1、西安电子科技大学国家级精品课程数字电路与系统设计国家级精品课程数字电路与系统设计 3.1 3.1 数字集成电路的分类数字集成电路的分类3.2 TTL 3.2 TTL 与非门工作原理与非门工作原理3.3 CMOS 3.3 CMOS 门电路门电路第三章第三章 集成门电路集成门电路各种系列门电路的性能比较各种系列门电路的性能比较数字集成电路型号的命名法TTL与非门的特性与参数集电极开路（OC）门三态门西安电子科技大学国家级精品课程数字电路与系统设计国家级精品课程数字电路与系统设计3.1 3.1 数字集成电路的分类数字集成电路的分类一.按工艺结构区分：1.按工艺区分IIL电路54/74系列54H/74
2、H系列54LS/74LS系列54AS/74AS系列54ALS/74ALS系列CMOS电路NMOS电路PMOS电路ECL电路HTL电路TTL电路54HC/74HC系列54HTC/74HTC系列4000系列Bi-CMOS型MOS型双极型西安电子科技大学国家级精品课程数字电路与系统设计国家级精品课程数字电路与系统设计2.按输出结构区分按输出结构区分推拉式输出或推拉式输出或CMOS反向器输出反向器输出OC输出或输出或OD输出输出三态输出三态输出西安电子科技大学国家级精品课程数字电路与系统设计国家级精品课程数字电路与系统设计 二、二、按集成度分类按集成度分类小规模集成电路小规模集成电路(SSI-Smal
3、l Scale Integration)(SSI-Small Scale Integration)，每片组件每片组件内包含内包含10-10010-100个元件个元件(或或10-2010-20个等效门个等效门)。中规模集成电路中规模集成电路(MSI-Medium Scale Integration)(MSI-Medium Scale Integration)，每片组件，每片组件内含内含100-1000100-1000个元件个元件(或或20-10020-100个等效门个等效门)。大规模集成电路大规模集成电路(LSI-Large Scale Integration)(LSI-Large Scale
4、Integration)，每片组件每片组件内含内含1000-100 0001000-100 000个元件个元件(或或100-1000100-1000个等效门个等效门)。超大规模集成电路超大规模集成电路(VLSI-Very Large Scale Integration)(VLSI-Very Large Scale Integration)，每片组件内含每片组件内含100 000100 000个元件个元件(或或10001000个以上等效门个以上等效门)。逻辑门逻辑门触发器触发器译码器、译码器、数据选择器数据选择器 加法器、加法器、计数器、计数器、移移位寄存器位寄存器只读存储器、只读存储器、随机存
5、取存随机存取存储器、储器、微处理器微处理器、专用数专用数字信号处理器字信号处理器西安电子科技大学国家级精品课程数字电路与系统设计国家级精品课程数字电路与系统设计三.按数字系统设计方法分类1.通用型中规模（MSI），小规模（SSI）集成逻辑件。2.由软件组态的大规模（LSI），超大规模（VLSI）集成逻辑器件，如微处理器、单片机、通用和专用数字信号处理器等。3.专用集成电路ASIC。*全定制半定制PLDPROMPLAPALGALCPLDFPGA西安电子科技大学国家级精品课程数字电路与系统设计国家级精品课程数字电路与系统设计各种系列门电路的性能比较西安电子科技大学国家级精品课程数字电路与系统设计国
6、家级精品课程数字电路与系统设计开关控制开关控制V VI I控制开关控制开关S S的断、通情况。的断、通情况。S S断开，断开，V VO O为高电平；为高电平；S S接通，接通，V VO O为低电平。为低电平。1 10 03.6V0V0.8V1.8V高电平下限高电平下限低电平上限低电平上限实际开关为晶体二极实际开关为晶体二极管、三极管以及场效管、三极管以及场效应管等电子器件应管等电子器件u uccccV V1 1V Vo oS S西安电子科技大学国家级精品课程数字电路与系统设计国家级精品课程数字电路与系统设计二极管门电路二极管门电路F=ABCF=ABCF=A+B+CF=A+B+C西安电子科技大学
