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1、3.1MOS逻辑门电路逻辑门电路 ch03-2.ppt逻辑门电路逻辑门电路 逻辑描述中的几个问题逻辑描述中的几个问题 逻辑门电路使用中的几个实际问题逻辑门电路使用中的几个实际问题3逻辑门电路逻辑门电路主要内容：主要内容：13逻辑门电路逻辑门电路v了解逻辑门电路的分类和特点了解逻辑门电路的分类和特点v掌握典型逻辑门的功能、外特性和实掌握典型逻辑门的功能、外特性和实际使用中的一些问题际使用中的一些问题*基本要求：基本要求：2*1、逻辑门逻辑门: :实现基本逻辑运算和复合逻辑运实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路。算的单元电路。门电路中以高门电路中以高门电路中以高门电路中以高/ /低电平表低电平
2、表低电平表低电平表示逻辑状态的示逻辑状态的示逻辑状态的示逻辑状态的1/01/0获得高、低电平获得高、低电平获得高、低电平获得高、低电平的基本原理：的基本原理：的基本原理：的基本原理：开关元件开关元件S由半导由半导体二极管、半导体体二极管、半导体三极管、场效应管三极管、场效应管构成。构成。3.1MOS逻辑门电路逻辑门电路 概述概述32 2、门电路的分类：、门电路的分类：、门电路的分类：、门电路的分类：*按逻辑功能分按逻辑功能分与门与门或门或门非门非门与非门与非门或非门或非门与或非门与或非门异或门异或门同或门同或门4按输出结构分按输出结构分(1)(1)互补输出互补输出/推拉式输出推拉式输出性能特点
3、：性能特点：静态特性好，工作速度较快，带负载能力静态特性好，工作速度较快，带负载能力强。强。但不能线与！但不能线与！(2)(2)OC输出输出/OD输出：输出：集电极开路集电极开路/漏极开路漏极开路(3)(3)三态输出：三态输出：输出有三种状态：输出有三种状态：高电平、低电平、高阻态高电平、低电平、高阻态性能特点：性能特点：能线与！能线与！但工作速度、带负载能力受影响。但工作速度、带负载能力受影响。性能特点：性能特点：能线与！能线与！且工作速度、带负载能力不受影响。且工作速度、带负载能力不受影响。5*按开关管的类型分按开关管的类型分二极管门电路二极管门电路三极管门电路三极管门电路TTL门电路门电
4、路MOS门电路门电路PMOS门门CMOS门门逻辑门电路逻辑门电路分立门电路分立门电路集成门电路集成门电路NMOS门门TTLTTL逻辑门：逻辑门：逻辑门：逻辑门：由若干半导体三极管和电阻组成由若干半导体三极管和电阻组成由若干半导体三极管和电阻组成由若干半导体三极管和电阻组成CMOSCMOS逻辑门：逻辑门：逻辑门：逻辑门：由若干场效应管和电阻组成由若干场效应管和电阻组成由若干场效应管和电阻组成由若干场效应管和电阻组成性能特点：性能特点：工作速度较快，但功耗较大。工作速度较快，但功耗较大。性能特点：性能特点：功耗和抗干扰能力强，目前工作速度已经功耗和抗干扰能力强，目前工作速度已经可以与可以与TTLT
5、TL比拟，比拟，比拟，比拟，在超大规模和可编程集成器件中有在超大规模和可编程集成器件中有在超大规模和可编程集成器件中有在超大规模和可编程集成器件中有越来越广泛的应用。越来越广泛的应用。越来越广泛的应用。越来越广泛的应用。6(2)CMOS集成电路集成电路: :广泛应用于超大规模、甚大规模集成电路广泛应用于超大规模、甚大规模集成电路 4000 4000系列系列74HC 74HCT74VHC 74VHCT速度慢速度慢与与TTL不不兼容兼容抗干扰抗干扰功耗低功耗低74LVC 74VAUC速度加快速度加快与与TTL兼容兼容负载能力强负载能力强抗干扰抗干扰功耗低功耗低速度两倍于速度两倍于74HC与与TTL
