�(shù)�集成電路是將元器件和連線集成于同一半導(dǎo)�芯片上而制成的�(shù)�邏輯電路或系�(tǒng)。根�(jù)�(shù)字集成電路中包含的門電路或元、器件數(shù)�,可將數(shù)字集成電路分為小�(guī)模集成(SSI)電�、中�(guī)模集成MSI電路、大�(guī)模集成(LSI)電�、超大規(guī)模集成VLSI電路和特大規(guī)模集成(ULSI)電�。小�(guī)模集成電路包含的門電路�10個以�(nèi),或元器件數(shù)不超�100�;中�(guī)模集成電路包含的門電路�10�100個之�,或元器件數(shù)�100�1000個之��大規(guī)模集成電�包含的門電路�100個以�,或元器件數(shù)�10�10個之�;超大規(guī)模集成電路包含的門電路�1萬個以�,或元器件數(shù)�10�10之間;特大規(guī)模集成電路的元器件數(shù)�10�10之間�
�(shù)字集成電路產(chǎn)品的種類很多,若按電路結(jié)�(gòu)來分,可分成TTL和MOS 兩大系列�
TTL �(shù)字集成電路是利用電子和空穴兩種載流子�(dǎo)電的,所以又叫做雙極性電�。MOS �(shù)字集成電路是只用一種載流子�(dǎo)電的電路,其中用電子�(dǎo)電的稱為NMOS 電路;用空穴導(dǎo)電的稱為PMOS 電路:如果是用NMOS 及PMOS �(fù)合起來組成的電路,則稱為CMOS 電路�
CMOS �(shù)字集成電路與TTL �(shù)字集成電路相�,有許多�(yōu)�,如工作電掘電壓范圍寬,靜態(tài)功耗低,抗干擾能力�(qiáng),輸入阻抗高,成本低,等等。因�� CMOS �(shù)字集成電路得到了廣泛的應(yīng)用�
�(shù)字集成電路品種繁�,包括各種門電路、觸�(fā)�、計�(shù)�、編譯碼器、存儲器等數(shù)百種器件。數(shù)字集成電路產(chǎn)品的系列見下� �
國家�(biāo)�(zhǔn)型號的規(guī)�,是完全參照世界上通行的型號制定的。國家標(biāo)�(zhǔn)型號中的個字�"C" 代表中國;第二個字�"T" 代表TTL � "C" 代表CMOS。CT 就是中國的TTL�(shù)字集成電�� CC 就是中國的CMOS �(shù)字集成電路。其后的部分與國際通用型號完全一��
1.一般直流參�(shù)
1 低電平輸入電�:是為保證輸入為低電平所允許的輸入電�� TTL 電路�0.8V , CMOS 電路為電�、電壓的40% �
2 高電平最小輸入電�:是為保證輸入為高電平所允許的最小輸入電�� TTL 電路�2V , CMOS 電路為電源電壓的60% �
3 低電平輸入電�:�(dāng)符合�(guī)定的低電平電壓送入某一輸入端時流入該輸入端的電�。TTL 電路�1. 6 mA� CMOS 電路�0.1mA�
4 高電平輸入電�:�(dāng)符合�(guī)定的高電平電壓送入某一輸入端時,流入該輸入端的電流。TTL 電路�0.04 mA� CMOS 電路�0.1μA �
5 輸入電壓:允許接到輸入端的電壓�
6 低電平輸出電�:輸出仍可�(guī)定為低電平的電壓(即輸出低電平上限)0 TTL電路�0.4V � CMOS 電路為電源高端電��
