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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 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电路 高速TTL电路 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 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 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。 高速CMOS电路 (3)CMOS与非门电路 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。 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 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 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 ECL电路 PECL接口输入结构 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