第二章逻辑门电路.ppt

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1、 内容概述内容概述 第一节第一节 标准标准TTL与非门与非门 第二节第二节 其它类型其它类型TTL门电路门电路 第三节第三节 ECL逻辑门电路逻辑门电路 第四节第四节 I2 L逻辑门电路逻辑门电路 第五节第五节 NMOS逻辑门电路逻辑门电路 第六节第六节 CMOS逻辑门电路逻辑门电路 第七节第七节 逻辑门的接口电路逻辑门的接口电路 小结小结内容概述内容概述双极型集成逻辑门双极型集成逻辑门MOS集成逻辑门集成逻辑门集集成成逻逻辑辑门门按器件类型分按器件类型分按集成度分按集成度分SSI：100个等效门个等效门MSI：103个等效门个等效门LSI：104个等效门个等效门VLSI：104个以上等效门个

2、以上等效门本章内容：本章内容：集成逻辑门的基本结构、工作原理；集成逻辑门的基本结构、工作原理；集成逻辑门的外部特性、参数及其接口电路。集成逻辑门的外部特性、参数及其接口电路。TTL、ECLI2L、HTLPMOSNMOSCMOS TTL与非门电路组成与非门电路组成 TTL与非门工作原理与非门工作原理 TTL与非门工作速度与非门工作速度 TTL与非门外特性及主要参数与非门外特性及主要参数 TTL标准与非门的改进型标准与非门的改进型 TTL集成电路产品集成电路产品TTL与非门电路组成与非门电路组成 输出级由输出级由D3、T4、T5和电阻和电阻R4组成。组成。T4与与T5组成推拉式输出组成推拉式输出结

3、构，具有较强的负载能力。结构，具有较强的负载能力。输入级由多发射输入级由多发射极晶体管极晶体管T1、二极管二极管D1、D2和电阻和电阻R1组成。组成。实现输入变量实现输入变量A、B的的与运算。与运算。中间级由中间级由T2、R2和和R3组成。组成。T2的集电极的集电极C2和发射极和发射极E2分别分别提供两个相位相反的电压信号。提供两个相位相反的电压信号。TTL与非门工作原理与非门工作原理 输输入入端端至至少少有有一一个个（设（设A端）接低电平：端）接低电平：0.3V3.6V1V3.6VT1管管:A端端发发射射结结导导通通，UB1=UA+UBE1=1V，其其它它发发射射结结反反偏偏截截止。止。（5

4、-0.7-0.7）V=3.6V因因为为UB1=1V,所所以以 T2、T5截止截止,UC2Ucc=5V。T4：工作在放大状态工作在放大状态5V电路输出高电平：电路输出高电平：TTL与非门工作原理与非门工作原理 输输入入端端至至少少有有一一个个（设（设A端）接低电平：端）接低电平：0.3V3.6V1V3.6VT1管管:A端端发发射射结结导导通通，UB1=UA+UBE1=1V，其其它它发发射射结结反反偏偏截截止。止。（5-0.7-0.7）V=3.6V因因为为UB1=1V,所所以以 T2、T5截止截止,UC2Ucc=5V。T4：工作在放大状态工作在放大状态5V电路输出高电平：电路输出高电平：输入端全接

5、高电平：输入端全接高电平：3.6V2.1V0.3VT1:UB1=UBC1+UBE2+UBE5=0.7V3=2.1V电电路路输输出出低低电电平平：UOL=0.3V3.6VT1：发射结反偏，集电发射结反偏，集电极正偏，工作在倒置放正偏，工作在倒置放大状态且大状态且T2、T5导通。导通。T2：工作在工作在饱和状态饱和状态T4：UC2=UCES2+UBE5 1V，T4截止。截止。T5：处于处于深饱和状态深饱和状态TTL与非门工作原理与非门工作原理 输输入入端端全全接接高高电电平平，输出为低电平。输出为低电平。输输入入端端至至少少有有一一个个接接低低电电平平时时，输输出出为为高高电平。电平。由由此此可可

6、见见，电电路路的的输输出出与与输输入入之之间间满满足足与非逻辑关系：与非逻辑关系：TTL与非门工作原理与非门工作原理T1：倒置放大状态倒置放大状态T2：饱和状态饱和状态T4：截止状态截止状态T5：深度饱和状态深度饱和状态T1：深度饱和状态深度饱和状态T2：截止状态截止状态T4：放大状态放大状态T5：截止状态截止状态TTLTTL与非门工作速度与非门工作速度存存在在的的问问题题：一一是是与与非非门门内内部部晶晶体体管管工工作作在在饱饱和和状状态态对对电电路路开开关关速速度度产产生生影影响响，二二是是与与非非门门输输出出端端接接容容性性负负载载时对工作速度产生影响。时对工作速度产生影响。采取的措施：

