1、1第二章 集成逻辑门10该与非门输出高该与非门输出高电平，电平，T5截止截止该与非门输出低该与非门输出低电平，电平，T5导通导通 TTL门存在的问题门存在的问题 当将两个当将两个TTL“TTL“与非与非”门门输出端直接并联输出端直接并联时：时：V VccccRR5 5门门1 1的的T T4 4门门2 2的的T T5 5产生产生一个很大的电流一个很大的电流产生一个大电流产生一个大电流1.1.抬高门抬高门2 2输出输出低电平；低电平；2.2.会因功耗过大会因功耗过大损坏门器件。损坏门器件。注：注：TTLTTL输出端输出端不能直接并联。不能直接并联。问题引入2第二章 集成逻辑门三态逻辑门（三态逻辑门
2、（TSLTSL）集电极开路集电极开路TTL“TTL“与非与非”门（门（OCOC门）门）第二节 其它类型TTL门电路3第二章 集成逻辑门TTL与非门电路与非门电路（一）（一）OCOC门的结构门的结构RLVC集电极开路与非门（集电极开路与非门（OC门）门）当输入端全为高电平当输入端全为高电平时，时，T2、T5导通，输导通，输出出F为低电平；为低电平；输入端有一个为低电输入端有一个为低电平时，平时，T2、T5截止，截止，输出输出F高电平接近电高电平接近电源电压源电压VC。OC门完成门完成“与非与非”逻辑功逻辑功能能逻辑符号：逻辑符号：输出逻辑电平：输出逻辑电平：低电平低电平0.3V高电平为高电平为V
3、C（5-30V）ABF 第二节 其它类型TTL门电路一、集电极开路一、集电极开路TTL“TTL“与非与非”门（门（OCOC门）门）4第二章 集成逻辑门（二）（二）OC门实现门实现“线与线与”逻辑逻辑FRLVC相当于相当于“与门与门”逻辑等效符号逻辑等效符号21F FF_CDAB_CDAB 负载电阻负载电阻RL的选择的选择（自看作考（自看作考试内容）试内容）一、集电极开路一、集电极开路TTL“TTL“与非与非”门（门（OCOC门）门）第二节 其它类型TTL门电路5第二章 集成逻辑门（三）（三）OC门应用门应用-电平转换器电平转换器OC门需外接电阻，所以电源门需外接电阻，所以电源VC可以选可以选5
4、V30V，因此因此OC门作为门作为TTL电路可以和其它不同类型不同电平的逻电路可以和其它不同类型不同电平的逻辑电路进行连接。辑电路进行连接。TTL电路驱动电路驱动CMOS电路图电路图CMOS电源电压电源电压VDD =5V时，一般的时，一般的TTL门可门可以直接驱动以直接驱动CMOS门门一、集电极开路一、集电极开路TTL“TTL“与非与非”门（门（OCOC门）门）第二节 其它类型TTL门电路C M O S 电 路 的电 路 的 VD D =5 V 1 8 V，特 别 是特 别 是VDD VCC时，必须选用时，必须选用集电极开路（集电极开路（OC门）门）TTL电路电路6第二章 集成逻辑门分别用分别
5、用TTL“TTL“与非与非”门和门和OCOC门，实现函数门，实现函数AEGCDABCF画出逻辑电路图。画出逻辑电路图。解：解：AEGCDABCAEGCDABCF请同学画出实现电路！请同学画出实现电路！第二章 集成逻辑门7第二章 集成逻辑门二、三态逻辑门（二、三态逻辑门（TSLTSL）第二节 其它类型TTL门电路（一）三态门三态门工作原理工作原理非门，是三态门非门，是三态门的状态控制部分的状态控制部分E使能端使能端六管六管TTL与非门与非门增加部分增加部分当当 E=0时，时，T4输出高电平输出高电平VC=1，D2截止，此时后面截止，此时后面电路执行正常与非功能电路执行正常与非功能F=AB；101
