1、 2.2.3 改进型改进型TTL与非门与非门(简介）简介）1.有源泄放有源泄放TTL与非门与非门 上面介绍的上面介绍的TTL与非门的典型电路开关速与非门的典型电路开关速度比较低。为进一步提高开关速度，实际应用度比较低。为进一步提高开关速度，实际应用的的TTL与非门电路是在上述电路的基础上引入与非门电路是在上述电路的基础上引入了一个了一个“有源泄放回路有源泄放回路”，如图，如图2.2.13所示。所示。图图2.2.13 有源泄放有源泄放TTL与非门与非门 R1R2R4V2V1V3R6R3V4V5F+UCC(5V)R5V6AB有源泄放回路 有源泄放回路在转换过程中提高开关速度的原因有源泄放回路在转换
2、过程中提高开关速度的原因是它的等效电阻是可变的。在输入由低电平全部变为是它的等效电阻是可变的。在输入由低电平全部变为高电平的瞬间，有源泄放回路高电平的瞬间，有源泄放回路AB两端呈现高阻抗，两端呈现高阻抗，使使V5迅速饱和，缩短了开启时间迅速饱和，缩短了开启时间tON；在输入由高电平；在输入由高电平变为低电平的瞬间，有源泄放回路变为低电平的瞬间，有源泄放回路AB两端呈现低阻两端呈现低阻抗，使抗，使V5加快截止，缩短了关闭时间加快截止，缩短了关闭时间tOFF(分析略分析略)。另外，有源泄放回路还能提高电路的抗干扰能力，另外，有源泄放回路还能提高电路的抗干扰能力，使低电平噪声容限达使低电平噪声容限达
3、1V左右，改善了电压传输特性，左右，改善了电压传输特性，有源泄放有源泄放TTL与非门的电压传输特性接近于图与非门的电压传输特性接近于图2.2.5的的理想特性。理想特性。2.抗饱和抗饱和TTL与非门与非门 尽管有源泄放尽管有源泄放TTL与非门的开关速度比典与非门的开关速度比典型电路要高，但它的速度仍然不够理想，原因型电路要高，但它的速度仍然不够理想，原因是当三极管工作在饱和及深饱和状态后，其开是当三极管工作在饱和及深饱和状态后，其开关时间无法缩短，影响了门电路的传输速度。关时间无法缩短，影响了门电路的传输速度。为此，提出了抗饱和为此，提出了抗饱和(抵抗三极管的抵抗三极管的“过过饱和饱和”)电路。
4、抗饱和电路是在三极管的电路。抗饱和电路是在三极管的c结上结上并联了一个肖特基势垒二极管并联了一个肖特基势垒二极管(Schottky Barrier Diode)，简称，简称SBD，如图，如图2.2.14(a)所所示。图示。图2.2.14(B)是它的电路符号。是它的电路符号。SBD是一种金属是一种金属半导体二极管半导体二极管(例如，例如，铝铝硅二极管硅二极管)，它的正向导通电压为，它的正向导通电压为0.4V0.5V,比一般硅管的正向导通电压比一般硅管的正向导通电压0.6V0.7V低低0.2V。这样，当三极管的这样，当三极管的c结进入正偏后，结进入正偏后，SBD首先导首先导通，通，c结的正偏电压被
5、钳在结的正偏电压被钳在0.4V0.5V，使三极，使三极管不会进入深饱和，而只能工作在微饱和状态，管不会进入深饱和，而只能工作在微饱和状态，从而大大提高了门电路的工作速度。当有源泄放从而大大提高了门电路的工作速度。当有源泄放TTL电路中的电路中的V1,V2,V5都采用都采用SBD钳位时，如图钳位时，如图2.2.15所示，就会收到明显的抗饱和效果。这种所示，就会收到明显的抗饱和效果。这种抗饱和抗饱和TTL，简称，简称“STTL”。图图2.2.14 抗饱和三极管抗饱和三极管(a)并接并接SBD的三极管；的三极管；(B)电路符号电路符号SBDcbe(a)cbe(b)图图2.2.15 抗饱和抗饱和TTL
6、电路电路 R1R2R4V2V1V3R6R3V4V5F+UCCR5V6 2.2.4 OC门及三态门门及三态门 1.OC门门 在实际使用时，有时需要将多个与非门的输出端直在实际使用时，有时需要将多个与非门的输出端直接相连，来实现接相连，来实现“与与”的功能。例如，在图的功能。例如，在图3.2.16中，中，当当F1或或F2中有一个为中有一个为0时，时，F=0(有有0出出0)；当；当F1=F2=1时，时，F=1(全全1出出1)。可见。可见,。这种用。这种用“线线”连接成连接成“与与”的方式称为的方式称为“线与线与”(Wired AND)。图中。图中所用的门就是所用的门就是OC门。门。“线与线与”可以节
