1、13.地位第3章 集成逻辑门电路一、逻辑门电路1.概念2.发展&ICO数据信号数据信号控制信号控制信号2二、数字集成电路的分类 1.按集成度 SSI MSI LSI VLSI 374/54AC/ACT2.按制造工艺 双极型 TTL ECL I2L MOS型PMOS NMOS CMOS 4000 54/74AS 54/7454/74H54/74S54/74LS54/74ALS54/74HC/HCT54/74FASTBi-CMOS型4TTL、CMOS集成逻辑门的基本结构、工作原理和外部特性（包括逻辑功能和外部电气特性）。3.本章内容5第一节 分立元件门电路结论：F=AB一、二极管“与门”电路二极管
2、为理想的0V 逻辑03V 逻辑13V0ABF12V二极管“与门”电路6结论：F=A+B二、二极管“或门”电路二极管“或门”电路3V0ABF二极管为理想的0V 逻辑03V 逻辑17三、“非”门电路（反相器）1.三极管开关特性(1)截止条件：e结反偏，c结反偏(2)饱和条件：e结正偏，c结正偏；在数字电路中，只利用截止区（关态）和饱和区（开态）CCESCCCSBSBRUVIIi8图3.1.1三极管开关电路9图3.1.2三极管截止和饱和时的等效电路10ton、toff限制了电路的最高工作速度。(3)三极管瞬时开关特性ton（开启时间）、toff（关闭时间）11图3.1.3三极管瞬时开关特性12的最高
3、频率则若Ioffonunstnst,5.3,5.1MHzttfoffon2005.3111maxtontoffuIuO132.三极管反相器(1)工作原理结论：P=A1AF（b）逻辑符号）逻辑符号R1Vcc F(uO)(+12V)VD(+3V)-V BB(-12V)A(u1)iBiCRCDR23.4V0.2V（a）电路）电路图3.1.4三极管反相器电路14(2)负载能力负载 灌电流负载(三极管处于临界饱和且满足ICM要求）拉电流负载若 ICSICM 则CCCCM(max)GR3.0VII 若 ICSICM 则CCCCS(max)GR7.0VII (iD=0)最大灌电流的确定：最大拉电流的确定：1
4、516(a)灌电流负载等效图17图3.1.5负载等效电路18 第二节 TTL门电路一、典型TTL与非门1.电路结构:输入级、中间级、输出级19(a)电路AF&B（b）逻辑符号图3.2.1典型TTL与非门20图3.2.2 T1结构及输入级逻辑等效电路212.工作原理：设UIH=3.4V UIL=0.2V Uon=0.7V VCC=5V结论：Y=AB(1)A=B=1,(2)A=0,B=1,Y=0 开态Y=1 关态(3)A=1,B=0,Y=1 关态(4)A=0,B=0,Y=1 关态223.TTL与非门的主要外部特性(1)电压传输特性0 0.5 1.0 1.5 uI/V a bcd e3.02.01.
5、0uO/V UT（a）电压传输特性）电压传输特性uIVccuO&VV+_（b）测试电路）测试电路图3.2.3 TTL与非门电压传输特性23ab段（截止区）：uI0.6V,T1深饱和uB20.7V,uO=3.4Vcd段（转折区）：1.3 VuI1.5V,T2放大饱和,T5 放大饱和阀值电压（开启电压)UT=1.4Vbc段（线性区）：0.6 VuI1.3V,T2放大，T5截止结论：UI=0.2V时，T1深饱和24de段（饱和区）：1.5VuI ，T2、T5 饱和，结论：UI=3.4V时，T1倒置放大。uO=0.2V25阀值电压：UT=1.4V关门电平、开门电平及噪声容限 主要静态参数：主要静态参数
6、：输出逻辑高电平和低电平标准值 合格值高电平UOH3.4V2.4V0.2V0.4V低电平UOL262.4UoffUon0.41.00uO/V uI/V3.02.02.52.01.51.00.50.8V2.0V27UNHUNL10100.4V0.8VuIuO2.0V2.4V11uOuIG1G2图3.2.4输入端噪声容限示意图28(2)输入特性iI/mA O-0.5-1.0-1.5-2.0-1.0 -0.5 0.5 1.0 1.5 2.0 uI/V 1.4A40 (a)输入特性输入特性29uIVccuO&V+_mAiI(b)测试电路测试电路输入短路电流：IIS=-1.07mA图3.2.5 输入特性
