数字集成电路的分类

第四章 门电路 数字集成电路的分类 按内部有源器件的不同 : 双极型晶体管集成电路 绝缘栅场效应管集成电路或称金属一氧化物半导体 MOS集成电路 。 数字集成电路按其集成度可分为： 小规模集成（ SSI） :内含 10100个元件（ 1020个等效门） 中规模集成（ MSI） :内含 1001000个元件（ 20100个等 效门） 大规模集成（ LSI）和超大规模集成等（ VLSI） LSI器件 内含 1000100000个元件（ 1001000个等效门）；器件内 含 100000个元件（ 1000个等效门）以上时，称为 VLSI。 二极管与门 三极管非门 Ui=0.2V 三极管截止， Uo=Ucc=5V Ui=5V 三极管饱和， Uo=Uces=0.2V 晶体管与非门 利用二极管与门和一个非门可构成一个 与非门电路 TTL与非门 组成： （ 三部分 ） 输入级 : T1 (多发射极晶体管 )R1 与 功能 中间极 :T2和 R2,R3 输出级 :T3,D,T4和 R4 工作原理： 非功能 A=0.2V B=0.2V T1基 极U=0.9V2.1V T2、 T4导 通，使得T 1 基极U = 2 . 1 V T 2 集电极U = 0 . 7 + 0 . 3 = 1 V , T 3 基极U = 1V1.4V T3 与 D截 止 F=0.3V A B F 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 TTL门的主要参数 空载功耗 传输特性 噪声容限： UNH=UOH(MIN)-UIH(MIN) UNL=UIH(MAX)-UOH(MAX) 传输延时 tpd和速度功耗积 扇出系数 NO NO=输出 /输入 肖特基 TTL电路 STTL 提高工作速度 二极管 DK是肖特基势垒 二极管 .这种二极管的正 向压降仅 0.3V.开关速度 比一般 PN结二极管快一 万倍 .在图中 ,由于 DK的引入 ,可使三极管的关闭时 间减少 ;DK的引入却不会使三极管的开启时间变坏 , 这是因为 ,当三极管由截止区转向放大区 ,直到进 入饱和区之前 ,其集电结为反向偏置 ,DK截止 ,DK上 无电流流过 ,不会影响三极管的基极电流 . 可以线或的 TTL门 通常两个 TTL门的输出端 是不可并联使用。也不可 短接到地或者电源上 但是有两种 TTL门可将它 们的输出端用连线并联在 一起 ,构成 或 (或者 与 )逻辑 , 即所谓的 线或（ 或者 线与） 1集电极开路门 OC 电路图 符号 几个 OC门的输出可并联在一起完成一定 的逻辑功能。 2三态 TTL门 工作原理 符号 例子 三态：高电平、低电平、高阻态 （输出与电源U 断开、与地也断开） 当使能端G 与门的交界处有非号说明 低有效：当G = 0 时，门执行其功能 （如本例中执行与非门的功能）当 G = 1 时，输出呈现高阻态； G A B F 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 X X 高 阻态 当G 与门的交界处无非号，则说明高 有效：当G = 1 时，门执行其功能当 G = 0 时，输出为高阻态。 CMOS反相器 电路组成 传输特性 I区 :Ui0且 UGS(th)N.T1管截止 ,T2管导通 . 输出电压 U0=UOH=UDD 区 : Ui UG S(th)N且 UDD/2且 UDD -|UGS(th)P | T1和 T2管皆导通 , IDD随着 U1增加而减小 ;UO随 UI增加而继续减小 . 区 : UIUDD -|UGS(th)P |且 UDD ,T2管截止 , T1管导通 . IDD=0 UO=UOL=0V, CMOS传输门 电路组成 符号 工作原理 外部工作情况 MOS管的漏极和源极是 可以随电路的工作情况 相互交换的， 且 MOS管的 源和漏是对称的 CMOS逻辑门 CMOS与非门 电路组成 工作原理 CMOS或非门 电路组成 工作原理 CMOS与或非门 电路组成 工作原理 ABC ABC BAC CBACA CBACBACBA * )( T 1 、T 2 管并联；T 3 、T 4 管 串联 A=0 B=0 F=1 A=0 B=1 F=0 A=1 B=0 F=0 A=1 B=1 F=0 A=0 B=0 C=0 F=1 A=0 B=0 C=1 F=0 CMOS三态门 工作原理 a: G=0 高 阻态 G=1 A=1 F=0 A=0 F=1 b: G=0 T1=0 T3=0 高 阻态 G=1 T1=1 A=1 T2=0 T3=1 F=1 A=0 T2=1 T3=0 F=0 c: G=0 T3=1 A=0 F=0 A=1 F=1 G=1 T3=0 T1=0 高 阻态 d: G=0 A=0 T1=1 T2=0 F=0 A=1 T1=0 T2=1 F=1 G=1 T1=0 T2=0 高 阻态 不同逻辑系列的配合问题 (一 )逻辑电平的配合 CMOS可以直接驱动 TTL电路 TTL通过上拉电阻驱动 CMOS电路 (二 )驱动能力的配合 本章小结 1.教学内容 分立元件三极管非门； 常用集成门电路的工作原理、参数及使用方 法。 2.教学要求 了解三极管非门的电路结构与工作原理； 了解与非门和三态门的基本工作原理； 掌握常用 TTL集成门（例如与非门、三态门） 的主要特性参数与使用方法； 了解 CMOS电路系列主要特性参数 重点 重点掌握各种逻辑系列在速度、功能和 干扰能力等方面的主要特点并掌握各种 逻辑系列和主要参数的物理意义和数值 的量级。 作业： P122 4 P122 6