7、省门数，减少门可以节省门数，减少门的级数。例如，在上例中，如果采用一般的的级数。例如，在上例中，如果采用一般的TTL与非门，与非门，则需要三级四个门则需要三级四个门 ，逻辑图留请读者，逻辑图留请读者画画)。CDABFCDABFA&BCDF1F2RL+UCCF 图 2.2.16 必须指出的是，并不是所有形式的与非门都能接成必须指出的是，并不是所有形式的与非门都能接成“线与线与”电路。例如，一般的电路。例如，一般的TTL与非门，由于采用了推拉与非门，由于采用了推拉式输出电路，无论是输出高电平还是低电平，输出电阻都比式输出电路，无论是输出高电平还是低电平，输出电阻都比较低，只有几至几十较低，只有几至
8、几十。如果将两个输出端直接相连，当一。如果将两个输出端直接相连，当一个门的输出为高电平，另一个门输出为低电平时，则会形成个门的输出为高电平，另一个门输出为低电平时，则会形成一条自一条自+UCC到地的低阻通路，会有一股很大的电流从截止门到地的低阻通路，会有一股很大的电流从截止门的的V4管灌入到导通门的管灌入到导通门的V5管，如图管，如图2.2.17所示。这个大电流所示。这个大电流不仅会使导通门的输出低电平抬高，而且还可能因功耗太大不仅会使导通门的输出低电平抬高，而且还可能因功耗太大而损坏两个门的输出管，这是不允许的。为了克服一般而损坏两个门的输出管，这是不允许的。为了克服一般TTL门不能直接相连
9、的缺点，提出了门不能直接相连的缺点，提出了OC门。门。图图2.2.17 两个两个TTL门输出端相连门输出端相连F1=1R4V3V4+UCCR3V5R4V3V4+UCCF2=0V5R3IL图图2.2.18 OC门结构门结构R1R2RLR3V5+UCCFV2V1图图2.2.19 OC门符号门符号 A&CBF OC门是用外接电阻门是用外接电阻RL来代替来代替V3、V4复合管复合管组成的有源负载。当组成的有源负载。当n个个OC门相连时，可共用一门相连时，可共用一个外接负载电阻个外接负载电阻RL，如图，如图2.2.20所示。只要所示。只要RL选选择得恰当，就不会在择得恰当，就不会在+UCC和地之间形成低
10、阻通路。和地之间形成低阻通路。RL的取值原则是：应保证输出高电平的取值原则是：应保证输出高电平UOH2.7V，输出低电平输出低电平UOL0.35V。综上所述：综上所述：(1)OC门在使用时输出端与电源门在使用时输出端与电源UCC之间必须外之间必须外接一个负载电阻接一个负载电阻RL。(2)当当OC门输出端并联时，能实现门输出端并联时，能实现“线与线与”功能。功能。图图2.2.20 n个个OC门门“线与线与”&FnF2F1OC1OC2OCn+UCCF=F1 F2FnRL 2.三态门三态门 三 态 门 就 是 输 出 有 三 种 状 态 的 与 非 门三 态 门 就 是 输 出 有 三 种 状 态
11、的 与 非 门(Tristate Logic Gate)，简称，简称TSL门。它与一般门。它与一般TTL与非门的不同点是：与非门的不同点是：(1)输出端除了有高电平、低电平两种状态外，输出端除了有高电平、低电平两种状态外，还增加了一个还增加了一个“高阻态高阻态”，或称，或称“禁止态禁止态”。(2)输入级多了一个输入级多了一个“控制端控制端”，或称，或称“使能使能端端”E。TSL门的一种电路结构如图门的一种电路结构如图2.2.21(a)所示，所示，图图2.2.21(B)是它的符号。它的工作原理为是它的符号。它的工作原理为图图2.2.21 一种形式的三态门一种形式的三态门 (a)电路；电路；(B)
12、符号符号R1ABV2V1V4V5F+UCCV3EVD(a)R2R5R3R4A&FBENE(b)(1)当当 E=1 时，与 非 门 处 于 正 常 工 作 状时，与 非 门 处 于 正 常 工 作 状态，态，。(2)当当 E=0 时，例 如，时，例 如，UE=0.3 V,则则 V1的的Ub 1=1 V,V2,V5截 止。同 时 因 为截 止。同 时 因 为 Ub 3被 钳 位 在被 钳 位 在Ub3=Ue+Ud=0.3+0.7=1V，所以，所以V4也截止。这时从输出也截止。这时从输出端看进去，电路处于高阻态，相当于开路。这种门的端看进去，电路处于高阻态，相当于开路。这种门的真值表如表真值表如表2
