数据传输的速度、时序保持时间、信号延迟和管脚负载等因素。
二、时钟抖动时钟抖动是指时钟信号在周期内的波动。
时钟抖动会影响电路的时序稳定性和信号完整性。
时钟抖动的主要原因有噪声、干扰和时序偏移等因素。
对于高频时钟信号，时钟抖动可能会导致信号的拍卖（beating），进而导致系统故障。
因此，在设计电路时，需要考虑时钟抖动的影响，并采取相应的措施降低时钟抖动。
三、时序分析时序分析是指通过分析电路中各个信号之间的时间关系，确定电路中各个时序参数的值。
时序分析包括路径分析、时钟分析和综合分析等过程。
路径分析主要是分析电路中各个路径的延迟，确定电路的最长路径和最短路径，并确定时序限制。
时钟分析主要是分析时钟信号的分布和时钟偏移，以确保时钟信号到达各个寄存器的时间是正确的。
综合分析则是将路径分析和时钟分析结合起来，确定电路中各个时序参数的值，并进行时序约束。
四、时序验证时序验证是指通过仿真等手段验证电路中的时序参数是否符合设计要求。
时序验证分为模拟验证和时序分析两种方法。
模拟验证是指通过仿真电路中的信号波形，判断电路中各个信号之间的时间关系是否正确。
时序分析则是通过分析电路中的时序模型，验证时钟周期、时序保持时间、时序偏移等时序参数是否符合设计要求。
五、总结时序问题是集成电路设计中最重要的问题之一。
时钟频率、时钟抖动、路径分析、时钟分析和时序验证等方面都需要考虑时序问题。
在设计电路时，需要采取有效的措施降低时钟抖动，并进行精确的时序分析和时序验证，以确保电路的时序稳定性和信号完整性。
CMOS逻辑电路及时序电路分析
MOS管
•
CMOS 逻辑电路
CMOS逻辑电路
• CMOS是单词的首字母缩写，代表互补的 金属氧化物半导体(Complementary MetalOxide-Semiconductor)，它指的是一种特殊 类型的电子集成电路(IC)。集成电路是一块 微小的硅片，它包含有几百万个电子元件 。术语IC隐含的含义是将多个单独的集成 电路集成到一个电路中，产生一个十分紧 凑的器件。在通常的术语中，集成电路通 常称为芯片，而为计算机应用设计的IC称 为计算机芯片。
先进的CMOS——AC（ACT）系列
• 该系列的工作频率得到了进一步的提高， 同时保持了CMOS超低功耗的特点。其中 ACT系列与TTL器件电压兼容，电源电压范 围为4.5～5.5V。AC系列的电源电压范围为 1.5～5.5V。AC（ACT）系列的逻辑功能、 引脚排列顺序等都与同型号的HC（HCT） 系列完全相同。
高速的CMOS——HC（HCT）系列
• 该系列电路主要从制造工艺上作了改进，使其大 大提高了工作速度，平均传输延迟时间小于10ns ，最高工作频率可达50MHz。HC系列的电源电压 范围为2～6V。HCT系列的主要特点是与TTL器件 电压兼容，它的电源电压范围为4.5～5.5V。它的 输入电压参数为VIH（min）=2.0V；VIL（max） =0.8V，与TTL完全相同。另外，74HC/HCT系列 与74LS系列的产品，只要最后3位数字相同，则 两种器件的逻辑功能、外形尺寸，引脚排列顺序 也完全相同，这样就为以CMOS产品代替TTL产 品提供了方便。
CMOS逻辑电路
制造集成电路的方法有多种，但对于数字 逻辑电路而言CMOS是主要的方法。桌面 个人计算机、工作站、视频游戏以及其它 成千上万的其它产品都依赖于CMOS集成 电路来完成所需的功能。
cd4013应用电路
CD4013应用电路简介CD4013是一种常用的D触发器芯片，常用于数字电路设计中的时序控制、存储和触发等功能。
本文将介绍CD4013的基本原理和应用电路，并提供相关的示例电路和代码。
基本原理CD4013芯片是一种带有两个D触发器的CMOS集成电路。
它的工作原理基于D触发器的功能，可以实现存储和触发等操作。
每个D触发器有两个输入端：Data（D）和时钟（CLK），以及两个输出端：Q和Q’。
CD4013芯片也有两个集成的D触发器，分别标记为D1和D2。
CD4013芯片通过时钟信号的变化来读取D输入，并将其存储在触发器中。
当时钟信号上升沿时，D触发器会将D输入的值存储到其内部存储器中，并在输出端产生相应的输出。
