【正文】 1 G2 Gn G0 ? 78 G0開(kāi)態(tài)時(shí) （ 2） G0開(kāi)態(tài) 時(shí)，輸出 低 電平， G1~Gn處 于 關(guān)態(tài) 每個(gè)負(fù)載門向 G0灌入輸入短路電流 IiS。 amp。 amp。 amp。 amp。 G1 G2 Gn IoLmax IiS G0 ? 8 4 . 1 12 max max ? ? ? ? ? iS oL iS oL I I n I n I 故 TTL與非門的扇出系數(shù) 8 ? O n 如果 TTL與非門輸出為高電平和輸出為低電平時(shí)的扇出系數(shù)不同，則扇出系數(shù)選擇兩個(gè)中的較小者！ ? 在過(guò)去傳統(tǒng)的小規(guī)模數(shù)字電路設(shè)計(jì)中，扇入扇出問(wèn)題是一個(gè)必須注意的問(wèn)題。但在現(xiàn)代的數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)中已幾乎不存在此類問(wèn)題了。因?yàn)楝F(xiàn)在設(shè)計(jì)的邏輯電路規(guī)模很大，且趨向于單片實(shí)現(xiàn)方式?？梢院芎玫厥褂?EDA技術(shù)，使扇入扇出問(wèn)題在 EDA軟件中被自動(dòng)考慮進(jìn)去，不必人為介入。 79 集電極開(kāi)路門和三態(tài)門電路 ?TTL門電路除與非門外，還有與門、或門、非門、或非門、與或非門、異或門、擴(kuò)展門、驅(qū)動(dòng)門、 集電極開(kāi)路門 、 三態(tài)門 等。 （ 1）電路結(jié)構(gòu) ? 把普通 TTL門的 T T4去掉，形成集電極開(kāi)路結(jié)構(gòu)。 T1 T2 T5 R13K R2 750 B1 B2 A B Y VO VCC +5V T6 R3 R6 集電極開(kāi)路門（ OC門） ? 當(dāng)輸入全部為 高 電平時(shí)， T1倒置， TT5飽和， OC門工作于 開(kāi)態(tài) ， 輸出為低 電平 ； ? 當(dāng)任一輸入為 低 電平時(shí)， T1 深飽和，T T5截止， OC門工作于 關(guān)態(tài) ，由于集電極開(kāi)路，輸出呈 高阻態(tài) （好像導(dǎo)線懸空一樣）。 集電極開(kāi)路與非門電路 amp。 A B Vo EC RL R5 100 R4 3K T3 T4 截止 高阻 ? 使用時(shí)，輸出端必須通過(guò)外接上拉電阻（ 1~10k?） 與直流電源相連。 80 OC門的主要用途（ 1/2） （ 2） OC門的主要用途 ① 用作驅(qū)動(dòng)器 OC門的輸出 管一般設(shè)計(jì)得尺寸較大，足以承受較大電流和較高電壓，可以直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管、繼電器或脈沖變壓器等需要大電流的器件。 12V ② 電平轉(zhuǎn)換 在某些情況下，數(shù)字系統(tǒng)在其接口部分（與外設(shè)相連接的地方）需要轉(zhuǎn)換輸出電平，可以使用 OC門完成電平轉(zhuǎn)換，使輸出適應(yīng)需要較高電平的器件（如熒光數(shù)碼管、MOS譯碼器等） 。 改變電源 EC值，即可改變輸出邏輯高電平的值，實(shí)現(xiàn) TTL電路到其他類型電路 (如 MOS ）的電平轉(zhuǎn)換。 A B amp。 +5V RL amp。 A B Y 國(guó)標(biāo)邏輯符號(hào) 國(guó)際常用邏輯 符號(hào) A B Y amp。 A B Vo EC 12V RL 500? 輸入（ TTL 電平） 輸出（ MOS電平） 10mA 81 amp。 A B Y amp。 C D G H OC門的主要用途（ 2/2） ③ 實(shí)現(xiàn) “ 線與 ” （集電極開(kāi)路與門或者與非門）或 “ 線或 ” （集電極開(kāi)路或門或者或非門） 由于 OC門具有 三態(tài)輸出特性 ，所以可以把若干個(gè) OC門的輸出線直接連接在一起，實(shí)現(xiàn)與功能，稱為 線與 。 真值表 G H Y 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 注意：普通 TTL門不能 “ 線與 ” 或 “ 線或 ” ！ CD AB H G Y ? ? ? ? amp。 A B Y EC 12V RL amp。 C D G H ?當(dāng)任一門為 開(kāi)態(tài) 時(shí)， Y為低電平；若另一門為關(guān)態(tài)，其輸出呈高阻態(tài)，對(duì) Y沒(méi)有影響， Y仍為 低 電平。 ?當(dāng) 2個(gè)門都工作在 關(guān)態(tài) 時(shí)，輸出都呈高阻態(tài)，但由于 Y通過(guò)RL與 EC 相連， Y為 高 電平。 