13、.2.1所示。所示。此外，还有一种此外，还有一种TSL门，如图门，如图2.2.22(a)所示，控所示，控制端制端 为低电平有效，即为低电平有效，即 接低电平时，与非门处接低电平时，与非门处于工作状态。其符号如图于工作状态。其符号如图2.2.22(B)所示，真值表如表所示，真值表如表2.2.2所示。在使用时请认清。所示。在使用时请认清。FABEE表表2.2.1 一种一种TSL门的真值表门的真值表 图图2.2.22 另一种形式的三态门另一种形式的三态门 (a)电路；电路；(B)符号符号(b)A&FBENER1ABV2V1V4V5F+VCCV3EVD(a)R2R5R3R4 三态门主要应用在数字系统的
14、总线结构中。三态门主要应用在数字系统的总线结构中。当多个门利用一条总线来传输信息时，每一时刻只当多个门利用一条总线来传输信息时，每一时刻只允许一个门处于工作状态，其余的门不应影响总线允许一个门处于工作状态，其余的门不应影响总线的信息，均应处于高阻态，相当于与总线脱开。例的信息，均应处于高阻态，相当于与总线脱开。例如，在图如，在图2.2.23 中，将三个中，将三个TSL门的输出连接到同门的输出连接到同一根总线上。如果令一根总线上。如果令E1,E2,E3 轮流接高电平轮流接高电平1，那，那么么D1,D2;D3,D4;D5,D6 这三组数据就会轮流地按这三组数据就会轮流地按与非关系送到总线上，这样就
15、可以用同一根总线轮与非关系送到总线上，这样就可以用同一根总线轮流地把三组数据输送出去了。当某一个门处于高阻流地把三组数据输送出去了。当某一个门处于高阻态时，就相当于此门的输出端与总线断开，使总线态时，就相当于此门的输出端与总线断开，使总线不受此门的影响。不受此门的影响。表表2.2.2 另一种另一种TSL门的真值表门的真值表 图图2.2.24 是用是用TSL门来实现数据的双向传输门来实现数据的双向传输的。具体为：的。具体为：当当E=1时，时，G1工作，工作，G2高阻态，信号由高阻态，信号由A传传输到输到B。当当E=0时，时，G2工作，工作，G1高阻态，信号由高阻态，信号由B传传输到输到A。改变控
16、制器改变控制器E的电平，就可控制信号的传输的电平，就可控制信号的传输方向。如果方向。如果A为主机，为主机，B为外部设备，则通过一为外部设备，则通过一根导线，既可由根导线，既可由A向向B输出数据，又可由输出数据，又可由B向向A输输入数据，互相不干扰。三态门除了作三态与非门入数据，互相不干扰。三态门除了作三态与非门外，还可用作三态反相器或缓冲器，它也是数字外，还可用作三态反相器或缓冲器，它也是数字系统中的一种重要的接口电路。系统中的一种重要的接口电路。图图2.2.23 用用TSL门接成总线结构门接成总线结构 D1&D2ENE1D3&D4ENE2D5&D6ENE3总线BA图图2.2.24 用用TSL
17、门实现数据的双向传输门实现数据的双向传输ABE&ENG1&ENG22.3 ECL电路及电路及I2L电路的特点电路的特点 本节对本节对ECL、I2L电路的结构及工作原理不作介电路的结构及工作原理不作介绍，请读者参阅有关教材。绍，请读者参阅有关教材。1.射极耦合逻辑电路射极耦合逻辑电路(简称简称ECL)ECL电路的管子工作在非饱和状态。它的主要特电路的管子工作在非饱和状态。它的主要特点是：速度高，带负载能力强，逻辑功能强，可以点是：速度高，带负载能力强，逻辑功能强，可以实现线或。在大型高速计算机中，实现线或。在大型高速计算机中，ECL得到广泛的得到广泛的应用。缺点是：功耗大，抗干扰能力差。应用。缺
18、点是：功耗大，抗干扰能力差。2.集 成 注 入 逻 辑 电 路集 成 注 入 逻 辑 电 路(I n t e g r a t e d Injection Logic简称简称I2L)I2L电路的主要特点是：电路简单，集成电路的主要特点是：电路简单，集成度高，功耗低，能在低电压、小电流下工作，度高，功耗低，能在低电压、小电流下工作，特别适合制作大规模数字集成电路。特别适合制作大规模数字集成电路。I2L电路广电路广泛应用于单片微处理器、大规模逻辑阵列、电泛应用于单片微处理器、大规模逻辑阵列、电子手表子手表等微型数字系统中。缺点是：工作速度等微型数字系统中。缺点是：工作速度低，抗干扰能力差。为克服这些缺点，目前已低，抗干扰能力差。为克服这些缺点，目前已出现了肖特基出现了肖特基I2L电路。电路。
