数字集成电路的分类.
数字集成电路分类及特点
数字集成电路分类及特点随着数字集成电路的应用日益广泛,数字电路产品的种类愈来愈多，其分类方法若按用途来分，可分成通用型的集成电路（中小规模集成电路）产品，微处理（MPU）产品和特定用途的集成电路产品三大类。
其中可编程逻辑器件就是特定用途产品的一个重要分支。
按逻辑功能来分，可以分成组合逻辑电路（也称组合电路)，如门电路，编译码器等；时序逻辑电路，如触发器、计数器、寄存器等。
按电路结构来分，可分成TTL 型和CMOS 型两大类。
常用的TTL54／74 数字电路系列，它们的电源电压都是5.OV，逻辑“0”输出电压为≤0.2V，逻辑“l”输出电压为≥3.OV而抗扰度为1.OV。
CMOS 数字集成电路与TTL 型数字电路相比，前者的工作电源电压范围宽，静态功耗低、抗干扰能力强、输入阻抗高。
工作电压范围为3－18V（也有7－15V 的，如国产的C000 系列），输人端均有保护二极管和串联电阻构成的保护电路，输出电流（指内部各独立功能的输出端）一般是10mA，所以在实际应用时输出端需要加上驱动电路，但输出端若连接的是CMOS 电路，则因CMOS 电路的输入阻抗高，在低频工作时，一个输出端可以带动50 个以上的接入端。
CMOS 电路抗干扰能力是指电路在干扰噪声的作用下，能维持电路原来的逻辑状态并正确进行状态的转换。
电路的抗干扰能力通常以噪声容限来表示，即直流电压噪声容限、交流（指脉冲）噪声容限和能量噪声（指输人端积累的噪声能量）三种。
直流噪声容限可达电源电压的40％以上，所以使用的电源电压越高，抗干扰能力越强。
这是工业中使用CMOS 逻辑电路时，都采用较高的供电电压的原因。
TTL 相应的噪声容限只有0.8V（因TTL 工作电压为5V）。
数字集成电路的产品型号的前缀为公司代号，如MC、CD、uPD、HFE 分别代表摩托罗拉半导体（MOTA）、美国无线电（RCA）、日本电气（NEC）、菲力浦等公司。
各产品的中间数字相同的型号均可互换。
数字集成电路的分类与特点
数字集成电路的分类与特点数字集成电路有双极型集成电路(如TTL ECL)和单极型集成电路(如CMOS)两大类，每类中又包含有不同的系列品种。
一、TTL数字集成电路这类集成电路内部输入级和输出级都是晶体管结构，属于双极型数字集成电路。
其主要系列有：1.74一系列这是早期的产品，现仍在使用，但正逐渐被淘汰。
2.74H—系列这是74—系列的改进型，属于高速n工产品。
其“与非门”的平均传输时间达1Ons左右，但电路的静态功耗较大，目前该系列产品使用越来越少，逐渐被淘汰。
3.74S一系列这是TTL的高速型肖特基系列。
在该系列中，采用了抗饱和肖特基二极管，速度较高，但品种较少。
4.74LS一系列这是当前TTL类型中的主要产品系列。
品种和生产厂家都非常多。
性能价格比比较高，目前在中小规模电路中应用非常普遍。
5.74ALS一系列这是“先进的低功耗肖特基”系列。
属于74LS—系列的后继产品，速度(典型值为4ns)、功耗(典型值为1mw)等方面部有较大的改进，但价格比较高。
6.74AS—系列这是74S—系列的后继产品，尤其速度(典型值为1.5ns)有显著的提高，又称“先进超高速肖特基”系列。
总之，TTL系列产品向着低功耗、高速度方向发展。
其主要特点为：不同系列同型号器件管脚排列完全兼容。
参数稳定，使用可靠。
噪声容限高达数百毫伏。
输入端一般有钳位二极管，减少了反射干扰的影响。
输出电阻低，带容性负载能力强。
采用+5V电源供电。
二、CMOS集成电路CMOS数字集成电路是利用NMOS管和PMOS管巧妙组合成的电路，属于一种微功耗的数字集成电路。
主要系列有：1.标准型4000B／4500B系列该系列是以美国RCA公司的CD4000B系列和CD4500B系列制定的，与美国Motor01a 公司的MCl4000B系列和MCl4500B系列产品完全兼容。
该系列产品的最大特点是工作电源电压范围宽(3—18V)、功耗最小、速度较低、品种多、价格低廉，是目前CMOS集成电路的主要应用产品。
常用数字集成电路的分类与命名.