6、V1VT6、T7、T9、T10均截止均截止Z第二章 集成逻辑门除具有除具有TTL“与非与非”门输出高、低电门输出高、低电平状态外，还有平状态外，还有第三种输出状态第三种输出状态 高阻状态高阻状态，又称，又称禁止态或失效态禁止态或失效态8第二章 集成逻辑门当当 E=1时，时，输出输出F端处于高阻状态记为端处于高阻状态记为Z。二、三态逻辑门（二、三态逻辑门（TSLTSL）第二节 其它类型TTL门电路（一）三态门三态门工作原理工作原理当当 E=0时，时，T4输出高电平输出高电平VC=1，D2截止，此时后面截止，此时后面电路执行正常与非功能电路执行正常与非功能F=AB；第二章 集成逻辑门高阻状态与非功
7、能 ZF ABF1E0E_逻逻辑辑功功能能逻逻辑辑符符号号FAB E9第二章 集成逻辑门高阻状态与非功能 ZF ABF0E1E_常用的还有高电平使能的三态门。常用的还有高电平使能的三态门。ABF E二、三态逻辑门（二、三态逻辑门（TSLTSL）第二节 其它类型TTL门电路（一）三态门三态门工作原理工作原理逻逻辑辑功功能能逻逻辑辑符符号号10第二章 集成逻辑门第二节 其它类型TTL门电路二、三态逻辑门（二、三态逻辑门（TSLTSL）第二章 集成逻辑门（二）（二）三态门的应用三态门的应用1.三态门广泛用于数据总线结构三态门广泛用于数据总线结构 任何时刻只能任何时刻只能有一个控制端有有一个控制端有效
8、，即只有一个效，即只有一个门处于数据传输，门处于数据传输，其它门处于禁止其它门处于禁止状态。状态。总线总线11第二章 集成逻辑门第二节 其它类型TTL门电路二、三态逻辑门（二、三态逻辑门（TSLTSL）第二章 集成逻辑门（二）（二）三态门的应用三态门的应用2.双向传输双向传输 当当E=0时，门时，门1工作，门工作，门2禁止，禁止，数据从数据从A送到送到B；E=1时，门时，门1禁禁止，门止，门2工作，数据工作，数据从从B送到送到A。12第二章 集成逻辑门ECL“ECL“或或/或非或非”门电路门电路ECLECL门的主要优缺点门的主要优缺点第三节 ECL集成逻辑门13第二章 集成逻辑门一、一、ECL
9、“ECL“或或/或非或非”门电路门电路第二章 集成逻辑门第三节 ECL集成逻辑门输入级输入级输出级输出级同时实现或同时实现或/或非或非逻辑功能，为非饱逻辑功能，为非饱和型电路和型电路基准电源基准电源-为为T4管管提供参考电压提供参考电压VBB。选定选定VBB=-1.2V14第二章 集成逻辑门逻逻辑辑符符号号逻逻辑辑表表达达式式CBAFCBAF 优点优点1.开关速度高开关速度高2.逻辑功能强逻辑功能强3.负载能力强负载能力强 缺点缺点1.功耗较大功耗较大2.抗干扰能力差：抗干扰能力差：逻辑摆幅为逻辑摆幅为0.8V左右，噪左右，噪声容限声容限VN一般约一般约300mV互补输出端互补输出端“或或/或
10、非或非”，且采用射极开路形式，实且采用射极开路形式，实现输出变量的现输出变量的“线或线或”操操作作第三节 ECL集成逻辑门一、一、ECL“ECL“或或/或非或非”门电路门电路15第二章 集成逻辑门I I2 2 L L基本单元电路基本单元电路I I2 2 L L门电路门电路I I2 2 L L的主要优缺点的主要优缺点第四节 I2L集成逻辑门16第二章 集成逻辑门 电路的组成电路的组成射极加正电压射极加正电压VE，构成恒流源构成恒流源I0I0多集电极晶体管多集电极晶体管T2，C1、C2、C3之间相互隔离之间相互隔离T2的驱动电流是由的驱动电流是由T1射极注入的，故有注射极注入的，故有注入逻辑入逻辑
