1、第二章 數(shù)字集成電路2011年9月北京信息科技大學集成芯片及應用內(nèi)容一、數(shù)字集成電路概述二、數(shù)字集成電路在拉伸實驗裝置改造中應用一、數(shù)字集成電路概述1、數(shù)字集成電路分類2、數(shù)字集成電路參數(shù)3、CMOS集成電路使用方法4、TTL集成電路使用方法5、CMOS 、TTL集成電路接口6、三態(tài)門電路7、數(shù)字噪聲8、電源去耦1、數(shù)字集成電路分類根據(jù)工藝分類nTTL雙極型集成邏輯電路：雙極型半導體器件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射極耦合電路（ECL）電路 非飽和性n高域值邏輯（HTL）電路 高抗干擾、慢、功耗大nI2L集成注入電路 集成度高，功耗小（微電壓、微電流）、速度低nMOS集成邏輯電路: 金屬-氧化物-半導體場效應晶體管PMOSNMOSCMOS 125ns 1.25uwHCMOS 74HC 8 2.5HCT 74HCT 8 2.5AC 5.5ACT 4.75 根據(jù)規(guī)模分類SSI 門電路MSI 觸發(fā)器、計數(shù)器、譯碼器等LSI 存儲器 根據(jù)功能分類 邏輯門電路 組合邏輯電路 譯碼器、編碼器、數(shù)據(jù)選擇器、模擬開關、ROM 觸發(fā)器 D、JK、施密特、單穩(wěn)、555等 時序邏輯電路 寄存器、計數(shù)

3、器、RAM1、數(shù)字集成電路分類2、數(shù)字集成電路參數(shù) 電流參數(shù) 電壓參數(shù) 電源工作電流和功率損耗 平均傳輸延遲時間 靜態(tài)功率損耗和動態(tài)功率損耗TTL參數(shù)(74LS00)TTL參數(shù)(74LS00)TTL參數(shù)(74LS00)高電平噪聲容限UnH= VoHmin-ViHmin低電平噪聲容限UnL= ViLmax-VoLmaxTTL參數(shù)(74LS00)輸出輸入VoHminVoLmaxViLmaxViHmin2.40.42.00.8TTL參數(shù)(74LS00)CMOS參數(shù)(MC14011UB)CMOS參數(shù)(MC14011UB)TTL靜態(tài)功率損耗動態(tài)功率損耗靜態(tài)功率損耗微小，動態(tài)功率損耗隨開關頻率增長TTL與

4、功率損耗比較與功率損耗比較CMOS參數(shù)(MC14011UB)CMOS參數(shù)(MC14011UB)HCMOS參數(shù)(MM74HC00) Quad 2-Input NAND GateHCMOS參數(shù)(MM74HC00) HCMOS參數(shù)(MM74HC00) 3、CMOS集成電路使用方法 輸入電路靜電保護 運輸（不用化工、化纖） 組裝調(diào)試（烙鐵、工作臺接地） 輸入端不懸空 過流保護（輸入保護電路中鉗位二極管電流）3、CMOS集成電路使用方法 輸入電壓電源電壓40664、TTL集成電路使用方法輸出不能直接接電源和地電源偏差不能太大 +/-10%輸入端一般并聯(lián)或接電源或地5、CMOS 、TTL集成電路接口滿足關

5、系:UoHUiHUoLnIiHIoLnIiLIC1IC2速度匹配5、CMOS 、TTL集成電路接口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 驅(qū)動CMOS!UoHUiH 不成立上拉電阻方法上拉電阻方法&11TTLCMOS5V電阻一般選4704.7KR

6、TTL 驅(qū)動CMOS&1TTLCC401095V10V&11TTLOC(7406)CMOS10V5V轉(zhuǎn)換芯片方法轉(zhuǎn)換芯片方法OC門方法門方法CMOS驅(qū)動TTL1、4000B驅(qū)動74 IoLnIiL不成立 應提高吸收負載能力并聯(lián)加CMOS接口電路 CC4009 CC4010 IoL3.2MA 2個74 CC40107 IoL16MA 10個74采用三極管&11TTLCMOSUCCCMOS驅(qū)動TTL2、4000B驅(qū)動74LS滿足條件,但N1時需考慮以上方法3、HCMOS(74HC)驅(qū)動74和74LS可以直接驅(qū)動,N可以查表TTL驅(qū)動TTLTTL系列驅(qū)動同一信號器件10-30

