,*,*,教学根本要求：,1、了解半导体器件的开关特性。,2、娴熟把握根本规律门与、或、与非、或非、异或门、三态门、OD门OC门和传输门的规律功能。,3、学会门电路规律功能分析方法。,4、把握规律门的主要参数及在应用中的接口问题。,3.规律门电路,1、规律门:实现根本规律运算和复合规律运算的单元电路。,2、规律门电路的分类,二极管门电路,三极管门电路,TTL,门电路,MOS,门电路,PMOS,门,CMOS,门,逻辑门电路,分立门电路,集成门电路,NMOS,门,数字集成电路简介,各种系列规律电路的进展状况,数字集成电路简介,TTL,系列门,MOS,门,平均延迟时间：,75ns,平均延迟时间：,310ns,构造简洁、集成度低,功耗低0.01mw,功耗高220mw,开关速度较快,构造和制造工艺简洁简洁实现高密度制作,开关速度稍低,在大规模的集成电路中，主要承受的是CMOS电路。,1,、高、低电平产生的原理,当,S,闭合，,O,=,当,S,断开，,O,=,0 V,+5 V,(,低电平,),(,高电平,),抱负开关的两个工作状态：,接通状态：,要求阻抗越小越好，相当于短路。,断开状态,：,要求阻抗越大越好，相当于开路。,MOS,开关及其等效电路,2.,产生的高、低电平半导体器件,工作在截止区,:,输出高电平,工作在饱和区,:,输出低电平,3V,4V,5V,v,GS,=6V,i,D,/mA,4,2,6,4,3,2,1,0,v,GS,/V,i,D,/mA,4,3,2,1,0,2,4,6,8,10,v,DS,/V,可,变,电,阻,区,饱和区,V,TN,开启电压,V,T,=2 V,输出特性,转移特性,v,DS,=6V,截止区,N 沟道增加型 MOS 管:,V,GS,0,2转移特性,当,V,GS,V,TN,时，管子导通，,当,V,GS,V,TN,时，管子截止，,+,V,DD,+10V,R,D,20 k,B,G,D,S,v,I,v,O,+,V,DD,+10V,R,D,20 k,G,D,S,v,I,v,O,开启电压,v,TN,=2 V,3NMOS开关及其等效电路,+,V,DD,+10V,R,D,20 k,B,G,D,S,v,I,v,O,开启电压,v,TN,=2 V,i,D,+,V,DD,+10V,R,D,20 k,G,D,S,v,I,v,O,R,ON,R,D,3NMOS开关及其等效电路,G,D,B,i,D,+,-,GS,+,-,DS,i,D,/mA,i,D,/mA,-2,-4,0,-1,-2,-3,-4,0,-10,-8,-6,-4,-2,-3V,-4V,-5V,GS,=-6V,-1,-2,-3,-4,-6,GS,/V,u,DS,/V,可,变,恒流区,漏极特性,转移特性,截止区,TP,u,DS,=-6V,开启电压,TP,=-2 V,1特性曲线,S,2P沟道增加型 MOS 场效应管,P,沟道增强型,MOS,管,:,V,GS,V,TP,MOS,管导通,V,GS,V,TP,MOS,管截止,CMOS,反相器,1,、工作原理,A,L,1,+,V,DD,+10V,D,1,S,1,v,i,v,O,T,N,T,P,D,2,S,2,0V,+,10V,v,i,v,GSN,v,GSP,T,N,T,P,v,O,0 V,0V,-10V,截止,导通,10 V,10 V,10V,0V,导通,截止,0 V,V,TN,=2 V,V,TP,=,-,2 V,规律图,逻辑表达式,电路规律功能分析:,1、列出电路状态表；依据输入确定半导体器件开关状态及输出电平,2、列出真值表；,3、确定规律 功能。,v,i,(A),0,v,O,(L),1,逻辑真值表,1,0,(2,)CMOS,反相器的工作速度较高,在由于电路具有互补对称的性质，它的开通时间与关闭时间是相等的。平均延迟时间：,10 ns,。