Loading Preview
Sorry, preview is currently unavailable. You can download the paper by clicking the button above.
Các họ vi mạch logic cơ bản
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây [1.15 MB, 35 trang ]
CÁC HỌ VI MẠCH LOGIC CƠ BẢN
CÁC HỌ VI MẠCH LOGIC CƠ BẢN
I. TỔNG QUAN….............................................................................................3
1. Các họ mạch logic lưỡng cực................................................................... 3
2. Các họ mạch logic đơn cực...................................................................... 3
II. ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA CÁC VI MẠCH LOGIC…............................4
1.
Phân loại các IC số…................................................................................4
2.
Các đặc trưng…......................................................................................... 4
III. CÁC HỌ CỔNG LOGIC............................................................................10
1.
Họ DDL [DIODE DIODE LOGIC]........................................................ 11
2.
Họ DTL [DIODE-TRANSISTOR LOGIC]............................................13
3.
Họ TTL [TRANSISTOR-TRANSISTOR LOGIC].................................13
a.
Các đặc điểm của họ TTL chuẩn.............................................................14
b.
Họ TTL cải tiến…...................................................................................15
c.
TTL với ngõ ra cực thu hở [OPEN COLLECTOR OUTPUT]…............17
d.
Họ TTL ba trạng thái [TRISTATE]….....................................................17
1.
Họ RTL [RESISTOR-TRANSISTOR LOGIC].....................................18
2.
Mạch logic MOS…................................................................................19
a.
Họ CMOS................................................................................................21
b.
Cổng cơ bản NMOS…............................................................................26
1.
Họ ECL [EMITTER COUPLED LOGIC]...............................................27
CÁC HỌ VI MẠCH LOGIC CƠ BẢN
2.
Tóm tắt đặc trưng của một vài họ cổng logic….......................................28
3.
IC số….....................................................................................................29
a.
Mức tích hợp…........................................................................................30
b.
Kí hiệu vỏ của IC số…............................................................................30
c.
Một số IC thường gặp…...........................................................................31
2
CÁC HỌ VI MẠCH LOGIC CƠ BẢN
CÁC HỌ VI MẠCH LOGIC CƠ BẢN
I.
TỔNG QUAN
Xét về cơ bản có 2 lọai thiết bị bán dẫn là lưỡng cực và đơn cực. Dựa trên
các thiết bị này, các mạch tích hợp được hình thành.
1.
Các họ mạch logic lưỡng cực:
Các yếu tố chính của IC lưỡng cực là điện trở, diode và BJT, hai họat động
trong IC lưỡng cực là: tắt và bão hòa, các họ logic lưỡng cực:
•
Mạch logic DDL
• Mạch logic RTL
• Mạch logic DCTL
• Mạch logic HTL
• Mạch logic TTL
• Mạch logic Schottky TTL
• Mạch logic ECL
2.
Các họ mạch logic đơn cực:
Các thiết bị MOS là các thiết bị đơn cực và chỉ có các MOSFET được vận
hành trong các mạch logic MOS, các mạch logic MOS là:
• PMOS
• NMOS
• CMOS
II.
1.
ĐẶC ĐIỂM CHUNG CỦA CÁC VI MẠCH SỐ
Phân lọai các IC số:
3
CÁC HỌ VI MẠCH LOGIC CƠ BẢN
Loại IC
Các cổng căn bản
Số các linh kiện
Tổ hợp quy mô nhỏ SSI
Nhỏ hơn 12
Lên đến 99
Tổ hợp quy mô trung bình MSI
12-99
100-999
Tổ hợp quy mô lớn LSI
100-999
100-999
Tổ hợp quy mô rất lớn VLSI
Lớn hơn 1000
Lớn hơn 10000
2.
Các đặc trưng:
a.
Tốc độ họat động, lệ thuộc vào thời gian trễ truyền đạt.
-
Có hai loại thời trễ truyền: Thời trễ truyền từ thấp lên cao t
truyền từ cao xuống thấp t
PLH
và thời trễ
. Hai giá trị này thường khác nhau. Sự thay đổi
PHL
trạng thái được xác định ở tín hiệu ra. Thí dụ tín hiệu qua một cổng đảo
-
Tùy theo họ IC, thời trễ truyền thay đổi tử vài ns đến vài trăm ns. Thời trễ
truyền càng lớn thì tốc độ làm việc của IC càng nhỏ.
b.
