數(shù)字電子技術(shù)及應(yīng)用_邏輯運算及集成邏輯門電路

1、數(shù)字電子技術(shù)及應(yīng)用數(shù)字電子技術(shù)及應(yīng)用第第2章章 邏輯運算與集成邏輯門電路邏輯運算與集成邏輯門電路邏輯門電路的主要電氣參數(shù)邏輯門電路的主要電氣參數(shù)2.4邏輯運算邏輯運算2.1集成邏輯門電路集成邏輯門電路2.2常用集成邏輯門系列常用集成邏輯門系列2.3邏輯門電路使用中的幾個實際問題邏輯門電路使用中的幾個實際問題 2.51.1.與運算與運算決定某一事件發(fā)生的全部條件同時具決定某一事件發(fā)生的全部條件同時具備時，該事件才能發(fā)生，只要有一個備時，該事件才能發(fā)生，只要有一個條件不具備，該事件就不發(fā)生。條件不具備，該事件就不發(fā)生。 Y=AB=AB=A AND B = A&BA BY0 000 10 0

2、0 112.1 邏輯運算邏輯運算2.1.1 三種基本邏輯運算三種基本邏輯運算國標(biāo)符號國標(biāo)符號國際標(biāo)準(zhǔn)符號國際標(biāo)準(zhǔn)符號與邏輯真值表與邏輯真值表2. 或運算或運算決定某一事件發(fā)生的所有條件中，只要有決定某一事件發(fā)生的所有條件中，只要有一個或一個以上條件具備，該事件就會發(fā)一個或一個以上條件具備，該事件就會發(fā)生，只有當(dāng)所有條件都不具備時，該事件生，只有當(dāng)所有條件都不具備時，該事件才不發(fā)生。才不發(fā)生。 Y = A+B = A OR BA BY0 000 11 01 113. 非運算非運算條件不具備，結(jié)果發(fā)生；條件具備，結(jié)果不發(fā)生。 AYNOTA A Y0 1102.1.2 復(fù)合邏輯運算復(fù)合邏輯運算 與非

3、與非 A B Y 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 A B C D Y 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 A B Y 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 A B Y 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 A B Y 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 表 2.1.4

4、 與非邏輯真值表 表 2.1.5 或非邏輯真值表 表 2.1.6 與或非邏輯真值表 表 2.1.7 異或邏輯真值表 表 2.1.8 同或邏輯真值表 BAY 或非或非 A B Y 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 A B C D Y 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 A B Y 0 0 1 0 1 0

5、 1 0 0 1 1 0 A B Y 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 A B Y 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 表 2.1.4 與非邏輯真值表 表 2.1.5 或非邏輯真值表 表 2.1.6 與或非邏輯真值表 表 2.1.7 異或邏輯真值表 表 2.1.8 同或邏輯真值表 BAY 與或非與或非 CDABY A B Y 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 A B C D Y 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1

6、 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 A B Y 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 A B Y 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0 A B Y 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 表 2.1.4 與非邏輯真值表 表2.1.5 或非邏輯真值表 表 2.1.6 與或非邏輯真值表 表2.1.7 異或邏輯真值表 表2.1.8 同或邏輯真值表 異或異或A BY0 000 11 01 10BAYBABA 同或同或A BY0 010 10 00 11ABBA BA邏輯

7、門電路：用來實現(xiàn)基本邏輯門電路：用來實現(xiàn)基本邏輯運算邏輯運算和復(fù)合邏輯運算的電子和復(fù)合邏輯運算的電子電路統(tǒng)稱為邏輯門電路。電路統(tǒng)稱為邏輯門電路?；竞统Ｓ瞄T電路有與門、或門、非門（反相器）、與非門、基本和常用門電路有與門、或門、非門（反相器）、與非門、或非門、與或非門和異或門等。或非門、與或非門和異或門等。邏輯門是構(gòu)成所有數(shù)字電路的基本單元電路。目前在數(shù)字電邏輯門是構(gòu)成所有數(shù)字電路的基本單元電路。目前在數(shù)字電路中用的最多的是路中用的最多的是CMOSCMOS電路和電路和TTLTTL電路兩種類型。電路兩種類型。2.2 集成邏輯門電路集成邏輯門電路2.2.1 常用邏輯門常用邏輯門基本和常用門電路有與