11、 工作原理工作原理1.当当VA=0.1V低电低电平时，平时，T2截止，截止，I0从输入端从输入端A流出，流出，C1、C2和和C3输出输出高电平高电平2.当当A开路（相当于输入高电平开路（相当于输入高电平）时，）时，I0流入流入T2的基的基极，极，T2饱和导通，饱和导通，C1、C2和和C3输出低电平。输出低电平。逻辑符号逻辑符号A-输入输入C1、C2和和C3-输出输出电路的任何一个输电路的任何一个输出与输入之间都是出与输入之间都是“非非”逻辑关系逻辑关系电路可简化为：第四节 I2L集成逻辑门一、一、I I2 2 L L基本单元电路基本单元电路17第二章 集成逻辑门（一）（一）“与与”门门线与线与
12、逻辑功能：逻辑功能：F=A B第四节 I2L集成逻辑门二、二、I I2 2 L L门电路门电路18第二章 集成逻辑门（二）（二）“与或非与或非”门门VE用输入变用输入变量来代替量来代替逻辑功能：逻辑功能：CDABCDABF二、二、I I2 2 L L门电路门电路第四节 I2L集成逻辑门19第二章 集成逻辑门 优点优点1.1.集成度高集成度高2.2.功耗小功耗小3.3.电源电压范围宽电源电压范围宽4.4.品质因素品质因素最佳最佳5.5.生产工艺简单生产工艺简单电流在电流在1nA1mA范范围内均能正常工作。围内均能正常工作。I2L的品质因数只有的品质因数只有（0.11）pJ/门。门。缺点缺点1.1
13、.开关速度低开关速度低2.2.噪声容限低噪声容限低I2L的逻辑摆幅仅的逻辑摆幅仅700mV左右，比左右，比ECL还低，但还低，但其内部噪声小，因此电其内部噪声小，因此电路能正常工作。路能正常工作。3.3.多块一起使用时，由多块一起使用时，由于各管子输入特性的离于各管子输入特性的离散性，基极电流分配会散性，基极电流分配会出现不均的现象，严重出现不均的现象，严重时电路无法正常工作。时电路无法正常工作。M=P（功率）功率）tpd（速度），它表速度），它表示门电路性能的优劣，单位是皮焦示门电路性能的优劣，单位是皮焦(pJ)。第四节 I2L集成逻辑门三、三、I I2 2 L L的主要优缺点的主要优缺点2
14、0第二章 集成逻辑门NMOSNMOS反相器反相器NMOSNMOS门电路门电路CMOSCMOS门电路门电路第五节 MOS集成逻辑门21第二章 集成逻辑门 MOS管的开关特性管的开关特性数字逻辑电路中的数字逻辑电路中的MOSMOS管均是增强型管均是增强型MOSMOS管，它具有以下特点：管，它具有以下特点：当当|UGS|UT|时，管子导通，导通电阻很小，相当于开关闭合时，管子导通，导通电阻很小，相当于开关闭合 当当|UGS|UT|时，管子截止，相当于开关断开时，管子截止，相当于开关断开 NMOS反相器反相器设电源电压设电源电压VDD=10V，开启电压开启电压VT1=VT2=2V1.A输入高电平输入高
15、电平VIH=8V2.A输入低电平输入低电平V I L=0.3V时，时，电路执行逻辑非功能电路执行逻辑非功能工作管工作管负载管负载管T1、T2均导通，输出为低均导通，输出为低电平电平VOL 0.3V;T1截止截止T2导通，电路输出导通，电路输出高电平高电平VOH=VDD-VT2=8V。第五节 MOS集成逻辑门一、一、NMOSNMOS反相器反相器22第二章 集成逻辑门第二章 集成逻辑门第五节 MOS集成逻辑门（一）NMOS与非门与非门工作管工作管串联串联负载管负载管工作原理：工作原理：T1和和T2都导通，输出低电平都导通，输出低电平;2.当输出端有一个为低电平时，当输出端有一个为低电平时，与低电平
