第3章-门电路说课材料.ppt

逻辑设计的物理实现要靠器件，逻辑门是构成数字系统的最基本的单元电路。;3.1概述;集成电路（IntegratedCircuit，简称IC)：将数字电路的半导体元、器件、电阻、电容和连线制作在同一个半导体基片（硅片）上，构成一个完整的电路，封装在一个管壳内。与分立元件电路相比，具有体积小、重量轻、可靠性高、寿命长、功耗小、成本低、工作速度快等优点。。;集成电路的分类：

按照集成度（每一硅片中所含的元、器件数）分为

小规模集成电路（SmallScaleIntegrated，简称SSI）

1-10个门(10-100个元件)；

中规模集成电路（MediumScaleIntegrated，简称MSI）

10-100个门(100-1000个元件)；

大规模集成电路（LargeScaleIntegrated，简称LSI）

100个门(1000个元件)；

超大规模集成电路（VeryLargeScaleIntegrated，简称LSI）10万个元件。

根据制造工艺的不同，分为双极型和单极型两大类。TTL电路

是目前双极型数字集成电路中用的最多的一种。;3.1概述;开关S断开时，输出电压为高电平；;;1;3.2半导体二极管门电路;3.2.1半导体二极管的开关特性;;分析二极管组成的电路时，要通过近似分析迅速判断二极管的开关状态。必须利用二极管的近似等效电路。;当二极管的正向导通压降和正向电阻与电源电压和外接电阻相比均可以忽略时，可看作理想开关。;uo;v;Y=AB;3.2.3二极管或门;3.3CMOS门电路;一.MOS管的结构和工作原理;二.MOS管的输入特性和输出特性;三、MOS管的基本开关电路;结论：只要合理的选择电路参数，保证当vI输入为低电平时MOS管截止，开关电路输出高电平；而输入vI为高电平时MOS管导通，开关电路输出低电平。;四.MOS管的开关等效电路;五.MOS管的四种类型;3.3.2CMOS反相器的电路结构和工作原理;静态时，无论vI是高电平还是低电平，两个管子总是一个导通而另一个截止，即所谓的互补状态，所以把这种电路结构形式称为互补对称式金属—氧化物—半导体电路（Complementary–SymmeteryMetal–Oxide–SemiconductorCircuit，简称CMOS电路）。;二、电压传输特性和电流传输特性;AB段：T1导通,而T2截止，内阻非常高，所以流过T1和T2漏极电流几乎为零。;1;例：74系列门电路的VOH(min)=2.4V，

VOL(max)=0.4V?，VIH(min)=2V，VIL(max)=0.8V。;为了提高输入端噪声容限，可以通过适当提高VDD的方法实现，而在TTL中做不到。;3.3.3CMOS反相器的静态输入特性和输出特性;74HC系列的输入特性曲线;二、输出特性;2.高电平输出特性;3.3.4CMOS反相器的动态特性;由于负载电容和MOS管寄生电容的存在，输入信号状态变化时必须有足够的变化幅度和作用时间才能使输出改变状态。当输入信号为窄脉冲，且脉冲宽度接近于门电路传输延迟时间时，为使输出状态改变，所需要的脉冲信号幅度将远大于直流输入信号的幅度。反相器对这类窄脉冲的噪声容限——交流噪声容限远高于直流噪声容限。Tpd越长，交流噪声容限越大。交流噪声容限同传输延迟时间一样也受电源电压和负载电容的影响。;当反相器从一种稳定工作状态突然转变到另一种稳定状态的过程中，将产生附加的功耗，称为动态功耗PD。由两部分组成：一部分是由于两个管子在短时间内同时导通所产生的瞬时功耗PT，另一部分是对负载电容充、放电所消耗的功率PC。;两个管子同时导通时所流过的电流的平均值：;CMOS与非门;CMOS或非门;与门;CMOS异或门;二、带缓冲级的CMOS门电路;输出的高、低电平受输入端数目的影响。;为克服这些缺点，在CC4000和74HC系列CMOS电路中在门电路的每个输入端、输出端增加一级具有标准参数的反相器（缓冲器）的缓冲级结构。注意电路的逻辑功能发生了变化，与非门是在或非门电路的基础上增加了缓冲器后得到的；或非门是在与非门的基础上增加了缓冲器以后得到的。;图3.3.29带缓冲级的CMOS与非门电路;图3.3.30带缓冲级的CMOS或非门电路;三、漏极开路输出门电路（OD门）;四、CMOS传输门和双向模拟开关;CMOS传输门中两个MOS管的工作状态;由于两个管子的结构形式是对称的，漏极和源极可互易使用，因此CMOS传输门属于双向器件。可以利用它和CMOS反相器组成各种复杂的逻辑电路