6、兼容兼容负载能力强负载能力强抗干扰抗干扰功耗低功耗低低低( (超低超低) )电压电压速度更加快速度更加快与与TTL兼容兼容负载能力强负载能力强抗干扰功耗低抗干扰功耗低 7474系列系列74LS系列系列74AS系列系列 74ALS系列系列(1)TTL集成电路集成电路: :广泛应用于中大规模集成电路广泛应用于中大规模集成电路73 3、门电路的符号、门电路的符号、门电路的符号、门电路的符号&与门与门1非门或反相器非门或反相器&与非门与非门1或非门或非门=1异或门异或门=同或门同或门*&CS三态与非门三态与非门(TSL门门)L 1或门或门&(OC/OD门门)集电极集电极/漏极开路漏极开路与非门与非门&
7、1与或非门与或非门8 MOS管的开关特性管的开关特性：MOS管工作在可变电阻区，输出低电平管工作在可变电阻区，输出低电平: : MOS管截止，管截止， 输出高电平输出高电平当当I VT*9MOS管相当于一个由管相当于一个由vGS控制的无触点开关。控制的无触点开关。MOS管工作在可变电阻区，管工作在可变电阻区，相当于开关相当于开关“闭合闭合”，输出为低电平。输出为低电平。MOS管截止，管截止，相当于开关相当于开关“断开断开”输出为高电平。输出为高电平。当输入为低电平时：当输入为低电平时：当输入为高电平时：当输入为高电平时：MOS管的开关等效电路管的开关等效电路*半导体二极管、三极管也具有这种开关
8、特性！半导体二极管、三极管也具有这种开关特性！10VDDCDAB1/2VDD1/2VDDVDDOvOvIVGS(th)PVGS(th)P3.1.3CMOS反相器和传输门反相器和传输门CMOS反相器的电压传输特反相器的电压传输特性接近于理想的反相器：性接近于理想的反相器：.静态电流静态电流0，功耗小，功耗小;.推拉式输出级：带负载能推拉式输出级：带负载能力强，转换速度快。力强，转换速度快。一、一、CMOS反相器的电压传输特性反相器的电压传输特性*11二、二、CMOS传输门传输门(TG)*C和和C是互补控制端是互补控制端当当C=1、C=0时，时，TG导通，导通，v vO=v vI当当C=0、C=1
9、时，时，TG禁止，禁止，v vO=0相当于受控相当于受控模拟开关模拟开关TGCv vIv vO1逻辑符号逻辑符号123.1.4CMOS与非门与非门、或非门和异或门、或非门和异或门n内部结构不要求，只要求掌握逻辑功能。内部结构不要求，只要求掌握逻辑功能。3.1.5CMOS漏极开路门电路和三态输出门电路漏极开路门电路和三态输出门电路一、一、 COMS漏极开路漏极开路门电门电路路OD门门1.逻辑符号逻辑符号*131） 实现实现“线与线与”逻辑逻辑2. OD门的典型应用门的典型应用何谓何谓“线与线与”？靠线连接实现与逻辑的功能靠线连接实现与逻辑的功能将两个门的输出端并联以实现与逻辑的将两个门的输出端并
10、联以实现与逻辑的功能，称为线与。功能，称为线与。使用时输出端要加上拉电阻！使用时输出端要加上拉电阻！142)实现总线传输实现总线传输 当当B1、B2和和B3当中只有一个当中只有一个为为1，就可以在同一条，就可以在同一条总线总线上分上分时传时传送信号送信号、 和 3)实现逻辑电平的转换实现逻辑电平的转换4)驱动发光二极管驱动发光二极管 15二、二、CMOS三三态态（TSL）门门控制端或使控制端或使能端能端当当EN端为有效电平时，端为有效电平时，输出端输出端L有三种状态：有三种状态：高电平、低电平、高阻态高电平、低电平、高阻态否则输出为高阻态否则输出为高阻态高电平高电平使能使能*A=0,L=0A=
11、1,L=1163.1.6门电路的电气特性和参数门电路的电气特性和参数1. 1. 输入和输出的高、低电平输入和输出的高、低电平vOvI驱动门驱动门G1负载门负载门G211输出输出高高电平的电平的下下限值限值 VOH(min)输入输入低低电平的电平的上上限值限值 VIL(max)输入输入高高电平的电平的下下限值限值 VIH(min)输出输出低低电平的电平的上上限值限值 VOL(max)输出输出高电平高电平+VDDVOH(min)VOL(max)0G1门门vO范围范围vO输出输出低电平低电平输入输入高电平高电平VIH(min)VIL(max)+VDD0G2门门vI范围范围输入输入低电平低电平vI*1