82 為什么普通 TTL門不能“線與”或“線或”？ ?普通的 TTL電路采用推拉式輸出方式，不論門電路是處于開(kāi)態(tài)或關(guān)態(tài)，輸出都呈現(xiàn) 低阻抗 （ TTL與非門開(kāi)態(tài)和關(guān)態(tài)時(shí)輸出阻抗分別為 20?和 100?）。 ?當(dāng)兩個(gè) TTL與非門的輸出端直接相連，若門 G1工作于 關(guān)態(tài) （輸出高電平），門 G2工作于 開(kāi)態(tài) （輸出低電平），必然有很大的負(fù)載電流同時(shí)流過(guò)兩個(gè)門的輸出級(jí)，此電流的數(shù)值將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)正常工作電流，可能使門電路損壞。 I 普通的 CMOS門也不允許輸出端并聯(lián)使用！ T4 T5 R3 360 R5 100 Y2 VCC T4 T5 R5 100 Y1 VCC G1 G2 83 三態(tài)輸出門 ?三態(tài)輸出門（ Three State Output Gate）是傳輸門的一種，主要用于對(duì)信號(hào)傳輸?shù)目刂? （ 1）電路結(jié)構(gòu)與符號(hào) 在普通門基礎(chǔ)上增加控制輸入端和控制電路。 （ 2）工作原理 Y= ?AB0 1 Z（高阻 ) EN=1 EN=0 三態(tài)輸出 （ EN高 電平有效） EN T1 T2 T3 T4 T5 R13K R2 750 R4 3K R5100 B1 A B Y VO VCC +5V T6 R3 R6 amp。 A B Y EN 三態(tài)輸出門（ TS門） P 1V ? EN=0 （ ）時(shí)， P點(diǎn)為低電位，使T1深飽和， T T5截止； D導(dǎo)通，使T2的集電極電位（即 T3的基極電位）被鉗位在 1V左右， T3也處于截止?fàn)顟B(tài)。 T4截止，輸出呈現(xiàn) 高阻抗 。 ? EN=1（ ）時(shí)， P點(diǎn)為高電位， D截止，電路具有正常的 與非 功能。 D導(dǎo)通 截止 高阻 深飽和 84 三態(tài)輸出門工作原理（ /EN低電平有效） Y= ?AB0 1 Z（高阻 ) /EN=0 /EN=1 三態(tài)輸出 （ /EN低 電平有效） R5 T1 T2 T3 T4 T5 R13K R2 750 R4 3K B1 A B Y VO VCC +5V T6 R3 R6 EN 1 amp。 A B Y EN P 1V ? /EN=1 （ ）時(shí)， P點(diǎn)為低電位，使 T1深飽和， T T5截止； D導(dǎo)通，使 T2的集電極電位（即 T3的基極電位）被鉗位在 1V左右，T3也處于截止?fàn)顟B(tài)。 T4截止，輸出呈現(xiàn) 高阻抗 。 ? /EN=0 （ ）時(shí)， P點(diǎn)為高電位， D截止，電路具有正常的 與非 功能。 D導(dǎo)通 截止 高阻 深飽和 85 三態(tài)輸出門的主要用途 ?在 EN的控制下，電路有 3種輸出狀態(tài)，即高電平、低電平和高阻態(tài)。 ?在高阻態(tài)下，三態(tài)門的輸出端相當(dāng)于懸空（電路斷開(kāi)），輸出端好象一根空頭的導(dǎo)線。 （ 3）主要用途 ——實(shí)現(xiàn)總線（ BUS）結(jié)構(gòu) ? 總線 ——為節(jié)約輸出連線，通過(guò)一條輸出線 分時(shí) 傳輸若干個(gè)門電路的輸出信號(hào) ? 在任何時(shí)間內(nèi)，最多只有一個(gè)門處于工作狀態(tài)，其他門被禁止（ 高阻態(tài) ），以避免數(shù)據(jù)混亂。 ? 傳輸?shù)娇偩€上的數(shù)據(jù)可以同時(shí)被多個(gè)負(fù)載門接收，也可以在控制信號(hào)作用下，讓指定的負(fù)載門接收。 ? 三態(tài)輸出門是一種最重要的總線接口電路，它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)不可缺少的電路。 amp。 ENn amp。 EN3 amp。 EN1 amp。 EN2 amp。 amp。 amp。 CTL1 CTL2 CTL3 86 三態(tài)輸出門的時(shí)序圖 （ 4）時(shí)序圖 amp。 EN 1 AB F F’ 時(shí)）時(shí)）1(39。0(39。????ENZFENABFA B EN F’ F 高阻 ? /EN=0 時(shí)，三態(tài)門具有正常的 與非 功能 ? /EN=1時(shí)，三態(tài)門呈高阻態(tài)，對(duì)負(fù)載門不發(fā)生任何影響，所以負(fù)載門的輸出 F仍保持原來(lái)的狀態(tài)，為 0。 