1、第二章 數字集成電路2011年9月北京信息科技大學集成芯片及應用內容一、數字集成電路概述二、數字集成電路在拉伸實驗裝置改造中應用一、數字集成電路概述1、數字集成電路分類2、數字集成電路參數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、三態門電路7、數字噪聲8、電源去耦1、數字集成電路分類根據工藝分類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 根據規模分類 SSI 門電路 MSI 觸發器、計數器、譯碼器等 LSI 存儲器 根據功能分類 邏輯門電路 組合邏輯電路 譯碼器、編碼器、數據選擇器、模擬開關、ROM 觸發器 D、JK、施密特、單穩、555等 時序邏輯電路 寄存器

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

4、TL與功率損耗比較與功率損耗比較CMOS參數(MC14011UB)CMOS參數(MC14011UB)HCMOS參數(MM74HC00) Quad 2-Input NAND GateHCMOS參數(MM74HC00) HCMOS參數(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%輸入端一般并聯或接電源或地5、CMOS 、TTL集成電路接口

5、滿足關系: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.

6、7KRTTL 驅動CMOS&1TTLCC401095V10V&11TTLOC(7406)CMOS10V5V轉換芯片方法轉換芯片方法OC門方法門方法CMOS驅動TTL1、4000B驅動74 IoLnIiL不成立 應提高吸收負載能力 并聯 加CMOS接口電路 CC4009 CC4010 IoL3.2MA 2個74 CC40107 IoL16MA 10個74 采用三極管&11TTLCMOSUCCCMOS驅動TTL2、4000B驅動74LS滿足條件,但N1時需考慮以上方法3、HCMOS(74HC)驅動74和74LS可以直接驅動,N可以查表TTL驅動TTLTTL系列驅動同一信號器

7、件10-30左右作業：分析74LS驅動74LS情況CMOSTTL驅動繼電器等負載&TTLCMOS6、三態門電路高電平、低電平、高阻態（或稱為禁止狀態）。高電平、低電平、高阻態（或稱為禁止狀態）。功能表：功能表：010100ZX1YABG高阻態高阻態三態門電路的應用三態緩沖器和三態驅動器，三態緩沖器和三態驅動器， 如如74134（12輸入輸入三態三態與非門）、與非門）、74244雙向總線驅動器雙向總線驅動器/接收器接收器DI0DO0DECEDB0發送器發送器/驅動器驅動器接收器接收器CE:片選端，為1時，高阻 為0時，可接 收或發送DE:方向控制，為1時，接收 為0時，發送三態門電路的優

8、點：I.數據傳輸速度快，驅動能力強數據傳輸速度快，驅動能力強II.可以線與（如圖示）可以線與（如圖示）幾個三態門線與時，應該只有一個三幾個三態門線與時，應該只有一個三態門處于正常態，其余的三態門均應態門處于正常態，其余的三態門均應處于高阻態。處于高阻態。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，則三態門態門1和總線接通，三態門和總線接通，三態門2和總線脫和總線脫開，保證了數據的正確傳輸。開，保證了數據的正確傳輸。總線總線Y1Y2D1D212127、數字噪聲振鈴和過沖在高速數字電路中，信號在PCB板上沿傳輸線傳輸，遇到阻

9、抗不連續時，就會有部分能量從阻抗不連續點沿傳輸線返回，從而產生反射。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、信號線間距、驅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變化，從而影響集成片的響應速度。集成片的瞬態變化電流流過環路面積較大的電源線路時，將會產生較為強烈的對外輻射噪聲。由于各集成片很可能會流經相同的線路，相互之間存在較大的公共阻抗，從而產生了較嚴重的共阻抗耦合干擾。線路電感的反電動

10、勢使集成片得到的電源電壓高于額定值。產生干擾。!布線會產生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 應變-脈沖數 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一圈可產生一個零位脈沖信號。 74LS00 Quad 2-Input NAND Gate74LS193Synchronous 4-Bit Bina