当时钟信号下降沿时，触发器不会存储D输入的值，并且输出保持其之前存储的状态。
CD4013芯片还具有其他一些功能，如使能（EN）输入和复位（R）输入。
使能输入允许或禁止数据存储器的工作，而复位输入可以将存储器复位为初始状态。
应用电路1. 触发器CD4013芯片最常见的应用之一是作为触发器使用。
触发器的功能是储存和输出一个信号，并在触发条件满足时进行状态切换。
以下是一个简单的CD4013触发器的电路图示例：触发器电路图触发器电路图该电路中，CD4013的CLK引脚连接到时钟信号源，D1和D2分别连接到需要存储的输入信号。
Q1和Q2是输出信号，输出的值根据触发器的状态更新。
2. 分频器CD4013芯片还可以用作分频器。
分频器用于将输入信号分频成较低频率的输出信号。
下面是一个CD4013分频器的电路图示例：分频器电路图分频器电路图在此电路中，CLK引脚连接到需要分频的输入信号。
通过选择适当的接线，可以将输入信号的频率分频为所需的较低频率。
Q1输出可以被用于控制其他电路或设备。
3. 时序控制CD4013芯片还可以用于时序控制应用。
时序控制在数字电路设计中非常重要，用于控制数据的传输和处理。
下面是一个使用CD4013进行时序控制的电路图示例：时序控制电路图时序控制电路图在这个电路中，时钟信号通过CLK引脚输入，D1和D2分别连接到需要控制的输入信号。
时序逻辑电路
二、按照存储单元状态变化的特点，时序电路可以分成同步时序 电路和异步时序电路两大类。 在同步时序电路中，所有触发器的状态变化都是在同一时钟 信号作用下同时发生的。而在异步时序电路中，各触发器状 态的变化不是同时发生，而是有先有后。异步时序电路根据 电路的输入是脉冲信号还是电平信号，又可分为：脉冲异步 时序电路和电平异步时序电路。
111 0
0 11 0
/0
/0
11 0 1
0 111
/0
/0
1100 /0 1011 /0 1010 /0 1001 /0 1000
第六章 时序逻辑电路— 6.1 概述
Y(tn) = F[X(tn)，Q(tn)] —— 输出方程 Q(tn+1) = G[Z(tn)，Q(tn)] —— 状态方程（对与独立的一个RS、
JK、D触发器称为特征方程） Z(tn) = H[X(tn)，Q(tn)] —— 驱动方程（激励方程） tn，tn+1表示相邻的两个离散时间；q1，q2，…, qL为状态变量，
001 /0
/0 010
011
/1
/1
/0
111
110
/0 101
/0 100
→代表转换方向，输入变量取值写出斜线之上，输出值写在斜线之 下。
时序图： 在时钟脉冲序列作用下电路状态，输出状态随时间变化的波形图叫 做时序图。
CP
Q1
t
Q2
t
Q3
t
Y
t
t
第六章 时序逻辑电路— 6.3 常用的时序电路分析（寄存器）
一、寄存器：
维持阻塞结构的单拍工 作方式寄存器,其接收数 码时所有数码都是同时 读入的,称此种输入、输 出方式为并行输入，并 CP 行输出方式。
集成电路的八大电路
集成电路的八大电路集成电路是指将多个电子元器件（晶体管、电容等）及其连接线路集成在一个芯片上，形成一个完整的电路系统。
它具有体积小、功耗低、可靠性高等优点，被广泛应用于电子设备中。
下面介绍集成电路中的八大电路：1. 逻辑电路：逻辑电路是指由多个逻辑门（与门、或门、非门等）组成的电路。
它可以实现逻辑运算，如加法、减法、与运算、或运算等，广泛应用于数字电路中。
2. 放大电路：放大电路是指能将输入信号放大的电路，它可以增大信号的幅度，使得信号能够被更远距离传播。
放大电路的应用非常广泛，如音频放大器、射频放大器等。
3. 驱动电路：驱动电路是指能够控制电动机、发光器件、继电器等外部设备的电路。
它通常包括一个输出端口和一个输入端口，能够将控制信号从输入传输到输出。
4. 时序电路：时序电路是指能够控制数字信号时序的电路。
它可以使得信号按照特定的时间序列传输，从而保证数字系统的正确性和稳定性。
5. 数字转换电路：数字转换电路是指能够将模拟信号转换为数字信号或将数字信号转换为模拟信号的电路。
它通常包括模数转换器和数模转换器两种。