7、国家级精品课程数字电路与系统设计国家级精品课程数字电路与系统设计多发射极晶体管多发射极晶体管T1 的等效电路的等效电路1.TTL1.TTL与非门与非门电路电路3.2 TTL3.2 TTL门电路门电路西安电子科技大学国家级精品课程数字电路与系统设计国家级精品课程数字电路与系统设计工作原理工作原理设设：A=0 0 B=C=1 1 0.3V3.6V3.6V 则则：VA=0.3V VB1=0.3+0.7 =1VVB2=0.3V所以：所以：T T2 2 T T5 5 截止截止 T T3 3 T T4 4 导通导通结果结果：VF =5UBE3UBE4 50.70.7=3.6V 拉电流拉电流1V0.3V D
8、A导通导通F=1 1BACABC西安电子科技大学国家级精品课程数字电路与系统设计国家级精品课程数字电路与系统设计3.6V3.6V3.6V设：设：A=B=C=1 1 即：即：VA=VB=VC=3.6VVF=0.3V ，F=0VF=0.3V2.1VVB3=UCE2+UBE5=0.3+0.7=1V1VT T3 3 导通导通 ，T T4 4 截止截止 灌电流灌电流则：则：T T2 2 T T5 5 饱和饱和DA、DB、DC 截截 止止T1集电结正偏集电结正偏VB1=+UBE5=2.1V0.7 UBE2+输入悬空时输入悬空时相当于相当于1 1西安电子科技大学国家级精品课程数字电路与系统设计国家级精品课程
9、数字电路与系统设计1 1、电压传输特性、电压传输特性BCBC接高电平接高电平UiUiB BC CUiUiUo(V)Uo(V)3.63.6A BA B 0VUi0.6V 0VUi0.6VABAB段截止区段截止区C C 0.6Ui1.3V 0.6Ui1.3VIc2Ic2UcUc2 2BCBC段线形区段线形区2.72.70.80.8 1.3Ui 1.4V 1.3Ui 1.4VCDCD段转折区段转折区D D 1.4VUi 1.4VUiE EDEDE段饱和区段饱和区1.81.80.30.3UoUoffffUoUoff-ff-关门电平关门电平UonUonUon-Uon-开门电平开门电平U UT T-阈值电
10、压阈值电压U UT T西安电子科技大学国家级精品课程数字电路与系统设计国家级精品课程数字电路与系统设计Uo(V)Uo(V)3.63.6A BA BC C2.72.70.80.8D DE E1.81.80.30.3UoUoffffUoUoff-ff-关门电平关门电平UonUonUon-Uon-开门电平开门电平1 1输出输出0 0输出输出1 1输入输入0 0输入输入U UOH,minOH,minU UIH,minIH,minU UNHNHU UIL,maxIL,maxU UOL,maxOL,maxU UNLNL5V3V0.3V0V5V1.8V0.8V0VUiUi1 1、电压传输特性、电压传输特性西
11、安电子科技大学国家级精品课程数字电路与系统设计国家级精品课程数字电路与系统设计2 2、输入负载特性、输入负载特性&1 11 1UiUiUoUoffffRoRoffff=0.7k=0.7kRon=2kRon=2kUiUonUiUon1 11 1R RF F西安电子科技大学国家级精品课程数字电路与系统设计国家级精品课程数字电路与系统设计3 3、输入特性、输入特性&1 11 1UiUiF FI II I 输入短路电流输入短路电流I IiSiS 典型值约为典型值约为-1.5-1.5mAmA。输入漏电流输入漏电流I IiHiH UiUiU UT T时的时的IiIi 典型值为典型值为10A10AU Ui
12、i7V7V后后T T1 1的的cece结将发生击穿结将发生击穿当当U Ui i-1V-1V时时T T1 1的的bebe结可能烧毁结可能烧毁西安电子科技大学国家级精品课程数字电路与系统设计国家级精品课程数字电路与系统设计4 4、输出特性、输出特性 与非门处于开态时，输出低电平与非门处于开态时，输出低电平T T5 5饱和饱和I IL L灌电流灌电流灌电流增大，使灌电流增大，使V5V5脱离饱和脱离饱和U UOLOL将很快增加将很快增加为了保证为了保证U UOLOL0.35V0.35V应使应使I IL L25mA25mA西安电子科技大学国家级精品课程数字电路与系统设计国家级精品课程数字电路与系统设计4
13、 4、输出特性、输出特性 与非门处于关态时，输出高电平与非门处于关态时，输出高电平由于由于I IR5R5I IL L U UOHOH=U UCCCC-U Uces3ces3-U Ube4be4-I IL LR R5 5T5T5截止，截止，T3T3微微饱和，饱和，T4T4导通导通I IL L拉电流拉电流I IL L5mA5mA时时T3T3、V4V4处于射随器状态处于射随器状态当当I IL L5mA5mA时，时，T3T3进入深饱和进入深饱和负载电流负载电流I IL14mAL14mA，允许的最小负载电阻允许的最小负载电阻R RL L约为约为170170西安电子科技大学国家级精品课程数字电路与系统设计
