数字电路课件第11章

组合逻辑电路
54 系列和 74 系列具有相同的子系列，两个系列的参数 基本相同，主要在电源电压范围和工作环境温度范围上有所 不同， 54 系列适应的范围更大些，如表2-1 所示。不同子 系列在速度、功耗等参数上有所不同。 TTL 门电路采用 5V 电源供电。
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2. 1. 2 CMOS 门电路 CMOS 门电路由场效应管构成，它的特点是集成度高、
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图 2-2 标准 TTL 电路的输入/输出逻辑电平
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图 2-3 CMOS 电路的输入/输出逻辑电平 (a ) 5VCMOS 电路;( b ) 3. 3VCMOS 电路
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当输入电平在 U IL ( max ) 和 U IH ( min ) 之间时，逻辑电路 可能把它当作 0 ，也可能把它当作 1 ，而当逻辑电路因所接 负载过多等原因不能正常工作时，高电平输出可能低于 U OH (min ) ，低电平输出可能高于 U OL (max ) 。
图 2-5 TTL 驱动门与 CMOS 负载门的连接
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2. 2 组合逻辑电路
2. 2. 1 组合逻辑电路的特点 逻辑电路可以分为两大类:组合逻辑电路和时序逻辑电
路。组合逻辑电路是比较简单的一类逻辑电路，它具有以下 特点:
(1)从电路结构上看，不存在反馈，不包含记忆元件。 (2)从逻辑功能上看，任一时刻的输出仅仅与该时刻的 输入有关，与该时刻之前电路的状态无关。
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图 2-4 74LS 系列门电路的扇出系数和带负载能力 (a )低电平输出时;( b )高电平输出时
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4 )传输延时tP 传输延时tP指输入变化引起输出变化所需的时间，它是 衡量逻辑电路工作速度的重要指标。传输延时越短，工作速 度越快，工作频率越高。tPHL 指输出由高电平变为低电平时， 输入脉冲的指定参考点(一般为中点)到输出脉冲的相应指定 参考点的时间。 tPHL 指输出由低电平变为高电平时，输入 脉冲的指定参考点到输出脉冲的相应指定参考点的时间。标 准 TTL 系列门电路典型的传输延时为 11ns ;高速 TTL 系列 门电路典型的传输延时为3. 3ns 。 HCT 系列 CMOS 门电路 的传输延时为 7ns ; AC 系列 CMOS 门电路的传输延时为 5ns ; ALVC 系列 CMOS 门电路的传输延时为 3ns 。

图3.1.2 正逻辑与负逻辑
一些概念
1、片上系统（SoC） 2、双极型TTL电路 3、CMOS
1961年美国TI公司,第一片数字集成电路 （Integrated Circuits, IC）。
VLSI(Very Large Scale Integration)
3.2 半导体二极管门电路
3.2.1 半导体二极管 的开关特性
图3.2.1 二极管开关电路
可近似用PN结方程和下图所 示的伏安特性曲线来描述。
i Is ev/VT 1
其中：i为流过二极管的电流。 v为加到二极管两端的电压。
nkT VT q
图3.2.2 二极管的伏安特性
图3.2.3 二极管伏安特性的几种近似方法
三、电源的动态尖峰电流
图3.5.23 TTL反相器电源电流的计算 （a）vO＝VOL 的情况 （b） vO＝VOH的情况
图3.5.24 TTL反相器的电源动态尖峰电流
图3.5.25 TTL反相器电源尖峰电流的计算
图3.5.26 电源尖峰电流的近似波形
例3.5.4 计算f=5MHz下电源电流的平均值
图3.3.xx CMOS三态门电路结构之二 （a）用或非门控制 （b）用与非门控制
图3.3.xx CMOS三态门电路结构之三 可连接成总线结构。还能实现数据的双向传输。
3.3.6 CMOS电路的正确使用
一、输入电路的静电防护
1、在存储和运输CMOS器件时最好采用金属屏蔽层 作包装材料，避免产生静电。
tPHL：输出由高电平跳变为低电 平的传输延迟时间。
tPLH：输出由低电平跳变为高电 平的传输延迟时间。
tPD: 经常用平均传输延迟时间tPD
来表示tPHL和tPLH（通常相等）

实体部分最核心的内容是由关键字port引导的端口说明。A和B是输入引脚，使 用了关键字in来描述。Bit的意思是指A和B的数据类型是位类型。位类型数据只可取 0和1这两个数值。S和CO是输出信号，用out来描述，数据类型也是bit型。 实体说明的是部件的名称和端口信号类型，它可以描述小至一个门，大到一个复杂 的CPU芯片、一块印制电路板甚至整个系统。实体的电路意义相当于器件，在电路 原理图上相当于元件符号，它是一个完整的、独立的语言模块，并给出了设计模块 和外部接口。 具体语法如下： entity 实体名 is ——实体名自选，通常用反映模块功能特征的名称 port（端口名称1：端口方式1 端口类型1； 端口名称2：端口方式2 端口类型2；…）； end 实体名； ——这里的实体名要和开始的实体名一致 其中端口方式可以有5种，分别是： in：输入端口，信号从该端口进入实体。 out：输出端口，信号从实体内部经该端口输出。 inout：输入输出（双向）端口，信号既可从该端口输入也可从该端口输出。 buffer：缓冲端口，工作于缓冲模式。 Linkage：无指定方向，可与任何方向的信号连接。
（2）用户自定义的数据类型 VHDL语言允许用户自定义数据类型。其书写格式为： type 数据类型名 is 数据类型定义； 例如： type digit is integer range 0 to 9； ——定义digit的数据类型是0～9的整 数 可由用户定义的数据类型有： 枚举（Enumerated）类型； 整数（Integer）类型； 实数（Real）、浮点数（Floating）类型； 数组（Array）类型； 存取（Access）类型； 文件（File）类型； 记录（Record）类型； 时间（Time）类型（物理类型）。
11.1 VHDL语言基础

Alternate half-adder logic networksC i +1S iB iA ia xor b()()n i i i i i is a b c a b c =⊕⋅+⊕⋅i i i ia b b c +i i i ia b b c +i i i ia b b c +i i i ia b b c +1()()0i i i i i i i i i i i c a a b b c a a b b c a b c a b a b c +=+++=+++缺点：阈值电压损失i i i is a b c =⊕⊕()i i i i ib a bc +⊕CMOS 逻辑需要28个晶体管。

11()i i i i i i i iS A B C A B C C++=+++CMOS复合门CMOS 复合门i i iA B Ci C i i iA B C10/42)版图对称易于实现P P0,i ib P a==i is P c=⊕电路对称，求和与进位的延时相同1ic Pc+==→+→+→t t c s t c c a b c ()2()t(,)4-bit adder-subtractor circuit.add_sub 0：加1：减17/424332321321032100c g p g p p g p p p g p p p p c =++++18/42nFET logic arrays for the CLA terms.4332321321032100332211000((()))c g p g p p g p p p g p p p p c g p g p g p g p c =++++=++++Static mirror circuit for c 2.？PMOS 网络？MODL carry circuit.超前进位加法器预充电pFET缺点：需要时钟输出有电荷泄漏和电荷分享串联的nFET放电延时很长1c=2c=3c=4c=1i i C G+=k i p i g i23/42曼彻斯特进位链动态电路曼彻斯特进位链Dynamic Manchester carry chain.•采用动态逻辑降低复杂性和加快速度。