三态缓冲器的应用课件

數位邏輯與電子學陳鍾誠2005年5月16日數位邏輯與電子學陳鍾誠2005年5月16日邏輯閘邏輯閘開關圖2.1二進位開關。開關圖2.1二進位開關。開關控制圖2.2由開關所控制的燈光。L(x)=x開關控制圖2.2由開關所控制的燈光。L(x)=x串聯與並聯圖2.3兩個基本函數。串聯與並聯圖2.3兩個基本函數。反向NOT6假設在開關為閉路時有正向的動作發生，例如點亮燈光。假設我們連接燈光如圖2.5所示。此例中開關與燈光為並聯，而不是串聯。我們在這個電路中加了一個額外的電阻，以確保開關為閉路時不會使電源短路。當開關為開路時，燈光會亮。如此行為可以表示如下：圖2.5反向電路。反向NOT6假設在開關為閉路時有正向的動作發生，例如點亮燈以開關實作邏輯函數圖2.4說明如何用三個開關以更複雜的方式控制燈光。如何用三個開關以更複雜的方式控制燈光。此開關的串－並聯(serial-parallelconnection)是實作下列邏輯函數：當x3=1，而且至少x1或x2輸入為1時，燈光會亮。Sx1L電源

Sx2燈光

Sx3以開關實作邏輯函數圖2.4說明如何用三個開關以更複雜的方式邏輯閘是由電晶體所組成的電晶體類型雙極接面電晶體(TTL、ECL)金氧半導體場效電晶體(MOSFET)特徵某些狀況下、電會流過、某些狀況下不會。穿遂效應。主流邏輯閘是由電晶體所組成的電晶體主流MOSFETMOSFETP-ChannelMOSFET:斷路狀態++++++++++++++++因為正電對正電排斥，正電進不來，因此不通。P-ChannelMOSFET:斷路狀態+++++++P-ChannelMOSFET:通路狀態----++++++++++++++++因為負電吸引下，正電穿過N型矽，通了，稱為穿隧效應。P-ChannelMOSFET:通路狀態----+++ＮＭＯＳ的原理ＮＭＯＳ的原理NMOS電晶體的電流電壓關係NMOS電晶體的電流電壓關係CMOS反向器的電壓轉換特徵CMOS反向器的電壓轉換特徵積體電路中的寄生電容積體電路中的寄生電容CMOS電路的動態電流CMOS電路的動態電流傳遞延遲的扇出的影響傳遞延遲的扇出的影響緩衝器緩衝器

(buffer)是一個邏輯閘，有一個輸入x，一個輸出f，而且f=x。如圖3.56a所示。我們可以建立不同驅動能力

(drivecapability)的緩衝器，依電晶體的大小而不同。衝器的電晶體比用在典型邏輯閘的電晶體還大。非反向緩衝器的圖形符號如圖3.56b所示。另一種緩衝器是反向緩衝器

(invertingbuffer)。緩衝器可以處理相當大量的電流，因為是以大型電晶體建構而成。這種使用緩衝器的例子是發光二極體(light-emittingdiode,LED)的控制。緩衝器緩衝器(buffer)是一個邏輯閘，有一個輸入x，三態緩衝器三態緩衝器有一個輸入x，一個輸出f，以及控制輸入致能

(enable)e。三態緩衝器的圖形符號如圖3.57a所示。致能輸入是用來決定三態緩衝器是否產生輸出訊號，如圖3.57b所示。圖中(c)描述部分的真值表。對於表中使得e=0的這兩列，其輸出以邏輯值Z表示，稱為高阻抗狀態

