数电逻辑代数基础

数电逻辑代数基础第一页，共二十五页，编辑于2023年，星期三数字集成电路的分类一.按工艺结构区分：1.按工艺区分IIL电路54/74系列54H/74H系列54LS/74LS系列54AS/74AS系列54ALS/74ALS系列CMOS电路NMOS电路PMOS电路ECL电路HTL电路TTL电路54HC/74HC系列54HTC/74HTC系列4000系列Bi-CMOS型MOS型双极型退出><目录第二页，共二十五页，编辑于2023年，星期三2.按输出结构区分推拉式输出或CMOS反向器输出OC输出或OD输出三态输出二.按集成度（单个芯片所含门的个数）区分：1.小规模集成电路（SmallScaleIntegration，SSI，10门以下/片）2.中规模集成电路（MediumScaleIntegration，MSI，100门以下/片）3.大规模集成电路（LargeScaleIntegration，LSI，1000门以上/片）4.超大规模集成电路（ＶeryLargeScaleIntegration,VLSI,10000门以上/片)退出><目录第三页，共二十五页，编辑于2023年，星期三三.按数字系统设计方法分类:退出><目录1.通用型中规模（MSI），小规模（SSI）集成逻辑件。2.由软件组态的大规模（LSI），超大规模（VLSI）集成逻辑器件，如微处理器、单片机、通用和专用数字信号处理器等。3.专用集成电路ASIC。***全定制半定制PLDPROMPLAPALGALCPLDFPGA第四页，共二十五页，编辑于2023年，星期三各种系列门电路的性能比较退出><目录第五页，共二十五页，编辑于2023年，星期三退出><目录双极型数字集成门

TTL门电路工作速度高，驱动能力强，是目前应用最广泛的集成门电路。它的主要缺点是功耗大，集成度低。*射极耦合逻辑ECL电路

发射极耦合逻辑电路，也称电流开关型逻辑电路。它是利用运放原理通过晶体管射极耦合实现的门电路。工作速度最高，其平均延迟时间tpd可小至1ns。这种门电路输出阻抗低，负载能力强，能实现或非及或两种逻辑功能。它的主要缺点是抗干扰能力差，电路功耗大。TTL门电路*第六页，共二十五页，编辑于2023年，星期三

IIL电路的主要特点是电路结构简单，功耗低。IIL的每个基片逻辑单元所占面积很小，工作电流不超过1nA，因而其集成度可达500门/mm以上（一般TTL电路集成度在20门/mm左右）。2注入逻辑IIL电路

IIL电路的另一特点是可以在低电压下工作但抗干扰能力差，开关速度低，一般tpd>10ns。MOS集成门

MOS逻辑电路是以金属一氧化物一半导体场效应管为基础的集成电路。因管内有一种载流子运动，因而它属于单极型数字集成电路。目前广泛应用的是CMOS电路，它有以下特点：2退出><目录*第七页，共二十五页，编辑于2023年，星期三1.CMOS电路由NMOS和PMOS组成，由于MOS管导通内阻比半导体导通内阻大，所以CMOS门比TTL门工作速度低一些。2.由于CMOS电路的互补特性，其高低电平输出阻抗都很低（同NMOS和PMOS比）。CMOS电路的输入阻抗只取决于输入端保护二极管的漏电流，其输入阻抗极高，可达10W以上。在频率不太高的情况下，

CMOS电路的扇出能力几乎不受限制。当频率升高时，扇出系数有所降低。83.CMOS电路主要有两个产品系列---CC4000和C000（与国外CD和MC系列相当）。它们的电源电压允许范围大，CC4000系列为3~18V；C000系列为5~15V。因此它们输出高低电平摆幅大，抗干扰能力强，其噪声容限可达30%VDD，而TTL门的噪声容限只有0.4V。4.CMOS门工作时总是一管导通另一管截止，因而几乎不由电源吸取电流，其功耗极小。当VDD=5V时，CMOS电路的静态功耗分别是：门电路类为2.5~5uW；缓冲器和触发器类为5~20uW；中规模集成电路类为25~100uW。退出><目录第八页，共二十五页，编辑于2023年，星期三5.CMOS集成电路功耗低，内部发热量小，集成度可大大提高。又由于其电路本身的互补对称结构，当环境温度变化时，其参数有互相补偿作用，因而其温度稳定性好。6.抗辐射能力强，MOS管是多数载流子受控导电器件，射线辐射对多数载流子浓度影响不大。因此CMOS电路特别适用于航天，卫星和核试验条件下工作的装置。7.由于CMOS电路输入阻抗高，容易受静电感应发生击穿，除其电路内部设置保护电路外，在使用和存放时应注意静电屏蔽，焊接时电烙铁应接地良好。CMOS门多余不用输出端不能悬空，应根据需要接电源或接地。退出><目录第九页，共二十五页，编辑于2023年，星期三TTL数字集成电路型号的命名法示例：（1）(2)(3)(4)(5)CT74LS00P塑料双列直插封装器件系列：低功耗肖特基温度范围：0℃~+70℃中国制造的TTL类器件品种：四2输入与非门SN74S195J黑陶瓷双列直插封装器件品种：4位并行移位寄存器器件系列：肖特基温度范围：0℃~+70℃美国TEXAS公司（1）(2)(3)(4)(5)退出><目录第十页，共二十五页，编辑于2023年，星期三CMOS，ECL器件型号组成符号意义CC4025M温度范围：-55℃~+125℃器件品种：3输入与非门器件系列中国制造CMOS器件示例：CE10131器件品种:双主从D触发器器件系列中国制造ECL器件(1)(2)(3)(4)(1)(2)(3)退出><目录第十一页，共二十五页，编辑于2023年，星期三TTL与非门的工作原理⒈输入全部为高电位（3.6V）⒉输入端至少有一个为低电位（0.3V）TTL与非门的各级工作状态退出><目录第十二页，共二十五页，编辑于2023年，星期三多射极晶体管的结构及等效电路退出><目录第十三页，共二十五页，编辑于2023年，星期三TTL与非门的特性与参数⒈电压传输特性⒉输入特性AB段（截止区）BC段（线性区）CD段（转折区）DE段（饱和区）UOH：输出高电平