7 高電平輸出電�:輸出仍可�(guī)定為高電平的電壓(即輸出高電平下限)。TTL電路�2 .4 V � CMOS 電路為電源高端電��
8 低電平輸出電�:輸出為低電平�,輸出端所能提�(吸入)的電��
9 高電平輸出電�:輸出為高電平�,輸出端所能提供的電流�
10 輸出�(fù)載能�(扇出):輸出端的輸出電流與被選作參考負(fù)載的某一專門集成電路的輸入電流之�(也就是輸出端能驅(qū)動的參考負(fù)載的�(shù)�)�
11 工作電源電壓: TTL 電路�5V ,常用CMOS 電路的工作電源電壓范圍為3 - 18V �
12 功�:在額定工作電源電�、最壞工作溫度和50% 工作周期的情況下,器件所消耗的功率。在多個門單元組成的電路中,功耗常由每個門來確��
2. 一般開�(guān)參數(shù)
開關(guān)參數(shù)用來說明邏輯元件的開�(guān)特性及輸入、輸出之間的�(guān)系和延遲特��
� 所示為輸入、輸出反相時的開�(guān)披形。基本開�(guān)時間有三�,即延遲時間、轉(zhuǎn)換時間和傳輸時間,從這三個參�(shù)可引出下列輸入開�(guān)參數(shù)�
?、傺舆t時間:輸入信號在幅度為10% 和輸出信號達(dá)�10% 的瞬間之間的時間間隔叫做延遲時間,分為高/低延遲時間和�/高延遲時�(�/低和�/高輸出波形的變化過程)�
②轉(zhuǎn)換時�:輸出信號幅度�10% �(dá)�90% 的時間間�,有�/低和�/高兩種轉(zhuǎn)換時��
③傳輸時�:輸入信號幅度�50% 到輸出信號幅度達(dá)�50% 的時間間隔叫做傳輸時�,有�/低和�/高兩種傳輸時��
?、軐?dǎo)通時�:為高/低延遲時間和�(zhuǎn)換時間之和�
?、萁刂箷r�:為低/高延遲時間和�(zhuǎn)換時間之��
?、奁骄_�(guān)時間:為導(dǎo)通時間和截止時間的平均值�
⑦平均傳輸延遲時�:為低/高和�/低傳輸時間的平均值�
3. 用于觸發(fā)器的特殊開關(guān)參數(shù)
觸發(fā)器除用一般開�(guān)參數(shù)描述�,還要用到以下開�(guān)參數(shù)�
?、贂r鐘頻�:在各種工作條件下都能保證正常工作的時鐘重�(fù)頻率�
?、谧钚r鐘脈沖寬�:在各種工作條件下都能保證正常工作的時鐘脈沖最小寬��
?、蹠r鐘脈沖的上升時間和下降時�:為保證正常觸�(fā)所允許的時鐘脈沖的上升時間和下降時間�
?、茏钚≈梦幻}沖寬�:在各種工作條件下都能保證完成置位作用所需的置位脈沖最小持�(xù)時間�
4. 噪聲參數(shù)
這類參數(shù)表明邏輯元件對來自電�、地線及信號線上的干擾的靈敏��
?、俚碗娖娇垢蓴_�:低電平輸入電壓和低電平輸出電壓之間的電位��
?、诟唠娖娇垢蓴_�:最小高電平輸入電壓和最小高電平輸出電壓之間的電壓差�
?、墼肼暼�?高、低電平抗干擾度的平均��
�1)電源電壓范�
TTL電路的工作電源電壓范圍很�。S,LS,F(xiàn)系列�5V±5%;AS,ALS系列�5Y±10��
?�?)頻率特�
TTL電路的工作頻率比4000系列的高。標(biāo)�(zhǔn)TTL電路的工作頻率小�35MHz;LS系列TTL電路的工作頻率小 �40MHz;ALS系列電路的工作頻率小�70MHz;S系列電路的工作頻率小�125MHz;AS系列電路的工作頻� 小于200MHz.
