[物理]第2章 逻辑运算与集成逻辑门电路1.ppt

1.与运算 决定某一事件发生的全部条件同时具备时，该事件才能发生，只要有一个条件不具备，该事件就不发生。 Y=A·B=AB=A AND B = AB 2. 或运算 决定某一事件发生的所有条件中，只要有一个或一个以上条件具备，该事件就会发生，只有当所有条件都不具备时，该事件才不发生。 Y = A+B = A OR B 3. 非运算 条件不具备，结果发生； 条件具备，结果不发生。 2.1.2 复合逻辑运算 与非 或非 与或非 异或 同或 2.4 逻辑门电路的主要电气参数 74HCT系列与TTL兼容，如果CMOS所带负载为74LS系列的TTL门电路，此时IOH=IOL==4 mA，而IIH=0.02 mA，IIL=0.4 mA，根据上式可计算出高电平输出时的扇出数： 低电平输出时的扇出数： 根据上述两种情况的计算，取数值小的为扇出数，即CMOS最多可接74LS系列TTL门电路的输入端10个。 6.传输延迟时间 传输延迟时间是表征门电路开关速度的参数，它说明门电路在输入脉冲（波形）的作用下，其输出波形相对于输入波形延迟了多长时间。 导通延迟时间tPHL——从输入波形上升沿的中点到输出波形下降沿的中点所经历的时间。 一般TTL与非门传输延迟时间tpd的值为几纳秒～十几个纳秒。 截止延迟时间tPLH——从输入波形下降沿的中点到输出波形上升沿的中点所经历的时间。 与非门的平均传输延迟时间tpd： 表2.4.4 各种系列TTL门电路（以74××00）的传输延迟时间 3 4 1.7 9.5 3 9 平均传输延迟时间tpd/ns 74F 74ALS 74AS 74LS 74S 74 系 列 参数名称和符号 表2.4.5 各种系列CMOS门电路（以74××04）的传输延迟时间 2 3.8 5.5 5.3 14 9 平均传输延迟时间tpd/ns 74ALVC04 74LVC04 74AHCT04 74AHC04 74HCT04 74HC04 参数名称和符号 7．功耗 功耗是门电路的重要参数之一。功耗有静态功耗和动态功耗之分。 所谓静态功耗指的是当电路的输出没有状态转换时的功耗。 CMOS电路在输出发生状态转换时的功耗称为动态功耗。 CMOS电路的动态功耗与转换频率和电源电压的平方成正比。当工作频率比较高时，CMOS门的功耗可能会超过TTL电路。在设计CMOS 电路时，尽量选用低电源电压器件，例如3.3V供电电源74LVC系列或1.8V供电电源74AUC系列，以降低功率损耗。 8．功耗-延时积 表2.4.6 各种系列TTL门电路的主要性能参数 12 4.8 13.6 19 57 90 延迟-功耗积DP/pJ 4 1.2 8 2 19 10 功耗/mW 3 4 1.7 9.5 3 9 传输延迟时间tpd/ns 74F 74ALS 74AS 74LS 74S 74 系 列 参数名称和符号 表2.4.7 各种系列CMOS门电路（74××00）的主要性能参数 0.0087~22 13 10 75 延迟-功耗积DP/pJ 0.0003~7.5 1(1MHz) 1.5(1MHz) 1(1MHz) 功耗/mW 2.9 13 10 75 传输延迟时间tpd/ns(CL=15pF) BiMOS 74HCT 74HC 4000B 系 列 参数名称和符号 2.5 逻辑门电路使用中的几个实际问题 2.5.1 CMOS集成电路的主要特点和使用注意事项 1. CMOS集成电路的主要特点 1）功耗极低。CMOS集成电路静态功耗非常小，例如在VDD=5V时，门电路的功耗只有几个μW，即使是中规模集成电路，其功耗也不会超过100μW。 2）电源电压范围宽。例如CC4000系列，VDD=3～18V。 3）抗干扰能力强。输入端噪声容限典型值可达到0.45VDD。 4）逻辑摆幅大(输出高低电平的差值)。VOL=0V，VOH≈VDD。 5）输入阻抗极高。输入电阻可达100MΩ。 6）扇出能力强。在低频时，CMOS电路几乎不考虑扇出能力问题；高频工作时，扇出数与工作频率有关。 7）集成度很高，温度稳定性好。由于CMOS电路功耗极低，内部发热量很少，所以集成度可以做得非常高。CMOS电路的结构是互补对称的，当外界温度变化时，有些参数可以互相补偿，因此，其特性的温度稳定性好，在很宽的温度范围内都能正常工作。例如陶瓷金属封装的电路，工作温度范围为-55度C～+125度；塑料封装的电路，工作温度范围是-40度～+85度。 8）抗辐射能力强。因为MOS管是靠多数载流子运动导电的器件，射线对多数载流子浓度影响很小，所以CMOS电路抗辐射能力强。 9）成