7、曲线输入漏电流：IIH=IB1(0.01)约为40 A1 1 30定义时，只用一个输入端，当有2个或2个以上输入端并联时，输入电流如何？IIH2IIH&UIH&IIS1IIS231(a)电路AF&B（b）逻辑符号图3.2.1典型TTL与非门32(3)输入负载特性当 uI 10ns。3.应用目前I2L电路主要用于制作大规模集成电路的内部逻辑电路（为提高抗干扰能力，接口电路与TTL电平兼容），很少用来制作中、小规模集成电路。85第四节 CMOS门电路CMOS门电路的特点:CMOS反相器（串联互补）、CMOS传输门（并联互补）是CMOS集成电路的基本组件。制作工艺简单，集成度高；工作电源允许的变化范
8、围大，功耗低；输入阻抗高，扇出系数大；抗干扰能力强。86一、CMOS反相器1.电路结构：NMOS、PMOS管串联互补。开启电压 分别为UTN、UTP，为正常工作，要求：VDD UTP +UTN2.工作原理设UTP=-3V，UTN=3V，VDD=10V。(1)UIL=0V 87（b）逻辑符号）逻辑符号1AP图3.4.1 CMOS反相器 88310ONR1291010OFFRDDDDONOFFOFFOHVVRRRU(2)UIH=VDD0OLUT1、T2 构成一种推拉式输出。故输出端不能并接实现“线与”功能。893.电压传输特性和电流转移特性图图3.4.2 3.4.2 电压传输特性和电压传输特性和电
9、流转移特性电流转移特性uIiDABCDE F（b）电流转移特性）电流转移特性OuIVDDuOUTNABCDE FUTUTPVDDO(a)(a)电压传输特性电压传输特性90 静态参数：DDTVU21噪声容限：UOL=0V，UOH=VDD （电压利用率高）在CC4000系列CMOS电路的性能指标中规定：在输出高、低电平的变化不大于10%VDD的条件下，输入信号低，高电平允许的最大变化量。91DDOFFONVUU21DDDDDDOLOFFNLVVVUUU4.01.05.0(max)DDDDDDONOHNHVVVUUU4.05.09.0(min)UNHUNL1010uIuOUOH(min)11uOuI
10、G1G2输入端噪声容限示意图UOL(max)UONUOFF924.加电后，CMOS器件输入端不能悬空输入电位不定（此时输入电位由保护二极管的反向电阻比来决定），从而破坏了电路的正常逻辑关系；由于输入阻抗高，易接受外界噪声干扰，使电路产生误动作；极易使栅极感应静电，造成栅击穿。93二、其它类型的CMOS电路两个反相器的负载管并联，驱动管串联。1.CMOS与非门(1)电路结构94&BAP（b）逻辑符号）逻辑符号图图3.4.3 CMOS与非门与非门95输出阻抗变化大；A B P RO 0 0 1 RON/2 0 1 1 RON 1 0 1 RON 1 1 0 2RON P=A+B存在的缺点：输入端数
11、目，UOL，UNL。(2)工作原理96BA1P111图图3.4.4 带缓冲级的带缓冲级的CMOS与非门与非门972.CMOS 或非门(1)电路结构两个反相器的负载管串联，驱动管并联。(2)工作原理输出阻抗变化大；存在的缺点：输入端数目，UOH，UNH。981BAP（b）逻辑符号）逻辑符号图图3.4.5 CMOS或非门或非门99BA1P&11图图3.4.6 带缓冲级的带缓冲级的CMOS或非门或非门100例4 写出下图CMOS电路的逻辑表达式。1ABP2VDDENEN 1BA逻辑符号逻辑符号P2解：当B=0时，当B=1时，P2=A；P2 为高阻态。1013.CMOS双向传输门(1)电路结构 NMOS、PMOS管并联互补。(2)工作原理c=1时传输，c=0时关断。c=1时 ；N管导通；P管导通TNDDIUVu0DDITPVuUTPUTNDDUV 0VDD102TGCCOIuu/IOuu/CCOIuu/IOuu/(b)国标符号(c)曾用符号图图3.4.7 CMOS3.4.7 CMOS双向传输门双向传输门103例5 写出下图CMOS电路的逻辑表达式。解：当B=0时，当B=1时，P4 为高阻态。1ABVDDTGP4P4=A；ENEN 1BA逻辑符号逻辑符号P4104作业题3.1(a)3.23.3105作业题3.93.113.16