,带电容负载,输出从低电平,跳变为高电平,输出从高电平,跳变为低电平,CMOS,反相器,3.2.3,其他,CMOS,门电路,A,B,T,N1,T,P1,T,N2,T,P2,L,0 0,0 1,1 0,1 1,截止,导通,截止,导通,导通,导通,导通,截止,截止,导通,截止,截止,截止,截止,导通,导通,1,1,1,0,与非门,1,、,CMOS,与,非门,v,A,+,V,DD,+10V,T,P1,T,N1,T,P2,T,N2,A,B,L,v,B,v,L,A,B,&,0,0,1,0,0,1,1,1,Y=,(a)电路构造,(b),工作原理,V,TN,=2 V,V,TP,=,-,2 V,0V,10V,或非门,2,、,CMOS,或,非门,+,V,DD,+10V,T,P1,T,N1,T,N2,T,P2,A,B,L,A,B,T,N1,T,P1,T,N2,T,P2,L,0 0,0 1,1 0,1 1,截止,导通,截止,导通,导通,导通,导通,截止,截止,导通,截止,截止,截止,截止,导通,导通,1,0,0,0,A,B,1,0,0,1,0,0,1,1,1,0V,10V,V,TN,=2 V,V,TP,=,-,2 V,3.2.3,其他,CMOS,门电路,00V,110V,3.CMOS,与门,A,B,&,Y,1,+,V,DD,V,SS,T,P1,T,N1,T,P2,T,N2,A,B,Y,A,B,Y,&,+,V,DD,B,1,G,1,D,1,S,1,A,T,N,T,P,B,2,D,2,S,2,G,2,V,SS,3.2.3,其他,CMOS,门电路,4.CMOS,或门,Y,1,+,V,DD,B,1,G,1,D,1,S,1,A,T,N,T,P,B,2,D,2,S,2,G,2,V,SS,A,B,1,A,B,Y,1,+,V,DD,V,SS,T,P1,T,N1,T,N2,T,P2,A,B,Y,3.2.3,其他,CMOS,门电路,V,DD,B,A,L,=,A,B,X,由或非门和与或非门组成,5,、,异或门电路,3.2.3,其他,CMOS,门电路,CMOS,门电路分析,3.2.3,其他,CMOS,门电路,数据采集电路,3.2.4 CMOS,传输门,(,双向模拟开关,),1.,CMOS,传输门电路的提出,ADC,CH1,CH2,CHN,方案,2,计算机,ADC,CH1,CH2,CHN,方案,1,ADC,ADC,计算机,1,.CMOS,传输门电路,电路,I,/,O,o,/,I,C,等效电路,3.2.4 CMOS,传输门,(,双向模拟开关,),(,TG,门,T,ransmission,G,ate),C,I,O,/,O,I,/,TG,2.,工作原理：,T,N,、,T,P,均导通，,T,N,、,T,P,均截止，,导通电阻小,(,几百欧姆,),关断电阻大,(,10,9,),2,、,CMOS,传输门电路的工作原理,设,T,P,:|V,TP,|=2V,，,T,N,:V,TN,=2,I,的变化范围为,5V,到,+5V,。,5V,+,5V,5V,到,+5V,GSN,0,T,P,截止,1,）当,c=0,，,c,=1,时,c=0=-5V,，,c,=1,=+5V,I,/,0,O,/,I,3.2.4 CMOS,传输门,(,双向模拟开关,),C,T,P,v,O,/,v,I,v,I,/,v,O,+5V,5V,T,N,C,+,5V,5V,5V+3V,GSP,=,5V,(,3V+5V)=,2V,10V,GSN,=,5V,(,5V+3V)=(102)V,b,、,I,=,3V5V,GSN,V,TN,T,N,导通,a,、,I,=,5V3V,T,N,导通，,T,P,导通,GSP,|V,T,|,T,P,导通,C,、,I,=,3V3V,3V+5V,3V+3V,2,）当,c=1,，,c,=0,时,3.2.4 CMOS,传输门,0,传输门组成的数据选择器,C=0,TG1,导通,TG2,断开,L=X,TG2,导通,TG1,断开,L=Y,C=1,0,1,X,X,断开,导通,0,1,0,1,断开,X,导通,Y,传输门组成的应用,3.2.4 CMOS,传输门,1,.CMOS,漏极开路门,1.CMOS漏极开路门的提出,输出短接，会产生低阻通路，大电流有可能导致器件的损毁，并且无法确定输出是高电,平还是低电平。