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第3章 TTL集成电路.ppt

第3章 TTL集成电路.ppt

上传者: 七哥 2010-08-11 评分 3 0 21 3 96 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《第3章 TTL集成电路ppt》,可适用于IT/计算机领域,主题内容包含第三章TTL集成电路第三章TTL集成电路TTL(TransistorTransistorLogic)晶体管晶体管逻辑集成电路是双极型集成电路的基础是符等。

第三章TTL集成电路第三章TTL集成电路TTL(TransistorTransistorLogic)晶体管晶体管逻辑集成电路是双极型集成电路的基础是集成电路产生最早的产品。TTL与非门电路TTL与非门电路思考题思考题各种结构的TTL与非门单元电路各自的特点是什么?各种结构的TTL与非门单元电路中各个元器件的作用是什么?什么是OC门?它解决了什么问题?两管单元TTL与非门结构和工作原理两管单元TTL与非门结构和工作原理开态:输入全为高电平或浮空T反向有源T饱和输出低电平关态:输入有低电平T深饱和T截止输出高电平两管单元TTL与非门电压传输特性两管单元TTL与非门电压传输特性两管单元TTL与非门抗干扰能力两管单元TTL与非门抗干扰能力VOH从电压传输特性上可以看到当输入信号偏离正常的低(高)电平而升高(或降低)时输出的高(低)电平并不是立刻改变。因此允许输入的高、低电平信号各有一个波动范围。在保证输出高、低电平基本不变的条件下输入电平的允许波动范围称为输入端噪声容限。两管单元TTL与非门抗干扰能力两管单元TTL与非门抗干扰能力VOH=VCCIOHRVVOL=VCESVVL=VOH–VOLVVILVI*(刚导通)VVIHVI*(饱和导通)VVI*=VbeVbc–VbeVW=VIHVILVVNML=VILVOLVVNMH=VOHVIHV两管单元TTL与非门瞬态特性两管单元TTL与非门瞬态特性截止过程:由于多射极晶体管T的反抽作用T迅速截止输出电平上升速度主要取决于IR和负载电容的大小。一般速度较快。导通过程:导通速度取决于输出晶体管T基极驱动电流和负载电容大小。前者一般较小导通速度慢。两管单元TTL与非门常用单元电路形式两管单元TTL与非门常用单元电路形式图(b)提高了本级门低电平抗干扰能力同时也使输出低电平抬高。因此对后级门有一定要求。图(c)输出高电平被箝位使输出逻辑摆幅变低提高电平转换速度。静态功耗将增大。四管单元TTL与非门四管单元TTL与非门设电源电压VCC=V,输入信号的高、低电平分别为VIH=V,VIL=V。PN结的开启电压VON=V。当输入有低电平时如VA=VIL,T发射结必然导通导通后T的基极电位被钳在VB=VILVON=V四管单元TTL与非门四管单元TTL与非门因此T的发射结不会导通。由于T的集电极回路电阻是R和T的BC结反向电阻之和阻值非常大因而T工作在深饱和区,VCE(sat)=V。T截至Vc为高电平VE为低电平从而T导通T截至输出高电平。四管单元TTL与非门四管单元TTL与非门当输入全为高电平VIH时如果不考虑T的存在则应有VB=VIHVON=V。而由于T和T的存在T和T的发射结必然同时导通。VB被钳在VT导通使Vc降低而VE升高导致T截至T导通输出低电平。四管单元TTL与非门四管单元TTL与非门T、T:构成推挽输出负载能力加强二极管D:防止T、T同时导通SN和SNLL系列电阻R:起限流作用TTLOC门(OpenCollector)TTLOC门(OpenCollector)如右图所示普通TTL电路在进行“线与”时如果有两个输出输出为高电平另一个输出为低电平则会有很大的电流灌向输出低电平的电路。这个电流的数值将远远超过正常工作时的电流可能使门电路损坏。采用OC门可以解决此问题。TTLOC门(OpenCollector)基本结构TTLOC门(OpenCollector)基本结构TTLOC门(OpenCollector)基本应用TTLOC门(OpenCollector)基本应用TTL三态门TTL三态门输出有三种状态:,,Z当OC门的输出由低电平变为高电平时由于没有一般与非门的有源上拉作用驱动容性负载只能通过数值较大的上拉电阻来实现所以速度慢负载能力差。可以采用三态逻辑门电路。TTL三态门TTL三态门输出有三种状态:,,Z作业作业画出两管两输入TTL与非门的结构图并分析其工作原理。单管逻辑门电路单管逻辑门电路思考题思考题单管逻辑门的工作原理是什么?单管逻辑门运用特点是什么?级连时应注意什么?