6. 计数电路：计数电路是指能够实现数字计数的电路。
它通常包括计数器和分频器两种，能够应用于时钟、定时器等数字电路中。
7. 存储电路：存储电路是指能够存储数字信息的电路。
它通常包括静态随机存储器（SRAM）和动态随机存储器（DRAM）两种，能够应用于计算机的主存储器中。
8. 晶体振荡器电路：晶体振荡器电路是指能够产生稳定的高频振荡信号的电路。
它通常包括电容和晶体振荡器两种，能够应用于射频电路、计数器、定时器等领域。
综上所述，集成电路中的各种电路均具有各自独特的功能和应用场景。
随着科技的不断发展，集成电路的应用将会更加广泛，这些电路也将会不断得到改进和优化。
时序逻辑电路在实际中的应用
时序逻辑电路在实际中的应用时序逻辑电路是一种重要的数字逻辑电路，其特点是电路任何一个时刻的输出状态不仅取决于当时的输入信号，而且与电路的原状态有关，具有记忆功能。
构成组合逻辑电路的基本单元是逻辑门，而构成时序逻辑电路的基本单元是触发器。
时序逻辑电路在实际中的应用很广泛，数字钟、交通灯、计算机、电梯的控制盘、门铃和防盗报警系统中都能见到。
主要介绍典型的时序逻辑部件：集成计数器的识别与应用，集成寄存器的识别与应用；时序逻辑电路的分析和设计。
计数器在计算机及各种数字仪表中应用广泛，具有记忆输入脉冲个数的功能，还可以实现分频、定时等。
计数器种类繁多，按技术体制可分为二进制计数器和N进制计数器；按增减趋势可分为加计数器和减计数器；按技术脉冲引入方式可分为同步计数器和异步计数器。
同步计数器的特点是构成计数器的所有触发器共用同一个时钟脉冲，触发器的状态同时更新，计数速度快；而异步计数的特点是构成计数器的触发器不共用同一个时钟脉冲，所有触发器更新状态的时刻不一致，计数速度相对较慢。
在实际应用中，计数器是以集成电路形式存在的，主要有集成二进制计数器、集成十进制计数器两大类，其他进制计数器可由它们通过外电路设计来实现。
在每一大类计数器中，又以同步与异步、加计数与可逆计数来细分。
寄存器具有接收数码、存放或传递数码的功能，由触发器和逻辑门组成。
其中，触发器用来存放二进制数，逻辑门用来控制二进制数的接收、传送和输出。
由于一个触发器只能存放1位二进制数，因此，存放n位二进制数的n位寄存器，需要n个触发器来组成。
寄存器有数码寄存器和移位寄存器2种。
输入输出方式有并入-并出、并入-串出、串入-并出、串入-串出4种。
当寄存器的每一位数码由一个时钟脉冲控制同时接收或输出时，称为并入或并出。
而每个时钟脉冲只控制寄存器按顺序逐位移入或移出数码时，称为串入或串出。
移位寄存器除了具有存储数码的功能以外，还具有移位功能。
所谓移位功能，是指寄存器里存储的数码能在时钟脉冲作用下依次左移或右移。
集成电路设计中的时序问题及其解决方式
集成电路设计中的时序问题及其解决方式集成电路是现代电子技术的核心，其广泛应用于电脑、手机、家用电器等各种电子设备中。
在集成电路设计的过程中，时序问题是一个常见难点。
时序问题包括了时钟分频，器件延迟和信号传输等方面，这些问题在设计中需要得到有效的解决。
本篇文章将会详细探讨集成电路设计中的时序问题及其解决方式。
时序问题的原因时序问题由多个因素引起。
首先是原始设计的特性，该特性包括处理器频率和总线宽度等，以及板上器件的安排方式。
这些因素可能在某些情况下会影响到电路器件的工作时间，进而影响到整个集成电路的实际性能。
其次，时序问题可能会在不同的工作条件下呈现出不同的影响，如温度变化、电子设备压力变化等。
这些变化可能会导致信号传输延迟，进而对集成电路的时序性能产生负面影响。
解决方案为了解决时序问题，有一些常用的解决方案和技术，这些技术可以在设计过程中进行调整和优化，以优化集成电路的性能。
1.增加芯片运行速度增加芯片运行速度是解决时序问题的一种有效方式。
不过，在增加芯片运行速度的同时，还必须保证所有信号在规定的时序内传输。
此外，还需要考虑总线容量限制，以防止过多的电信号对集成电路产生影响。
2.调整信号传输的时序信号传输的时序是解决时序问题另一种有效方式。
信号时序要素影响到整个电路的运转，因此这些要素需要仔细考虑和调整。