7、采取的措施：1.采用多发射极晶体管采用多发射极晶体管T1，加速加速T2管脱离饱和状态。管脱离饱和状态。2.T4和和T5同时导通，加速同时导通，加速T5管脱离饱和状态。管脱离饱和状态。3.降低与非门的输出电阻，减小对负载电容的充电时间。降低与非门的输出电阻，减小对负载电容的充电时间。TTL与非门的外特性及主要参数与非门的外特性及主要参数 外特性：外特性：指的是电路在外部表现出来的各种特性。指的是电路在外部表现出来的各种特性。掌握器件的外特性及其主要参数是用户正确使用、维护掌握器件的外特性及其主要参数是用户正确使用、维护和设计电路的重要依据。和设计电路的重要依据。介绍手册中常见的特性曲线及其主要参

8、数。介绍手册中常见的特性曲线及其主要参数。TTL与非门的外特性及主要参数与非门的外特性及主要参数（一）（一）电压传输特性电压传输特性 TTL与与非非门门输输入入电电压压UI与与输输出出电电压压UO之之间间的的关关系系曲曲线线，即即 UO=f（UI）。）。截截 止止 区区：当当 UI0.6V，Ub11.3V时时，T2、T5截截止止，输出高电平输出高电平UOH=3.6V。线线 性性 区区：当当 0.6VUI1.3V，0.7VU b21.4V时时，T2导导通通，T5仍仍截截止止，UC2随随Ub2升升高高而而下下降降，经经T4射随器使射随器使UO下降。下降。转折区：转折区：当当UI1.3V时，时，输入

9、电压略微升高，输出输入电压略微升高，输出电压急剧下降，因为电压急剧下降，因为T2、T4、T5均处于放大状态。均处于放大状态。饱和区：饱和区：UI继续升高，继续升高，T1进入倒进入倒置工作状态置工作状态Ub1=2.1V，此时此时T2、T5饱和，饱和，T4截止，输出低电平截止，输出低电平UOL=0.3V，且且UO不随不随UI的增大的增大而变化。而变化。TTL与非门的外特性及主要参数与非门的外特性及主要参数（一）（一）电压传输特性电压传输特性 TTL与与非非门门输输入入电电压压UI与与输输出出电电压压UO之之间间的的关关系系曲曲线线，即即 UO=f（UI）。）。截截 止止 区区：当当 UI0.6V，

10、Ub11.3V时时，T2、T5截截止止，输出高电平输出高电平UOH=3.6V。线线 性性 区区：当当 0.6VUI1.3V，0.7VU b21.4V时时，T2导导通通，T5仍仍截截止止，UC2随随Ub2升升高高而而下下降降，经经T4射随器使射随器使UO下降。下降。转折区：转折区：当当UI1.3V时，时，输入电压略微升高，输出输入电压略微升高，输出电压急剧下降，因为电压急剧下降，因为T2、T4、T5均处于放大状态。均处于放大状态。饱和区：饱和区：UI继续升高，继续升高，T1进入倒进入倒置工作状态置工作状态Ub1=2.1V，此时此时T2、T5饱和，饱和，T4截止，输出低电平截止，输出低电平UOL=

11、0.3V，且且UO不随不随UI的增大的增大而变化。而变化。ABCDETTL与非门的外特性及主要参数与非门的外特性及主要参数 根据电压传输特性，可以求出根据电压传输特性，可以求出TTL与非门几个重要参数：与非门几个重要参数：输出高电平输出高电平UOH和输出低电平和输出低电平UOL 、阈值电压、阈值电压UTH、开门电平、开门电平UON和关门电平和关门电平UOFF 、噪声容限等噪声容限等。1.输出高电平输出高电平UOH和输出低电平和输出低电平UOL：AB段所对应的输出电压为段所对应的输出电压为UOH。DE段所段所对应的输出电压为对应的输出电压为UOL。一般要求一般要求UOH3V，UOL0.4V。3.

12、开门电平开门电平UON：开门电平开门电平UON也称输入高电平电压也称输入高电平电压UIH，指指的是输出电平的是输出电平UO=0.3V时，允许输入高电时，允许输入高电平的最小值。平的最小值。UON典型值为典型值为1.4V，一般产一般产品要求品要求UON1.8V。4.关门电平关门电平UOFF：关门电平关门电平UOFF也称输入低电平电压也称输入低电平电压UIL，指的是在保证输出电压为额定高电平指的是在保证输出电压为额定高电平UOH的的90%时，允许输入低电平的最大值。一时，允许输入低电平的最大值。一般产品要求般产品要求UOFF0.8V。2.阈值电压阈值电压UTH：CD段中点所对应的输入电压称为阈值电

13、段中点所对应的输入电压称为阈值电压压UTH，也称门槛电压。也称门槛电压。UTH=1.31.4V。低电平噪声容限低电平噪声容限U NL：高电平噪声容限高电平噪声容限U NH：5.噪声容限噪声容限TTL与非门的外特性及主要参数与非门的外特性及主要参数噪声容限表示门电路抗干扰能力的参数。噪声容限表示门电路抗干扰能力的参数。（二）（二）输入特性输入特性输入电流与输入电压之间的关系曲线，即输入电流与输入电压之间的关系曲线，即II=f（UI）。）。1.1.输入短路电流输入短路电流IIS（输入低电平电流输入低电平电流IIL）当当UIL=0V时由输入端流出的电流。时由输入端流出的电流。2.2.输入漏电流输入漏