(high-impedancestate)。三態

(tri-state)的名稱由來是邏輯訊號有兩個正常狀態0和1，以及Z代表第三個狀態，沒有產生輸出訊號。三態緩衝器三態緩衝器有一個輸入x，一個輸出f，以及控制輸入致三態緩衝器的應用右圖的電路中，三態緩衝器的輸出被接在一起。這種連接是有可能的，因為控制輸入s的連接方式，使得兩個緩衝器的其中一個必然為高阻抗狀態。例如，假設x1=1且x2=0。x1緩衝器產生輸出VDD，x2緩衝器產生輸出Gnd。VDD和Gnd之間形成短路，穿過三態緩衝器中的電晶體。三態緩衝器這種連線方式不可能發生在一般的邏輯閘，因為其輸出永遠為有效；因此可能發生短路。三態緩衝器的應用右圖的電路中，三態緩衝器的輸出被接在一起。傳輸閘將NMOS和PMOS電晶體組合在單一開關，使其能夠驅動輸出端至低值或高值都很好。圖為此電路，稱為傳輸閘

(transmissiongate)。如圖中(b)部分與(c)部分所示，就像開關一般從x連接到f。傳輸閘將NMOS和PMOS電晶體組合在單一開關，使其能夠驅動使用傳輸閘製作XOR電路產生圖c的電路。每個AND和OR邏輯閘都需要六個電晶體，而NOT邏輯閘需要兩個電晶體。因此以CMOS技術需要22個電晶體來實作此電路。藉由使用傳輸閘，我們可以減少所需的電晶體個數為8個。22個電晶體8個電晶體使用傳輸閘製作XOR電路產生圖c的電路。每個AND和OR使用傳輸閘實現多工器使用傳輸閘實現多工器三态缓冲器的应用课件三态缓冲器的应用课件三态缓冲器的应用课件三态缓冲器的应用课件三态缓冲器的应用课件三态缓冲器的应用课件三态缓冲器的应用课件三态缓冲器的应用课件三态缓冲器的应用课件電壓與位元電壓與位元以NMOS電晶體做為開關圖3.2b為NMOS電晶體的圖形符號，有四個電子終端，分別為源極

(souce)、汲極

(drain)、閘極

(gate)以及基底

(substrate)。若VG為低值，則源極和汲極之間沒有連接，我們稱之為非導通

(turnedoff)。若VG為高值，則電晶體為導通

(turnedon)，如同閉路開關，連接源極和汲極。當NMOS電晶體為導通時，其汲極被拉低

(pulldown)至Gnd，當PMOS電晶體為導通時，其汲極被拉高

(pullup)至VDD。以NMOS電晶體做為開關圖3.2b為NMOS電晶體的圖形符以PMOS電晶體做為開關以PMOS電晶體做為開關NMOS與PMOSVS=VDDVDVG開路開關當VG=VDDVDVDD閉路開關當VG=0VVD=VDDVDD(b)PMOS電晶體(a)NMOS電晶體VGVDVS=0V閉路開關當VG=VDDVD=0V開路開關當VG=0VVDNMOS與PMOSVS=VDDVDVG開P-Channelv.s.N-Channel10通通P-Channelv.s.N-Channel10通通使用NMOS建構NOT閘使用NMOS建構NOT閘使用NMOS建構NAND雜使用NMOS建構NAND雜使用NMOS建構NOR閘使用NMOS建構NOR閘使用NMOS建構AND閘使用NMOS建構AND閘使用NMOS建構OR閘使用NMOS建構OR閘CMOSCMOS=拉高網路+拉低網路=PUN+PDN

=PMOS+NMOSf(x1,x2,…,xn)f(x1,x2,…,xn)CMOSCMOS=拉高網路+拉低網路f(x1,x2,CMOS的特性省電當輸入為低值或高值時，CMOS反向器中沒有電流流動。CMOS的特性省電以CMOS實作NOT閘f=xf=x以CMOS實作NOT閘f=xf=x以CMOS實作AND閘f=x1x2=x1+x2f=x1x2以CMOS實作AND閘f=x1x2=x1以CMOS實作NAND閘以CMOS實作NAND閘以CMOS實作NOR閘f=x1+x2=x1x2f=x1+x2以CMOS實作NOR閘f=x1+x2=x1三态缓冲器的应用课件CMOSInverter(not)1L=0+Vdd=10CMOSInverter(not)1L=0+VddCMOSInverter(not)0+Vdd=1L=01通不通CMOSInverter(not)