第3章 数字电路1幻灯片.pptVIP

1,2,3 CMOS器件的速度和功耗在很大程度上取决于器件及其负载的动态特性，即输出端在不同状态间转换时电路的行为。 速度 CMOS 电路的输出在低/高电压之间转换的速度，依赖于器件的内部结构及它要驱动的其他器件的特性，甚至受到与输出相连的连线或印制电路板上的线迹的影响，它取决于两个特性：转换时间和传播延迟。 转换时间：逻辑电路的输出从一种状态变为另一种状态所需的时间。 上升时间tr：输出从低态到高态的转换时间。 下降时间tf： 输出从高态到低态的转换时间。 3.6 CMOS电路的动态电气特性 上升时间通常比下降时间长，与晶体管的“导通”电阻和负载电容有关。 可用时间常数来进行估计 3.6 CMOS电路的动态电气特性（续） 传播延迟：指从输入信号变化到输出信号产生相应变化所需的时间。 最大上升或下降时间 3.6 CMOS电路的动态电气特性（续） 静态功耗—输出不变时的CMOS电路功率损耗（很小） 交流开关功耗 总动态功耗 PD=PT+PL 动态功耗—是主要部分 直流开关功耗 3.7 其他CMOS输入和输出结构 传输门 一对p沟道和n沟道晶体管连在一起形成一个逻辑控制开关。 EN=1时，A、B之间为低阻抗连接（Rab=2～5Ω） EN=0时，A与B断开 特点： 传输门被打开， A到B（或相反）的传播延迟非常短。 3.7 其他CMOS输入和输出结构 二选一多路开关 当S为低态时，X“输入”和Z“输出”相连。当S为高态时，Y与Z相连。 3.7 其他CMOS输入和输出结构（续） 施密特触发器输入结构 采用内部反馈的特殊电路，依输入是从低到高变化还是从高到低变化来移动开关门限。 高低两个门限电压之差称为滞后，典型值为0.8V。 学习要求： 掌握有关数字电路电气方面的基础知识，以便构建出符合实际要求的电路和系统 ： CMOS电路的稳态特性； CMOS电路的动态特性； CMOS电路的输入/输出结构。 第3章 数字电路 习题 完成习题15(13)，16(14)，17(15)，21(19)，37(36)，59，61，92。 第3章 数字电路（续） 设计与制造一个模拟电路是困难的，而对数字电路则不然。 3.1 逻辑信号与门电路 数字逻辑将物理量实际值的无穷集映射为两个子集，隐藏了模拟世界的缺陷。 通过采用开关代数、表及其他抽象方法来描述电路中简单的0和1运算，对数字逻辑电路进行功能上的分析与设计。 低电平：代数上表示低电压范围的信号，常解释为逻辑0； 3.1 逻辑信号与门电路 高电平：代数上表示高电压范围的信号，常解释为逻辑1。 用0对应低、1对应高称为正逻辑; 用1对应低、0对应高称为负逻辑（不太常用 ）。 由于在很大范围内的物理值被表示为同一个二进制值，所以数字逻辑能够大大避免元件和电源的变化以及噪声的影响。 电路可将“微弱”信号再生为“强”信号，使数字信号能够在不损失任何信息的情况下，可以传输任意远的距离。 3.1 逻辑信号与门电路（续） 输出只依赖于当前输入的逻辑电路称为组合逻辑电路，其运算操作可由真值表完全描述。 3.1 逻辑信号与门电路（续） 输出不仅依赖于当前输入、还依赖于过去输入，这种有记忆的电路称为时序电路。时序电路的特性可由状态表或状态图来描述。状态表列出了电路的输出和下一状态，而此时的输出和状态是当前状态和输入的函数。 3.1 逻辑信号与门电路（续） 00 01 10 11 1/0 x/z 0/0 0/0 0/0 1/0 1/1 0/0 1/0 次态/输出 0 0 0 1 1 1 1 0 现 态 y2 y1 x = 0 x = 1 00/1 10/0 00/0 00/0 01/0 01/0 01/0 01/1 简单逻辑门电路 3.1 逻辑信号与门电路（续） 复合逻辑门电路 复合门在逻辑功能上是简单逻辑门的组合，实际性能上有所提高。常用的复合门有与非门，或非门、与或非门和异或门等。 3.1 逻辑信号与门电路（续） 一个简单电路 3.1 逻辑信号与门电路（续） 定时图：表示电路如何对变化的输入信号产生响应。 逻辑信号在0和1之间的变化不是立即发生的； 输出对输入变化的响应会有一点延迟。 3.1 逻辑信号与门电路（续） 逻辑系列（logic family）：一些不同的集成电路芯片的集合，这些芯片有类似的输入、输出及内部电路特征，但逻辑功能不同。 3.2 逻辑系列 同一系列的芯片可通过互连实现任意逻辑功能。 不同系列的芯片可能不匹配，它们可能采用不同的电源电压，或以不同的输入、输出条件来代表逻辑值。因此，它们可能不能直接互连。 最成功的系列 晶体管-晶体管逻辑