?�?)TTL電路的電壓輸出特�
�(dāng)工作電壓為十5V�,輸出高電平大于2.4V,輸人高電平大于2.0V;輸出低電平小于0.4V,輸人低電平 小于0.8V�
�4)最小輸出驅(qū)動電�
�(biāo)�(zhǔn)TTL電路�16mA;LS-TTL電路�8mA;S-TTL電路�20mA;ALS-TfL電路�8mA;AS-TTL電路為⒛ mA。大電流輸出的TTL電路:標(biāo)�(zhǔn)TTL電路�48mA;LS-TTL電路�24mA;S-TTL電路�64mA;ALS-TTL� 路為24/48mA;AS-TTL電路�48/64mA�
�5)扇出能力(以帶動LS-TTL�(fù)載的個數(shù)為例�
�(biāo)�(zhǔn)TTL電路�40;IS-TTL電路�20;S-TTL電路�50;ALS-TTL電路�20;AS-TTL電路�50。大電流 輸出的TTL電路:標(biāo)�(zhǔn)TTL電路�120;LS-TTL電路�60;S-TTL電路�160;ALS-TTL電路�60/120;AS -TTL電路�120/160�
對于同一功能編號的各系列TTL集成電路,它們的引腳排列與邏輯功能完全相同。比��7404�74LS04� 74A504�74F04�74ALS04等各集成電路的引腳圖與邏輯功能完全一�,但它們在電路的速度和功耗方面存 在著明顯的差��
2.CM0S系列集成電路的一般特�
�1)電源電壓范�
集成電路的工作電源電壓范圍為3�18V�74HC系列�2�6V�
?�?)功�
�(dāng)電源電壓VDD�5V�,CM0S電路的靜�(tài)功耗分別是:門電路類為2.5�5μW;緩沖器和觸�(fā)器類�5�20μW;中�(guī)模集成電路類�25�100μW�
?�?)輸人阻�
CM05電路的輸入阻抗只取決于輸人端保護(hù)二極管的漏電�,因此輸人阻抗極�,可�(dá)108�1011Ω以上。所�,CM0S電路幾乎不消耗驅(qū)動電路的功率�
?�?)抗干擾能力
因為它們的電源電壓允許范圍大,因此它們輸出高低電平擺幅也大,抗干擾能力就�(qiáng),其噪聲容限值為45%VDD保證值可�(dá)30%VDD,電源電壓越�,噪聲容限值越��
?�?)邏輯擺�
CM0S電路輸出的邏輯高電平�1”非常接近電源電壓VDD邏輯低電平�0”接近電源Vss,空載時,輸出高電平VOH=VCC-0.05V,輸出低電平VOL�0.05V。因此,CM0S電路電源利用系數(shù)�
?�?)扇出能�
在低頻工作時,一個輸出端可驅(qū)�50個以上CM0S器件�
�7)抗輻射能力
CMOS管是多數(shù)載流子受控導(dǎo)電器�,射線輻射對多數(shù)載流子濃度影響不�。因�,CM0S電路特別適用于航�、衛(wèi)星和核試驗條件下工作的裝��
CM0S集成電路功耗低,內(nèi)部發(fā)熱量�,集成度可大大提�。又因為電路本身的互�(bǔ)對稱�(jié)�(gòu),當(dāng)�(huán)境溫度變化時,其參數(shù)有互相補(bǔ)償作用,因而其溫度�(wěn)定性好�
?�?)CM0S集成電路的制造工�
CM0S集成電路的制造工藝比TTL集成電路的制造工藝簡�,而且占用硅片面積也小,特別適合于制造大�(guī)模和超大�(guī)模集成電��
對于初學(xué)者來�,使用數(shù)字集成電路或�(shè)計集成電路的�(yīng)用電路時,先不用去了解其�(fù)雜的�(nèi)部結(jié)�(gòu),主要了解兩方面的知識就可以。一是了解集成電路的引出管腳,二是了解輸人與輸出的關(guān)系即真值表。為此我們列出了74系列(TTL�)常用的一些集成電路管腳功能和真值表(見圖�-�),為使用者提供方��
�7400 2輸入四與非門(7400�74LS00�74F00�74AS00�74HC00�74HCT00)
�7402 2輸入四或非門(7402�74ALS02�74S02�74AS02�74ALS1002�74AS1002�74HC02�40H002)
�1集成電路管腳功能和真值表
