电子科大第三章4ppt课件

1、Chapter 3 Digital Circuits (Chapter 3 Digital Circuits (数字数字电路电路) )Give a knowledge of the Electrical aspects of Digital Circuits (介绍数字电路中的电气知识介绍数字电路中的电气知识)Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用数字逻辑设计及应用)Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用数字逻辑设计及应用)Review of Chapter 3Review of C

2、hapter 3CMOS Steady-State Electrical Behavior (CMOS稳态电气特性稳态电气特性)Logic Voltage Levels and Noise Margins (逻辑电压电平和噪声容限逻辑电压电平和噪声容限)Circuit Behavior with Resistive Loads (带电阻性负载的电路特性带电阻性负载的电路特性)Non-ideal Inputs, Current Spikes, and Decoupling Capacitors (非理想输入、电流尖峰和去耦电容器非理想输入、电流尖峰和去耦电容器)Unused Inputs (不用

3、的不用的CMOS输入端输入端)Review of Chapter 3Review of Chapter 3Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用数字逻辑设计及应用)CMOS Dynamic Electrical Behavior (CMOS 动态电气特性动态电气特性) Speed: Transition Time and Propagation Delay ( 速度：转换时间、传播延迟速度：转换时间、传播延迟 ) Power Consumption: Static and Dynamic Power Dissipation ( 功耗：静态

4、、动态功耗：静态、动态 )CMOS Steady-State Electrical Behavior( CMOS稳态电气特性）稳态电气特性）Logic Levels（逻辑电压电平）（逻辑电压电平）Noise Margin （噪声容限）（噪声容限）高态高态不正常状态不正常状态低态低态VOLmaxVILmaxVIHminVOHminDigital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用数字逻辑设计及应用)Review of Chapter 3Review of Chapter 3Review of Chapter 3Review of Chapter 3Di

5、gital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用数字逻辑设计及应用)其他其他CMOS输入输出结构输入输出结构传输门传输门施密特触发器输入施密特触发器输入三态输出三态输出漏极开路输出漏极开路输出ENEN_LABABZ逻辑符号：逻辑符号：AENOUT高阻态、低态、高态高阻态、低态、高态ABZVCCDigital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用数字逻辑设计及应用)Review of Chapter 3Review of Chapter 3二极管开关特性二极管逻辑+RfVd正偏正偏（导通）（导通）+反偏反偏（截止

6、）（截止）ABD1D2RVCCY 电平偏移电平偏移 不能直接驱动负载不能直接驱动负载3.9 Bipolar Logic (3.9 Bipolar Logic (双极逻辑双极逻辑) )Review of Chapter 3Review of Chapter 3截止区截止区放大区放大区饱和区饱和区基极基极basecollector集电极集电极发射极发射极emitterVCCvo+-vi+-RBRCiC三极管反相器三极管反相器Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用数字逻辑设计及应用)Bipolar Junction Transistors Bi

7、polar Junction Transistors ( (双极结型晶体管双极结型晶体管) )Review of Chapter 3Review of Chapter 3三极管内部电荷的建立和消散都需要时间三极管内部电荷的建立和消散都需要时间 存储时间传输延迟的重要部分）存储时间传输延迟的重要部分）确保晶体管正常工作时不进入深度饱和确保晶体管正常工作时不进入深度饱和利用肖特基二极管利用肖特基二极管Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用数字逻辑设计及应用)Schottky Transistors Schottky Transistors (

8、 (肖特基晶体管肖特基晶体管) )基极基极集电极集电极发射极发射极3.10.3 Transistor-Transistor Logic3.10.3 Transistor-Transistor Logic ( (晶体管晶体管逻辑晶体管晶体管逻辑) )TTL NAND Gate Operating Principle ( TTL与非门工作原理与非门工作原理 )TTL Logic Electrical Behavior ( TTL逻辑的电气特性逻辑的电气特性 )Logic Levels and Noise Margins ( 逻辑电平和噪声容限逻辑电平和噪声容限 )Fan-out, Driving

9、ability, Behavior of Resistive loads ( 扇出、驱动能力、电阻性负载特性扇出、驱动能力、电阻性负载特性 )Unused Inputs ( 不用的输入端不用的输入端 ) TTL TTL系列系列 LOW ( LOW (低态低态) )：0.00.00.8V0.8V HIGH ( HIGH (高态高态) )：2.05.0V2.05.0VDigital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用数字逻辑设计及应用)Additional TTL Gate Types ( 其它其它TTL电路电路 )Tri-State output, O

