數(shù)電孫津平第章

緒論0.1數(shù)字信號(hào)與數(shù)字電路0.2數(shù)字電路的特點(diǎn)與分類0.3數(shù)字集成電路的發(fā)展趨勢(shì)如圖0.1所示是數(shù)字鐘電路,它既有時(shí)序邏輯電路(計(jì)數(shù)器)，又有組合邏輯電路(譯碼器)和數(shù)碼顯示電路。圖0.1數(shù)字鐘電路0.1數(shù)字信號(hào)與數(shù)字電路

電子電路所處理的電信號(hào)可以分為兩大類：一類是在時(shí)間和數(shù)值上都是連續(xù)變化的信號(hào),稱為模擬信號(hào)，如圖0.2（a）所示,例如電流、電壓等。用于傳遞、加工和處理模擬信號(hào)的電子電路，稱作模擬電路，如放大器、濾波器、信號(hào)發(fā)生器等。另一類是在時(shí)間和數(shù)值上都是離散的信號(hào)，稱為數(shù)字信號(hào)，如圖0.2(b)所示。圖0.2模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)（a）模擬信號(hào);（b）數(shù)字信號(hào)0.2數(shù)字電路的特點(diǎn)與分類

0.2.1數(shù)字電路的特點(diǎn)

由圖0.2（b）可見數(shù)字信號(hào)是不連續(xù)的，反映在電路上只有高電位和低電位兩種狀態(tài)，因此數(shù)字電路采用二進(jìn)制數(shù)來傳輸和處理數(shù)字信號(hào)。在數(shù)字電路中，通常用開關(guān)的接通與斷開來實(shí)現(xiàn)電路的高、低電位兩種狀態(tài)。將高電位稱為高電平，用“1”來表示；低電位稱為低電平，用“0”來表示；反之亦然。0.2.2數(shù)字電路的分類

1)按集成度分

按集成度分，數(shù)字集成電路可分為小規(guī)模(SSI，每個(gè)硅片上有數(shù)十個(gè)邏輯門)、中規(guī)模（MSI，每片有數(shù)百個(gè)邏輯門）、大規(guī)模(LSI，每片有數(shù)千個(gè)邏輯門)和超大規(guī)模（VLS

I，每片數(shù)目大于1萬）等各種集成電路。2）按應(yīng)用范圍分

按應(yīng)用范圍分，集成電路有通用型和專用型兩類。通用型是指已被定型的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的產(chǎn)品，適用于各種各樣功能的數(shù)字電路。專用型是指為某種特殊用途專門設(shè)計(jì)、

具有特定的復(fù)雜而完整功能的數(shù)字集成電路，如：計(jì)算機(jī)中的存儲(chǔ)器芯片（RAM、ROM），微處理器芯片（CPU）和語音芯片等。3）按所用器件分

按所用器件分，數(shù)字電路有雙極型（TTL型）電路和單極型（MOS型）電路。雙極型電路是用三極管作為開關(guān)實(shí)現(xiàn)邏輯功能的，其開關(guān)速度快,頻率高，信號(hào)傳輸延遲時(shí)間短，但制造工藝較復(fù)雜。4）按邏輯功能分

按邏輯功能分，數(shù)字電路有組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路。組合邏輯電路沒有記憶功能，其輸出信號(hào)的狀態(tài)只與當(dāng)時(shí)輸入信號(hào)狀態(tài)的組合有關(guān)，而與電路前一時(shí)刻的輸出信號(hào)

狀態(tài)無關(guān),如編碼器、譯碼器、數(shù)據(jù)選擇器等都是典型的組合邏輯電路。0.3數(shù)字集成電路的發(fā)展趨勢(shì)

1.大規(guī)模

納米技術(shù)(Nanotechnology)的出現(xiàn),進(jìn)一步提高了集成電路的集成規(guī)模，使集成電路的體積大大縮小,降低了系統(tǒng)的功耗與成本,而且提高了數(shù)字電路系統(tǒng)的可靠性。2.低功耗

功率損耗是許多電子產(chǎn)品研制、生產(chǎn)、推廣、使用的一個(gè)重要的制約因素，而系統(tǒng)功耗很大程度上又取決于所使用的集成芯片或模塊?，F(xiàn)在，由于集成技術(shù)更新和構(gòu)成集成芯片的材料不同,使得超大規(guī)模的數(shù)字集成電路的功耗可低至毫瓦級(jí)。低功耗大大拓展了數(shù)字集成電路的應(yīng)用領(lǐng)域。3.高速度

在現(xiàn)代信息時(shí)代，人們對(duì)信息處理速度的要求越來越高。集成電路芯片本身已經(jīng)是以納秒（ns）速度進(jìn)行工作的，而且現(xiàn)在全世界都在積極研制超高速運(yùn)算的計(jì)算機(jī)，IBM公司甚至已經(jīng)開始研制一種運(yùn)算速度高達(dá)拍(1015)次每秒的超級(jí)計(jì)算機(jī)。顯然數(shù)字集成電路信息處理速度的不斷提高是不容置疑的發(fā)展趨勢(shì)。4.可編程

傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)MSI/LSI數(shù)字集成電路是一種通用型集成電路。對(duì)于復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，往往需要使用的集成芯片的數(shù)量和種類比較多，而且會(huì)增加系統(tǒng)的體積和功耗，降低系統(tǒng)

的可靠性，也為器件的保存、電路和設(shè)備的調(diào)試、知識(shí)產(chǎn)權(quán)的保護(hù)等帶來了困難。5.可測(cè)重試漠?dāng)?shù)字跨集成畜電路雄的規(guī)獅模越碰來越嘩大，搞功披能也霜越來稠越復(fù)校雜。倚為攝了使時(shí)數(shù)字幣系統(tǒng)傲的使?jié)煤颓芯S護(hù)比更加陵方便茄，削所使非用的角邏輯抄模塊烏應(yīng)該逐具有幟“可著測(cè)試帆性”(T織es歷ta植bi眨li吉ty揪)，齡即可慶方便賤地對(duì)蘇其進(jìn)填行功鎖能測(cè)僵試和猴故障兩診斷拴，尿可測(cè)利試性宏是未蝦來數(shù)樹字集蜻成電壇路的趟一個(gè)逃重要化的發(fā)脾展趨伍勢(shì)。6.多值者化質(zhì)傳統(tǒng)君的數(shù)削字集層成電倉(cāng)路是貿(mào)一種內(nèi)二值龍電路睛，稈在信沙號(hào)的護(hù)產(chǎn)生交、條存儲(chǔ)千、質(zhì)傳送芳、勿識(shí)別捆、沖處理定等方腦面具建有很凍多優(yōu)柿點(diǎn)。娛為吼了進(jìn)檔一沃步提萬高集簡(jiǎn)成電請(qǐng)路的蒸