8、門、或門、非門（反相器）、與非門、或非基本和常用門電路有與門、或門、非門（反相器）、與非門、或非門、與或非門和異或門等。門、與或非門和異或門等。 圖2.2.2 四2輸入與非門74LS00 圖2.2.3 四2輸入或門74LS32 圖2.2.1 四2輸入與門74LS08 圖2.2.4 四2輸入或非門74LS02 圖2.2.5 六反相器（非門）74LS04 2.2.2 其它形式的邏輯門其它形式的邏輯門1. 集電極開路門（集電極開路門（OC門）門）/漏極開路門（漏極開路門（OD門）門）TTL工藝：工藝：OC門（門（Open Collector Gate） CMOS工藝：工藝：OD門（門（Open Dr

9、ain Gate） BAY(1) 輸出并聯(lián)使用，實現(xiàn)輸出并聯(lián)使用，實現(xiàn)線與線與運算運算(2) 需要在輸出端與電源之間外接上拉電阻需要在輸出端與電源之間外接上拉電阻RLCDABYYY21ILOLOLCCLImIVVR(max)min）（IHOHOHCCLmInIVVR）（maxm個個輸輸入入端端n個個OC門門線與線與m個個與與非非門門AYEN 時，02. 三態(tài)門三態(tài)門呈高阻態(tài)。時，YEN1三態(tài)門的用途：總線連接三態(tài)門的用途：總線連接3. 傳輸門傳輸門2.3.1 TTL集成邏輯門系列集成邏輯門系列2.3 常用集成邏輯門系列常用集成邏輯門系列7474系列的工作環(huán)境溫度規(guī)定為系列的工作環(huán)境溫度規(guī)定為0

10、 07070度，電源電壓工作范圍為度，電源電壓工作范圍為5V5V5%5%。5454系列的工作環(huán)境溫度為系列的工作環(huán)境溫度為-55-55+125+125度，電源電壓工作范圍為度，電源電壓工作范圍為5V5V10%10%。 1）74系列系列標(biāo)準(zhǔn)通用系列。為標(biāo)準(zhǔn)通用系列。為TTL集成電路的早期產(chǎn)品，屬中速集成電路的早期產(chǎn)品，屬中速TTL器件。國產(chǎn)型號為器件。國產(chǎn)型號為CT54/74系列（與國際上系列（與國際上SN54/74系列相當(dāng)，系列相當(dāng)，國內(nèi)沿用的部標(biāo)型號是國內(nèi)沿用的部標(biāo)型號是T1000系列）。系列）。 2）74H系列系列高速高速TTL系列。是在系列。是在74系列基礎(chǔ)上改進得到的。速系列基礎(chǔ)上改進

11、得到的。速度提高了，但功耗也增加了。國產(chǎn)型號為度提高了，但功耗也增加了。國產(chǎn)型號為CT54H/74H系列（與國際系列（與國際上上SN54H/74H系列相當(dāng)，國內(nèi)沿用的部標(biāo)型號是系列相當(dāng)，國內(nèi)沿用的部標(biāo)型號是T2000系列）。系列）。 3）74L系列系列低功耗低功耗TTL系列，也是在系列，也是在74系列基礎(chǔ)上改進得到的。系列基礎(chǔ)上改進得到的。功耗降低了，但工作速度也降低了。功耗降低了，但工作速度也降低了。 4）74S系列系列肖特基肖特基TTL系列，是在系列，是在74H系列基礎(chǔ)上改進得到的，使系列基礎(chǔ)上改進得到的，使電路的工作速度和功耗均得到了改善。國產(chǎn)型號為電路的工作速度和功耗均得到了改善。國產(chǎn)

12、型號為CT54S/74S系列（與系列（與國際上國際上SN54S/74S系列相當(dāng)，國內(nèi)沿用的部標(biāo)型號是系列相當(dāng)，國內(nèi)沿用的部標(biāo)型號是T3000系列）。系列）。 5）74LS系列系列為低功耗肖特基系列，是在為低功耗肖特基系列，是在74S系列基礎(chǔ)上改進得系列基礎(chǔ)上改進得到的。到的。74LS系列產(chǎn)品具有最佳的綜合性能，是系列產(chǎn)品具有最佳的綜合性能，是TTL集成電路的主流集成電路的主流產(chǎn)品，是目前應(yīng)用最廣的系列。國產(chǎn)型號為產(chǎn)品，是目前應(yīng)用最廣的系列。國產(chǎn)型號為CT54LS/74LS系列（與系列（與國際上國際上SN54LS/74LS系列相當(dāng)，國內(nèi)沿用的部標(biāo)型號是系列相當(dāng)，國內(nèi)沿用的部標(biāo)型號是T4000系列

