3.1 数字集成电路的分类 第三章 集成门电路 3.2 TTL 与非门工作原理 3.3 CMOS 门电路 各种系列门电路的性能比较

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1 3.1 数字集成电路的分类 第三章 集成门电路 3.2 TTL 与非门工作原理 3.3 CMOS 门电路 各种系列门电路的性能比较
3.1 数字集成电路的分类 各种系列门电路的性能比较 数字集成电路型号的命名法 3.2 TTL 与非门工作原理 TTL与非门的特性与参数 集电极开路（OC）门 三态门 3.3 CMOS 门电路

2 3.1 数字集成电路的分类 一.按工艺结构区分： 1.按工艺区分 TTL电路 HTL电路 双极型 ECL电路 IIL电路 CMOS电路
3.1 数字集成电路的分类 54/74系列 一.按工艺结构区分： 54H/74H系列 TTL电路 54LS/74LS系列 HTL电路 54AS/74AS系列 双极型 ECL电路 54ALS/74ALS系列 IIL电路 4000系列 CMOS电路 54HC/74HC系列 1.按工艺区分 MOS型 NMOS电路 54HTC/74HTC系列 PMOS电路 Bi-CMOS型

3 推拉式输出或CMOS反向器输出 2.按输出结构区分 OC输出或OD输出 三态输出

4 二、 按集成度分类 逻辑门 触发器 译码器、 数据选择器 加法器、 计数器、 移位寄存器
小规模集成电路(SSI-Small Scale Integration)， 每片组件内包含10-100个元件(或10-20个等效门)。  中规模集成电路(MSI-Medium Scale Integration)，每片组件内含 个元件(或20-100个等效门)。  大规模集成电路(LSI-Large Scale Integration)， 每片组件内含 个元件(或 个等效门)。 超大规模集成电路(VLSI-Very Large Scale Integration)， 每片组件内含 个元件(或1000个以上等效门)。 译码器、 数据选择器 加法器、 计数器、 移位寄存器 只读存储器、 随机存取存储器、 微处理器、专用数字信号处理器

5 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。 * 全定制 3.专用集成电路ASIC。 * 半定制 PROM PLD PLA PAL GAL CPLD FPGA

6 各种系列门电路的性能比较

7 实际开关为晶体二极管、三极管以及场效应管等电子器件
开关控制 3.6V ucc 1 高电平下限 1.8V Vo V1 低电平上限 0.8V S 0V 实际开关为晶体二极管、三极管以及场效应管等电子器件 VI控制开关S的断、通情况。 S断开，VO为高电平；S接通，VO为低电平。

8 二极管门电路 F=ABC F=A+B+C

9 3.2 TTL门电路 1.TTL与非门电路 多发射极晶体管T1 的等效电路

10 工作原理 A B C A 结果：VF = 5－UBE3－UBE4 B C F = 1 设：A=0 B=C=1 则： VA = 0.3V
VB1 = =1V 0.3V 3.6V A 拉电流 B C VB2 = 0.3V T3 T4 导通 所以：T2 T5 截止 A 结果：VF = 5－UBE3－UBE4  5－0.7－0.7= 3.6V B DA导通 C F = 1

11 设：A = B = C =1 即：VA = VB= VC =3.6V T1集电结正偏 VB1= +UBE5=2.1V 0.7 UBE2 +
VF =0.3V T1集电结正偏 3.6V 灌电流 VB1= UBE5=2.1V 0.7 UBE2 + 输入悬空时相当于1 则：T2 T5 饱和 VB3=UCE2+UBE5= =1V T3 导通 ，T4 截止 DA 、DB 、DC 截 止 VF = 0.3V ， F = 0

12 1、电压传输特性 AB段截止区 0V≤Ui<0.6V BC段线形区 0.6<Ui<1.3V CD段转折区
Uo(V) A B 3.6 Uc2 2.7 Ic2 C Ui B C BC接高电平 D E Ui 0.3 0.8 UT 1.8 Uoff Uon AB段截止区 0V≤Ui<0.6V Uoff----关门电平 BC段线形区 0.6<Ui<1.3V CD段转折区 1.3≤Ui <1.4V Uon---开门电平 DE段饱和区 1.4V≤Ui UT---阈值电压

13 1、电压传输特性 1输出 1输入 0输入 0输出 Uo(V) 3.6 2.7 D E Ui 0.3 0.8 1.8 Uoff Uon
A B 3.6 2.7 C 5V 5V 1输出 0输出 1输入 0输入 UOH,min 3V UNH D E Ui 1.8V 0.3 UIH,min 0.8 1.8 Uoff Uon UIL,max 0.8V UNL Uoff----关门电平 0.3V UOL,max 0V 0V Uon---开门电平

14 2、输入负载特性 1 Ui ≤Uoff Roff=0.7kΩ 1 & Ui≥Uon F Ron=2kΩ R

15 3、输入特性 & ～ F Ui＞UT时的Ii 典型值为10μA I－ I＋ Ui ① 输入短路电流IiS 典型值约为-1.5mA。
Ui＞7V后 T1的ce结将发生击穿 ② 输入漏电流IiH Ui＞UT时的Ii 典型值为10μA 当Ui<-1V时 T1的be结可能烧毁