12、72.噪声容限：噪声容限：VIH（min）VOH（min）VIL（max）VOL（max）1输出输出0输出输出1输入输入1输出输出0输入输入v vo1v vI211v vO1v vI2输入高电平噪声容限输入高电平噪声容限VNH= VOH（min） VIH（min）输入低电平噪声容限输入低电平噪声容限VNL= VIL（max） VOL（max）VNHVNL*在保证在保证输出电平不变输出电平不变的条件下，的条件下，输入电平输入电平允许波动的范围。只要允许波动的范围。只要输入电平在此范围内波动，输出就不受影响。它表示门电路的抗输入电平在此范围内波动，输出就不受影响。它表示门电路的抗干扰能力。干扰能力
13、。驱动门驱动门G1负载门负载门G2噪声容限定义示意图噪声容限定义示意图18类型参数74HCVDD=5V74HCTVDD=5V74LVCVDD=3.3V74AUCVDD=1.8VtPLH或tPHL(ns)782.10.93.传输延迟时间传输延迟时间传输延迟时间是表征门电路传输延迟时间是表征门电路开关速度开关速度的参数，它说明门电路在输入脉冲波的参数，它说明门电路在输入脉冲波形的作用下，其输出波形相对于输入形的作用下，其输出波形相对于输入波形延迟了多长时间波形延迟了多长时间。门门电路的传输延迟时间电路的传输延迟时间tPHL输出输出50%90%50%10%tPLHtftr输入输入50%50%10%9
14、0%*194. 4. 功耗功耗静态功耗：静态功耗：指的是当电路的指的是当电路的输出没有状态转换输出没有状态转换时的功耗，即门电时的功耗，即门电路空载时电源总电流路空载时电源总电流ID与电源电压与电源电压VDD的乘积。的乘积。扇入数：扇入数：取决于逻辑门的输入端的个数。取决于逻辑门的输入端的个数。6. 6. 扇入与扇出数扇入与扇出数动态功耗：动态功耗：指的是电路在指的是电路在输出状态转换输出状态转换时的功耗。时的功耗。5.5.开门电平开门电平VON：使与非门开通的输入高电平的最小值。使与非门开通的输入高电平的最小值。关门电平关门电平Voff：使与非门关闭的输入低电平的最大值。使与非门关闭的输入低
15、电平的最大值。*例如：例如：一个一个2 2输入端的与门，其扇入数为输入端的与门，其扇入数为2 2。输入端没有加脉输入端没有加脉冲信号冲信号输入端加脉冲信输入端加脉冲信号号20扇出数：扇出数：是指其在正常工作情况下，所能带同类门电路的最大数目。是指其在正常工作情况下，所能带同类门电路的最大数目。 （a)拉电流工作（输出高电平）情况：拉电流工作（输出高电平）情况：当负载门的个数增加时，总的拉电流将增加，会引起输出高电压当负载门的个数增加时，总的拉电流将增加，会引起输出高电压的降低。但不得低于输出高电平的下限值，这就限制了负载门的的降低。但不得低于输出高电平的下限值，这就限制了负载门的个数。个数。
16、高电平高电平扇出数扇出数:IOH: :驱动门的输出端为高电平电流驱动门的输出端为高电平电流IIH: :负载门的输入电流负载门的输入电流*21(b)灌电流工作（输出低电平）情况：灌电流工作（输出低电平）情况：当负载门的个数增加时，总的灌电流当负载门的个数增加时，总的灌电流IOL将增加，同时也将引起将增加，同时也将引起输出低电压输出低电压VOL的升高。保证输出为低电平，并且不超过输出的升高。保证输出为低电平，并且不超过输出低电平的上限值。低电平的上限值。IOL：驱动门的输出端为低电平电流：驱动门的输出端为低电平电流IIL：负载门输入端电流：负载门输入端电流*一般情况下一般情况下取两者中的较小者！取两者中的较小者！22*3.2TTL门电路门电路一、一、TTL与非门的静态电压传输特性与非门的静态电压传输特性AB段：输出高电平（逻辑段：输出高电平（逻辑1）与非门关闭与非门关闭DE段：输出低电平（逻辑段：输出低电平（逻辑0）与非门开通与非门开通CD段：高低电平过渡段：高低电平过渡理想的静态电压传输特性用折线近似！理想的静态电压传输特性用折线近似！BC段：亦可视为输出高电平段：亦可视为输出高电平v