13、）。系列）。 6）74AS系列系列為先進肖特基系列。為先進肖特基系列。74AS(Advanced SchottkyTTL)系列是為了進一步縮短傳輸延遲時間而設(shè)計的改進系列。它的電路結(jié)系列是為了進一步縮短傳輸延遲時間而設(shè)計的改進系列。它的電路結(jié)構(gòu)與構(gòu)與74LS系列相似，但是電路中采用了很低的電阻阻值，從而大大提系列相似，但是電路中采用了很低的電阻阻值，從而大大提高了工作速度。高了工作速度。 8）74F系列系列速度和功耗介于速度和功耗介于74AS和和74ALS之間，廣泛應(yīng)用于速之間，廣泛應(yīng)用于速度要求較高的度要求較高的TTL邏輯電路。在過去相當(dāng)長的一段時間里，邏輯電路。在過去相當(dāng)長的一段時間里，7

14、4LS系系列曾經(jīng)是列曾經(jīng)是TTL的主流系列。有人預(yù)測在不遠的將來的主流系列。有人預(yù)測在不遠的將來74ALS系列將取系列將取代代74LS系列而成為系列而成為TTL電路的主流產(chǎn)品。電路的主流產(chǎn)品。 7）74ALS系列系列為先進低功耗肖特基系列。為先進低功耗肖特基系列。74ALS(Advanced Lowpower Schottky TTL)系列是為了獲得更小的延遲系列是為了獲得更小的延遲-功耗積而設(shè)功耗積而設(shè)計的改進系列，它的延遲計的改進系列，它的延遲-功耗積是功耗積是TTL電路所有系列中最小的一種。電路所有系列中最小的一種。為了降低功耗，電路中采用了較高的電阻阻值。同時，通過改進生為了降低功耗，

15、電路中采用了較高的電阻阻值。同時，通過改進生產(chǎn)工藝縮小了內(nèi)部各個器件的尺寸，獲得了減小功耗、縮短延遲時產(chǎn)工藝縮小了內(nèi)部各個器件的尺寸，獲得了減小功耗、縮短延遲時間的雙重效果。間的雙重效果。 2.3.2 CMOS2.3.2 CMOS集成邏輯門系列集成邏輯門系列1）4000系列系列基本的基本的CMOS系列。系列。4000系列是最早投放市場的系列是最早投放市場的CMOS集成電路產(chǎn)品，隨后發(fā)展為集成電路產(chǎn)品，隨后發(fā)展為4000B系列，它具有功耗低、工作電系列，它具有功耗低、工作電壓范圍寬、抗干擾能力強的特點。由于受當(dāng)時制造工藝水平的限制，其壓范圍寬、抗干擾能力強的特點。由于受當(dāng)時制造工藝水平的限制，其

16、工作速度較慢（延遲時間達工作速度較慢（延遲時間達100 ns左右），帶負載能力弱，與左右），帶負載能力弱，與TTL不兼不兼容。因此，目前它已基本上被后來出現(xiàn)的容。因此，目前它已基本上被后來出現(xiàn)的HCHCT系列產(chǎn)品所取代。系列產(chǎn)品所取代。 2）74HC/HCT系列系列高速高速CMOS系列。與系列。與4000系列相比，其工作速系列相比，其工作速度快（傳輸延遲時間縮短到了度快（傳輸延遲時間縮短到了10ns左右，僅為左右，僅為4000系列的十分之一）、系列的十分之一）、帶負載能力強。帶負載能力強。 3）74 AHCAHCT系列系列改進的高速改進的高速CMOS系列。改進后的這兩系列。改進后的這兩種系列其