14、电流IIH（输入高电平电流）输入高电平电流）指指一一个个输输入入端端接接高高电电平平，其其余余输输入入端端接接低低电电平平，流流入入该输入端的电流，约该输入端的电流，约10AA左右。左右。TTL与非门的外特性及主要参数与非门的外特性及主要参数假定输入电流假定输入电流II流入流入T1发射极发射极时方向为正，反之为负。时方向为正，反之为负。前级驱动门导通时，前级驱动门导通时，IIS将灌入将灌入前级门，称为灌电流负载。前级门，称为灌电流负载。前级驱动门截止时，前级驱动门截止时，IIH从前级从前级门流出，称为拉电流负载。门流出，称为拉电流负载。TTL与非门的外特性及主要参数与非门的外特性及主要参数（三

15、）（三）输入负载特性输入负载特性 UI在一定范围内会随着在一定范围内会随着Ri的增加而升高，形成的增加而升高，形成Ui=f（Ri）变化曲线，称为输入负载特性。变化曲线，称为输入负载特性。若若要要使使与与非非门门稳稳定定在在截截止止状状态态，输输出出高高电电平平，应选择应选择RiROFF。若若要要保保证证与与非非门门可可靠靠导导通通，输输出出低低电电平平，应应选选择择RiRON。TTL与非门的外特性及主要参数与非门的外特性及主要参数（四）功耗（四）功耗 功耗有静态功耗和动态功耗之分。功耗有静态功耗和动态功耗之分。动态功耗指的是电路发生转换时的功耗。动态功耗指的是电路发生转换时的功耗。静态功耗指的

16、是电路没有发生转换时的功耗。静态功耗有静态功耗指的是电路没有发生转换时的功耗。静态功耗有空载导通功耗空载导通功耗PON和空载截止功耗和空载截止功耗POFF两个参数。两个参数。1.空载导通功耗空载导通功耗PON指的是输出端开路、输入端全部悬空、指的是输出端开路、输入端全部悬空、与非门导通时的功耗。标准与非门导通时的功耗。标准TTL芯片芯片PON 50mW。2.空载截止功耗空载截止功耗POFF指的是输出端开路、输入端接地、与指的是输出端开路、输入端接地、与非门截止时的功耗。标准非门截止时的功耗。标准TTL芯片芯片POFF25mW。TTL与非门的外特性及主要参数与非门的外特性及主要参数（四）功耗（四

17、）功耗 功耗有静态功耗和动态功耗之分。功耗有静态功耗和动态功耗之分。动态功耗指的是电路发生转换时的功耗。动态功耗指的是电路发生转换时的功耗。静态功耗指的是电路没有发生转换时的功耗。静态功耗有静态功耗指的是电路没有发生转换时的功耗。静态功耗有空载导通功耗空载导通功耗PON和空载截止功耗和空载截止功耗POFF两个参数。两个参数。1.空载导通功耗空载导通功耗PON指的是输出端开路、输入端全部悬空、指的是输出端开路、输入端全部悬空、与非门导通时的功耗。标准与非门导通时的功耗。标准TTL芯片芯片PON 50mW。2.空载截止功耗空载截止功耗POFF指的是输出端开路、输入端接地、与指的是输出端开路、输入端

18、接地、与非门截止时的功耗。标准非门截止时的功耗。标准TTL芯片芯片POFF25mW。1.扇入系数扇入系数NI是指合格输入端的个数。是指合格输入端的个数。2.扇出系数扇出系数NO表示门电路带负载能力的大小，表示门电路带负载能力的大小，NO表示可表示可驱动同类门的个数。驱动同类门的个数。NO分为两种情况，一是灌电流负载分为两种情况，一是灌电流负载NOL，二是拉电流负载二是拉电流负载NOH。NO=min（NOL，NOH）。）。IOLmax为为驱驱动动门门的的最最大大允允许许灌灌电电流流，IIL是是一一个个负负载载门门灌灌入入本本级级的的电电流流。IOHmax为为驱驱动动门门的的最最大大允允许许拉拉电

19、电流流，IIH是是负负载门高电平输入电流。载门高电平输入电流。（五）（五）扇入系数扇入系数NI和扇出系数和扇出系数NOTTL与非门的外特性及主要参数与非门的外特性及主要参数（六）（六）平均传输延迟时间平均传输延迟时间平均传输延迟时间平均传输延迟时间t tpdpd：TTL与非门的外特性及主要参数与非门的外特性及主要参数 平均传输延迟时间是表示门电路开关速度的参数，它是指平均传输延迟时间是表示门电路开关速度的参数，它是指门电路在输入脉冲波形的作用下，输出波形相对于输入波形延门电路在输入脉冲波形的作用下，输出波形相对于输入波形延迟了多少时间。迟了多少时间。导导通通延延迟迟时时间间t tPHL PHL