,3.3.2 CMOS漏极开路OD门和三态输出门电路,+,V,DD,T,N1,T,N2,A,B,+,V,DD,A,B,0,1,0,1,L,1,0,线与,线与能实现吗,?,2漏极开路门的构造与规律符号,+,V,DD,T,P1,T,N1,T,P2,T,N2,A,B,L,电路,逻辑符号,漏极开路门输出连接,(a)工作时必需外接电源和电阻;,(b)与非规律不变,0,0,1,1,1,1,0,3.3.2 CMOS漏极开路OD门和三态输出门电路,P,1,P,2,(c),可以实现线与功能,;,3.3.2 CMOS漏极开路OD门和三态输出门电路,1,1,1,0,0,Rp,取值？,1、实现多个规律门输出端的线与,集电极开路门的应用,L,=,AB CD,A,B,C,D,L,1,L,2,L,&,&,R,V,DD,A,&,B,C,D,L,&,L,1,L,2,3.3.2 CMOS漏极开路OD门和三态输出门电路,2.,三态,(TSL),输出门电路,1,0,0,1,1,截止,导通,1,1,1,高阻,0,输出,L,输入,A,使能,EN,0,0,1,1,0,0,截止,导通,0,1,0,截止,截止,1,规律功能：高电平有效的同相三态门,0,1,高阻,3.3.2 CMOS漏极开路OD门和三态输出门电路,三态输出门电路逻辑符号,CS=1,=,AB,L,_,A,B,CS,&,L,EN,逻辑符号,其他三态与非门：,A,B,CS,&,L,EN,逻辑符号,高阻,0,0,1,1,1,0,1,1,1,0,1,0,0,1,B,A,L,数据输入端,EN,真值表,高阻,1,0,1,1,1,0,1,1,1,0,1,0,0,0,B,A,L,数据输入端,EN,真值表,=,Z,L,CS=0,=,Z,L,CS=1,CS=0,=,AB,L,_,低电平有效,高电平有效,3.3.2 CMOS漏极开路OD门和三态输出门电路,(1)构成总线转输构造,EN,1,EN,1,EN,1,G,1,G,2,G,n,D,0A,D,0B,D,0N,数据总线,0,1,1,1,0,1,1,1,0,任何时刻，只允许一个三态门使能，其余为高阻态。,RAM,ROM,I/O,D,0,3.3.2 CMOS漏极开路OD门和三态输出门电路,3.,应用举例：,A,B,C,L,1,L,2,分析以以下图所示规律门电路，依据输入波形对应画出输出波形,C=0 L,1,=A L,2,=B,C=1 L,1,=B L,2,=A,3.3.2 CMOS漏极开路OD门和三态输出门电路,3.3.3 规律门电路的一般特性,1.,输入和输出的高、低电平,v,O,v,I,驱动门,G,1,负载门,G,2,1,1,输出高电平的下限值,V,OH(min),输入低电平的上限值,V,IL(max),输入高电平的下限值,V,IH(min),输出低电平的上限值,V,OL(max),输出,高电平,+,V,DD,V,OH,(,min,),V,OL,(,max,),G,1,门,v,O,范围,v,O,输出,低电平,输入,高电平,V,IH,(,min,),V,IL,(,max,),+,V,DD,G,2,门,v,I,范围,输入,低电平,v,I,驱动门,负载门,V,NH,当前级门输出高电平的最小,值时,允许负向噪声电压的最大值,。,负载门输入高电寻常的噪声容限：,V,NH,=,V,OH(min),V,IH(min),2.噪声容限：在保证输出电平不变的条件下，输入电平允许波动的范围。它表示门电路的抗干扰力气.,1,驱动门,v,o,1,负载门,v,I,噪声,0,1,0,3.3.3 规律门电路的一般特性,驱动门,负载门,V,NL,当前级门输出低电平的最大值时,允许正向噪声电压的最大值,负载门输入低电寻常的噪声容限：,V,NL,=,V,IL(max),V,OL(max),1,驱动门,v,o,1,负载门,v,I,噪声,1,0,1,类型,参数,74HC,V,DD,=5