17、工作速度能達到種系列其工作速度能達到74HC和和74HCT系列的兩倍，而且?guī)ж撦d能系列的兩倍，而且?guī)ж撦d能力也提高了近一倍。同時力也提高了近一倍。同時AHCAHCT系列產(chǎn)品又能與系列產(chǎn)品又能與HCHCT系系列產(chǎn)品兼容，這就為系統(tǒng)的器件更新帶來了很大方便。因此，列產(chǎn)品兼容，這就為系統(tǒng)的器件更新帶來了很大方便。因此，AHCAHCT系列是目前比較受歡迎的、應(yīng)用最廣的系列是目前比較受歡迎的、應(yīng)用最廣的CMOS器件。就像器件。就像HC與與HCT系列的區(qū)別一樣，系列的區(qū)別一樣，AHC與與AHCT系列的區(qū)別也主要表現(xiàn)在工作電系列的區(qū)別也主要表現(xiàn)在工作電壓范圍和對輸入電平的要求不同上。壓范圍和對輸入電平的要求

18、不同上。 4）74LVC/ALVC系列系列低壓低壓CMOS系列。系列。LVC系列不僅能工作在系列不僅能工作在1.653.6 V的低電壓下，而且傳輸延遲時間也縮短至的低電壓下，而且傳輸延遲時間也縮短至3.8ns。同時，它。同時，它又能提供更大的負載電流。此外，又能提供更大的負載電流。此外，LVC的輸入可以接受高達的輸入可以接受高達5V的高電的高電平信號，能很容易地將平信號，能很容易地將5V電平的信號轉(zhuǎn)換為電平的信號轉(zhuǎn)換為3.3V以下的電平信號，而以下的電平信號，而LVC系列提供的總線驅(qū)動電路又能將系列提供的總線驅(qū)動電路又能將3.3V以下的電平信號轉(zhuǎn)換為以下的電平信號轉(zhuǎn)換為5V的的輸出信號，這就為

19、輸出信號，這就為3.3V系統(tǒng)與系統(tǒng)與5V系統(tǒng)之間的連接提供了便捷的解決方系統(tǒng)之間的連接提供了便捷的解決方案。案。 ALVC系列是系列是TI公司于公司于1994年推出的改進的低壓年推出的改進的低壓CMOS(Advanced Low-Voltage CMOS)邏輯系列。邏輯系列。ALVC在在LVC基礎(chǔ)上進一步提高了工基礎(chǔ)上進一步提高了工作速度，并提供了性能更加優(yōu)越的總線驅(qū)動器件。作速度，并提供了性能更加優(yōu)越的總線驅(qū)動器件。LVC和和ALVC是目是目前前CMOS電路中性能最好的兩個系列，可以滿足高性能數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計電路中性能最好的兩個系列，可以滿足高性能數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計的需要。尤其在移動式的便攜電子設(shè)備的

20、需要。尤其在移動式的便攜電子設(shè)備(如筆記本電腦、移動電話、如筆記本電腦、移動電話、數(shù)碼相機等數(shù)碼相機等)中，中，LVC和和ALVC系列的優(yōu)勢更加明顯。系列的優(yōu)勢更加明顯。 2.4 邏輯門電路的主要電氣參數(shù)邏輯門電路的主要電氣參數(shù) 1. 1. 電壓傳輸特性電壓傳輸特性（1 1） TTLTTL門電路的電壓傳輸特性門電路的電壓傳輸特性（2 2） CMOSCMOS反相器的電壓傳輸特性和電流傳輸特性反相器的電壓傳輸特性和電流傳輸特性 圖2.4.2 CMOS反相器的傳輸特性 （a） 電壓傳輸特性 （b）電流傳輸特性 圖2.4.2 CMOS反相器的傳輸特性 （a） 電壓傳輸特性 （b）電流傳輸特性 CMOS

21、CMOS反相器反相器2DDVDDV2. 2. 輸入、輸出特性輸入、輸出特性名名 稱稱CMOSTTL74HC74HCT74LS74ALS輸入高電平電流最大值輸入高電平電流最大值 /mA0.0010.0010.020.02輸入低電平電流最大值輸入低電平電流最大值 /mA-0.001-0.001-0.4-0.1輸出高電平電流最大值輸出高電平電流最大值 /mACMOS負載負載-0.02-0.02-0.4-0.4TTL負載負載-4-4輸出低電平電流最大值輸出低電平電流最大值 /mACMOS負載負載0.020.0288TTL負載負載44）（ axmOLI）（maxOHI）（maxILI）（maxIHI當(dāng)當(dāng)

