集成芯片原理及应用—第一章

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1、第二章 数字集成电路2011年9月北京信息科技大学集成芯片及应用内容一、数字集成电路概述二、数字集成电路在拉伸实验装置改造中应用一、数字集成电路概述1、数字集成电路分类2、数字集成电路参数3、CMOS集成电路使用方法4、TTL集成电路使用方法5、CMOS 、TTL集成电路接口6、三态门电路7、数字噪声8、电源去耦1、数字集成电路分类根据工艺分类nTTL双极型集成逻辑电路：双极型半导体器件TTL 74 10ns 10mwHTTL 74H 6 22LTTL 74L 33 1STTL 74S 3 19LSTTL 74LS 9.5 2ALSTTL 74ALS 3.5 1ASTTL 74AS 3 8FT

2、TL 74F 3.4 4n射极耦合电路（ECL）电路 非饱和性n高域值逻辑（HTL）电路 高抗干扰、慢、功耗大nI2L集成注入电路 集成度高，功耗小（微电压、微电流）、速度低nMOS集成逻辑电路: 金属-氧化物-半导体场效应晶体管PMOSNMOSCMOS 125ns 1.25uwHCMOS 74HC 8 2.5HCT 74HCT 8 2.5AC 5.5ACT 4.75 根据规模分类SSI 门电路MSI 触发器、计数器、译码器等LSI 存储器 根据功能分类 逻辑门电路 组合逻辑电路 译码器、编码器、数据选择器、模拟开关、ROM 触发器 D、JK、施密特、单稳、555等 时序逻辑电路 寄存器、计数

3、器、RAM1、数字集成电路分类2、数字集成电路参数 电流参数 电压参数 电源工作电流和功率损耗 平均传输延迟时间 静态功率损耗和动态功率损耗TTL参数(74LS00)TTL参数(74LS00)TTL参数(74LS00)高电平噪声容限UnH= VoHmin-ViHmin低电平噪声容限UnL= ViLmax-VoLmaxTTL参数(74LS00)输出输入VoHminVoLmaxViLmaxViHmin2.40.42.00.8TTL参数(74LS00)CMOS参数(MC14011UB)CMOS参数(MC14011UB)TTL静态功率损耗动态功率损耗静态功率损耗微小，动态功率损耗随开关频率增长TTL与

4、功率损耗比较与功率损耗比较CMOS参数(MC14011UB)CMOS参数(MC14011UB)HCMOS参数(MM74HC00) Quad 2-Input NAND GateHCMOS参数(MM74HC00) HCMOS参数(MM74HC00) 3、CMOS集成电路使用方法 输入电路静电保护 运输（不用化工、化纤） 组装调试（烙铁、工作台接地） 输入端不悬空 过流保护（输入保护电路中钳位二极管电流）3、CMOS集成电路使用方法 输入电压电源电压40664、TTL集成电路使用方法输出不能直接接电源和地电源偏差不能太大 +/-10%输入端一般并联或接电源或地5、CMOS 、TTL集成电路接口满足关

5、系:UoHUiHUoLnIiHIoLnIiLIC1IC2速度匹配5、CMOS 、TTL集成电路接口TTL74TTL74LSCMOS4000BHCMOS74HCUoH (V)2.42.74.954.95UoL (V)0.40.50.050.05IoH (mA) 0.40.40.51 4IoL (mA) 1680.514UiH (V)223.53.5Uil (V)0.80.81.51IiL (mA)-1.6-0.4-0.1*10-3-1*10-3IiH (uA)4200.11TTL 驱动CMOS!UoHUiH 不成立上拉电阻方法上拉电阻方法&11TTLCMOS5V电阻一般选4704.7KR

6、TTL 驱动CMOS&1TTLCC401095V10V&11TTLOC(7406)CMOS10V5V转换芯片方法转换芯片方法OC门方法门方法CMOS驱动TTL1、4000B驱动74 IoLnIiL不成立 应提高吸收负载能力并联加CMOS接口电路 CC4009 CC4010 IoL3.2MA 2个74 CC40107 IoL16MA 10个74采用三极管&11TTLCMOSUCCCMOS驱动TTL2、4000B驱动74LS满足条件,但N1时需考虑以上方法3、HCMOS(74HC)驱动74和74LS可以直接驱动,N可以查表TTL驱动TTLTTL系列驱动同一信号器件10-30