16、相连的驱动管就截止，与低电平相连的驱动管就截止，输出高电平。输出高电平。电路电路“与非与非”逻辑功能：逻辑功能：BAF注：注：增加扇入，只增加串联驱动管增加扇入，只增加串联驱动管的个数，但扇入不宜过多，一的个数，但扇入不宜过多，一般不超过般不超过3。11通通通通01.当两个输入端当两个输入端A和和B均为高电平时均为高电平时01止通1二、二、NMOSNMOS门电路门电路23第二章 集成逻辑门第二章 集成逻辑门第五节 MOS集成逻辑门(一）CMOS反相器反相器PMOSNMOS衬底与漏源间的衬底与漏源间的PNPN结始终处于反结始终处于反偏偏，NMOSNMOS管的衬底总是接到电路管的衬底总是接到电路的
17、的最低电位最低电位，PMOSPMOS管的衬底总是管的衬底总是接到电路的接到电路的最高电位最高电位柵极相连柵极相连做输入端做输入端漏极相连漏极相连做输出端做输出端电源电压电源电压V VDDDDV VT1T1+|V+|VT2T2|，V VDDDD适用范围较大可在适用范围较大可在3 31818V V，V VT1T1-NMOS-NMOS的开启电压的开启电压V VT2T2-PMOS-PMOS的开启电压的开启电压工作原理：工作原理：1.1.输入为低电平输入为低电平V VIL IL=0V=0V时时V VGS1GS1V VT1T1T T1 1管截止管截止|V VGS2GS2|V VT2 T2 电路中电流近似为
18、零（忽略电路中电流近似为零（忽略T T1 1的的截止漏电流）截止漏电流）,V VDDDD主要降落在主要降落在T T1 1上，输出为高电平上，输出为高电平V VOHOHVVDDDDT T2 2导通导通2.2.输入为高电平输入为高电平V VIHIH=V=VDDDD时，时，T T1 1通通T T2 2止，止，V VDDDD主要降在主要降在T T2 2上，上，输出为低电平输出为低电平V VOLOL0V0V。实现逻辑实现逻辑“非非”功能功能AF 三、三、CMOSCMOS电路电路24第二章 集成逻辑门三、三、CMOSCMOS门电路门电路第五节 MOS集成逻辑门(二）CMOS传输门传输门栅极控制电压栅极控制
19、电压为互补信号，为互补信号，如如C=0，C=VDD工作原理：工作原理：当当C=0VC=0V，C=V C=VDDDD时时T TN N和和T TP P均截止，均截止，V VI I由由0 0V VDDDD变化时，传输变化时，传输门呈现高阻状态，相门呈现高阻状态，相当于开关断开，当于开关断开，C CL L上的电平保持不变，上的电平保持不变，这种状态称为传输门这种状态称为传输门保存信息。保存信息。25第二章 集成逻辑门三、三、CMOSCMOS门电路门电路第五节 MOS集成逻辑门(二）CMOS传输门传输门当当C=VC=VDDDD，C=0V C=0V时，时，V VI I在在V VT TV VDDDD范围变化
20、范围变化时，时，T TP P导通。导通。即即V VI I在在0 0V VDDDD范围变化范围变化时，时，T TN N、T TP P中至少有中至少有一 只 管 子 导 通，使一 只 管 子 导 通，使V VO O=V=VI I，这相当于开关这相当于开关接通，这种状态称为接通，这种状态称为传输门传输信息。传输门传输信息。V VI I由由0 0（V VDDDD-V-VT T）范范围变化时，围变化时，T TN N导通。导通。26第二章 集成逻辑门第二章 集成逻辑门三、三、CMOSCMOS门电路门电路第五节 MOS集成逻辑门(二）CMOS传输门传输门工作原理：工作原理：1.1.当当C C 为低电平时，为