22、TTL反相器的輸入端對地接一個反相器的輸入端對地接一個56千歐以上的大電阻或懸空時千歐以上的大電阻或懸空時（Rp為無窮大），輸入端和接邏輯高電平是等效的。為無窮大），輸入端和接邏輯高電平是等效的。但對但對CMOS門電路，由于輸入端電流很小（近似等于門電路，由于輸入端電流很?。ń频扔?），當(dāng)輸入），當(dāng)輸入端經(jīng)過一個電阻端經(jīng)過一個電阻Rp接地時，不管電阻的阻值有多大，其端電壓都接地時，不管電阻的阻值有多大，其端電壓都近似為近似為0，因此輸入端都相當(dāng)于接低電平。，因此輸入端都相當(dāng)于接低電平。 3. 3. 輸入和輸出的高、低電平輸入和輸出的高、低電平 表表2.4.2 各種系列各種系列TTL門電路（門

23、電路（7400）的輸入、輸出電平值）的輸入、輸出電平值參數(shù)名稱和符號參數(shù)名稱和符號系系 列列7474S74LS74AS74ALS74F輸入低電平最大值輸入低電平最大值 /V0.80.80.80.80.80.8輸出低電平最大值輸出低電平最大值 /V0.40.50.50.50.50.5輸入高電平最小值輸入高電平最小值 /V2.02.02.02.02.02.0輸出高電平最小值輸出高電平最小值 /V2.42.72.72.72.72.7）（maxILV）（maxOLV）（minIHV）（minOHV表表2.4.32.4.3各種系列各種系列CMOSCMOS門電路的輸入、輸出電平值（以門電路的輸入、輸出電平

24、值（以74740404為例）為例） 參數(shù)名稱和符號參數(shù)名稱和符號74HC0474HCT0474AHC0474AHCT0474LVC0474ALVC04電源電壓范圍電源電壓范圍 /V264.55.525.54.55.51.653.61.653.6輸入低電平最大值輸入低電平最大值 /V1.350.81.350.80.80.8輸出低電平最大值輸出低電平最大值 /V0.330.330.440.440.550.55輸入高電平最小值輸入高電平最小值 /V3.1523.15222輸出高電平最小值輸出高電平最小值 /V4.44.44.44.42.22.0DDV）（maxILV）（maxOLV）（minIHV）

25、（minOHV4.4.噪聲容限噪聲容限 VVVV9.05.34.4(min)IHminOHNH）（(max)OLmaxILNLVVV）（=2.4-2.0=0.4V =0.8-0.4=0.4V 7474系列系列TTLTTL門電路的噪聲容限：門電路的噪聲容限： (min)minIHOHNHVVV）（(max)maxOLILNLVVV）（74HC74HC系列系列CMOSCMOS門電路的噪聲容限：門電路的噪聲容限： (min)minIHOHNHVVV）（(max)maxOLILNLVVV）（=4.4-3.15=1.25V =1.35-0.33=1.02V 5扇入數(shù)與扇出數(shù)（帶負載能力）扇入數(shù)與扇出數(shù)（

26、帶負載能力）門電路的扇入數(shù)取決于它的輸入端的個數(shù)，例如一個門電路的扇入數(shù)取決于它的輸入端的個數(shù)，例如一個3 3輸入端的與非門，輸入端的與非門，其扇入數(shù)其扇入數(shù)N NI I=3=3。 門電路的扇出數(shù)是指其在正常工作情況下，所能驅(qū)動同類門電路的最門電路的扇出數(shù)是指其在正常工作情況下，所能驅(qū)動同類門電路的最大數(shù)目大數(shù)目( (反映了門電路的帶負載能力反映了門電路的帶負載能力) )。 1) 1) 帶拉電流負載帶拉電流負載 （負載門）（驅(qū)動門）IHOHOHIIN2) 2) 帶灌電流負載帶灌電流負載 （負載門）（驅(qū)動門）LOLOLIIIN74HCT74HCT系列與系列與TTLTTL兼容，如果兼容，如果CMO

27、SCMOS所帶負載為所帶負載為74LS74LS系列的系列的TTLTTL門電路，門電路，此時此時IOH=IOL=4 mA，而，而IIH=0.02 mA，IIL=0.4 mA，根據(jù)上式可計算，根據(jù)上式可計算出高電平輸出時的扇出數(shù)：出高電平輸出時的扇出數(shù)： 20002. 04IHOHOHIIN低電平輸出時的扇出數(shù)：低電平輸出時的扇出數(shù)： 104 . 04ILOLOLIIN根據(jù)上述兩種情況的計算，取數(shù)值小的為扇出數(shù)，即根據(jù)上述兩種情況的計算，取數(shù)值小的為扇出數(shù)，即CMOSCMOS最多可接最多可接74LS74LS系列系列TTLTTL門電路的輸入端門電路的輸入端1010個。個。 6.6.傳輸延遲時間傳輸延