保持不變 87 Verilog HDL提供的各種三態(tài)門 ? 三態(tài)門關(guān)鍵字 ? bufif1：同相三態(tài)輸出緩沖器，使能控制信號(hào)（ en）高有效 ? bufif0：同相三態(tài)輸出緩沖器， en低有效 ? notif1：反相三態(tài)輸出緩沖器， en高有效 ? notif0：反相三態(tài)輸出緩沖器， en低有效 ?門級(jí)元件例化描述語(yǔ)句的格式 ? 【 例 】 例化的 同相三態(tài)輸出緩沖器（ en低有效） 。 bufif0 mybuf(y,a,en)。 門類型關(guān)鍵字 例化的門名稱 ( 端口列表 )； 88 關(guān)于 OC門與三態(tài)門的說(shuō)明 ? 由于上拉電阻的使用而限制了 OC門的工作速度，OC門在現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)中已經(jīng)極少用到，它只在低速接口電路中有一定的實(shí)用價(jià)值。 ? OC門和三態(tài)門都允許輸出端直接并接在一起， OC門主要實(shí)現(xiàn)“線與”或“線或” ，三態(tài)門主要實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)在總線上的分時(shí)傳送。 ? 但三態(tài)門在使用時(shí)不需要另接上拉電阻，所以更經(jīng)濟(jì)、方便，更高速。在現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)中， 三態(tài)門已完全取代了 OC門 。 89 TTL集成電路多余輸入端的處理 ?與門 、 與非門 ?將多余輸入端接正電源或邏輯高電平； ?或 將多余輸入端與有用輸入端并接； ?盡管輸入端懸空等效于接邏輯高電平 ， 但易引入干擾 ， 建議 不要懸空 ！ ?或門 、 或非門 將多余輸入端直接接地 。 多余的輸入端最好不要懸空！以免引入干擾。 90 TTL集成電路的系列產(chǎn)品 ?74AS（ 先進(jìn)肖特基 ） 、 74ALS （ 先進(jìn)低功耗肖特基 ）系列是為進(jìn)一步縮短 傳輸延遲時(shí)間而設(shè)計(jì)的改進(jìn)系列 。 54系列：軍用，工作溫度 55176。 C ~ 125176。 C 74系列：商用，工作溫度 0176。 C ~ 70176。 C 系 列 延遲功耗乘積 (微微焦耳 ) 傳輸延遲 /ns 功耗 /mW 中速 TTL(74??) 100 10 10 高速 TTL(74H??) 132 6 22 肖特基（ Schottky） (甚高速 )TTL(74S??) 57 3 19 低功耗肖特基 TTL (74LS??) 19 2 91 74系列芯片 功 能 型 號(hào) 反相器 LS04， LS05， LS06 驅(qū)動(dòng)器 LS06， LS07， LS125， LS240 ， LS241，LS243， LS244， LS245 與門 LS08， LS09， LS11， LS21 與非門 LS00， LS01， LS03， LS10， LS20， LS22，LS30， LS37， LS38， LS39， LS40 或門 LS32 或非門 LS02， LS260， LS27 與或非門 LS51， LS54 ， LS55， LS64 ， LS65 異或門 LS86， LS136 比較器 LS85， LS460 譯碼器 LS138， LS139 寄存器 LS74， LS175， LS373 92 MOS集成門 MOS管 MOS反相器 MOS門 CMOS門的外部特性 內(nèi)容概要 93 本節(jié)思路 NMOS管 PMOS管 MOS管 MOS反相器 電阻負(fù)載反相器MOS管負(fù)載反相器 CMOS反相器 MOS門 NMOS門 PMOS門 CMOS門 CMOS傳輸門 CMOS三態(tài)門 94 MOS管 分為 NMOS管和 PMOS管兩種類型 （ 1） NMOS管 在 P型半導(dǎo)體襯底上制作兩個(gè)高摻雜濃度的 N型區(qū)，形成源極和漏極。 N+ N+ P襯底 B D S G SiO2 VDS VGS + + N溝道 ↓ID D S B G 增強(qiáng)型 NMOS管 D S B G 耗盡型 NMOS管 G D S NMOS管 簡(jiǎn)化符號(hào) MOS管的結(jié)構(gòu)與符號(hào) ?MOS集成電路由 MOS管作為基本開(kāi)關(guān)元件構(gòu)成 ?屬于 單極型 集成電路 MOS （ Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor， 金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管 ） 管中只有一種載流子 （ 自由電子 或 空穴 ） 參與導(dǎo)電 。 源極 柵極 （金屬） 漏極 氧化物