10、pen-Collector Gate ( 三态输出、集电极开路三态输出、集电极开路OC门门 )NOR Gate, Non-inverter ( 或非门、非反相门或非门、非反相门 )3.10.3 Transistor-Transistor Logic3.10.3 Transistor-Transistor Logic( ( 晶体管晶体管逻辑晶体管晶体管逻辑 ) )Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用数字逻辑设计及应用)ABZVCC = +5VQ2Q3Q4Q5Q6D1AD1BPush-Pull Output( 推拉式输出推拉式输出 )Dig

11、ital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用数字逻辑设计及应用)Push-Pull Output推拉式输出推拉式输出二极管与门二极管与门输入输入维护维护低低导导通通截截止止截止截止高高低低ABZVCC = +5VQ2Q3Q4Q5Q6D1AD1BDigital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用数字逻辑设计及应用)Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用数字逻辑设计及应用)分分相相器器二极管与门二极管与门输入输入维护维护高高导导通通导通导通1.0V0.7V

12、ABZVCC = +5VQ2Q3Q4Q5Q6D1AD1BPush-Pull Output( 推拉式输出推拉式输出 )Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用数字逻辑设计及应用)Logic Families ( Logic Families ( 逻辑系列逻辑系列 ) )3.8 CMOS Families HC、HCT High speed (高速)VHC、VHCTFCT、FCT-T3.11 TTL FamiliesH High Speed (高速)S Schottkey (肖特基)L Low Power 低功耗LS）A Advanced (高

13、级)（AS、ALS）F Fast Speed (快速 )7454FAM nnDevice Marks (器件标号器件标号)对称输出驱动对称输出驱动Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用数字逻辑设计及应用)3.12 CMOS/TTL Interfacing (3.12 CMOS/TTL Interfacing (接口接口) )Need Consider: Noise Margin, Fan-out, Capacitance Loads （需要考虑：噪声容限、扇出、电容负载）（需要考虑：噪声容限、扇出、电容负载）Abnormal(不正常状态不

14、正常状态)VOLmax0.5VOHmin2.7VIHmin2.0VILmax0.8TTLAbnormal(不正常状态不正常状态)VOLmax0.33VILmax0.8VIHmin2.0VOHmin3.84CMOS74HCT Drives 74LS HIGH: 3.84 2.0 = 1.84V LOW: | 0.33 0.8 | = 0.47VABNORMAL(不正常状态不正常状态)VOLmax0.33VILmax0.8VIHmin2.0VOHmin3.8474HCTABNORMAL(不正常状态不正常状态)VOLmax0.5VOHmin2.7VIHmin2.0VILmax0.874LS74LS

15、Drives 74HCT HIGH: 2.7 2.0 = 0.7V LOW: | 0.5 0.8 | = 0.3V1 1、DC Noise Margin (DC Noise Margin (直流噪声容限直流噪声容限) )Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用数字逻辑设计及应用)Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用数字逻辑设计及应用)74HCT Drives 74LS74HCT Drives 74LSLOW Fan-Out LOW Fan-Out ( (低态扇出低态扇出): ):2

16、2、Fan-OUT (Fan-OUT (扇出扇出) )104 . 04 mAmAIIILOL HIGH Fan-Out HIGH Fan-Out ( (高态扇出高态扇出) )：200204 AmAIIIHOH 高态剩余驱动能力：高态剩余驱动能力：CMOS: 74HCTIOH = 4 mAIOL = 4 mAIIH = 1 AIIL = 1 ATTL: 74LSIOH = 400 AIOL = 8 mAIIH = 20 AIIL = 0.4 mAmAAmA8 . 32004 总扇出总扇出Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用数字逻辑设计及应

17、用)2 2、Fan-Out (Fan-Out (扇出扇出) )CMOS: 74HCTIOH = 4 mAIOL = 4 mAIIH = 1 AIIL = 1 ATTL: 74LSIOH = 400 AIOL = 8 mAIIH = 20 AIIL = 0.4 mA思索：思索：74LS(TTL)74LS(TTL)驱动驱动74HCT(CMOS)74HCT(CMOS)的情况？的情况？为什么说用为什么说用TTLTTL驱动驱动TTLTTL兼容的兼容的CMOSCMOS输入端几乎不用考虑直流扇出的限制？输入端几乎不用考虑直流扇出的限制？P96表表3-6P97表表3-7P115表表3-11Digital Lo