28、遲時間 傳輸延遲時間是表征門電路開關(guān)速度的參數(shù)，它說明門電路在輸入脈傳輸延遲時間是表征門電路開關(guān)速度的參數(shù)，它說明門電路在輸入脈沖（波形）的作用下，其輸出波形相對于輸入波形延遲了多長時間。沖（波形）的作用下，其輸出波形相對于輸入波形延遲了多長時間。 導(dǎo)通延遲時間導(dǎo)通延遲時間tPHL從輸入波形上升沿的中點到輸出波形下降沿的中從輸入波形上升沿的中點到輸出波形下降沿的中點所經(jīng)歷的時間。點所經(jīng)歷的時間。一般一般TTLTTL與非門傳輸延遲時間與非門傳輸延遲時間t tpdpd的值為的值為幾納秒十幾個納秒。幾納秒十幾個納秒。截止延遲時間截止延遲時間tPLH從輸入波形下降沿的中點到輸出波形上升沿的中從輸入波形

29、下降沿的中點到輸出波形上升沿的中點所經(jīng)歷的時間。點所經(jīng)歷的時間。2PHLPLHpdttt與非門的平均傳輸延遲時間與非門的平均傳輸延遲時間tpd： 表表2.4.4 2.4.4 各種系列各種系列TTLTTL門電路（以門電路（以74740000）的傳輸延遲時間）的傳輸延遲時間 參數(shù)名稱和符號參數(shù)名稱和符號系系 列列7474S74LS74AS74ALS74F平均傳輸延遲時間平均傳輸延遲時間tpd/ns939.51.743表表2.4.5 2.4.5 各種系列各種系列CMOSCMOS門電路（以門電路（以74740404）的傳輸延遲時間）的傳輸延遲時間 參數(shù)名稱和符號參數(shù)名稱和符號74HC0474HCT04

30、74AHC0474AHCT0474LVC0474ALVC04平均傳輸延遲時平均傳輸延遲時間間tpd/ns9145.35.53.827 7功耗功耗 功耗是門電路的重要參數(shù)之一。功耗有靜態(tài)功耗和動態(tài)功耗之分。功耗是門電路的重要參數(shù)之一。功耗有靜態(tài)功耗和動態(tài)功耗之分。 所謂靜態(tài)功耗指的是當(dāng)電路的輸出沒有狀態(tài)轉(zhuǎn)換時的功耗。所謂靜態(tài)功耗指的是當(dāng)電路的輸出沒有狀態(tài)轉(zhuǎn)換時的功耗。 CMOSCMOS電路在輸出發(fā)生狀態(tài)轉(zhuǎn)換時的功耗稱為動態(tài)功耗。電路在輸出發(fā)生狀態(tài)轉(zhuǎn)換時的功耗稱為動態(tài)功耗。 CMOSCMOS電路的動態(tài)功耗與轉(zhuǎn)換頻率和電源電壓的平方成正比。電路的動態(tài)功耗與轉(zhuǎn)換頻率和電源電壓的平方成正比。當(dāng)工作當(dāng)工作

31、頻率比較高時，頻率比較高時，CMOSCMOS門的功耗可能會超過門的功耗可能會超過TTLTTL電路。在設(shè)計電路。在設(shè)計CMOS CMOS 電電路時，盡量選用低電源電壓器件，例如路時，盡量選用低電源電壓器件，例如3.3V3.3V供電電源供電電源74LVC74LVC系列或系列或1.8V1.8V供電電源供電電源74AUC74AUC系列，以降低功率損耗。系列，以降低功率損耗。8 8功耗功耗- -延時積延時積 DpdPtDP 表表2.4.6 2.4.6 各種系列各種系列TTL門電路的主要性能參數(shù)門電路的主要性能參數(shù)參數(shù)名稱和符號參數(shù)名稱和符號系系 列列7474S74LS74AS74ALS74F傳輸延遲時間