单管禁止门单管禁止门A为时禁止B信号B为时禁止A信号单管串级与非门单管串级与非门与单管禁止门相比较:由单发射极改为多发射极多发射级的输入信号之间是“与”的关系。单管逻辑门的逻辑扩展CE连接单管逻辑门的逻辑扩展CE连接单管逻辑门的逻辑扩展CC“线与”单管逻辑门的逻辑扩展CC“线与”单管逻辑门的逻辑扩展EE连结单管逻辑门的逻辑扩展EE连结单管逻辑门的逻辑扩展CB连接单管逻辑门的逻辑扩展CB连接单管逻辑门的逻辑扩展异或非门单管逻辑门的逻辑扩展异或非门单管逻辑门运用特点输出低电平逐级提高单管逻辑门运用特点输出低电平逐级提高VC=VEVCES应注意不要高于后级的阈值电压。必要时后级应采用高阈值门将输出低电平降低。单管逻辑门运用特点驱动基极负载时输出高电平会被后级箝位单管逻辑门运用特点驱动基极负载时输出高电平会被后级箝位VB=VEVBE这时与基极负载之间应加隔离管。若驱动多个负载会有枪电流现象。作业作业分别写出下图中输入和输出之间的逻辑关系。VCCFRRBCTTAVCCfRRbcTaTTTTL集成电路版图设计TTL集成电路版图设计思考题思考题集成电路版图设计为什么非常重要?版图设计基本尺寸分为哪两大类?影响它们的因素有哪些?晶体管图形尺寸与哪些因素有关?扩散电阻条宽如何确定?隔离区如何划分?集成电路版图设计的重要性集成电路版图设计的重要性集成电路版图就是集成电路制作过程中所需要的光刻掩膜版的设计图是在考虑工艺条件的基础上确定了集成电路中每个器件的形状、尺寸、位置、及器件之间的连接关系和连线宽度。因此集成电路版图对集成电路功能的正确性、性能的好坏起着决定性作用。TTL集成电路版图设计的一般过程TTL集成电路版图设计的一般过程了解工艺流程及工艺参数掌握(确定)设计规则根据电路参数要求进行定性和定量分析确定电路结构和各个元器件的工作参数按器件参数要求根据设计规则设计各元件的基本图形和基本尺寸TTL集成电路版图设计的一般过程(续)TTL集成电路版图设计的一般过程(续)划分隔离区:处于外延层的电极的电位相同的晶体管可以放在同一个隔离区二极管按晶体管的原则处理电阻要根据类型遵循隔离原则布局布线:相关器件靠近热量分布均匀布线要短适当调整器件图形面积要小接近方形满足封装要求。版图设计规则的基本内容版图设计规则的基本内容版图设计规则是版图设计过程中要遵守的各层掩膜图形的最小线宽及相关掩膜图形之间的最小间距它代表了工艺实现的水平但不是唯一设计尺寸。最小线宽一般包括:金属布线层的最小宽度引线孔、通孔的最小宽度各种扩散区的最小宽度等。最小间距一般包括:同层掩膜版中相邻图形之间的最小间距和不同层相关掩膜版图形之间的最小间距。如基区扩散最小间距、发射区扩散与基区扩散最小套刻间距等。版图设计规则的基本内容影响最小线宽的因素:版图设计规则的基本内容影响最小线宽的因素:制版能力:制版设备、掩膜版质量、操作水平等光刻水平:光刻设备、光刻胶质量、操作水平等介质成分、厚度以及杂质分布均匀度等版图设计规则的基本内容影响最小间距的因素版图设计规则的基本内容影响最小间距的因素掩膜对准容差:掩膜容差、光刻对准容差(多次性)横向扩散:与PN结深度有关具有方向性耗尽层宽度:与工作电压、杂质浓度有关可靠性的余度:包括其它未考虑因素一般npn晶体管的版图设计电流容量与发射区条长的关系一般npn晶体管的版图设计电流容量与发射区条长的关系发射极电流集边效应使得:IEmax=LEeff发射极单位有效周长最大工作电流:模拟电路一般取~mAm逻辑电路一般取~mAmLEeff=Le多射级晶体管的版图设计减小反向漏电流的重要性多射级晶体管的版图设计减小反向漏电流的重要性当输入端A为高电平C为低电平时E本来应该截止现在却因为横向NPN的存在而有交叉漏电流。多射级晶体管的版图设计减小反向漏电流的重要性多射级晶体管的版图设计减小反向漏电流的重要性多射级晶体管的版图设计采用长脖子基区结构多射级晶体管的版图设计采用长脖子基区结构T反向有源时集电结正偏基极电流的大部分不进入内基区减小了晶体管效应βRβ叉均变小。多射级晶体管的版图设计采用肖特基晶体管结构多射级晶体管的版图设计采用肖特基晶体管结构T反向有源时集电结正偏基极电流的大部分被肖特基二极管分流减小了晶体管效应。二极管的版图设计二极管的版图设计根据电路对二极管的具体要求(如二极管的正向压降、反向击穿电压、恢复时间)选取相应结构的二极管。根据工作电流和对寄生串连电阻的要求选取相应大小的面积。肖特基二极管要注意减小边缘电场集中现象以便改善击穿特性。扩散电阻的版图设计扩散电阻的版图设计关键是W取值满足设计规则满足精度要求满足功耗限制

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