14、国家级精品课程数字电路与系统设计 5.扇入系数和扇出系数扇扇出出系系数数N NO O是是指指一一个个门门能能驱驱动动同同类类型型门门的的个个数数。当当TTLTTL门门的的某某个个输输入入端端为为低低电电平平时时，其其输输入入电电流流约约等等于于I IISIS(输输入入短短路路电电流流)；当当输输入入端端为为高高电电平平时时，输输入入电电流流为为I IIHIH(输输入入漏漏电电流流)。而而I IISIS比比I IIHIH大大得得多多，因因此此按按最最坏坏的的情情况况考考虑虑，当当测测出出输输出出端端为为低低电电平平时时允允许许灌灌入入的的最最大大负负载载电电流流I ILmaxLmax后后，则则可
15、可求求出出驱驱动门的扇出系数动门的扇出系数N NO O：西安电子科技大学国家级精品课程数字电路与系统设计国家级精品课程数字电路与系统设计6.6.平均延迟时间平均延迟时间t tpdpd输出电压由高电平跳变为输出电压由高电平跳变为低电平的传输延迟时间称低电平的传输延迟时间称为导通延迟时间为导通延迟时间t tPHLPHL，由低电平跳变为高电平的由低电平跳变为高电平的传输延迟时间传输延迟时间称为截止延迟时间称为截止延迟时间t tPLHPLH西安电子科技大学国家级精品课程数字电路与系统设计国家级精品课程数字电路与系统设计74S74S系列系列 肖脱基系列肖脱基系列将将UbcUbc限制在限制在0.3V0.3
16、V左右左右肖特基肖特基抗饱和三极管抗饱和三极管有源泄放网络有源泄放网络Uo(V)Uo(V)3.63.6A BA BC C2.72.70.80.8D DE E1.81.80.30.3U UT T西安电子科技大学国家级精品课程数字电路与系统设计国家级精品课程数字电路与系统设计 集电极开路门又称集电极开路门又称OC(Open Collector)OC(Open Collector)门门图 3-13 OC门电路 集电极开路门集电极开路门西安电子科技大学国家级精品课程数字电路与系统设计国家级精品课程数字电路与系统设计集电极开路门集电极开路门V5V5截止截止输出端接地输出端接地电流过大电流过大烧坏烧坏V5
17、V5西安电子科技大学国家级精品课程数字电路与系统设计国家级精品课程数字电路与系统设计普通与非门输出直接相接普通与非门输出直接相接门门1 1门门2 2输出高电输出高电平平V5V5截止截止输出低电输出低电平平V4V4截止截止I IL LUoUoI IL L从截止门的从截止门的V4V4管流到导通管流到导通门的门的V5V5管管西安电子科技大学国家级精品课程数字电路与系统设计国家级精品课程数字电路与系统设计UccUccR RL LF FR RL L的选取的选取输出高电平时，输出高电平时，不低于输出高电平的最小值不低于输出高电平的最小值U UOHminOHmin；输出低电平时，输出低电平时，不高于输出低电
18、平的最大值不高于输出低电平的最大值U UOLmaxOLmaxF=AB F=AB CDCDI IL LI IoH oH I IoH oH 1 11 10 00 0I IoL oL I IoL oL 西安电子科技大学国家级精品课程数字电路与系统设计国家级精品课程数字电路与系统设计集电极开路门集电极开路门线与功能线与功能西安电子科技大学国家级精品课程数字电路与系统设计国家级精品课程数字电路与系统设计UccUccI IRLRLI Io oH H I Io oH H I Io oH H U Uo oI Ii iH H I Ii iH H I Ii iH H 集电极开路门集电极开路门西安电子科技大学国家级
19、精品课程数字电路与系统设计国家级精品课程数字电路与系统设计UccUccI IRLRLI Io oL L I Io oL L I Io oL L U Uo oI Ii iL L I Ii iL L I Ii iL L 3.6V3.6V集电极开路门集电极开路门I IRLRL=n=nI IOLOL-m-mI IiLiLR RLminLmin=(Ucc-=(Ucc-OLmaxOLmax)/I)/IRLRL西安电子科技大学国家级精品课程数字电路与系统设计国家级精品课程数字电路与系统设计用用OCOC门构成锯齿波发生器门构成锯齿波发生器U UCCCCR RL LC CUiUi1 10 00 01 1+-1
