《数字电子技术 》课件第3章 (3).pptVIP

第3章逻辑门电路

第3章逻辑门电路

3.1概述

3.2MOS门电路

3.3双极型门电路

3.4集成门电路使用中的实际问题

第3章逻辑门电路

3.1概述



数字集成电路按其内部有源器件的不同可以分为两大类：

一类为双极型晶体管集成电路，

主要有晶体管－晶体管逻辑

(TransistorTransistorLogic,TTL)、射极耦合逻辑(Emitter[JP]

CoupledLogic,ECL)和集成注入逻辑

(IntegratedInjectionLogic,I2L)等几种类型；

另一类为MOS(MetalOxideSemiconductor)型集成电路，

其有源器件采用金属－氧化物－半导体场效应管，它又可分

为NMOS、PMOS和CMOS等几种类型。

第3章逻辑门电路

目前数字系统中普遍使用TTL和CMOS集成电路。TTL

集成电路工作速度高、驱动能力强，但功耗大、集成度低；

MOS集成电路集成度高、功耗低。超大规模集成电路基本

上都是MOS集成电路，其缺点是工作速度略低。目前已生

产了BiCMOS器件，它由双极型晶体管电路和MOS型集成电

路构成，能够充分发挥两种电路的优势，缺点是制造工艺复

杂。

第3章逻辑门电路

集成电路按其集成度可分为如下几类：

(1)小规模集成电路(SmallScaleIntegration,SSI)，每片组

件内包含10~100个元件(或10~20个等效门)。

(2)中规模集成电路(MediumScaleIntegration,MSI)，每片

组件内包含100~1000个元件(或20~100个等效门)。

(3)大规模集成电路(LargeScaleIntegration,LSI)，每片组

件内包含1000~100000个元件(或100~1000个等效门)。

(4)超大规模集成电路(VeryLargeScaleIntegration,VLSI)，

每片组件内含100000个元件(或1000个以上等效门)。

第3章逻辑门电路

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、高速乘法累加器、通

用和专用数字信号处理器等。此外，还有专用集成电路

ASIC，它分标准单元、门阵列和可编程逻辑器件PLD。

PLD是近十几年来迅速发展的新型数字器件，目前应用十分

广泛。

第3章逻辑门电路

3.2MOS门电路

MOS集成逻辑门是以MOS管作为开关器件的门电路。

它按所用管的不同，一般可分为三种类型：第一种是由P沟

道增强型MOS管（PMOS管）构成的PMOS门电路，其工作

速度较低；第二种是由N沟道增强型MOS管（NMOS管）构

成的NMOS门电路，其工作速度比PMOS门电路要高，但比

TTL电路要低；第三种是由PMOS管和NMOS管按照互补对

称形式连接起来构成的互补型MOS集成电路，称为CMOS电

路。

CMOS电路具有集成度高、制造工艺简单、电源电压使

用范围宽、功耗低、抗干扰能力强、扇出系数大等优点。

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3.2.1CMOS门电路

1.MOS反相器类型

在MOS集成电路中，反相器是最基本的单元。按其结

构和负载的不同，MOS反相器可大致分为以下四种类型：

(1)电阻负载MOS反相器。在这种反相器中，输入器件

是增强型MOS管，负载是线性电阻。这种反相器在集成电

路中很少采用。

（2）E/EMOS反相器。在这种反相器中，输入器件和

负载均采用增强型MOS管，所以叫增强型－增强型MOS反

相器，简称为E/EMOS反相器。

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（3）E/DMOS反相器。在这种反相器中，输入器件是增强型

MOS管，负载是耗尽型MOS管，所以叫增强型－耗尽型MOS反

相器，简称为E/DMOS反相器。

（4）CMOS反相器。在E/EMOS反相器和E/DMOS反相器中

均采用同一沟道的MOS管，而CMOS反相器则由两种不同沟道类

型的MOS管构成。如果输入器件是N沟道增强型MOS管，则负载

就为P沟道增强型MOS管，反之亦然。这种反相器具有互补对称

的结构，故简称为CMOS反相器。

E/EMOS反相器、E/DMOS反相器和CMOS反相器都是用

MOS管作为负载，所以通称为有源负载MOS反相器。CMOS反相

器具