16 4、输出特性 ① 与非门处于开态时，输出低电平 灌电流增大，使V5脱离饱和 UOL将很快增加 为了保证UOL≤0.35V 应使IL≤25mA
T5饱和 IL灌电流 ① 与非门处于开态时，输出低电平 灌电流增大，使V5脱离饱和 UOL将很快增加 为了保证UOL≤0.35V 应使IL≤25mA

17 4、输出特性 ② 与非门处于关态时，输出高电平 拉电流IL＜5mA时 T3、V4处于射随器状态 当IL＞5mA时，T3进入深饱和
T5截止，T3微饱和，T4导通 ② 与非门处于关态时，输出高电平 拉电流IL＜5mA时 T3、V4处于射随器状态 IL 当IL＞5mA时，T3进入深饱和 由于IR5≈IL UOH=UCC-Uces3-Ube4-ILR5 负载电流IL≤14mA， 允许的最小负载电阻RL约为170Ω

18 5. 扇入系数和扇出系数 扇出系数NO是指一个门能驱动同类型门的个数。当TTL门的某个输入端为低电平时， 其输入电流约等于IIS(输入短路电流)；当输入端为高电平时， 输入电流为IIH(输入漏电流)。而IIS比IIH大得多，因此按最坏的情况考虑，当测出输出端为低电平时允许灌入的最大负载电流ILmax后，则可求出驱动门的扇出系数NO：

19 6. 平均延迟时间tpd 输出电压由高电平跳变为 低电平的传输延迟时间称 为导通延迟时间tPHL， 由低电平跳变为高电平的 传输延迟时间
称为截止延迟时间tPLH

20 74S系列 肖脱基系列 将Ubc限制在0.3V左右 Uo(V) A B 3.6 肖特基 抗饱和三极管 2.7 D E 0.3 0.8 UT
1.8 有源泄放网络

21 集电极开路门 集电极开路门又称OC(Open Collector)门 图 3-13 OC门电路

22 集电极开路门 V5截止 输出端接地 电流过大 烧坏V5

23 普通与非门输出直接相接 输出高电平V5截止 门1 IL从截止门的V4管流到导通门的V5管 IL Uo 输出低电平V4截止 门2

24 F=AB ·CD Ucc IL 1 RL IoL IoH IoL IoH F 1 RL的选取 输出高电平时，
RL F=AB ·CD IoL IoH IoL IoH F 1 RL的选取 输出高电平时， 不低于输出高电平的最小值UOHmin； 输出低电平时， 不高于输出低电平的最大值UOLmax

25 集电极开路门 线与功能

26 集电极开路门 Ucc IRL Uo IoH IiH IiH IoH IoH IiH

27 集电极开路门 IRL=nIOL- mIiL RLmin=(Ucc-OLmax)/IRL Ucc 3.6V IRL Uo IoL IiL

28 用OC门构成锯齿波发生器 1 UCC RL Ui 1 1 1 + - C

29 TTL三态与非门 EN = 0 时 二极管 D 截止 D F = AB 1V EN = 1时 1V VB1 = 1V T2 T5截止

30 TTL三态门 三态与门 三态与非门 三态非门

31 三态门 e F 0 b 1 a 线或（Wired-OR） F=ae+be Question F=?

32 用三态门实现双向传输 D0 D1 G1 G2 EN=1时 G1工作 G2高阻 数据从D0 D1 EN=0时 G2工作 G1高阻

33 三态门应用于总线 Bus CPU 1 1 Display Printer keys 0 0 三态门接于总线，可实现数据或信号的轮流传送

34 3.3 CMOS 门电路 TTL门电路由晶体管组成，属双极型门电路，MOS 门电路由场效应管组成，属单极型门电路，MOS 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。 NMOS电路 PMOS电路 CMOS电路 MOS门电路分类

35 CMOS 门电路是一种互补对 称场效应管集成电路 1. CMOS 反相器 1 F = A 设：A = 0 则：T2 导通 T1 截止 P沟道
互补对称结构 F = 1 设：A = 1 则：T1 导通 T2 截止 1 1 F = 0 N沟道 F = A 该电路具有反相器的功能。

36 2. CMOS “与非”门电路 负载管和驱动管串联 设：A = 1，B = 1 则：T1 T2 导通 T3 T4 截止 F = 0 1 1
P 沟道负载管并联 则：T1 T2 导通 T3 T4 截止 F = 0 1 设：A = 0，B = 1 （不全为 1） 则：T2 T3 导通 T1 T4 截止 1 N 沟道 驱动管 串联 F = 1 F = A B 1 负载管和驱动管串联

37 3. CMOS “或非”门电路 设：A = 0，B = 0 1 则：T3 T4 导通，T1 T2 截止 F =1 设：A = 0，B =1
1 则：T3 T4 导通，T1 T2 截止 F =1 P 沟道 负载管 串联 设：A = 0，B =1 （输入不全为零时） 1 则：T2 T3 导通 T1 T4截止 F =0 N 沟道 驱动管 并联 F = A+B 驱动管与负载管串联

38 注意： 注意：上述分析表明，MOS “与非”门的输入端越多，串联的驱动管越多，导通时的总电阻就愈大，输出低电平值将会因输入端的增多而提高，对于MOS “或非”门因驱动管并联，不存在这个问题，因此，MOS门电路中 “或非”门用的较多。