数字逻辑电路
常用数字集成电路的分类与命名
常用数字集成电路的分类与命名
TTL系列数字电路分类
TTL系列数字电路按集成度大小可分为小规模集成电路、中 规模集成电路、大规模集成电路和超大规模的集成电路。在 不同规模的集成电路中包含了各种不同功能的逻辑电路。按 国家标准可分为CV54/74、CV54/74H、CV54/74S、 CV54/74LS 4个系列。
小规模集成电路集成度比较低，大多数是与门、或门、 与非门、或非门、与或非门、反相器、三态门、锁存 器、触发器、单稳态、多谐振荡器以及一些扩展门、 缓冲器、驱动器等比较基本、简单、通用的数字逻辑 单元电路。可以根据电路设计需要，利用手册，可以 选择合适的器件来构成所需的各种数字逻辑电路。
中、大规模集成电路的集成度比较高，大多数是一
TTL手册中提供各种IC的功能表、时序图（波形图）、 引脚图、电气参数和封装，以及使用说明等内容。在实 际应用中不但要了解各种芯片的逻辑功能，还要综合比 较各种参数，使其满足设计要求。
常用数字集成电路的命名
型号的组成 半导体集成电路的型号由五部分组成，各部分的符号及意义如下表。
从集成度来说,数字集成电路的分类(一)
从集成度来说,数字集成电路的分类(一)
数字集成电路的分类
按功能分类
•组合逻辑电路：由门电路组成，根据输入信号的组合产生输出信号。
•时序逻辑电路：根据时钟信号的变化产生输出信号，具有状态和记忆功能。
•存储器：用于存储和读取数据的电路，例如RAM和ROM。
•控制电路：用于控制其他电路或系统的运行的电路。
按规模分类
•大规模集成电路（LSI）：集成度较高的电路，通常包含数千个逻辑门。
•中等规模集成电路（MSI）：集成度适中的电路，包含数十到数百个逻辑门。
•小规模集成电路（SSI）：集成度较低的电路，通常只包含几个逻辑门。
按工艺分类
•PMOS：使用p型MOSFET器件制造的电路，适用于工艺落后。
•NMOS：使用n型MOSFET器件制造的电路，速度较快但功耗较高。
•CMOS：使用p型MOSFET和n型MOSFET器件制造的电路，兼具速度和功耗优势。
按应用领域分类
•通信集成电路：用于无线通信和有线通信等领域，如手机芯片和光通信芯片。
•测量与控制集成电路：用于仪器仪表、自动化控制等领域。
•计算机集成电路：包括中央处理器（CPU）、图形处理器（GPU）等用于计算机内部的电路。
•模拟与混合信号集成电路：用于音频、视频、模拟信号处理等领域。
按硬件级别分类
•数字电路：采用离散的数值进行处理和传输的电路。
•模拟电路：采用连续的信号进行处理和传输的电路。
•模拟-数字混合电路：同时包含模拟和数字电路的混合电路。
以上是数字集成电路的一些常见分类，不同的分类方式可以帮助
我们更好地理解和应用数字集成电路。
集成逻辑门1数字集成电路的分类
第3章 集 成 逻 辑 门
e1 N e2 N e3 N P N P型衬底 (a ) UCC R1 b e1 e2 e3 A BC c A e1 B e2 C e3 (b ) R1 V1 V2 V3 b P1 V4 c UCC b c
图 3-2 多射极晶体管的结构及其等效电路
第3章 集 成 逻 辑 门
② 中间级。由V2、R2、R3组成，在V2的集电极与
发射极分别可以得到两个相位相反的电压，以满足输
出级的需要。 ③ 输出级。由 V3 、 V4 、 V5和R4、R5 组成，这种电 路形式称推拉式电路，它不仅输出阻抗低，带负载能 力强， 而且可以提高工作速度。
超大规模集成电路(VLSI-Very Large Scale Integration)，
每片组件内含100 000个元件(或1000个以上等效门)。
第3章 集 成 逻 辑 门
目前常用的逻辑门和触发器属于SSI， 常用的译码器、 数据选择器、 加法器、 计数器、 移位寄存器等组件属 于MSI。 常见的LSI、 VLSI有只读存储器、 随机存取存 储器、 微处理器、 单片微处理机、 位片式微处理器、
第3章 集 成 逻 辑 门