UOL：输出低电平UT：阀值电压UOFF：

开门电平UON：

关门电平退出><目录第十四页，共二十五页，编辑于2023年，星期三⒊输入负载特性ROFF—关门电阻RON—关门电阻TTL与非门输入负载退出><目录第十五页，共二十五页，编辑于2023年，星期三⒋输出特性①与非门处于开态时，输出低电平。②与非门处于关态时，输出高低电平。TTL与非门输出低电平的输出特性TTL与非门输出高电平的输出特性退出><目录（此时，IL为灌电流。为保证UOL≤0.35V，通常ILmax≤25mA）（此时，IL为拉电流。为保证UOL输出高电平，通常IL≤14mA）第十六页，共二十五页，编辑于2023年，星期三⒌平均延迟时间tpdtpd=（tPHL+tPLH）12退出><目录第十七页，共二十五页，编辑于2023年，星期三集电极开路（OC）门集电极开路的门电路（OpenCollectorGate），简称OC门。其电路结构和逻辑符号如下图所示：（a）集电极开路与非门电路（b）OC门逻辑符号BAFR3R2R1BAF退出><目录第十八页，共二十五页，编辑于2023年，星期三OC门的输出端可以直接并联在一起，但需要外接电阻OC门的并联处实现“线与”三态门三态输出门（简称三态门）是在普通门电路的基础上，增加控制端和控制电路构成。其电路结构图和逻辑符号如下图所示：F=AB•CD=AB+CDCBFDAVCC退出><目录第十九页，共二十五页，编辑于2023年，星期三EN=1F=ABEN=0F为高阻ENBFAVCCABENFVCCABENENENAB退出><目录EN第二十页，共二十五页，编辑于2023年，星期三EN=1时G1工作G2高阻数据从D0D1EN=0时G2工作G1高阻数据从D1D0退出><目录ENEND0D1ENG1G2用三态门实现双向传输第二十一页，共二十五页，编辑于2023年，星期三CMOS逻辑器件有三大系列1.4000系列2.74C系列3.硅---氧化铝系列，目前尚未普及。这两种系列应用较为普遍4000系列有许多系列，目前最常用的是系列B，它采用了硅栅工艺和双缓冲输出结构。例：CD4001B为四--2输入或非门，“CD”表示美国RCA公司开发的4000系列产品。74C系列也含有许多系列，其功能及管脚系列设置均与TTL74系列保持一致。74C为普遍系列，此外还有CMOS74HC/HCT系列和先进的CMOS74AC/ACT系列，其中74HCT系列和74ACT系列可直接与TTL相兼容。Bi-CMOS是双极型CMOS（BiPolar-CMOS）电路的简称。退出><目录第二十二页，共二十五页，编辑于2023年，星期三Bi-CMOS这种门电路的特点是逻辑部分采用CMOS结构，输出极采用双极型三极管，因此兼有CMOS电路的低功耗和双极型电路低输出内阻的优点。下图为Bi-CMOS反相器的两种电路结构型式。(a)最简单的电路结构(b)常用的电路结构退出><目录第二十三页，共二十五页，编辑于2023年，星期三

图（a）是结构简单的一种，其中两个双极型输出管的基极接有下拉电阻。

当Vi=ViH时，T2，T4导通，T1，T3截止，Vo=VoL。当Vi=ViL时，T1，T3导通，T2，T4截止，Vo=VoH

图（b）用T2，T4取代图（a）中的R1，R2，形成有源下拉式结构。

当Vi=ViH时，T2，T3和T6导通，T1，T4和T5截止，