Tổn hao công suất [Power requirement], xác định bởi tích số nguồn cung
cấp Vcc và dòng Icc [giá trị trung bình của dòng Icc mức 0 và mức 1], đơn vị
mW.
4
CÁC HỌ VI MẠCH LOGIC CƠ BẢN
PD [avg] = ICC [avg] . VCC
c.
Chỉ số giá trị, xác định bởi tích số tốc độ và công suất
-
Để đánh giá chất lượng IC, người ta dùng đại lượng tích số công suất-vận
tốc đó là tích số công suất tiêu tán và thời trễ truyền. Chỉ số giá trị [pJ] = thời
gian trì hoãn truyền đạt [ns] x công suất [mW].
-
Thí dụ họ IC có thời trễ truyền là 10 ns và công suất tiêu tán trung bình là
50 mW thì tích số công suất-vận tốc là:
-9
-3
-12
10 ns x 5 mW =10.10 x5.10 = 50x10
watt-sec
= 50 picojoules [pj]
-
Chỉ số giá trị càng nhỏ càng tốt
-
Trong quá trình phát triển của công nghệ chế tạo IC người ta luôn muốn
đạt được các IC có công suất tiêu tán và thời trễ truyền càng nhỏ càng tốt. Như
vậy một IC có chất lượng càng tốt khi tích số công suất-vận tốc càng nhỏ. Tuy
nhiên trên thực tế hai giá trị này thay đổi theo chiều ngược với nhau, nên ta khó
mà đạt được các giá trị theo ý muốn, dù sao trong quá trình phát triển của công
nghệ chế tạo linh kiện điện tử trị số này luôn được cải thiện .
d.
Hệ số tải, là số cổng có thể được vận hành bởi một cổng, hệ số tải càng
cao càng thuận lợi.
e.
Các tham số dòng và áp
-
V : Điện thế nguồn [power supply]: khoảng điện thế cho phép cấp
CC
cho
IC để hoạt động tốt. Thí dụ với IC số họ TTL, V =5±0,5 V , họ CMOS V =3CC
15V [Người ta thường dùng ký hiệu V
DD
DD
và V để chỉ nguồn và mass của IC họ
SS
MOS]
5
-
Điện áp đầu vào ở mức cao VIH [High level input voltage] : điện áp tối
thiểu mà cổng có thể nhận biết mức 1
-
Điện áp đầu vào ở mức thấp VIL [Low level input voltage] : điện áp tối đa
mà cổng có thể nhận biết mức 0
-
Điện áp đầu ra ở mức cao VOH [High level output voltage] : điện áp tối
thiểu tại đầu ra tương ứng mức 1
-
Điện áp đầu ra ở mức thấp VOL [Low level output voltage] : điện áp tối đa
tại đầu ra tương ứng mức 0
-
Cường độ dòng điện đầu vào mức cao IIH [High level input current] :
dòng tối thiểu được cung cấp tương ứng với mức 1
-
Cường độ dòng điện đầu vào mức thấp IIL [Low level input current] :
dòng tối đa được cung cấp tương ứng với mức 0
-
Cường độ dòng điện đầu ra mức cao IOH [High level output current] :
dòng cực đại mà ngõ ra cung cấp tương ứng với mức 1
-
Cường độ dòng điện đầu ra mức thấp IOH [Low level output current]:
dòng cực tiểu mà ngõ ra cung cấp tương ứng với mức 0
f.
I
,I
CCH CCL
: Dòng điện chạy qua IC khi ngõ ra lần lượt ở mức cao và thấp.
Nhiễu
-
Các tín hiệu nhiễu như tia lửa điện, cảm ứng từ có thể làm thay đổi trạng
thái logic của tín hiệu do đó ảnh hưởng đến kết quả hoạt động của mạch.
-
Tính miễn nhiễu của một mạch logic tùy thuộc khả năng dung nạp hiệu
thế nhiễu của mạch và được xác định bởi lề nhiễu. Lề nhiễu có được do sự
chênh lệch của các điện thế giới hạn [còn được gọi là ngưỡng logic] của mức
cao và thấp giữa ngã ra và ngã vào của các cổng
-
Tín hiệu khi vào mạch logic được xem là mức 1 khi có trị >V
IH
[min] và
là mức 0 khi