32、傳輸延遲時間tpd/ns939.51.743功耗功耗/mW1019281.24延遲延遲-功耗積功耗積DP/pJ90571913.64.812表表2.4.7 2.4.7 各種系列各種系列CMOS門電路（門電路（74740000）的主要性能參數(shù)）的主要性能參數(shù) 參數(shù)名稱和符號參數(shù)名稱和符號系系 列列4000B74HC74HCTBiMOS傳輸延遲時間傳輸延遲時間tpd/ns(CL=15pF)7510132.9功耗功耗/mW1(1MHz)1.5(1MHz)1(1MHz)0.00037.5延遲延遲-功耗積功耗積DP/pJ7510130.0087222.5 邏輯門電路使用中的幾個實際問題邏輯門電路使用中的

33、幾個實際問題 2.5.1 CMOS2.5.1 CMOS集成電路的主要特點和使用注意事項集成電路的主要特點和使用注意事項1. CMOS1. CMOS集成電路的主要特點集成電路的主要特點1 1）功耗極低。功耗極低。CMOSCMOS集成電路靜態(tài)功耗非常小，例如在集成電路靜態(tài)功耗非常小，例如在VDD=5V=5V時，門時，門電路的功耗只有幾個電路的功耗只有幾個W，即使是中規(guī)模集成電路，其功耗也不會超過，即使是中規(guī)模集成電路，其功耗也不會超過100100W W。2 2）電源電壓范圍寬。電源電壓范圍寬。例如例如CC4000CC4000系列，系列，VDD=3=318V18V。3 3）抗干擾能力強?？垢蓴_能力強

34、。輸入端噪聲容限典型值可達到輸入端噪聲容限典型值可達到0.45VDD。4 4）邏輯擺幅大邏輯擺幅大( (輸出高低電平的差值輸出高低電平的差值) )。VOL=0V，VOHVDD。5 5）輸入阻抗極高。輸入阻抗極高。輸入電阻可達輸入電阻可達100100M。6 6）扇出能力強。扇出能力強。在低頻時，在低頻時，CMOS電路幾乎不考慮扇出能力問題；電路幾乎不考慮扇出能力問題；高頻工作時，扇出數(shù)與工作頻率有關(guān)。高頻工作時，扇出數(shù)與工作頻率有關(guān)。7 7）集成度很高，溫度穩(wěn)定性好。集成度很高，溫度穩(wěn)定性好。由于由于CMOS電路功耗極低，內(nèi)部電路功耗極低，內(nèi)部發(fā)熱量很少，所以集成度可以做得非常高。發(fā)熱量很少，所

35、以集成度可以做得非常高。CMOS電路的結(jié)構(gòu)是互補電路的結(jié)構(gòu)是互補對稱的，當(dāng)外界溫度變化時，有些參數(shù)可以互相補償，因此，其特性對稱的，當(dāng)外界溫度變化時，有些參數(shù)可以互相補償，因此，其特性的溫度穩(wěn)定性好，在很寬的溫度范圍內(nèi)都能正常工作。例如陶瓷金屬的溫度穩(wěn)定性好，在很寬的溫度范圍內(nèi)都能正常工作。例如陶瓷金屬封裝的電路，工作溫度范圍為封裝的電路，工作溫度范圍為-55-55度度C C+125+125度；塑料封裝的電路，工度；塑料封裝的電路，工作溫度范圍是作溫度范圍是-40-40度度+85+85度。度。8 8）抗輻射能力強?？馆椛淠芰?。因為因為MOSMOS管是靠多數(shù)載流子運動導(dǎo)電的器件，射管是靠多數(shù)載

36、流子運動導(dǎo)電的器件，射線對多數(shù)載流子濃度影響很小，所以線對多數(shù)載流子濃度影響很小，所以CMOSCMOS電路抗輻射能力強。電路抗輻射能力強。 9 9）成本低。成本低。CMOSCMOS電路集成度很高，功耗很低，因此，用電路集成度很高，功耗很低，因此，用CMOSCMOS集成集成電路制作的設(shè)備，成本比較低。電路制作的設(shè)備，成本比較低。 2. CMOS2. CMOS電路使用注意事項電路使用注意事項1 1）注意輸入端的靜電保護）注意輸入端的靜電保護(1)(1)不用的輸入端不要懸空，以免拾取脈沖干擾。不用的輸入端不要懸空，以免拾取脈沖干擾。(2)(2)在儲存和運輸在儲存和運輸CMOSCMOS器件時不要使用易