20、：输输入入波波形形上上升升沿沿的的50%50%幅幅值值处处到到输输出出波波形形下下降降沿沿50%50%幅幅值值处所需要的时间。处所需要的时间。截截止止延延迟迟时时间间t tPLHPLH：从从输输入入波波形形下下降降沿沿50%50%幅幅值值处处到到输输出出波波形形上上升升沿沿50%50%幅幅值值处处所需要的时间。所需要的时间。通常通常t tPLHPLHt tPHLPHL，t tpdpd越越小，电路的开关速度越高。小，电路的开关速度越高。一般一般t tpdpd=10ns=10ns40ns40ns。TTL标准与非门的改进型标准与非门的改进型（一）高速系列（一）高速系列（74H系列）系列）高速高速74

21、H系列电路对标准系列电路对标准74系列电路进行了两项改进：系列电路进行了两项改进：一是在输出级采用了达林顿结构，将输出级的一是在输出级采用了达林顿结构，将输出级的 T4用复合管用复合管T3和和T4代替，减小门电路输出高电平时的输出电阻，提高对容代替，减小门电路输出高电平时的输出电阻，提高对容性负载的充电速度。性负载的充电速度。二是降低电路中所有电二是降低电路中所有电阻的阻值，加速三极管的开阻的阻值，加速三极管的开关速度。关速度。74H系列门电路的传输系列门电路的传输时间比时间比74系列减小了一半，系列减小了一半，但是由于电源电流的增大，但是由于电源电流的增大，电路的功耗变大。电路的功耗变大。T

22、TL标准与非门的改进型标准与非门的改进型（二）肖特基系列（二）肖特基系列（74S系列）系列）肖特基肖特基7474S S系列与标准系列与标准74系列相比有两点改进。系列相比有两点改进。一是增加了有源泄放电路代替一是增加了有源泄放电路代替T2射极电阻射极电阻R3。二是将标准门电路中所二是将标准门电路中所有可能工作在饱和区的晶体有可能工作在饱和区的晶体管都用肖特基三极管代替。管都用肖特基三极管代替。由由T6、R6和和R3构成的有源构成的有源泄放电路来代替原泄放电路来代替原T2射极电阻射极电阻R3。一是提高工作速度，二是一是提高工作速度，二是提高抗干扰能力。提高抗干扰能力。工工作作速速度度和和抗抗干干

23、扰扰能能力力提提高高。一一般般7474S S系系列列电电路路的的t tpdpd小小于于1010nsns。TTL标准与非门的改进型标准与非门的改进型（三）低功耗肖特基系列（三）低功耗肖特基系列（74LS系列）系列）74LS系列与标准系列与标准74系列相比，电路有多项改进措施系列相比，电路有多项改进措施,以达到以达到缩短传输延迟时间、降低功耗的目的。缩短传输延迟时间、降低功耗的目的。74LS系列具有较小的延系列具有较小的延迟迟-功耗积，具有较好的综合性能。功耗积，具有较好的综合性能。为降低功耗，提高电路为降低功耗，提高电路各电阻的阻值各电阻的阻值,将电阻将电阻R5原原接地端改接到输出端，减小接地端

24、改接到输出端，减小T3导通时电阻导通时电阻R5上的功耗。上的功耗。为缩短传输延迟时间，为缩短传输延迟时间，用肖特基管和有源泄放电路；用肖特基管和有源泄放电路；还将输入级的多发射极管改还将输入级的多发射极管改用用SBD代替。代替。TTL标准与非门的改进型标准与非门的改进型（三）低功耗肖特基系列（三）低功耗肖特基系列（74LS系列）系列）74LS系列与标准系列与标准74系列相比，电路有多项改进措施系列相比，电路有多项改进措施,以达到以达到缩短传输延迟时间、降低功耗的目的。缩短传输延迟时间、降低功耗的目的。74LS系列具有较小的延系列具有较小的延迟迟-功耗积，具有较好的综合性能。功耗积，具有较好的综

25、合性能。为降低功耗，提高电路为降低功耗，提高电路各电阻的阻值各电阻的阻值,将电阻将电阻R5原原接地端改接到输出端，减小接地端改接到输出端，减小T3导通时电阻导通时电阻R5上的功耗。上的功耗。为缩短传输延迟时间，为缩短传输延迟时间，用肖特基管和有源泄放电路；用肖特基管和有源泄放电路；还将输入级的多发射极管改还将输入级的多发射极管改用用SBD代替。代替。TTL集成电路产品集成电路产品系系 列列名名 称称特特 点点54/74系列系列TTL通用标准系列通用标准系列TTL最早产品，中速器件，目前仍使用。最早产品，中速器件，目前仍使用。54H/74H系列系列TTL快速系列快速系列74系列改进型，速度较系列