1. 输入全部为高电位(3.6 V) 当输入端全部为高电位3.6V时，由于V1的基极电压 Ub1 最多不能超过 2.1V(Ub1=Ubc1+Ube2+Ube5) ，所以 V1 所有 的发射结反偏；这时 V1 的集电结正偏， V1 管的基极电流 Ib1流向集电极并注入V2的基极，
数字集成电路的特点与分类
CMOS 传输门
39
A 和 A 控制传输门的通断： A＝＋UDD A＝0V时，传输门接通 A＝0V A＝＋UDD时，传输门断开
左下图 uI 由0V变为UDD时，CL充电 右下图 uI 由UDD变为0V时，CL放电
40
41
UNH=UOH(min)- UIH(min)
=2.4-2.0V=0.4V
UOH
UIH
P106
躁声容限 门电路之间相互连接时，前一级24 门的输出就是后一级门的输入，在前一级输 出为最坏的情况下（输出低电位为UOL(max)）， 后一级门的输入电压允许的变化幅度叫做噪 声容限。
UNL=UIL(max)- UOL (max)
6
同一个电路，按两种不同的约定去分析， 会得出不同的结论。
在今后讨论电路时，必须明确采用哪种约定。 一般采用正逻辑约定。
uo
高电位 低电位
正 逻 辑 约 定
0
1 1
0
负 逻 辑 约 定
7
4.2 晶体管－晶体管逻辑电路(TTL电路)
4.2.1 最简单的与门、非门和与非门电路 1. 二极管与门
10
由真值表可知，上面电路是一个非门
电路的输入与输出电位
输入A 0.2V 5V
输出F 5V 0.2V
电路的真值表
输入A 0 1
输出F 1 0
门
3 晶
体
管
与
非
11
+
12
4.2.1 TTL与非门电路
输入
输A 入
与 0.2V
输 0.2V
出 电
5V
位 5V
B 0.2V 5V 0.2V 5V
输出 F 5V 5V 5V
数字集成电路的分类
数字集成电路的分类数字集成电路有多种分类方法，以下是几种常用的分类方法。
1.按结构工艺分按结构工艺分类，数字集成电路可以分为厚膜集成电路、薄膜集成电路、混合集成电路、半导体集成电路四大类。
图如下所示。
世界上生产最多、使用最多的为半导体集成电路。
半导体数字集成电路（以下简称数字集成电路）主要分为TTL、CMOS、ECL三大类。
ECL、TTL为双极型集成电路，构成的基本元器件为双极型半导体器件，其主要特点是速度快、负载能力强，但功耗较大、集成度较低。
双极型集成电路主要有TTL(Transistor-Transistor Logic)电路、ECL(Emitter Coupled Logic)电路和I２L(Integrated Injection Logic)电路等类型。
其中TTL电路的性能价格比最佳，故应用最广泛。
ECL，即发射极耦合逻辑电路，也称电流开关型逻辑电路。
它是利用运放原理通过晶体管射极耦合实现的门电路。
在所有数字电路中，它工作速度最高，其平均延迟时间tpd可小至1ns。
这种门电路输出阻抗低，负载能力强。
它的主要缺点是抗干扰能力差，电路功耗大。
MOS电路为单极型集成电路，又称为MOS集成电路，它采用金属－氧化物半导体场效应管(Metal Oxide Semi-conductor Field Effect Transistor,缩写为MOSFET)制造，其主要特点是结构简单、制造方便、集成度高、功耗低，但速度较慢。
MOS集成电路又分为PMOS(P-channel Metal Oxide Semiconductor，P沟道金属氧化物半导体)、NMOS(N-channel Metal Oxide Semiconductor，N沟道金属氧化物半导体)和CMOS(Complement Metal Oxide Semiconductor，复合互补金属氧化物半导体)等类型。
MOS电路中应用最广泛的为CMOS电路，CMOS数字电路中，应用最广泛的为4000、4500系列，它不但适用于通用逻辑电路的设计，而且综合性能也很好，它与TTL电路一起成为数字集成电路中两大主流产品。
集成电路介绍了解常见的数字和模拟集成电路
