高速逻辑电路分析

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,高速电路信号完整性分析与设计,电子工业出版社教材配套电子教案,第三章 高速逻辑电路分析,高速,TTL,电路,高速,CMOS,电路,ECL,电路,LVED,器件与电路,高速逻辑电路使用规则,高速,TTL,电路,三极管的动态开关特性,三极管在饱和与截止两种状态转换过程中具有的特性称为三极管的开关特性。,高速,TTL,电路,三极管的动态特性,高速,TTL,电路,TTL,基本电路的工作原理,反相器是,TTL,门电路中电路结构最简单的一种。,TTL,反相器的典型电路如下：,高速,TTL,电路,TTL,与非门电路结构如下：,高速,TTL,电路,高速,TTL,的实现方式,高速系列（,74H,系列）,74H,系列与非门的电路结构如下：,高速,TTL,电路,肖特基系列,(74S,系列,),肖特基,TTL(STTL),与非门的电路结构,高速,TTL,电路,低功耗肖特基系列,(74LS,系列,),低功耗肖特基,(74LS),与非门的电路结构,高速,TTL,电路,其他系列,（,1,）先进肖特基系列,(74AS,系列,),（,2,）先进低功耗肖特基系列,(74ALS,系列,),（,3,）高速肖特基系列,(74F,系列,),高速,CMOS,电路,MOS,管的开关特性,下图给出了一个,NMOS,管组成的电路及其动态特性示意图：,高速,CMOS,电路,CMOS,基本电路,CMOS,反相器的工作原理,CMOS,反相器的基本电路结构及,CMOS,电压传输特性曲线,高速,CMOS,电路,其他类型的,CMOS,门电路,(1)CMOS,传输门,(TG),：,CMOS,传输门与,CMOS,反相 器一样，也是构成各种逻辑电路的一种基本单元电路,CMOS,传输门的电路结构,高速,CMOS,电路,(2)CMOS,模拟开关：,CMOS,模拟开关是控制模拟信号传输的电子开关，开关通与断由数字信号控制。,CMOS,模拟开关的电路结构,高速,CMOS,电路,(3)CMOS,与非门电路,CMOS,与非门电路结构,高速,CMOS,电路,CMOS,集成电路的特点,功耗低,高噪声容限，抗干扰能力强,工作电压范围宽,逻辑摆幅大,输入阻抗高,温度稳定性能好,扇出稳定性能好,高速,CMOS,电路,高速,CMOS,的实现方式,CMOS,数字集成电路主要有,CMOS4000,系列和,HCMOS,系列。,MOS,管的寄生电容效应,高速,CMOS,电路,CMOS,电路的改进型,高速,CMOS,电路,高速,CMOS,门电路从工艺上作了三个方面的改进：,(1),采用硅栅工艺制造；,(2),尽可能地减小沟道的长度；,(3),缩小,MOS,管的尺寸，使高速,CMOS,电路的寄生电容减小，开关速度达到标准,CMOS4000,系列的,8,10,倍。,高速,CMOS,电路,54HC/74HC,与,CMOS4000,性能比较,高速,CMOS,电路,双极型,CMOS,门电路,(Bi-CMOS),Bi-,CMOS(Bipolar,CMOS),是双极型,CMOS,电路的简称，它采用,CMOS,电路实现逻辑功能，采用驱动能力强的,TTL,电路实现输出级；具有,CMOS,电路的低功耗，同时具有,TTL,输出电阻低、带负载能力强、传输延迟时间短等特点。,高速,CMOS,电路,(1)Bi-CMOS,的典型电路,以,Bi-CMOS,反相器为例，其有两种电路结构形式,:,高速,CMOS,电路,Bi-CMOS,与非门电路原理图,高速,CMOS,电路,如何选择,T TL,和,CMOS,器件,主要考虑工作电压、工作频率和功耗三个方面,:,工作电压,:TTL,器件的标准工作电压为,5 V,工作频率,:,普通,CMOS(CD4000,系列,),的工作频率很低，一般低于,1 MHz,甚至,100 kHz,以下；在,5 MHz,以下，多使用,74LS,系列；在,5,50 MHz,，多使用,74HC,系列和,74ALS,系列；在,50,100 MHz,，多使用,74AS,系列。,功耗：,LS-TTL,和,CMOS,的功耗小。,ECL,电路,ECL,器件原理及工作特性,ECL,基本门电路的结构如下图：,ECL,电路,ECL,门的实际电路如下图：,ECL,电路,ECL,门电路工作原理,ECL,门电路由差分放大器输入电路、温度,-,电压补偿偏置网络和射极跟随器输出电路三部分组成，其工作电路如下图：,ECL,电路,ECL,门的工作电路,ECL,电路,ECL,发射极开路输出结构,ECL,电路输出设计为,OE,门，其原因有以下两个方面：,由于,ECL,电路的高速特性，在,ECL,系统中电 路连线必须按传输线特性考虑。,OE,门结构可构成“线或”电路，这类似于,TTL OC,门组成的“线与”功能。,ECL,电路,ECL,电路构成“线或”功能的原理 如下图：,ECL,电路,ECL,电路的工作特点,高速特性,互补输出，便于数据传输,功耗噪声低,优良的输入,/,输出特性,系统设计简单,功能增强,ECL,电路,ECL,电路中电容的影响,终端容性负载的影响,连线分布电容的影响,ECL,电路,ECL,电路的设计原则,输入,/,输出端,ECL,电路中的连接问题,系统的连接问题,ECL,器件的使用原则,ECL,电路,PECL,接口电路,PECL,接口输出结构,PECL,电路的输出结构,ECL,电路,PECL,接口输入结构,PECL,电路的输入结构,ECL,电路,LVECL/PECL/LVPECL,电路比较,LVDS,器件与电路,LVDS,是一种小振幅差分信号技术，使用非常低的幅度信号,(,约,350 mV),通过一对差分,PCB,走线或平衡电缆传输数据。,LVDS,器件与电路,LVDS,器件的工作原理,LVDS,器件的工作原理图,LVDS,器件与电路,LVDS,电路设计,驱动电路设计,双电流源模式驱动电路,LVDS,器件与电路,LVDS,接收电路的设计,LVDS,接收电路,LVDS,器件与电路,LVDS,的应用模式,单向点对点,(Point to Point),双向点对点,(Two-Way Point to Point),多分支形式,(MultiDrop),多点结构,(MultiPoint),LVDS,器件与电路,LVDS,系统的设计,PCB,板上导线,差分线,终端,未使用的引脚,高速逻辑电路使用规则,高速,TTL,的使用规则,高速,CMOS,的使用条件,LVDS,设计注意的几个问题,