数字集成电路基本单元

第三章 门电路
内容提要：
本章主要讲述数字电路的基本逻辑单元－－门电 路，有TTL逻辑门、MOS逻辑门。在讨论半导体二极 管和三极管及场效应管的开关特性基础上，讲解它们 的电路结构、工作原理、逻辑功能、电器特性等等， 为以后的学习及实际使用打下必要的基础。本章重点 讨论TTL门电路和CMOS门电路。
本章主要内容
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3.3 CMOS门电路
CMOS逻辑门电路是在TTL器件之后，出现的应 用比较广泛的数字逻辑器件，在功耗、抗干扰、带负 载能力上优于TTl逻辑门，所以超大规模器件几乎都 采用CMOS门电路，如存储器ROM、可编程逻辑器件 PLD等 国产的CMOS器件有CC4000(国际 CD4000/MC4000)、高速54HC/74HC系列（国际 MC54HC/74HC),此外还有兼容型的74HCT和74BCT 系列（BiCMOS） 先介绍74系列的反相器和逻辑门，再简单介绍其 它系列的逻辑门
3.2.1半导体二极管的开关特性 对于图3.2.1所示二极管开关 电路，由于二极管具有单向导电性， 故它可相当受外加电压控制的开关。 将电路处于相对稳定状态下， 晶体二极管所呈现的开关特性称为 稳态开关特性 图3.2.1 二极管的开关电路 设vi的高电平为VIH＝VCC， vi的低电平为VIL＝0，且D 为理想元件，即正向导通电阻为0，反向电阻无穷大， 则稳态时当vI＝VIH＝VCC时，D截止，输出电压vD＝ VOH＝ VCC
0.7V以下为“0”
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A 0 1 1
B 0 1 0 1
Y 0 0 0 1
3.2.3 二极管或门
二极管或门电路如图 3.2.5所示 设输入端A、B的高 低电平为VIH＝3V， VIL＝0V，二极管的正 向导通压降为VDF＝ 0.7V，则：

3.阐述在集成电路设计中如何平衡功耗、速度和面积这三个设计约束，并说明设计师可能会面临哪些挑战。
4.描述模拟集成电路与数字集成电路在设计原则和实现技术上的主要区别，并给出一个实际应用中模拟集成电路的例子。
标准答案
一、单项选择题
1. B
2. B
3. D
4. D
5. B
6. D
7. C
8. C
9. B
10. D
17.在集成电路设计中，以下哪些方法可以提高电路的抗干扰能力？( )
A.采用差分信号传输
B.使用屏蔽技术
C.增加电源滤波器
D.提高工作频率
18.以下哪些类型的触发器在数字电路中常见？( )
A. D触发器
B. JK触发器
C. T触发器
D. SR触发器
19.以下哪些技术可以用于提高集成电路的数据处理速度？( )
3.以下哪些是数字集成电路的基本组成部分？( )
A.逻辑门
B.触发器
C.寄生电容
D.晶体管
4.以下哪些技术可以用于提高集成电路的频率？( )
A.减小晶体管尺寸
B.采用高介电常数材料
C.增加电源电压
D.优化互连线设计
5.在CMOS工艺中，以下哪些结构可以用来实现反相器？( )
A. PMOS晶体管
B. NMOS晶体管
11. C
12A
16. B
17. A
18. A
19. C
20. B
二、多选题
1. ABD
2. AB
3. AD
4. AB
5. AB
6. AB
7. ABCD
8. AB
9. ABCD
10. AC
11. ABC