集成电路介绍了解常见的数字和模拟集成电路集成电路是现代电子技术的重要组成部分，广泛应用于各个领域。
它的发展可以追溯到20世纪60年代，如今已经成为电子产品中最基本的部件之一。
本文将介绍一些常见的数字和模拟集成电路。
一、数字集成电路数字集成电路是以二进制逻辑为基础，用于处理和存储数字信号的电路。
它主要包括与门、或门、非门、触发器、计数器等。
以下是几种常见的数字集成电路：1. 与门（AND Gate）与门是数字电路中最基本的门电路之一。
它有两个或多个输入端和一个输出端，在输入端所有信号均为低电平时，输出为低电平；只有输入端所有信号均为高电平时，输出才为高电平。
2. 或门（OR Gate）或门也是基础的数字电路，它的表现形式与与门相反。
当输入端至少有一个信号为高电平时，输出为高电平；只有输入端的所有信号都为低电平时，输出才为低电平。
3. 非门（NOT Gate）非门是最简单的门电路之一，它只有一个输入端和一个输出端。
输入端为高电平时，输出为低电平；输入端为低电平时，输出为高电平。
4. 触发器（Flip-Flop）触发器是一种存储数字信号的元件，包括RS触发器、D触发器、JK触发器等。
触发器可以在特定条件下锁存输入信号，实现存储和传输数据的功能。
5. 计数器（Counter）计数器是一种用于计数的数字电路。
它可以按照事先设定的规则进行计数，并根据输入信号控制计数的起始值、方向和步进数。
二、模拟集成电路模拟集成电路是能够处理模拟信号的电路，它可以对连续变化的信号进行放大、滤波、混频等操作。
以下是几种常见的模拟集成电路：1. 差动放大器（Differential Amplifier）差动放大器是放大差分信号的电路，具有抗共模干扰的能力。
它常用于信号放大、抑制噪声等应用中。
2. 运算放大器（Operational Amplifier）运算放大器是一种高增益的电子放大器，可以对模拟信号进行放大、运算、滤波等处理。
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工作原理：
A=0.2V B=0.2V T1基极U=0.9V<1.4V T2、T4截止 电流从 UC-R2-T3基极（基极电流很小）T3基极U=UC=5V T3与D导通 F=5-1.4=3.6V A=0.2V B=3.6V T1基极U=0.9V F=3.6V A=3.6V B=0.2V F=3.6V A=3.6V B=3.6V T1基极U=3.6+0.7=4.3V>2.1V T2、T4导 通，使得T1基极U=2.1V T2集电极U=0.7+0.3=1V,T3基极U=1V <1.4V T3 与D截止 F=0.3V A 0 0 1 1 B 0 1 0 1 F 1 1 1 0
可以线或的TTL门
• • • • • • • 通常两个TTL门的输出端 是不可并联使用。也不可 短接到地或者电源上 但是有两种TTL门可将它 们的输出端用连线并联在 一起,构成或(或者与)逻辑, 即所谓的线或（或者线与）
1集电极开路门OC
• 电路图 • 符号 • 几个OC门的输出可并联在一起完成一定 的逻辑功能。
T1、T2管并联；T3、T4管 串联 A=0 B=0 F=1 A=0 B=1 F=0 A=1 B=0 F=0 A=1 B=1 F=0 A=0 B=0 C=0 A=0 B=0 C=1 F=1 F=0
• CMOS与非门
– 电路组成 – 工作原理
• CMOS或非门
– 电路组成 – 工作原理
• CMOS与或非门
第四章 门电路
• 数字集成电路的分类
– 按内部有源器件的不同:
• 双极型晶体管集成电路 • 绝缘栅场效应管集成电路或称金属一氧化物半导体MOS集成电路。
– 数字集成路按其集成度可分为：
• 小规模集成（SSI）:内含10~100个元件（10~20个等效门） • 中规模集成（MSI）:内含100~1000个元件（20~100个等 效门） • 大规模集成（LSI）和超大规模集成等（VLSI）LSI器件 内含1000~100000个元件（100~1000个等效门）；器件内 含100000个元件（1000个等效门）以上时，称为VLSI。