7、左右作业：分析74LS驱动74LS情况CMOSTTL驱动继电器等负载&TTLCMOS6、三态门电路高电平、低电平、高阻态（或称为禁止状态）。高电平、低电平、高阻态（或称为禁止状态）。功能表：功能表：010100ZX1YABG高阻态高阻态三态门电路的应用三态缓冲器和三态驱动器，三态缓冲器和三态驱动器， 如如74134（12输入输入三态三态与非门）、与非门）、74244双向总线驱动器双向总线驱动器/接收器接收器DI0DO0DECEDB0发送器发送器/驱动器驱动器接收器接收器CE:片选端，为1时，高阻 为0时，可接 收或发送DE:方向控制，为1时，接收 为0时，发送三态门电路的优点：I.数据

8、传输速度快，驱动能力强数据传输速度快，驱动能力强II.可以线与（如图示）可以线与（如图示）几个三态门线与时，应该只有一个三几个三态门线与时，应该只有一个三态门处于正常态，其余的三态门均应态门处于正常态，其余的三态门均应处于高阻态。处于高阻态。如图示，若如图示，若D1通过总线时通过总线时D2应禁止，应禁止，所以此时所以此时G1应为应为0，G2应为应为1，则三，则三态门态门1和总线接通，三态门和总线接通，三态门2和总线脱和总线脱开，保证了数据的正确传输。开，保证了数据的正确传输。总线总线Y1Y2D1D212127、数字噪声振铃和过冲 在高速数字电路中，信号在PCB板上沿传输线传输，遇到阻抗不连续时

9、，就会有部分能量从阻抗不连续点沿传输线返回，从而产生反射。其大小与阻抗失配的程度有关，阻抗失配越大，反射就越大。 串扰 串扰是两条信号线之间的耦合，信号线之间的互感和互容引起线上的噪声。PCB板层的参数、信号线间距、驱动端和接收端的电气特性及线端接方式对串扰都有一定的影响。8、电源去耦8、电源去耦门电路开关瞬间电流是跳跃式变化的，电源线的电感将会阻止电流的瞬态变化，从而影响集成片的响应速度。集成片的瞬态变化电流流过环路面积较大的电源线路时，将会产生较为强烈的对外辐射噪声。由于各集成片很可能会流经相同的线路，相互之间存在较大的公共阻抗，从而产生了较严重的共阻抗耦合干扰。线路电感的反电动势使集成片

10、得到的电源电压高于额定值。产生干扰。!布线会产生R、L、C 0.02/inch 2pf /inch 20nH /inch 8、电源去耦电源去耦 电路板去耦10100uF 芯片去耦 C=1/f 0.01 uF的瓷片电容 加铁氧体增强效果二、数字集成电路在拉伸实验装置改造中应用应力与应变关系应力与应变关系弹性、屈服、强化、局部变形弹性、屈服、强化、局部变形 方法 增量式光电编码器 应力-脉冲数 应变-脉冲数 IC：74LS00 74LS193 Synchronous 4-Bit Binary Counter with Dual Clock74LS244 3-STATE Buffer/Line Dr

11、iver/Line Receiver74LS30 8-Input NAND Gate74LS32 orl单通道脉冲输出l双通道脉冲输出(输出信号相位相差90)l三通道输出，其中三通道输出每转一圈可产生一个零位脉冲信号。 74LS00 Quad 2-Input NAND Gate74LS193Synchronous 4-Bit Binary Counter with Dual Clock74LS2443-STATE Buffer/Line Driver/Line Receiver74LS308-Input NAND Gate74LS32传感器输入信号鉴相与脉冲产生电路计数电路地址产生电路电源去耦电容拉伸实验装置电路组成鉴相与脉冲产生电路计数电路VCC地址地址（续）