此外，还需要严密把握时序的关键时点，以确保信号能够遵循预先设计好的路径传输，从而实现电路的正确操作和运行。
3.使用保险模式保险模式是另一种常用技术，用于保障集成电路的性能。
保险模式可以避免电路故障造成的损失，通过监控电路运行状态及时发现问题，并采取相应的措施进行修复。
此外，还可以选用高质量的电路元件、设计良好的电路架构以及成熟的产品线路等方式，以提高电路设备对传输延迟和器件工作时间等因素的适应能力。
4.提升功耗及成本提升功耗及成本也是解决时序问题一种常见的方式。
不过，此种方式并非常规方法之一，因为这种方法在增加功耗和成本的同时，还可能对整个设备的寿命和可靠性产生不利影响。
若干典型的时序逻辑集成电路
FF0 FF1 FF2 FF3
0 00 0
Q0n+1=DSI Q1n+1 = Q0n Q2n+1 =Qn1 Q3n+1 =Qn2
1CP 后 1 2CP 后 1 3CP 后 0 4CP 后 1
10 0 0 1 10 0 0 11 0 1 01 1
1011 DSI CP
FF0 Q0 FF1 Q1 FF2 Q2 FF3
D1
1R R
D2 1S C1
D2
1R R
D3 1S C1
D3
1R R
CP
CR
Q0
Q1
Q2
Q3
74HCT194 的功能表
输入
输出
清 控制信 串行输
零号
入
时
并行输入
CR
S1
S0
右 移
左 移
钟 CP
DI0
DI1
DI2
DI3
Q
n1 0
Q1n1Q
2n1Q
n1 3
行
DSR DSL
L ×× × × × × × × × L L L L1
H LL×× H LHL × H LHH× HHL× L H HL × H H HH× ×
×
×
×
×
×
Q 0n
Q1n
Q
n 2
Q
n 3
2
↑ ↑
× ×
× ×
× ×
× ×
L H
Q
n 0
Q 0n
Q1n Q1n
Q
n 2
Q
n 2
3 4
↑
×
×
×
×
Q1n
Q
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(1) 同步预置法
例1:设计一个M=10的计数器。
方法一: 采用后十种状态
态序表 计数 输 出
1R R
LD
LD
1 1
CTT CTP
CTT CTP
f CP CP
74163
CO 1
CCOO
f/10
0
CO=1
N Q3 Q2 Q1 Q0
0 0110 1 0111 2 1000 3 1001 4 1010
CP上升沿有 效。
中间信号IQ 是为了交换中间
数据。如果直接
用输出Q，那么 定义的输出必须 为C缓R_冲L表而示不清是输 零信出号。且为低电 平有效。
（二）四位二进制同步计数器74163
74163功能表
特点：74161功能表
输入
输 出 (1)外引线排列和
CP R
×↑ 0
↑1 ×1
LD CTP CTT D3 D2 D1 D0 × × × ×××× 0 × × D3 D2 D1 D0
第一节 计数器
•部分常用集成计数器
第一节 计数器
四位二进制同步计数器 四位二进制可逆计数器 中规模异步计数器
一、四位二进制同步计数器
（一） 四位二进制同步计数器74161 （二） 四位二进制同步计数器74163 （三） 74161/74163功能扩展
（一）四位二进制同步计数器74161
逻辑符号
LD
LD
CCOO CO 称之为异步清零。端子输入
CTT
CTT
CTP
CTP
端用此R说端输明入。信号用LD表示。
CP
CP
时钟输入信号用CP表示。
D0
D0
D1
D1
D2
D2
D3
D3
Q0 Q1
QD0 QD1
当CP上升沿, 并且CTT和CTP 有 效时，计数器加1计数。
Q2
QD2
Q3
QD3
（一）四位二进制同步计数器74161
1 0 × ××××
Q3 Q2 Q1 Q0 0000 D3 D2 D1 D0
保持
74161相同。 (2)置数，计数， 保持功能与74161相
× 1 1 × 0 ××××
保持 同。
↑ 1 1 1 1 ××××
计数 (3)清零功能与
74163采用同步清零方式： 74161不同。
当R =0时，且当 CP 的上升沿