18、gic Design and Application (数字逻辑设计及应用数字逻辑设计及应用)3.13 Low-Voltage CMOS Logic and 3.13 Low-Voltage CMOS Logic and Interfacing (Interfacing (低电压低电压CMOSCMOS逻辑和接口逻辑和接口) )Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用数字逻辑设计及应用)LVTTL输出可直输出可直接驱动接驱动TTL输入输入端端如果输入是如果输入是5V容许的，容许的，TTL输输出可驱动出可驱动LVTTL输入端输入端如果如果LVT

19、TL输出输出是是5V容许的，容许的，TTL和和LVTTL三三态输出可驱动同态输出可驱动同一总线一总线Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用数字逻辑设计及应用)3.14 Emitter-Coupled Logic3.14 Emitter-Coupled Logic( (发射极耦合逻辑发射极耦合逻辑ECL)ECL)How to improve speed (如何提高速度如何提高速度)？ Preventing Transistor Saturation (防止晶体管饱和防止晶体管饱和)Current - Mode Logic (CML,电流型逻

20、辑电流型逻辑)Or Emitter-Coupled LogicECL, 也称为：也称为：发射极耦合）发射极耦合）Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用数字逻辑设计及应用)LOW Input：3.6VVCC = 5.0VR1300R2330INOUT1OUT2VBB 4.0VR31.3kVEE = 0.0VQ1 Q2Q2 ON First(抢先导通抢先导通)Basic CML Circuit (Basic CML Circuit (基本基本CMLCML电路电路) )Q1 OFF (截止截止)OUT1 = 5.0VOUT2 = 4.2VHIG

21、H Output(输出高态输出高态)5.0V4.2V4.2VDigital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用数字逻辑设计及应用)HIGH Input(输入高态输入高态)：4.4VVCC = 5.0VR1300R2330INOUT1OUT2VBB 4.0VR31.3kVEE = 0.0VQ1 Q2Q1 ON First(抢先导通抢先导通)Q2 OFF (截止截止)OUT2 = 5.0VOUT1 = 4.2VLow Output输出低态输出低态4.2V5.0V5.0VDifferential OutputDifferential Output( (差分

22、输出差分输出) )Basic CML Circuit (Basic CML Circuit (基本基本CMLCML电路电路) )Figure 3-89, 3-90Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用数字逻辑设计及应用)Differential Output: Determine the Output State Differential Output: Determine the Output State by Looking at the Difference between the Output by Looking at the

23、Difference between the Output Voltage rather than the Absolute Values. Voltage rather than the Absolute Values. ( (差分输出差分输出: : 输出状态由输出电压的差值而不是由绝对值输出状态由输出电压的差值而不是由绝对值决议决议) )Basic CML Circuit (Basic CML Circuit (基本基本CMLCML电路电路) )Figure 3-89, 3-90，3-92Differential Input: Input circuits with Two WiresDi

24、fferential Input: Input circuits with Two WiresPer Logic Input. Per Logic Input. ( (差分输入差分输入: : 输入电路的每个逻辑输入端使用双线驱动。）输入电路的每个逻辑输入端使用双线驱动。）Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用数字逻辑设计及应用)第第3 3章章 小结小结正逻辑表示和负逻辑表示正逻辑表示和负逻辑表示三种基本逻辑运算：与、或、非三种基本逻辑运算：与、或、非逻辑表达式、真值表、逻辑符号逻辑表达式、真值表、逻辑符号作为电子开关运用的二极管、双极型晶

25、体作为电子开关运用的二极管、双极型晶体管、管、MOS场效应管的工作方式场效应管的工作方式逻辑系列：逻辑系列：CMOS系列和系列和TTL系列系列CMOS反相器的构成及工作状态分析反相器的构成及工作状态分析Digital Logic Design and Application (数字逻辑设计及应用数字逻辑设计及应用)第第3 3章章 小结续）小结续）学习理解逻辑电路的静态、动态特性分析，学习理解逻辑电路的静态、动态特性分析，等价的输入、输出模型等价的输入、输出模型 逻辑电压电平逻辑电压电平 和和 噪声容限噪声容限带电阻负载的电路特性、扇出带电阻负载的电路特性、扇出非理想输入、电流尖峰和去耦电容器非理想输入、电流尖峰和去耦电容器不用的不用的CMOS输入端输入端速度、功耗速度、功耗Digital Logic Design and Application (数字逻辑设