21、低电平时，T TN N、T TP P截止传输门相当截止传输门相当于开关断开，传输门保于开关断开，传输门保存信息。存信息。2.2.当当C C为高电平时，为高电平时，T TN N、T TP P中至少有一只管中至少有一只管子导通，使子导通，使V VO O=V=VI I，这这相当于开关接通，传输相当于开关接通，传输门传输信息。门传输信息。由此可见传输门相当由此可见传输门相当于一个理想的于一个理想的开关开关，且是一个，且是一个双向开关双向开关。逻辑符号逻辑符号输入输入输出输出门控制门控制信号信号27第二章 集成逻辑门第二章 集成逻辑门三、三、CMOSCMOS门电路门电路第五节 MOS集成逻辑门(二）CM
22、OS模拟开关模拟开关电路图电路图控制模拟信号传输控制模拟信号传输的一种电子开关，的一种电子开关，通与断是由数字信通与断是由数字信号控制的号控制的反相器的输入和输出反相器的输入和输出提供传输门两个反相提供传输门两个反相控制信号（控制信号（C C和和C C）传输门传输门1.电路结构电路结构2.逻辑符号逻辑符号逻辑符号28第二章 集成逻辑门（四）（四）CMOS门电路门电路1.与非门与非门二输入二输入“与非与非”门电路结构如图门电路结构如图当当A A和和B B为高电平时为高电平时:1两个串联的两个串联的NMOS TNMOS T1 1、T T2 2通通通通止止止止0101通通止止通通1止止当当A A和和
23、B B有一个或一个以上有一个或一个以上为低电平时为低电平时:电路输出高电平电路输出高电平输出低电平输出低电平 电路实现电路实现“与非与非”逻辑功能逻辑功能ABF 第五节 MOS集成逻辑门两 个 并 联 的两 个 并 联 的PMOSPMOS管管T T3 3、T T4 4每 个 输 入 端 与 一每 个 输 入 端 与 一 个个 NMOS管和一个管和一个PMOS管的栅极相连管的栅极相连29第二章 集成逻辑门第五节 MOS集成逻辑门2.“异或异或”门门由三个由三个CMOSCMOS反相器和反相器和一个一个CMOSCMOS传输门组成传输门组成传输门的控传输门的控制信号制信号A、A当当A=B=0A=B=0
24、时时00110TGTG断开，则断开，则C=B=1C=B=1，F=C=0F=C=0。TG断开断开当当A=B=1A=B=1时，时，11TG接通110TGTG接通，接通，C=B=1C=B=1，反相器反相器2 2的两只的两只MOSMOS管都截止，输出管都截止，输出F=0F=0。输入端输入端A A和和B B相同相同得：输入端得：输入端A A和和B B相同，相同，输出输出 F=0F=0（四）（四）CMOS门电路门电路30第二章 集成逻辑门2.“异或异或”门门 输入端输入端A A和和B B不同不同当当A=1A=1，B=0B=0时时10TGTG导通导通001输出输出F=1当当A=0A=0，B=1B=1时时01
25、TGTG断开断开101输出输出F=1得：输入端得：输入端A A和和B B不同，不同，输出输出 F=1F=1（四）（四）CMOS门电路门电路第五节 MOS集成逻辑门31第二章 集成逻辑门2.“异或异或”门门 输入端输入端A A和和B B不同不同输出输出F=1 输入端输入端A A和和B B相同相同输出输出 F=0F=0由此可知：该电路实由此可知：该电路实现的是现的是“异或异或”的逻的逻辑功能。辑功能。BABABAF（四）（四）CMOS门电路门电路第五节 MOS集成逻辑门32第二章 集成逻辑门四、四、CMOSCMOS电路的特点电路的特点1.1.功耗小功耗小：CMOSCMOS门工作时，总是一管导通另一
