三態(tài)緩沖器的應(yīng)用課件

數(shù)位邏輯與電子學(xué)陳鍾誠(chéng)2005年5月16日數(shù)位邏輯與電子學(xué)陳鍾誠(chéng)2005年5月16日邏輯閘邏輯閘開關(guān)圖2.1二進(jìn)位開關(guān)。開關(guān)圖2.1二進(jìn)位開關(guān)。開關(guān)控制圖2.2由開關(guān)所控制的燈光。L(x)=x開關(guān)控制圖2.2由開關(guān)所控制的燈光。L(x)=x串聯(lián)與並聯(lián)圖2.3兩個(gè)基本函數(shù)。串聯(lián)與並聯(lián)圖2.3兩個(gè)基本函數(shù)。反向NOT6假設(shè)在開關(guān)為閉路時(shí)有正向的動(dòng)作發(fā)生，例如點(diǎn)亮燈光。假設(shè)我們連接燈光如圖2.5所示。此例中開關(guān)與燈光為並聯(lián)，而不是串聯(lián)。我們?cè)谶@個(gè)電路中加了一個(gè)額外的電阻，以確保開關(guān)為閉路時(shí)不會(huì)使電源短路。當(dāng)開關(guān)為開路時(shí)，燈光會(huì)亮。如此行為可以表示如下：圖2.5反向電路。反向NOT6假設(shè)在開關(guān)為閉路時(shí)有正向的動(dòng)作發(fā)生，例如點(diǎn)亮燈以開關(guān)實(shí)作邏輯函數(shù)圖2.4說明如何用三個(gè)開關(guān)以更複雜的方式控制燈光。如何用三個(gè)開關(guān)以更複雜的方式控制燈光。此開關(guān)的串－並聯(lián)(serial-parallelconnection)是實(shí)作下列邏輯函數(shù)：當(dāng)x3=1，而且至少x1或x2輸入為1時(shí)，燈光會(huì)亮。Sx1L電源

Sx2燈光

Sx3以開關(guān)實(shí)作邏輯函數(shù)圖2.4說明如何用三個(gè)開關(guān)以更複雜的方式邏輯閘是由電晶體所組成的電晶體類型雙極接面電晶體(TTL、ECL)金氧半導(dǎo)體場(chǎng)效電晶體(MOSFET)特徵某些狀況下、電會(huì)流過、某些狀況下不會(huì)。穿遂效應(yīng)。主流邏輯閘是由電晶體所組成的電晶體主流MOSFETMOSFETP-ChannelMOSFET:斷路狀態(tài)++++++++++++++++因?yàn)檎妼?duì)正電排斥，正電進(jìn)不來(lái)，因此不通。P-ChannelMOSFET:斷路狀態(tài)+++++++P-ChannelMOSFET:通路狀態(tài)----++++++++++++++++因?yàn)樨?fù)電吸引下，正電穿過N型矽，通了，稱為穿隧效應(yīng)。P-ChannelMOSFET:通路狀態(tài)----+++ＮＭＯＳ的原理ＮＭＯＳ的原理NMOS電晶體的電流電壓關(guān)係NMOS電晶體的電流電壓關(guān)係CMOS反向器的電壓轉(zhuǎn)換特徵CMOS反向器的電壓轉(zhuǎn)換特徵積體電路中的寄生電容積體電路中的寄生電容CMOS電路的動(dòng)態(tài)電流CMOS電路的動(dòng)態(tài)電流傳遞延遲的扇出的影響傳遞延遲的扇出的影響緩衝器緩衝器

(buffer)是一個(gè)邏輯閘，有一個(gè)輸入x，一個(gè)輸出f，而且f=x。如圖3.56a所示。我們可以建立不同驅(qū)動(dòng)能力

(drivecapability)的緩衝器，依電晶體的大小而不同。衝器的電晶體比用在典型邏輯閘的電晶體還大。非反向緩衝器的圖形符號(hào)如圖3.56b所示。另一種緩衝器是反向緩衝器

(invertingbuffer)。緩衝器可以處理相當(dāng)大量的電流，因?yàn)槭且源笮碗娋w建構(gòu)而成。這種使用緩衝器的例子是發(fā)光二極體(light-emittingdiode,LED)的控制。緩衝器緩衝器(buffer)是一個(gè)邏輯閘，有一個(gè)輸入x，三態(tài)緩衝器三態(tài)緩衝器有一個(gè)輸入x，一個(gè)輸出f，以及控制輸入致能

(enable)e。三態(tài)緩衝器的圖形符號(hào)如圖3.57a所示。致能輸入是用來(lái)決定三態(tài)緩衝器是否產(chǎn)生輸出訊號(hào)，如圖3.57b所示。圖中(c)描述部分的真值表。對(duì)於表中使得e=0的這兩列，其輸出以邏輯值Z表示，稱為高阻抗?fàn)顟B(tài)

(high-impedancestate)。三態(tài)