26、改进型，速度较74系列高，功耗大。系列高，功耗大。54S/74S系列系列TTL肖特基系列肖特基系列采采用用肖肖特特基基晶晶体体管管和和有有源源泄泄放放回回路路，速速度度高高，品种较品种较74LS系列少。系列少。54LS/74LS系列系列TTL低功耗肖特基低功耗肖特基系列系列目前主要应用的产品，品种齐全，价格低廉。目前主要应用的产品，品种齐全，价格低廉。54AS/74AS系列系列TTL先进的肖特基先进的肖特基系列系列74S系列的改进产品，速度和功耗得到改进。系列的改进产品，速度和功耗得到改进。54ALS/74ALS系列系列TTL先进的低功耗先进的低功耗肖特基系列肖特基系列74LS系系列列的的改改

27、进进产产品品，速速度度和和功功耗耗有有较较大大改改进，但品种少，价格略高。进，但品种少，价格略高。54F/74F系列系列TTL高速系列高速系列与与74ALS及及74AS产产品品相相当当，属属高高速速型型产产品品，品种较少。品种较少。集电极开路门（集电极开路门（OC门）门）三态输出逻辑门（三态输出逻辑门（TSL门）门）或非门、与或非门和异或门或非门、与或非门和异或门 集电极开路门（集电极开路门（OC门）门）10普通普通TTL门输出端并联出现的问题门输出端并联出现的问题 两两个个TTL与与非非门门输输出出端端直直接接并并联联，设设门门1输输出出高高电电平平、门门2输出低电平，则产生一个大电流。输出

28、低电平，则产生一个大电流。门门1输出高电输出高电平，平，T4导通、导通、T5截止。截止。门门2输出低输出低电平，电平，T5导通。导通。1.抬高门抬高门2输出低电平；输出低电平；2.会因功耗过大损坏门电路。会因功耗过大损坏门电路。注：注：普通普通TTL输出端不能直接输出端不能直接并联使用。并联使用。UCC门门1的的R5、T4门门2的的T5 产生一个大电流。产生一个大电流。（一）一）OC门的电路结构门的电路结构 当当输输入入端端全全为为高高电电平平时时，T2、T5导导通通，输出输出F为低电平；为低电平；输输入入端端有有一一个个为为低低电电平平时时，T2、T5截截止止，输输出出F高高电电平平接接近电

29、源电压近电源电压UC。OC门实现与非逻门实现与非逻辑功能。辑功能。集电极开路门（集电极开路门（OC门）门）输出低电平输出低电平0.3V高电平为高电平为UC（530V）ABF 逻辑符号：逻辑符号：RLUC集电极开路与非门（集电极开路与非门（OC门）门）（二）二）OC 门实现线与逻辑门实现线与逻辑负载电阻负载电阻RL的选择的选择（自学，且为考（自学，且为考试内容。）试内容。）集电极开路门（集电极开路门（OC门）门）相当于与逻辑相当于与逻辑FRLUC等效逻辑符号等效逻辑符号（二）二）OC 门实现线与逻辑门实现线与逻辑负载电阻负载电阻RL的选择的选择（自学，且为考（自学，且为考试内容。）试内容。）集电

30、极开路门（集电极开路门（OC门）门）相当于与逻辑相当于与逻辑FRLUC等效逻辑符号等效逻辑符号（三）三）OC门应用门应用-电平转换器电平转换器 OC 门门需需外外接接电电阻阻，所所以以电电源源UCC可可以以选选5V30V。OC 门门作作为为TTL电电路路可可以以和和其其它它不不同同类类型型、不不同同电电平平的的逻逻辑辑电电路进行连接。路进行连接。集电极开路门（集电极开路门（OC门）门）当当UDD=UCC时时，如如CMOS电源电压电源电压UDD =5V，一般，一般TTL门可以直接驱动门可以直接驱动CMOS门。门。TTL电路驱动电路驱动CMOS电路图电路图 当当 UDDUCC时时 ，如如CMOS的

31、的UDD=5V18V，特特别别是是UDD UCC时时，可可以以选选用用TTL的的OC门门电电路路实实现现电电平平变变换。换。（三）三）OC门应用门应用-驱动感性器件驱动感性器件 在在数数字字设设备备中中，常常会会碰碰到到用用门门电电路路驱驱动动大大电电流流的的情情况况，例例如如驱驱动动感感性性器器件件，利利用用OC门门可可以以实实现现大大电电流流的的驱驱动动。合合理选择理选择UC，使驱动电流小于使驱动电流小于OC门中门中T5所能承受的最大值。所能承受的最大值。集电极开路门（集电极开路门（OC门）门）驱动干簧继电器驱动干簧继电器的电路连接的电路连接驱动脉冲变压器驱动脉冲变压器的电路连接的电路连接

