第三章 逻辑门电路的一般特性(1)2015 [兼容模式] (1)

第三章逻辑门电路
u逻辑门电路的一般特性
u半导体二极管及其基本电路（模拟第三章）
u半导体三极管BJT（模拟4.1）
u MOS管（模拟5.1）
u
基本逻辑门电路
u MOS逻辑门电路
u TTL逻辑门电路
u正负逻辑的概念
u逻辑门电路使用中的几个实际问题
本章的重点：一般特性；各种器件及门电路的外部特性。

内部工作原理作为了解内容。

条输入信号满足一定条件时，门开启，
开门状态：一、什么是门电路？——用来实现基本逻辑运算和复合逻辑运算的单元电路。

（门电路是数字电路最为基本的逻辑单元）
§3.1逻辑门电路的一般特性
件开关
允许信号通过。

关门状态：输入信号条件不满足，门关闭，
信号通不过。

与门、或门、非门、与非门、或非门、与或非门、异或门等。

门
因此门电路的输出和输入之间存在着一定的逻辑关系。

不同的门电路，输出与输入之间的逻辑关系也不同，如：
二、数字集成电路的分类 1.按工艺结构区分：
•54/74系列•54H/74H 系列•54LS/74LS 系列TTL 电路逻辑门电路的一般特性
•54AS/74AS 系列•54ALS/74ALS 系列IIL 电路ECL 电路HTL 电路CMOS 电路NMOS 电路PMOS 电路
BiMOS 型
MOS 型双极型
•54HC/74HC 系列•54HCT/74HCT 系列•4000系列
•54LVC/74LVC 系列
•54VHC/74VHC 系列
各种系列逻辑门:
1）74TTL / 54TTL 标准TTL 2）74HTTL / 54HTTL 高速TTL 3）74STTL / 54STTL 肖特基TTL 4）74LSTTL / 54LSTTL 低功耗肖特基
TTL
10mW/ 10ns 22mW/ 6ns 19mW/ 3ns 2mW/ 9.5ns
5）74ALSTTL / 54ALSTTL 先进低功耗肖特基TTL 6）74ASTTL / 54ASTTL 先进肖特基TTL 7）74FTTL / 54FTTL 快速TTL 1mW/ 3.5ns 8mW/ 3ns 4mW/ 3.4ns
8）CC4××××
标准CMOS
9）74HC / 54HC 高速CMOS
10）74HCT / 54HCT 与TTL 逻辑电平兼容的HC
小规模中规模2.按集成度区分：
－－(SSI-Small Scale Integration)，每片组件
内包含10-100个元件(或10-20个等效门)。

逻辑门
触发器
编码器、译码器、数据选择器、加法器、
计数器、移位寄存器
逻辑门电路的一般特性
超大规模大规模－－(MSI-Medium Scale Integration)，每片组件内含100-1000个元件(或20-100个等效门)。

－－(LSI-Large Scale Integration)，每片组件内
含1000-100 000个元件(或100-1000个等效门)。

－－(VLSI-Very Large Scale Integration)，内
含100 000个元件(或1000个以上等效门)。

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
3.按数字系统设计方法分：
（1）通用型中规模（MSI ），小规模（SSI ）集成逻辑件。

（2）微处理器产品，如微处理器、单片机、通用和专用数
字信号处理器等。

逻辑门电路的一般特性
（3）专用集成电路ASIC
全定制
半定制PLD
PROM PLA PAL GAL CPLD FPGA
三、集成门电路的一般特性
1、电源电压是多少？
2、输入和输出的高、低电平对应的电压范围是多少？
逻辑门电路的一般特性
3、抗干扰能力如何？－－噪声容限
4、工作速度快不快？－－传输延迟时间
5、功耗大不大？
6、带负载能力是否强？－－扇入数和扇出数
附录A
1、电源电压：
TTL: （1±5％）×5V;
CMOS : (3～18）V
2、输入和输出的高、低电平：
TTL 高电平
低电平
2.4V~5V ，典型值：
3.6V
0V~0.4V ，典型值：0.3V
逻辑门电路的一般特性
CMOS
74HC: ≥0.7V DD
74HC: ≤0.3V DD
数据手册一般给出四种逻辑电平参数：输入高电平的下限值：V IH(min)输入低电平的上限值：V IL(max)输出高电平的下限值：V OH(min)低电平的上限值：V OL(max)
V I Lmax
V OHmin V IHmin V OLmax
输入
输出
附录A
V OHmin
3、噪声容限：（定量说明集成电路抗干扰能力的参数）
在数字电路中，即使有噪声电压叠加在输入信号的高、低电平上，只要噪声电压的幅度不超过允许的界限，输出端的逻辑状态就不会受到影响，通常把这个不允许超过的界限叫做噪声容限。

电路噪声容限越大，抗干扰能力越强。

（1）高电平噪声容限：
逻辑门电路的一般特性
V I Lmax
V IHmin V OLmax
输入
输出
V NH = V OHmin -V IHmin
V NH
V NL
（2）低电平噪声容限：
V NL = V ILmax -V OLmax
4、平均传输延迟时间t pd ：表征门电路开关速度的参数。

输入t w 50%90%t r ：上升时间
上升沿
下降沿
01
逻辑门电路的一般特性
t r
10%t f
t f ：下降时间t w ：脉冲宽度
输出
t PHL t PLH
t PHL ：导通传输时间t PLH ：截止传输时间
平均传输延迟时间
（P ropagation d elay)
t pd =
t pHL +t pLH
2
5、功耗P D ：
静态功耗：电路的输出没有状态转换时的功耗。

动态功耗：电路在输出发生状态转换时的功耗。

延时－功耗积:
逻辑门电路的一般特性
D
Pd P t DP =几种CMOS 电路传输延迟时间（P 72表3.1.3）类型
74HC （V DD =5V ）74HCT （V DD =5V ）74LVC （V DD =3.3V ）74AUC （V DD =1.8V ）t pLH 或
t pHL /ns
78 2.10.9低电压超低电压
6、扇入数和扇出数：
扇入数：门电路输入端的数目。

（通常为2～8）
扇出数：门电路在正常工作情况下，所能带同类门电路的最大数目。

受
逻辑门电路的一般特性
&&I OH I I H &&
I L 流入驱动门。

逻辑门电路的一般特性
作业：
3.1.2（求TTL扇出数74LS驱动同类门，
74LS驱动74ALS系列）
3.1.3（求延时功耗积）
附录A CMOS和TTL逻辑门电路的技术参数。