(tri-state)的名稱由來(lái)是邏輯訊號(hào)有兩個(gè)正常狀態(tài)0和1，以及Z代表第三個(gè)狀態(tài)，沒有產(chǎn)生輸出訊號(hào)。三態(tài)緩衝器三態(tài)緩衝器有一個(gè)輸入x，一個(gè)輸出f，以及控制輸入致三態(tài)緩衝器的應(yīng)用右圖的電路中，三態(tài)緩衝器的輸出被接在一起。這種連接是有可能的，因?yàn)榭刂戚斎雜的連接方式，使得兩個(gè)緩衝器的其中一個(gè)必然為高阻抗?fàn)顟B(tài)。例如，假設(shè)x1=1且x2=0。x1緩衝器產(chǎn)生輸出VDD，x2緩衝器產(chǎn)生輸出Gnd。VDD和Gnd之間形成短路，穿過三態(tài)緩衝器中的電晶體。三態(tài)緩衝器這種連線方式不可能發(fā)生在一般的邏輯閘，因?yàn)槠漭敵鲇肋h(yuǎn)為有效；因此可能發(fā)生短路。三態(tài)緩衝器的應(yīng)用右圖的電路中，三態(tài)緩衝器的輸出被接在一起。傳輸閘將NMOS和PMOS電晶體組合在單一開關(guān)，使其能夠驅(qū)動(dòng)輸出端至低值或高值都很好。圖為此電路，稱為傳輸閘

(transmissiongate)。如圖中(b)部分與(c)部分所示，就像開關(guān)一般從x連接到f。傳輸閘將NMOS和PMOS電晶體組合在單一開關(guān)，使其能夠驅(qū)動(dòng)使用傳輸閘製作XOR電路產(chǎn)生圖c的電路。每個(gè)AND和OR邏輯閘都需要六個(gè)電晶體，而NOT邏輯閘需要兩個(gè)電晶體。因此以CMOS技術(shù)需要22個(gè)電晶體來(lái)實(shí)作此電路。藉由使用傳輸閘，我們可以減少所需的電晶體個(gè)數(shù)為8個(gè)。22個(gè)電晶體8個(gè)電晶體使用傳輸閘製作XOR電路產(chǎn)生圖c的電路。每個(gè)AND和OR使用傳輸閘實(shí)現(xiàn)多工器使用傳輸閘實(shí)現(xiàn)多工器三態(tài)緩沖器的應(yīng)用課件三態(tài)緩沖器的應(yīng)用課件三態(tài)緩沖器的應(yīng)用課件三態(tài)緩沖器的應(yīng)用課件三態(tài)緩沖器的應(yīng)用課件三態(tài)緩沖器的應(yīng)用課件三態(tài)緩沖器的應(yīng)用課件三態(tài)緩沖器的應(yīng)用課件三態(tài)緩沖器的應(yīng)用課件電壓與位元電壓與位元以NMOS電晶體做為開關(guān)圖3.2b為NMOS電晶體的圖形符號(hào)，有四個(gè)電子終端，分別為源極

(souce)、汲極

(drain)、閘極

(gate)以及基底

(substrate)。若VG為低值，則源極和汲極之間沒有連接，我們稱之為非導(dǎo)通

(turnedoff)。若VG為高值，則電晶體為導(dǎo)通

(turnedon)，如同閉路開關(guān)，連接源極和汲極。當(dāng)NMOS電晶體為導(dǎo)通時(shí)，其汲極被拉低

(pulldown)至Gnd，當(dāng)PMOS電晶體為導(dǎo)通時(shí)，其汲極被拉高

(pullup)至VDD。以NMOS電晶體做為開關(guān)圖3.2b為NMOS電晶體的圖形符以PMOS電晶體做為開關(guān)以PMOS電晶體做為開關(guān)NMOS與PMOSVS=VDDVDVG開路開關(guān)當(dāng)VG=VDDVDVDD閉路開關(guān)當(dāng)VG=0VVD=VDDVDD(b)PMOS電晶體(a)NMOS電晶體VGVDVS=0V閉路開關(guān)當(dāng)VG=VDDVD=0V開路開關(guān)當(dāng)VG=0VVDNMOS與PMOSVS=VDDVDVG開P-Channelv.s.N-Channel10通通P-Channelv.s.N-Channel10通通使用NMOS建構(gòu)NOT閘使用NMOS建構(gòu)NOT閘使用NMOS建構(gòu)NAND雜使用NMOS建構(gòu)NAND雜使用NMOS建構(gòu)NOR閘使用NMOS建構(gòu)NOR閘使用NMOS建構(gòu)AND閘使用NMOS建構(gòu)AND閘使用NMOS建構(gòu)OR閘使用NMOS建構(gòu)OR閘CMOSCMOS=拉高網(wǎng)路+拉低網(wǎng)路=PUN+PDN

=PMOS+NMOSf(x1,x2,…,xn)f(x1,x2,…,xn)CMOSCMOS=拉高網(wǎng)路+拉低網(wǎng)路f(x1,x2,CMOS的特性省電當(dāng)輸入為低值或高值時(shí)，CMOS反向器中沒有電流流動(dòng)。CMOS的特性省電以CMOS實(shí)作NOT閘f=xf=x以CMOS實(shí)作NOT閘f=xf=x以CMOS實(shí)作AND閘f=x1x2=x1+x2f=x1x2以CMOS實(shí)作AND閘f=x1x2=x1以CMOS實(shí)作NAND閘以CMOS實(shí)作NAND閘以CMOS實(shí)作NOR閘f=x1+x2=x1x2f=x1+x2以CMOS實(shí)作NOR閘f=x1+x2=x1三態(tài)緩沖器的應(yīng)用課件CMOSInverter(not)1L=0+Vdd=10CMOSInverter(not)1L=0+VddCMOSInverter(not)0+Vdd=1L=01通不通CMOSInverter(not)