32、三态输出逻辑门（三态输出逻辑门（TSL门）门）（一）三态门工作原理（一）三态门工作原理 当当 E=0时时，T4截截止止，C端端输输出出高高电电平平，D2截截止止，则则右右侧侧电路执行正常与非功能电路执行正常与非功能F=AB。101V1V输出输出F端处于高阻状态记为端处于高阻状态记为Z。Z当当 E=1时，时，TSL门门输输出出具具有有高高、低低电电平平状状态态外外，还还有有第第三三种种输输出出状状态态 高高阻阻状状态态，又又称称禁禁止止态态或失效态。或失效态。非门是三态门的非门是三态门的状态控制部分状态控制部分六管六管TTL与非门与非门T6、T7、T9、T10均截止均截止增加部分增加部分E使能端

33、使能端使使能能端端的的两两种种控控制制方方式式低电平使能低电平使能高电平使能高电平使能三态门的逻辑符号三态门的逻辑符号ABF EFAB E三态输出逻辑门（三态输出逻辑门（TSL门）门）1.实现总线结构实现总线结构 任何时刻只能有一个控制端有效，即只有一个门处于数任何时刻只能有一个控制端有效，即只有一个门处于数据传输，其它门处于禁止状态。据传输，其它门处于禁止状态。2.实现双向数据传输实现双向数据传输 当当E=0时时，门门1工工作作，门门2禁禁止止，数据从数据从A送到送到B；当当E=1时时，门门1禁禁止止，门门2工工作作，数数据从据从B送到送到A。三态输出逻辑门（三态输出逻辑门（TSL门）门）（

34、二）三态门的应用（二）三态门的应用总线总线011.实现总线结构实现总线结构 任何时刻只能有一个控制端有效，即只有一个门处于数任何时刻只能有一个控制端有效，即只有一个门处于数据传输，其它门处于禁止状态。据传输，其它门处于禁止状态。2.实现双向数据传输实现双向数据传输 当当E=0时时，门门1工工作作，门门2禁禁止止，数据从数据从A送到送到B；当当E=1时时，门门1禁禁止止，门门2工工作作，数数据从据从B送到送到A。三态输出逻辑门（三态输出逻辑门（TSL门）门）（二）三态门的应用（二）三态门的应用总线总线01A=1时，时，T2、T4导通，导通，T3截止，输出截止，输出F=0；B=1时，时，T12、T

35、4导通，导通，T3截截止，输出止，输出F=0。或非门、与或非门、异或门或非门、与或非门、异或门（一）（一）TTL或非门或非门结构：结构：R1、T1、T2构成的电构成的电路和路和R11、T11、T12构成的电构成的电路完全相同，路完全相同，T2和和T12 对应的对应的集电极和发射极集电极和发射极并联。并联。只有当只有当A=B=0时，时，T2和和T12同时截止，才有同时截止，才有T4截止，截止，T3、D3导通，导通，输出输出F=1。电路实现或非逻辑功能。电路实现或非逻辑功能。由由于于三三极极管管多多发发射射极极之之间间实实现现与与逻逻辑辑运运算算，即即A、B之之间间或或C、D之间实现与逻辑运算，整

36、个电路实现与或非逻辑运算。之间实现与逻辑运算，整个电路实现与或非逻辑运算。或非门、与或非门、异或门或非门、与或非门、异或门（二）（二）TTL与或非门与或非门结构：将或非门电路中的结构：将或非门电路中的每个输入端改用多发射极每个输入端改用多发射极三极管，三极管，其余部分相同。其余部分相同。A=B=0：T2、T3导导通通，T4、T5截截止止，T7、T9导导通通，T8、D3截止，因此截止，因此F=0。或非门、与或非门、异或门或非门、与或非门、异或门（三）（三）TTL异或门异或门 A=B=1：T1、T2、T3倒置，倒置，T6、T9导通，导通，T8、D3截止，因截止，因此此F=0。A=0，B=1或或A=

37、1，B=0：T1导通，导通，T6截止；截止；T4、T5必有一个必有一个导通，导通，T7截止。由于截止。由于T6、T7同时同时截止，因此截止，因此T9截止，截止，T8、D3导通，导通，故故F=1。输出输出F与输入与输入A、B之间实之间实现异或逻辑：现异或逻辑：00010 11 011 ECL门电路工作原理门电路工作原理 标标准准TTL门门电电路路的的晶晶体体管管工工作作在在饱饱和和区区，工工作作速速度度受受到到限限制制。如如果果将将晶晶体体管管工工作作状状态态由由饱饱和和改改为为非非饱饱和和，可可以以从从根根本本上上提提高高电电路路的的工工作作速速度度。发发射射极极耦耦合合逻逻辑辑电电路路（EC

38、L）是是非非饱饱和和型型高高速速数数字字集集成成电电路路，平平均均传传输输延延迟迟时时间间小小于于2ns，是是目目前前唯唯一一能能提提供供亚亚毫毫微微秒秒开开关关时时间间的的实实用用电电路路。主主要要应应用用于于每每秒秒运运算算百百万次以上的大型高速计算机、数字通信系统等方面。万次以上的大型高速计算机、数字通信系统等方面。ECL门电路的主要特点门电路的主要特点 基准电压基准电压ECL门电路工作原理门电路工作原理差分输入级差分输入级输出级输出级 基基准准电电压压UBB由由T5、D1、D2和和电电阻阻R1、R2、R3组组成成的的射射极极输输出出电电路路提提供供，T4管管基基极极的的基基准准电电压压