EDLS:IINF U(CNTSTIGANEDDC(T3PD)=O’1W’ TNHTEON0IQ); <= IQ+1 EQN:DOUIFT; UNSIGNED (3 DOWNTO 0); IFCO(IQ:O=U15T)SATNDD_L(OCTGTIC=)’1;’) THEN CO <= ‘1’; ENDEvL7S4ELSC1O61<;= ‘0’; ARCHENITDECIFT;URE v74LS161_arch OF v74LS161 IS SIGENADLIFIQ；: UNSIGNED (3 DOWNTO 0); BEGQIN<=IQ; PERNODCEPSRSO(CCEPS,CST; T,CR_L) END v74LS161_arch;
00
D0
11
D1
11
D2
00
D3
Q0
Q0 0
Q1
Q1 1
Q2
Q1 2
Q3
Q0 3
5 1011 6 1100 7 1101 8 1110 9 1111
例2: 同步预置法设计 M=24 计数器。
（24）10=（11000）2
需两片
初态为：0000 0001 终态：00011000
× 1 1 0 × ××××
保持
× 1 1 × 0 ××××
保持
↑ 1 1 1 1 ××××
计数
1 2345678 R CP D0 D1 D2 D3 CTT GND
123发4数C)))O)异计同器。保=步数步均持C若T清：预处：T初Q除当置于当3态Q：L：保R2为QD=当当1持L=Q0DR00RC状=0=1=0011态时。，,，C15P。，第输个LT=DC出1C=C6TP0T个P“后，或T C=0，在CP10时T作0输CT0有，P用”出上状一按后为升态个二，“沿，无进输1时与1效制1出1，C”，自恢P，输无各然复进出关触码到位。计 端00反00映状输态入，数CO据=的0。状态。
C级发T联P、器使内C和T用部T控：。由可制四作电为个路使主构能从成端J。K和触多片
符当符Q号号3 Q中输2LQD1入Q端0=为中11有1R1 效时端时，有，且效此CT端T，等引在入
74161
R
R
此线入于电为端输1平时低数。入, 时字控为，送制且到低输时输出电钟出端平C端CPO。时上输同升出，步沿有输预时效置出，高。将为输0，
常用时序集成电路及其应用
内容
第一节 计数器 第二节 寄存器 第三节 序列码发生器 第四节 时序模块的应用 小结
第一节 计数器
•计数器的分类
用来计算输入脉冲数目
动画计数器
按进位方式，分为同步和异步计数器。
按进位制，分为模2、模10和任意模计数器。
按逻辑功能，分为加法、减法和可逆计数器。
按集成度，分为小规模与中规模集成计数器。
来到时,输出Q0Q1Q2Q3 才全被清零。
比较四位二进制同步计数器
74161
74163
74163
R
R
LD
LD
CTT
CTT
CTP
CTP
CP
CP
CCOO
CO 同步预置
保持
同步预置 保持
D0
D0
D1
D1
D2
D2
D3
D3
Q0
Q0 计数
计数
Q1
Q1
Q2
Q2
Q3 Q3 异步清零 同步清零
(三）74161/ 74163功能扩展 连接成任意模M 的计数器
（一）四位二进制同步计数器74161
用VHDL实现74161
LIBBREAGRINY IEEE USEIFIECERE_.Lst=d’0_’loTgHicE_N11I6Q4<.a=ll(;OTHERS => ‘0’); USEENIEDEEIF.s;td_logic_arith.all; ENTIFIT(YCPv7’E4VLESN16T1AISND CP=’1’) THEN PORIFTL(DC_PL,C=R’0_’LT,LHDE_NLI,CQT<P=,CDT;T:IN STD_LOGIC;
74161外引线功能端排列图
74161功能表
UCC CO Q0 Q1 Q2 Q3 CTP LD 16 15 14 13 12 1Байду номын сангаас 10 9
CP R
输入 LD CTP CTT
D3 D2 D1 D0
输出 Q3 Q2 Q1 Q0
× 0 × × × ×××× 0 0 0 0
74161
↑ 1 0 × × D3 D2 D1 D0 D3 D2 D1 D0