相对于其他逻辑系列，CMOS逻辑电路具有以下优点：
1.允许的电源电压范围宽，方便电源电路的设计
2.逻辑摆幅大，使电路抗干扰能力强
3.静态功耗低
4.隔离栅结构使CMOS期间的输入电阻极大，从而使CMOS期间驱动同类逻辑门的能力比其他系列强得多
CMOS(本意是指互补金属氧化物半导体存储器，是一种大规模应用于集成电路芯片制造的原料）是微机主板上的一块可读写的RAM芯片，主要用来保存当前系统的硬件配置和操作人员对某些参数的设定。CMOSRAM芯片由系统通过一块后备电池供电，因此无论是在关机状态中，还是遇到系统掉电情况，CMOS信息都不会丢失。
在今日，CMOS制造工艺也被应用于制作数码影像器材的感光元件，尤其是片幅规格较大的单眼数码相机。虽然在用途上与过去CMOS电路主要作为固件或计算工具的用途非常不同，但基本上它仍然是采取CMOS的工艺，只是将纯粹逻辑运算的功能转变成接收外界光线后转化为电能，再透过芯片上的模数转换器(ADC)将获得的影像讯号转变为数码讯号输出。
早期分离式CMOS逻辑元件只有“4000系列”一种（RCA 'COS/MOS'制程），到了后来的“7400系列”时，很多逻辑芯片已经可以利用CMOS、NMOS，甚至是BiCMOS（双载子互补式金氧半）制程实现。
早期的CMOS元件和主要的竞争对手BJT相比，很容易受到静电放电（ElectroStatic Discharge,ESD）的破坏。而新一代的CMOS芯片多半在输出入接脚（I/O pin）和电源及接地端具备ESD保护电路，以避免内部电路元件的闸极或是元件中的PN接面（PN-Junction）被ESD引起的大量电流烧毁。不过大多数芯片制造商仍然会特别警告使用者尽量使用防静电的措施来避免超过ESD保护电路能处理的能量破坏半导体元件，例如安装内存模组到个人电脑上时，通常会建议使用者配戴防静电手环之类的设备。

数字集成电路设计一、引言数字集成电路设计是一个广泛且深入的领域，它涉及到多种基本元素和复杂系统的设计。

本文将深入探讨数字集成电路设计的主要方面，包括逻辑门设计、触发器设计、寄存器设计、计数器设计、移位器设计、比较器设计、译码器设计、编码器设计、存储器设计和数字系统集成。

二、逻辑门设计逻辑门是数字电路的基本组成单元，用于实现逻辑运算。

常见的逻辑门包括与门、或门、非门、与非门和或非门等。

在设计逻辑门时，需要考虑门的输入和输出电压阈值，以确保其正常工作和避免误操作。

三、触发器设计触发器是数字电路中用于存储二进制数的元件。

它有两个稳定状态，可以存储一位二进制数。

常见的触发器包括RS触发器、D触发器和JK触发器等。

在设计触发器时，需要考虑其工作原理和特性，以确保其正常工作和实现预期的功能。

四、寄存器设计寄存器是数字电路中用于存储多位二进制数的元件。

它由多个触发器组成，可以存储一组二进制数。

常见的寄存器包括移位寄存器和同步寄存器等。

在设计寄存器时，需要考虑其结构和时序特性，以确保其正常工作和实现预期的功能。

五、计数器设计计数器是数字电路中用于对事件进行计数的元件。

它可以对输入信号的脉冲个数进行计数，并输出计数值。

常见的计数器包括二进制计数器和十进制计数器等。

在设计计数器时，需要考虑其工作原理和特性，以确保其正常工作和实现预期的功能。

六、移位器设计移位器是数字电路中用于对二进制数进行移位的元件。

它可以对输入信号进行位移操作，并输出移位后的结果。

常见的移位器包括循环移位器和算术移位器等。

在设计移位器时，需要考虑其工作原理和特性，以确保其正常工作和实现预期的功能。

七、比较器设计比较器是数字电路中用于比较两个二进制数的元件。

它可以比较两个数的值，并输出比较结果。

常见的比较器包括并行比较器和串行比较器等。

在设计比较器时，需要考虑其工作原理和特性，以确保其正常工作和实现预期的功能。

八、译码器设计译码器是数字电路中用于将二进制数转换为另一种形式的元件。