39、UBB为为1.2V，为为使使电电路路具具有有相相同同的的噪噪声声容容限限，UBB选选两两个个输输入入高高低低电平的平均值。电平的平均值。T5基基极极接接入入的的D1、D2用用来来对对T5的的发发射射结结进进行行温温度度补补偿偿，补偿由温度引起补偿由温度引起UBE5的变化。的变化。射射极极输输出出器器T6和和T7组组成成输输出出级级，下下拉拉电电阻阻R01、R02与与发发射射极极之之间间是是开开路路的的。射射极极输输出出器器的的作作用用：实实现现前前后后级级隔隔离离，增增加加驱驱动动能能力力；实实现现电电平平变变换换，将将D和和C4点点的的高高、低低电电平平转转换成换成0.8V和和1.6V。T1

40、、T2、T3三三个个输输入入管管组组成成三三个个输输入入端端且且并并联联连连接接，T4加加有有固固定定偏偏压压UBB（1.2V）。）。是典型是典型ECL或或/或非门电路，由于电或非门电路，由于电路中路中T4管的输入信号通过发射极电阻管的输入信号通过发射极电阻RE耦耦合，称该电路为发射极耦合逻辑电路。合，称该电路为发射极耦合逻辑电路。输输入高低电平分别为：入高低电平分别为：0.80.8V V和和1.61.6V V。基准电压基准电压ECL门电路工作原理门电路工作原理差分输入级差分输入级输出级输出级 基基准准电电压压UBB由由T5、D1、D2和和电电阻阻R1、R2、R3组组成成的的射射极极输输出出电

41、电路路提提供供，T4管管基基极极的的基基准准电电压压UBB为为1.2V，为为使使电电路路具具有有相相同同的的噪噪声声容容限限，UBB选选两两个个输输入入高高低低电平的平均值。电平的平均值。T5基基极极接接入入的的D1、D2用用来来对对T5的的发发射射结结进进行行温温度度补补偿偿，补偿由温度引起补偿由温度引起UBE5的变化。的变化。射射极极输输出出器器T6和和T7组组成成输输出出级级，下下拉拉电电阻阻R01、R02与与发发射射极极之之间间是是开开路路的的。射射极极输输出出器器的的作作用用：实实现现前前后后级级隔隔离离，增增加加驱驱动动能能力力；实实现现电电平平变变换换，将将D和和C4点点的的高高

42、、低低电电平平转转换成换成0.8V和和1.6V。T1、T2、T3三三个个输输入入管管组组成成三三个个输输入入端端且且并并联联连连接接，T4加加有有固固定定偏偏压压UBB（1.2V）。）。是典型是典型ECL或或/或非门电路，由于电或非门电路，由于电路中路中T4管的输入信号通过发射极电阻管的输入信号通过发射极电阻RE耦耦合，称该电路为发射极耦合逻辑电路。合，称该电路为发射极耦合逻辑电路。输输入高低电平分别为：入高低电平分别为：0.80.8V V和和1.61.6V V。基准电压基准电压ECL门电路工作原理门电路工作原理差分输入级差分输入级输出级输出级结结论论：C4与与A、B、C之之间间为为或或逻逻辑

43、辑，D与与A、B、C之间是或非逻辑关系。之间是或非逻辑关系。F、与与A、B、C之间之间是：是：逻辑符号：逻辑符号：下下拉拉电电阻阻：驱驱动动负负载载较较轻轻时时，可可将将输输出出端端分分别别与与R01、R02相相连连，获获得得规规定定的的输输出出电电平平。负负载载较较重重时时，输输出出端端与与R01、R02断断开开连连接接。既既可可方方便便使使用用，又能降低功耗。又能降低功耗。输输入入全全为为低低电电平平1.6V：UBB电电平平高高于于1.6V，T4导导通通，射射极极电电位位UE=1.9V，各各输输入入管管截截止止，则则D点点为为高电平，高电平，C4点为低电平。点为低电平。A为为高高电电平平：

44、T1基基极极电电位位0.8V，高高于于基基准准电电压压UBB，T1导导通通且且在在放放大大区区。发发射射极极E为为1.5V，T4发发射射结结电电压压为为0.3V，T4截截止止，C4点点为为高高电电平平，D点点为为低低电电平平。由由于于T1、T2、T3三三管管输输入入回回路路并并联联，只只要要有有一一个个输输入入端端为为高高电电平平，C4点为高电平、点为高电平、D点则为低电平点则为低电平 。ECL门电路的应用门电路的应用A+BC+D A+B+C+D 线或连接线或连接A+B+C+D 1.开关速度高开关速度高 ECL电电路路中中的的三三极极管管工工作作在在放放大大区区或或截截止止区区，消消除除了了饱