7、左右作業(yè)：分析74LS驅(qū)動74LS情況CMOSTTL驅(qū)動繼電器等負載&TTLCMOS6、三態(tài)門電路高電平、低電平、高阻態(tài)（或稱為禁止狀態(tài)）。高電平、低電平、高阻態(tài)（或稱為禁止狀態(tài)）。功能表：功能表：010100ZX1YABG高阻態(tài)高阻態(tài)三態(tài)門電路的應用三態(tài)緩沖器和三態(tài)驅(qū)動器，三態(tài)緩沖器和三態(tài)驅(qū)動器， 如如74134（12輸入輸入三態(tài)三態(tài)與非門）、與非門）、74244雙向總線驅(qū)動器雙向總線驅(qū)動器/接收器接收器DI0DO0DECEDB0發(fā)送器發(fā)送器/驅(qū)動器驅(qū)動器接收器接收器CE:片選端，為1時，高阻 為0時，可接 收或發(fā)送DE:方向控制，為1時，接收 為0時，發(fā)送三態(tài)門電路的優(yōu)點：I.數(shù)據(jù)

8、傳輸速度快，驅(qū)動能力強數(shù)據(jù)傳輸速度快，驅(qū)動能力強II.可以線與（如圖示）可以線與（如圖示）幾個三態(tài)門線與時，應該只有一個三幾個三態(tài)門線與時，應該只有一個三態(tài)門處于正常態(tài)，其余的三態(tài)門均應態(tài)門處于正常態(tài)，其余的三態(tài)門均應處于高阻態(tài)。處于高阻態(tài)。如圖示，若如圖示，若D1通過總線時通過總線時D2應禁止，應禁止，所以此時所以此時G1應為應為0，G2應為應為1，則三，則三態(tài)門態(tài)門1和總線接通，三態(tài)門和總線接通，三態(tài)門2和總線脫和總線脫開，保證了數(shù)據(jù)的正確傳輸。開，保證了數(shù)據(jù)的正確傳輸。總線總線Y1Y2D1D212127、數(shù)字噪聲振鈴和過沖 在高速數(shù)字電路中，信號在PCB板上沿傳輸線傳輸，遇到阻抗不連續(xù)時

9、，就會有部分能量從阻抗不連續(xù)點沿傳輸線返回，從而產(chǎn)生反射。其大小與阻抗失配的程度有關，阻抗失配越大，反射就越大。 串擾 串擾是兩條信號線之間的耦合，信號線之間的互感和互容引起線上的噪聲。PCB板層的參數(shù)、信號線間距、驅(qū)動端和接收端的電氣特性及線端接方式對串擾都有一定的影響。8、電源去耦8、電源去耦門電路開關瞬間電流是跳躍式變化的，電源線的電感將會阻止電流的瞬態(tài)變化，從而影響集成片的響應速度。集成片的瞬態(tài)變化電流流過環(huán)路面積較大的電源線路時，將會產(chǎn)生較為強烈的對外輻射噪聲。由于各集成片很可能會流經(jīng)相同的線路，相互之間存在較大的公共阻抗，從而產(chǎn)生了較嚴重的共阻抗耦合干擾。線路電感的反電動勢使集成片

10、得到的電源電壓高于額定值。產(chǎn)生干擾。!布線會產(chǎn)生R、L、C 0.02/inch 2pf /inch 20nH /inch 8、電源去耦電源去耦 電路板去耦10100uF 芯片去耦 C=1/f 0.01 uF的瓷片電容 加鐵氧體增強效果二、數(shù)字集成電路在拉伸實驗裝置改造中應用應力與應變關系應力與應變關系彈性、屈服、強化、局部變形彈性、屈服、強化、局部變形 方法 增量式光電編碼器 應力-脈沖數(shù) 應變-脈沖數(shù) IC：74LS00 74LS193 Synchronous 4-Bit Binary Counter with Dual Clock74LS244 3-STATE Buffer/Line Driver/Line Receiver74LS30 8-Input NAND Gate74LS32 orl單通道脈沖輸出l雙通道脈沖輸出(輸出信號相位相差90)l三通道輸出，其中三通道輸出每轉(zhuǎn)一圈可產(chǎn)生一個零位脈沖信號。 74LS00 Quad 2-Input NAND Gate74LS193Synchronous 4-Bit Binar