①不允許在超過極限參�(shù)的條件下工作。電路在超過極限參數(shù)的條件下工作,就可能工作不正�,且� 易引起損壞。TTL集成電路的電源電壓允許變化范圍比較窄,一般在4.5�5.5V之間,因此必須使用+5V�(wěn) 壓電�;CM0S集成電路的工作電源電壓范圍比較寬,有較大的選擇余�。選擇電源電壓時,除首先考慮� 要避免超過極限電源電壓外,還要注意到,電源電壓的高低會影響電路的工作頻率等性能。電源電壓低� 電路工作頻率會下降或增加傳輸延遲時間。例如CM0S觸發(fā)�,當(dāng)電源電壓由+15V下降到十3V時,� 工作頻率將從10MHz下降到幾十千��
?、陔娫措妷旱臉O性千萬不能接�,電源正�(fù)極顛倒、接�,會因為過大電流而造成器件損壞�
?、跜M0S電路要求輸人信號的幅度不能超過VDD~VSS,即滿足VSS=V1=VDD。當(dāng)CM0S電路輸入端施加的� 壓過高(大于電源電壓)或過低(小�0V),或者電源電壓突然變化時,電路電流可能會迅速增�,燒壞器�,這種�(xiàn)象稱為可控硅效應(yīng)。預(yù)防可控硅效應(yīng)的措施主要有�
·輸入端信號幅度不能大于VDD和小�0V�
·消除電源上的干擾�
·在條件允許的情況下,盡可能降低電源電�,如果電路工作頻率比較低,用�5V電源供電�
·對使用的電源加限流措�,使電源電流被限制在30mA以內(nèi)�
④對多余輸人端的處理。對于CM0S電路,多余的輸人端不能懸空,否則,靜電感�(yīng)�(chǎn)生的高壓容易引起 器件損壞,這些多余的輸人端�(yīng)該接yDD或yss,或與其他正使用的輸人端并聯(lián)。�3種處置方�,應(yīng)根據(jù) 實際情況而定�
對于TTL電路,對多余的輸人端允許懸空,懸空時,該端的邏輯輸入狀�(tài)一般都作為�1”對�,雖然懸 空相�(dāng)于高電平,并不影響與門、與非門的邏輯關(guān)�,但懸空容易受干擾,有時會造成電路誤動�。因� ,多余輸人端要根�(jù)實際需要做適當(dāng)處理。例�,與門、與非門的多余輸人端可直接接到電源上;也可將 不同的輸人端公用一個電阻連接到電源上;或?qū)⒍嘤嗟妮斎硕瞬⒙?lián)使用。對于或門、或非門的多余輸人端 �(yīng)直接接地�
⑤多余的輸出端應(yīng)該懸空處�,決不允許直接接到VDD或VSS,否則會�(chǎn)生過大的短路電流而使器件損壞 。不同邏輯功能的CM0S電路的輸出端也不能直接連到一�,否則導(dǎo)通的P溝道MOS場效�(yīng)管和�(dǎo)通的N溝道 MOS場效�(yīng)管形成低阻通路,造成電源短路而引起器件損�。除三態(tài)門、集電極開路門�,TTL集成電路� 輸出端不允許并聯(lián)使用。如果將幾個集電極開路門電路的輸出端并聯(lián),實�(xiàn)“線與”功能時,應(yīng)在輸出端 與電源之間接人上拉電��
?、抻捎贑M0S電路輸人阻抗�,容易受靜電感應(yīng)�(fā)生擊�,除電路�(nèi)部設(shè)置保�(hù)電路�,在使用和存放時 �(yīng)注意靜電屏蔽;焊接CM0S電路�,焊接工具應(yīng)良好接地,焊接時間不宜過�,焊接溫度不要太�。更� 能在通電的情況下,拆�,拔、插集成電路�
?、叨嘈吞柕臄?shù)字電路之問可以直接互換使用,如國�(chǎn)的CC4000系列可與CD4000系列、MC14000系列直接� 換使用。但有些引腳功能、封裝形式相同的IC,電參數(shù)有一定差別,互換時應(yīng)注意�
?、嘧⒁庠O(shè)計工�,增�(qiáng)抗干擾措施。在�(shè)計印制線路板�,應(yīng)避免引線過長,以防止信號之間的竄擾和 對信號傳�?shù)难舆t。此外要把電源線�(shè)計得寬一�,地線要�(jìn)行大面積接地,這樣可減少接地噪聲干�� 在CM0S邏輯系統(tǒng)�(shè)計中,應(yīng)盡量減少電容�(fù)�。電容負(fù)載會降低CM0S集成電路的工作速度和增加功耗