20、11 10 0西安电子科技大学国家级精品课程数字电路与系统设计国家级精品课程数字电路与系统设计TTLTTLTTLTTL三态与非门三态与非门三态与非门三态与非门DF F：第三状态第三状态 高阻高阻1V1VT T2 2 T T5 5截止截止二极管二极管 D 截止截止VB1 =1VVB3=1V 二极管二极管D D导通导通 EN =0 时时 EN=1时时T T3 3 导通，导通，T T4 4 截止截止0.3VF=AB西安电子科技大学国家级精品课程数字电路与系统设计国家级精品课程数字电路与系统设计TTLTTLTTLTTL三态门三态门三态门三态门三态非门三态非门三态与门三态与门三态与非门三态与非门西安电子
21、科技大学国家级精品课程数字电路与系统设计国家级精品课程数字电路与系统设计三态门三态门e F0 b 1 a 线或（Wired-OR）F=ae+beQuestion F=?西安电子科技大学国家级精品课程数字电路与系统设计国家级精品课程数字电路与系统设计ENEND0D1ENG1G2EN=1时 G1工作 G2高阻数据从D0 D1EN=0时 G2工作 G1高阻数据从D1 D0用三态门实现双向传输西安电子科技大学国家级精品课程数字电路与系统设计国家级精品课程数字电路与系统设计三态门应用于总线DisplayPrinterkeysCPU110Bus三态门接于总线，可实现数据或信号的轮流传送三态门接于总线，可实
22、现数据或信号的轮流传送0 00 0西安电子科技大学国家级精品课程数字电路与系统设计国家级精品课程数字电路与系统设计 TTLTTL门电路由晶体管组成，属双极型门电门电路由晶体管组成，属双极型门电路，路，MOS MOS 门电路由场效应管组成，属单极型门电路由场效应管组成，属单极型门电路，门电路，MOS MOS 门电路是目前大规模和超大规门电路是目前大规模和超大规模数字集成电路中应用最广泛的一种。模数字集成电路中应用最广泛的一种。MOSMOS门电路分类门电路分类 NMOS电路电路 PMOS电路电路 CMOS电路电路3.3 CMOS 3.3 CMOS 3.3 CMOS 3.3 CMOS 门电路门电路门
23、电路门电路西安电子科技大学国家级精品课程数字电路与系统设计国家级精品课程数字电路与系统设计称场效应管集成电路称场效应管集成电路P P沟道沟道N N沟道沟道互互补补对对称称结结构构设设：A=0则：则：T T2 2 导通导通 T T1 1 截止截止0F=1 11设设：A=1则：则：T T1 1 导通导通 T T2 2 截止截止F=0 0F=A1.CMOS 1.CMOS 反相器反相器该电路具有反相器的功能。该电路具有反相器的功能。10CMOS CMOS 门电路是一种互补对门电路是一种互补对西安电子科技大学国家级精品课程数字电路与系统设计国家级精品课程数字电路与系统设计2.CMOS 2.CMOS“与非
24、与非”门电门电路路P P 沟道沟道负载管负载管并联并联N N 沟道沟道 驱动管驱动管 串联串联设：设：A A=1=1，B B=1=1则：则：T T1 1 T T2 2 导通导通 T T3 3 T T4 4 截止截止F=00设：设：A A=0=0，B B=1 =1（不全为（不全为 1 1）则：则：T T2 2 T T3 3 导通导通 T T1 1 T T4 4 截止截止F=1 1F=A B负载管和驱动管串联负载管和驱动管串联1 11 1 01西安电子科技大学国家级精品课程数字电路与系统设计国家级精品课程数字电路与系统设计1 13.CMOS CMOS“或非或非”门电门电路路P P 沟道沟道负载管负
25、载管串联串联N N 沟道沟道驱动管驱动管并联并联设：设：A A=0=0，B B=0=0 0 0 0 0则：则：T3 T4 T3 T4 导通，导通，T1 T2 T1 T2 截止截止 驱动管与负载管串联驱动管与负载管串联F=1 1设：设：A A=0=0，B B=1=1 （输入不全为零时）（输入不全为零时）则：则：T2 T3 T2 T3 导通导通 T1 T4T1 T4截止截止 F=0F=A+B1 10 0西安电子科技大学国家级精品课程数字电路与系统设计国家级精品课程数字电路与系统设计注意：注意：上述分析表明，上述分析表明，MOS MOS“与非与非”门门的输入端越多，串联的驱动管越多，导的输入端越多，串联的驱动管越多，导通时的总电阻就愈大，输出低电平值将通时的总电阻就愈大，输出低电平值将会因输入端的增多而提高，对于会因输入端的增多而提高，对于MOS MOS“或非或非”门因驱动管并联，不存在这个问门因驱动管并联，不存在这个问题，因此，题，因此，MOSMOS门电路中门电路中 “或非或非”门用门用的较多。的较多。注意：注意：
