三集成逻辑门电路.pptx

3.1 集成电路（集成电路（Integrated Circuit）概述）概述l按照集成度分类：按照集成度分类：一定大小的芯片上含有多少个门一定大小的芯片上含有多少个门l小规模集成电路小规模集成电路 SSI ：1-50个门个门l中规模集成电路中规模集成电路 MSI：50-100个门。个门。l大规模集成电路大规模集成电路 LSI：100-10000个门。个门。l超大规模集成电路超大规模集成电路 VLSI：104-106个门个门常用的逻辑门和触发器常用的逻辑门和触发器常用译码器、加法器、计数器、移位寄存器常用译码器、加法器、计数器、移位寄存器LSI、VLSI只读存储器、随机存储器、微处理器、只读存储器、随机存储器、微处理器、单片微处理机、位片式微处理器、高速乘法累加器、通单片微处理机、位片式微处理器、高速乘法累加器、通用和专用数字信号处理器等用和专用数字信号处理器等l按照组成电路的基本器件分类按照组成电路的基本器件分类l双极性集成电路：主要以半导体三极管构成双极性集成电路：主要以半导体三极管构成l单极性集成电路：主要以场效应管构成单极性集成电路：主要以场效应管构成TTL：晶体管：晶体管-晶体管逻辑电路晶体管逻辑电路HTL：高阈值逻辑电路：高阈值逻辑电路ECL：射极耦合逻辑电路：射极耦合逻辑电路I2L：集成注入逻辑电路：集成注入逻辑电路PMOS：P 沟道沟道 MOSNMOS：N 沟道沟道 MOSCMOS：PMOS NMOS 互补互补新型新型 MOS 电路：电路：VMOS，DMOS，HMOSTTL和和CMOS集成电路的比较集成电路的比较lTTL 集成电路工作速度高，驱动能力强，但功耗大，集成度低；集成电路工作速度高，驱动能力强，但功耗大，集成度低；lCMOS 集成电路集成度高，功耗低，超大规模集成电路基本上都集成电路集成度高，功耗低，超大规模集成电路基本上都是是 CMOS 集成电路，其缺点是工作速度略低；集成电路，其缺点是工作速度略低；l目前已生产了目前已生产了 BiCMOS 器件，它由双极型晶体管电路和器件，它由双极型晶体管电路和 MOS 型型集成电路构成，能够充分发挥两种电路的优势，缺点是制造工艺集成电路构成，能够充分发挥两种电路的优势，缺点是制造工艺复杂。复杂。适用于工作环境好、对处理速度要求高的场合适用于工作环境好、对处理速度要求高的场合适用于对处理速度要求不高，工作环境不理想的场合，适用于对处理速度要求不高，工作环境不理想的场合，尤其是工业干扰较大的环境尤其是工业干扰较大的环境电源电源输入输入 1输出输出 1输入输入 2输出输出 2输入输入 3输出输出 3输入输入 3输出输出 3接地接地集成电路举例：集成电路举例：TTL 与非门与非门3.2 特殊门电路特殊门电路 OC 门门l用与非门来实现逻辑函数用与非门来实现逻辑函数 将其化成与非式：将其化成与非式：ABCD1lOC 门是一种特殊的门电路，当它的门是一种特殊的门电路，当它的输出端直接相连时，可以不需另加输出端直接相连时，可以不需另加门电路即可实现门电路即可实现“与与”运算运算l这种连接方式称为这种连接方式称为“线与线与”，可以，可以节省门电路。节省门电路。ABCDFF3.2 特殊门电路特殊门电路 三态门三态门 TSLl普通逻辑门电路有两个输出：普通逻辑门电路有两个输出：0 和和 1l三态门的输出除了三态门的输出除了 0 和和 1 之外，还有一个之外，还有一个“高阻态高阻态”；其输入端；其输入端也多了一个控制端，称为也多了一个控制端，称为“使能端使能端”。