45、饱和和带带来来的的存存储储时时间间。电电阻阻取取值值小小，高高、低低电电平平之之差差小小，缩缩短短了了上上升升时时间间和和下下降降时时间间。输输出出采采用用射射极极输输出出，输输出出电电阻阻小小，负负载载电电容充电的时间减小。目前容充电的时间减小。目前ECL传输延迟时间已做到传输延迟时间已做到0.1ns以内。以内。2.逻辑功能强逻辑功能强 ECL门门电电路路具具有有或或/或或非非互互补补输输出出端端，且且采采用用射射极极开开路路形形式，允许多个输出端并联，实现输出的线或逻辑。式，允许多个输出端并联，实现输出的线或逻辑。3.负载能力强负载能力强 ECL电电路路采采用用射射极极输输出出，输输出出阻

46、阻抗抗小小，输输出出电电流流大大；输输入入级级有有射射极极电电阻阻RE，负负反反馈馈作作用用强强，输输入入阻阻抗抗高高，输输入入电电流流小小。电路的扇出系数大，实际应用时扇出一般不超过电路的扇出系数大，实际应用时扇出一般不超过10。ECL门电路主要特点门电路主要特点 1.功耗大功耗大 ECL电电路路的的功功耗耗为为输输入入级级、基基准准电电源源和和输输出出级级三三部部分分之之和和。由由于于电电路路中中电电阻阻值值较较小小，且且三三极极管管又又工工作作在在非非饱饱和和区区，所以所以ECL电路的功耗大，每门平均功耗达电路的功耗大，每门平均功耗达40mW。2.抗干扰能力差抗干扰能力差 ECL电电路路

47、的的逻逻辑辑摆摆幅幅只只有有0.8V左左右右，直直流流噪噪声声容容限限UN约约300mV，抗干扰能力差。抗干扰能力差。3.输出电平的稳定性差输出电平的稳定性差 由由于于ECL电电路路中中的的三三极极管管导导通通时时工工作作在在放放大大区区，电电路路的的输输出出电电平平与与T6、T7的的发发射射结结压压降降有有关关，所所以以输输出出电电平平的的变变化化与温度和电路参数的变化直接相关。与温度和电路参数的变化直接相关。ECL门电路主要缺陷门电路主要缺陷 I2 L基本单元电路基本单元电路 TTL和和ECL工工作作速速度度较较高高，但但是是电电路路复复杂杂，功功耗耗较较大大，因因此此无无法法满满足足高高

48、密密度度大大规规模模集集成成电电路路的的制制造造需需要要。2020世世纪纪70年年代代初初研研制制成成功功的的集集成成注注入入逻逻辑辑电电路路（I2L）结结构构简简单单、功功耗耗低低，特特别别适适合合于于大大规规模模集集成成电电路路的的制制造造。I2L发发展展速速度度快快，在在大大规规模模和和超超大大规规模模集集成成电电路路中中得得到到广广泛泛应应用用，例例如如单单片片机机、电电子子表表、电电子琴等。子琴等。I2 L门电路的主要特点门电路的主要特点 I2 L门电路门电路 I2 L基本单元电路基本单元电路 TTL和和ECL工工作作速速度度较较高高，但但是是电电路路复复杂杂，功功耗耗较较大大，因因

49、此此无无法法满满足足高高密密度度大大规规模模集集成成电电路路的的制制造造需需要要。2020世世纪纪70年年代代初初研研制制成成功功的的集集成成注注入入逻逻辑辑电电路路（I2L）结结构构简简单单、功功耗耗低低，特特别别适适合合于于大大规规模模集集成成电电路路的的制制造造。I2L发发展展速速度度快快，在在大大规规模模和和超超大大规规模模集集成成电电路路中中得得到到广广泛泛应应用用，例例如如单单片片机机、电电子子表表、电电子琴等。子琴等。I2 L门电路的主要特点门电路的主要特点 I2 L门电路门电路I2 L基本单元电路基本单元电路I0 T2的的驱驱动动电电流流由由T1集集电电极极注注入入，故故有有注

50、注入入逻辑之称。逻辑之称。（二）工作原理（二）工作原理1.当当A端端接接低低电电平平 0.1V时时，T2截截止止，I0从从输输入入端端A流流出出，C1、C2和和C3输出高电平。输出高电平。2.当当A端接高电平或开路时，端接高电平或开路时，I0流入流入T2基极，基极，T2饱和导通，饱和导通，C1、C2和和C3输出低电平。输出低电平。（一）（一）电路组成电路组成电路可简化为：电路可简化为：多多集集电电极极晶晶体体管管T2，C1、C2和和C3之之间相互隔离。间相互隔离。射极加正电压射极加正电压UE，构成恒流源构成恒流源I0。电电路路的的任任何何一一个个输输出出与与输输入入之之间间都是非逻辑关系。都是