2三态TTL门
• 工作原理 • 符号 • 例子
三态：高电平、低电平、高阻态 （输出与电源U断开、与地也断开） 当使能端G与门的交界处有非号说明 低有效：当G=0时，门执行其功能 （如本例中执行与非门的功能）当 G=1时，输出呈现高阻态； G A B F 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 X X 高阻态 当G与门的交界处无非号，则说明高 有效：当G=1时，门执行其功能当 G=0时，输出为高阻态。
二极管与门
三极管非门
• Ui=0.2V 三极管截止，Uo=Ucc=5V • Ui=5V 三极管饱和，Uo=Uces=0.2V
晶体管与非门
• 利用二极管与门和一个非门可构成一个 与非门电路
TTL与非门
• 组成：（三部分）
输入级: T1 (多发射极晶体管)R1 与功能 中间极:T2和R2,R3 非功能 输出级:T3,D,T4和R4
CMOS反相器
• 电路组成 • 传输特性
I区:Ui≥0且<UGS(th)N.T1管截止,T2管导通. 输出电压U0=UOH=UDD Ⅱ区: Ui ≥ UG S(th)N且<UDD/2,T1管和T2管 皆导通, IDD随UI的增加而增大,UO随UI的增加而减小. Ⅲ区:UI在UDD/2附近.T1和T2管皆导通,输出 电压UO随UI增加而急剧地减小.当UI=UDD/2 , 电源电流IDD到达最大值. Ⅳ区:Ui>UDD/2且≤ UDD -|UGS(th)P | T1和T2管皆导通, IDD随着U1增加而减小;UO随UI增加而继续减小. Ⅴ区: UI>UDD -|UGS(th)P |且≤ UDD ,T2管截止, T1管导通. IDD=0 UO=UOL=0V,
不同逻辑系列的配合问题
• (一)逻辑电平的配合
– CMOS可以直接驱动TTL电路 – TTL通过上拉电阻驱动CMOS电路
• (二)驱动能力的配合
本章小结
• 1.教学内容 • 分立元件三极管非门； • 常用集成门电路的工作原理、参数及使用方 法。 • 2.教学要求 • 了解三极管非门的电路结构与工作原理； • 了解与非门和三态门的基本工作原理； • 掌握常用TTL集成门（例如与非门、三态门） 的主要特性参数与使用方法； • 了解CMOS电路系列主要特性参数
CMOS传输门
• • • • 电路组成 符号 工作原理 外部工作情况
– – – – – MOS管的漏极和源极是 可以随电路的工作情况 相互交换的， 且MOS管的 源和漏是对称的
ABC ABC ABC AC ABC C ( A B) C * AB C AB
CMOS逻辑门
TTL门的主要参数
• 空载功耗 • 传输特性
– 噪声容限： – UNH=UOH(MIN)-UIH(MIN) – UNL=UIH(MAX)-UOH(MAX)
• 传输延时tpd和速度功耗积 • 扇出系数NO
– NO=输出/输入
肖特基TTL电路STTL
• • • • • • 提高工作速度 二极管DK是肖特基势垒 二极管.这种二极管的正 向压降仅0.3V.开关速度 比一般PN结二极管快一 万倍.在图中,由于DK的引入,可使三极管的关闭时 间减少;DK的引入却不会使三极管的开启时间变坏, 这是因为 , 当三极管由截止区转向放大区 , 直到进 入饱和区之前,其集电结为反向偏置,DK截止,DK上 无电流流过,不会影响三极管的基极电流.
– 电路组成 – 工作原理
CMOS三态门
• 工作原理
a: G'=0 高阻态 G'=1 A=1 F=0 A=0 F=1 b: G'=0 T1=0 T3=0 高阻态 G'=1 T1=1 A=1 T2=0 T3=1 F=1 A=0 T2=1 T3=0 F=0 c: G=0 T3=1 A=0 F=0 A=1 F=1 G=1 T3=0 T1=0 高阻态 d: G=0 A=0 T1=1 T2=0 F=0 A=1 T1=0 T2=1 F=1 G=1 T1=0 T2=0 高阻态