26、管截门工作时，总是一管导通另一管截止，因而几乎不由电源吸取电流其功耗极小止，因而几乎不由电源吸取电流其功耗极小;2.2.CMOSCMOS集成电路功耗低内部发热量小，集成电路功耗低内部发热量小，集成度可大集成度可大大提高大提高;3.3.抗幅射能力强抗幅射能力强，MOSMOS管是多数载流子工作，射线辐管是多数载流子工作，射线辐 射对多数载流子浓度影响不大射对多数载流子浓度影响不大;4.4.电压范围宽电压范围宽：CMOSCMOS门电路输出高电平门电路输出高电平V VOH OH V VDDDD，低电平低电平V VOL OL 0V;0V;5.5.输出驱动电流比较大输出驱动电流比较大：扇出能力较大，一般可
27、：扇出能力较大，一般可以大于以大于50;50;6.6.在使用和存放时应注意静电屏蔽，焊接时电烙在使用和存放时应注意静电屏蔽，焊接时电烙铁应接地良好铁应接地良好.第五节 MOS集成逻辑门33第二章 集成逻辑门M分析方法有两种：分析方法有两种：1.直接根据电路的连直接根据电路的连接情况来判断。接情况来判断。BABAM F2与与M、A、B有关有关：只要只要M为高电平或为高电平或A和和B全为高电平时，全为高电平时，输出为低电平；输出为低电平；而当而当M为低电平且为低电平且A和和B中有一个为低电中有一个为低电平时，输出为高电平平时，输出为高电平34第二章 集成逻辑门M1.直接根据电路的连直接根据电路的连
28、接情况来判断。接情况来判断。BABAM ABBAABMF2BAF2得：得：35第二章 集成逻辑门2.列真值表法列真值表法 由于电路只有两个由于电路只有两个输入端，输入端较少，输入端，输入端较少，因此可以按因此可以按AB的不同的不同取值来分析输出取值来分析输出F2的取的取值，从而列出真值表，值，从而列出真值表，写出输出表达式。写出输出表达式。0010当当A=B=0时，时，F2=036第二章 集成逻辑门2.列真值表法列真值表法1001当当A=B=0时，时，F2=0当当A=0 B=1时，时，F2=1当当A=1 B=0时，时，F2=1当当A=1 B=1时，时，F2=0BAF237第二章 集成逻辑门第六
29、节 接口问题TTLTTL与与CMOSCMOS接口接口CMOS CMOS 与与TTLTTL接口接口38第二章 集成逻辑门CMOS同同TTL电源电压相电源电压相同都为同都为5V，则两种门可直则两种门可直接连接。接连接。提高提高TTL门电路的门电路的输出高电平，阻值输出高电平，阻值由几百到几千欧姆由几百到几千欧姆注：注：TTL门电路高电平典型门电路高电平典型值只有值只有3.4V，CMOS电电路的输入高电平要求高路的输入高电平要求高于于3.5V。因此在因此在TTL门门电路输出端与电源之间电路输出端与电源之间接一电阻接一电阻Rx第六节 接口问题一、一、TTLTTL与与CMOSCMOS接口接口39第二章 集成逻辑门CMOS门的驱动能力门的驱动能力不适应不适应TTL门的要求，门的要求，可 采 用 专 用 的可 采 用 专 用 的CMOSTTL电平转电平转换器换器当用当用CMOS驱动驱动TTL时时转换器转换器第六节 接口问题二、二、CMOSCMOS与与TTLTTL接口接口40第二章 集成逻辑门小 结Logic familyBipolarMOSRTL DTLECLTTLI2LPMOSCMOSNMOS41第二章 集成逻辑门2-3 2-5 2-21 2-232-9 2-10 2-12 2-14 2-18 2-20 思考题：思考题：2-6 2-15作 业