37、產(chǎn)生靜電高壓的化工材器件時不要使用易產(chǎn)生靜電高壓的化工材料和化纖織物包裝，最好采用金屬屏蔽層作包裝材料。料和化纖織物包裝，最好采用金屬屏蔽層作包裝材料。(3)(3)在組裝和調(diào)試時，所有儀器、工作臺、和電烙鐵必須可靠接在組裝和調(diào)試時，所有儀器、工作臺、和電烙鐵必須可靠接地。焊接地。焊接CMOS管時，最好先拔掉電源，利用余熱進行快速焊接。管時，最好先拔掉電源，利用余熱進行快速焊接。2 2）注意輸入保護電路的過流保護）注意輸入保護電路的過流保護 因為因為CMOSCMOS電路的輸入阻抗很高，柵極與襯底之間存在著以電路的輸入阻抗很高，柵極與襯底之間存在著以SiOSiO2 2為為介質(zhì)的輸入電容，所以，在它

38、上面極易產(chǎn)生很高的感應(yīng)電壓，致使介質(zhì)的輸入電容，所以，在它上面極易產(chǎn)生很高的感應(yīng)電壓，致使絕緣層永久性擊穿而損壞器件。絕緣層永久性擊穿而損壞器件。在目前生產(chǎn)的在目前生產(chǎn)的CMOSCMOS門中都已采用了各種形式的輸入保護電路。門中都已采用了各種形式的輸入保護電路。3 3） 注意電源電壓極性，防止輸出端短路。注意電源電壓極性，防止輸出端短路。2.5.2 TTL2.5.2 TTL電路與電路與CMOSCMOS電路的接口電路的接口驅(qū)動門驅(qū)動門 負載門負載門(min)minIHOHVV）（(max)maxILOLVV）（(max)maxIHOHnII）（(max)maxILOLmII）（ 圖2.5.2 各

39、種CMOS與TTL系列門電路的輸出、輸入電平 1.1.用用TTLTTL電路驅(qū)動電路驅(qū)動CMOSCMOS電路電路 1 1）用）用TTLTTL電路驅(qū)動電路驅(qū)動40004000系列和系列和74HC74HC系列系列CMOSCMOS電路電路 圖2.5.2 各種CMOS與TTL系列門電路的輸出、輸入電平 (min)minIHOHVV）（(max)maxILOLVV）（(max)maxIHOHnII）（(max)maxILOLmII）（）（IHOUDDOHnIIRVV名名 稱稱CMOSTTL74HC74HCT74LS74ALS輸入高電平電流最大值輸入高電平電流最大值 /mA0.0010.001輸入低電平電流

40、最大值輸入低電平電流最大值 /mA-0.001-0.001輸出高電平電流最大值輸出高電平電流最大值 /mA-0.4-0.4輸出低電平電流最大值輸出低電平電流最大值 /mA88）（ axmOLI）（maxOHI）（maxILI）（maxIHI2 2）用）用TTLTTL電路驅(qū)動電路驅(qū)動74HCT74HCT和和74AHCT74AHCT系列系列CMOSCMOS門電路門電路 圖2.5.2 各種CMOS與TTL系列門電路的輸出、輸入電平 (min)minIHOHVV）（(max)maxILOLVV）（(max)maxIHOHnII）（(max)maxILOLmII）（2. 2. 用用CMOSCMOS電路驅(qū)

41、動電路驅(qū)動TTLTTL電路電路 圖2.5.2 各種CMOS與TTL系列門電路的輸出、輸入電平 (min)minIHOHVV）（(max)maxILOLVV）（(max)maxIHOHnII）（(max)maxILOLmII）（名名 稱稱CMOSTTL74HC74HCT74LS74ALS輸入高電平電流最大值輸入高電平電流最大值 /mA0.020.02輸入低電平電流最大值輸入低電平電流最大值 /mA-0.4-0.1輸出高電平電流最大值輸出高電平電流最大值 /mATTL負載負載-4-4輸出低電平電流最大值輸出低電平電流最大值 /mATTL負載負載44）（ axmOLI）（maxOHI）（maxILI）（maxIHI2.5.3 2.5.3 門電路帶負載時的接口電路門電路帶負載時的接口電路1. 1. 用門電路直接驅(qū)動顯示器件用門電路直接驅(qū)動顯示器件 DFOHIVVRDOLFCCIVVVR2. 2. 機電性負載接口機電性負載接口 （a a）可將同一芯片上的多