l“高阻态高阻态”相当于将输出端与其他端断开相当于将输出端与其他端断开控制控制输输 入入输出输出EABF10011011110111100高阻高阻TTL与非门的典型电路与非门的典型电路图 TTL与非门e3c1T2b5c2T1T3F360ABCb1b3e2b4c4T4T5R1R2R4R3VO3k7501003kc5c3R5+5VR1+5Vb1e1e2e3c1ABCTTL与非门的工作原理输入级：输入级：由多发射极晶体管T1和电阻R1组成，实现与逻辑功能。中间级：中间级：由T2、R2、R3组成，c2 e2同时输出两个相位相反的信号，保证T4和T5管一个导通时，另一个就截止。输出级：输出级：由R4、R5、T3、T4、T5组成，T5是反相器，T3、T4组成复合管构成一个射随器，作为T5管的有源负载，与T5组成推拉式电路，图 TTL与非门e3c1T2b5c2T1T3F360ABCb1b3e2b4c4T4T5R1R2R4R3VO3k7501003kc5c3R5+5VR1b1ABCc1图 TTL与非门e3c1T2b5c2T1T3F360ABCb1b3e2b4c4T4T5R1R2R4R3VO3k7501003kc5c3R55VR1b1ABc1l1.工作原理：工作原理：()当当A、B、至少有一个为、至少有一个为低电平（低电平（VIL=0.3VVB1=VIL+VBE1=0.3+0.7=1V VC10.3V，T2、T5截止，因为 IB3R2很小，VC2=VB35V，T3、T4导通VO=VOH=VB3VBE3 VBE43.6V，输出F为高电平。l()当当A、B、全为高电平全为高电平VA=VB=3.6V时：时：VB1=VBC1+VBE2+VBE5=0.73=2.1V。T2和T5饱和导通，饱和压降为0.3V。lVC2=VCE2+VBE5l=0.3V+0.7V=1V，lT3微导通，T4截止。VO=VCES5=0.3V。即输入端全为高电平时，输出端为低电平。图2-6 TTL与非门e3c1T2b5c2T1T3F360ABCb1b3e2b4c4T4T5R1R2R4R3VO3k7501003kc5c3R55VR1b1ABc12、电位关系、真值表、电位关系、真值表l()当当A、B、至少有一、至少有一个为低电平（个为低电平（0.3V）时，时，VO=VOH=3.6V。l()当当A、B、全为高电全为高电平平VIH=3.6V时，时，l VO=VOL=VCES5=0.3V。l即：有0为1；全1为0l真值表为：l3.逻辑关系：逻辑关系：Y=ABABF001101011110真值表真值表二、二、TTL与非门的电压传输特性与非门的电压传输特性l（1）测试电路）测试电路vIvOVV+(a)电压传输特性测试电路&3.6321O0.511.522.533.5ABCDEVNLVNH(b)电压传输特性vO(V)vI(V)VOFFVONlAB段段:截止区。vI0.6V T2、T5截止 VO=3.6Vl传输特性BC段：段：线性区：0.6VvI1.3VCD段：段：过渡区1.3VVI1.4VDE段段：饱和区vI1.4V以后传输特性BC段段：线性区：0.6VvI1.3V这时T2管导通处于放大状态，VC2、VO随vI的增大而线性降低，故该段称为线性区。由于T5管的基极电位还低于0.7V，故T5管仍截止。T3、T4管还是处于导通状态lCD段段：过渡区1.3VVI1.4V，T5、T2、T3、T4导通，T2、T5管趋于饱和，T4趋于截止，输出电压VO随VI增加急剧下降到低电平VO=0.3V。CD段中点对应的输入电压称阈值电压VT（门槛电压），VT=1.4V。lVIVT：输出高电平。lVIVT：输出低电平。lDE段段：饱和区vI1.4V以后，T3管微导通，T4管截止。T2、T5管饱和导通。图2-6 TTL与非门e3c1T2b5 c2T1T3FABCb1 b3 e2 b4 c4T4T5R1R2 R4R3VO R5 c5c3+5V3.6321O0.511.5 22.5 33.5ABCDEVNLVNH(b)电压传输特性vO(V)vI(V)VOFFVON返回