《高速邏輯電路分析》PPT課件.ppt

1、高速電路信號完整性分析與設(shè)計(jì),電子工業(yè)出版社教材配套電子教案,第三章 高速邏輯電路分析,高速TTL電路 高速CMOS電路 ECL電路 LVED器件與電路 高速邏輯電路使用規(guī)則,高速TTL電路,三極管的動態(tài)開關(guān)特性 三極管在飽和與截止兩種狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中具有的特性稱為三極管的開關(guān)特性。,高速TTL電路,三極管的動態(tài)特性,高速TTL電路,TTL基本電路的工作原理 反相器是TTL門電路中電路結(jié)構(gòu)最簡單的一種。TTL反相器的典型電路如下：,高速TTL電路,TTL與非門電路結(jié)構(gòu)如下 ：,高速TTL電路,高速TTL的實(shí)現(xiàn)方式 高速系列（74H系列） 74H系列與非門的電路結(jié)構(gòu)如下：,高速TTL電路,肖特基系

2、列(74S系列) 肖特基TTL(STTL)與非門的電路結(jié)構(gòu),高速TTL電路,低功耗肖特基系列(74LS系列) 低功耗肖特基(74LS)與非門的電路結(jié)構(gòu),高速TTL電路,其他系列 （1）先進(jìn)肖特基系列(74AS系列) （2）先進(jìn)低功耗肖特基系列(74ALS系列) （3）高速肖特基系列(74F系列),高速CMOS電路,MOS管的開關(guān)特性 下圖給出了一個NMOS管組成的電路及其動態(tài)特性示意圖：,高速CMOS電路,CMOS基本電路 CMOS反相器的工作原理,CMOS反相器的基本電路結(jié)構(gòu)及CMOS電壓傳輸特性曲線,高速CMOS電路,其他類型的CMOS門電路 (1)CMOS傳輸門(TG)：CMOS傳輸門與

3、CMOS反相 器一樣，也是構(gòu)成各種邏輯電路的一種基本單元電路,CMOS傳輸門的電路結(jié)構(gòu),高速CMOS電路,(2)CMOS模擬開關(guān)：CMOS模擬開關(guān)是控制模擬信號傳輸?shù)碾娮娱_關(guān)，開關(guān)通與斷由數(shù)字信號控制。,CMOS 模擬開關(guān)的電路結(jié)構(gòu),高速CMOS電路,(3)CMOS與非門電路,CMOS與非門電路結(jié)構(gòu),高速CMOS電路,CMOS集成電路的特點(diǎn) 功耗低 高噪聲容限，抗干擾能力強(qiáng) 工作電壓范圍寬 邏輯擺幅大 輸入阻抗高 溫度穩(wěn)定性能好 扇出穩(wěn)定性能好,高速CMOS電路,高速CMOS的實(shí)現(xiàn)方式 CMOS數(shù)字集成電路主要有CMOS4000系列和HCMOS系列。,MOS管的寄生電容效應(yīng),高速CMOS電路,

4、CMOS電路的改進(jìn)型 高速CMOS電路 高速CMOS門電路從工藝上作了三個方面的改進(jìn)： (1)采用硅柵工藝制造； (2)盡可能地減小溝道的長度； (3)縮小MOS管的尺寸，使高速CMOS電路的寄生電容減小，開關(guān)速度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)CMOS4000系列的810倍。,高速CMOS電路,54HC/74HC與CMOS4000性能比較,高速CMOS電路,雙極型CMOS門電路(Bi-CMOS) Bi-CMOS(Bipolar CMOS)是雙極型CMOS電路的簡稱，它采用CMOS電路實(shí)現(xiàn)邏輯功能，采用驅(qū)動能力強(qiáng)的TTL電路實(shí)現(xiàn)輸出級；具有CMOS電路的低功耗，同時具有TTL輸出電阻低、帶負(fù)載能力強(qiáng)、傳輸延遲時間短等

5、特點(diǎn)。,高速CMOS電路,(1) Bi-CMOS的典型電路 以Bi-CMOS反相器為例，其有兩種電路結(jié)構(gòu)形式:,高速CMOS電路,Bi-CMOS與非門電路原理圖,高速CMOS電路,如何選擇T TL和CMOS器件 主要考慮工作電壓、工作頻率和功耗三個方面: 工作電壓: TTL器件的標(biāo)準(zhǔn)工作電壓為5 V 工作頻率 :普通CMOS(CD4000系列)的工作頻率很低，一般低于1 MHz甚至100 kHz以下；在5 MHz以下，多使用74LS系列；在550 MHz，多使用74HC系列和74ALS系列；在50100 MHz，多使用74AS系列。 功耗： LS-TTL和CMOS的功耗小。,ECL電路,ECL

6、器件原理及工作特性 ECL基本門電路的結(jié)構(gòu)如下圖：,ECL電路,ECL門的實(shí)際電路如下圖：,ECL電路,ECL門電路工作原理 ECL門電路由差分放大器輸入電路、溫度-電壓補(bǔ)償偏置網(wǎng)絡(luò)和射極跟隨器輸出電路三部分組成，其工作電路如下圖：,ECL電路,ECL門的工作電路,ECL電路,ECL發(fā)射極開路輸出結(jié)構(gòu) ECL電路輸出設(shè)計(jì)為OE門，其原因有以下兩個方面 ： 由于ECL電路的高速特性，在ECL系統(tǒng)中電 路連線必須按傳輸線特性考慮。 OE門結(jié)構(gòu)可構(gòu)成“線或”電路，這類似于TTL OC門組成的“線與”功能。,ECL電路,ECL電路構(gòu)成“線或”功能的原理 如下圖：,ECL電路,ECL電路的工作特點(diǎn) 高速

7、特性 互補(bǔ)輸出，便于數(shù)據(jù)傳輸 功耗噪聲低 優(yōu)良的輸入/輸出特性 系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡單 功能增強(qiáng),ECL電路,ECL電路中電容的影響 終端容性負(fù)載的影響 連線分布電容的影響,ECL電路,ECL電路的設(shè)計(jì)原則 輸入/輸出端 ECL電路中的連接問題 系統(tǒng)的連接問題 ECL器件的使用原則,ECL電路,PECL接口電路 PECL接口輸出結(jié)構(gòu),PECL電路的輸出結(jié)構(gòu),ECL電路,PECL接口輸入結(jié)構(gòu),PECL電路的輸入結(jié)構(gòu),ECL電路,LVECL/ PECL/LVPECL電路比較,LVDS器件與電路,LVDS是一種小振幅差分信號技術(shù)，使用非常低的幅度信號(約350 mV)通過一對差分PCB走線或平衡電纜傳輸數(shù)據(jù)。,LVDS器件與電路,LVDS器件的工作原理,LVDS器件的工作原理圖,LVDS器件與電路,LVDS電路設(shè)計(jì) 驅(qū)動電路設(shè)計(jì),雙電流源模式驅(qū)動電路,LVDS器件與電路,LVDS接收電路的設(shè)計(jì),LVDS接收電路,LVDS器件與電路,LVDS的應(yīng)用模式 單向點(diǎn)對點(diǎn)(Point to Point) 雙向點(diǎn)對點(diǎn)(Two-Way Point to Point) 多分支形式