第四章邏輯設(shè)計技術(shù)ok

4.1MOS管的串、并聯(lián)特性晶體管的驅(qū)動能力是用其導(dǎo)電因子β來表示的，β值越大，其驅(qū)動能力越強。多個管子的串、并情況下，其等效導(dǎo)電因子應(yīng)如何推導(dǎo)？一、兩管串聯(lián)：

第四章邏輯設(shè)計技術(shù)1設(shè)：Vt相同，工作在線性區(qū)。將上式代入（1）得：由等效管得：2比較（3）（4）得：同理可推出N個管子串聯(lián)使用時，其等效增益因子為：3二、兩管并聯(lián)：

同理可證，N個Vt相等的管子并聯(lián)使用時：44.2各種邏輯門的實現(xiàn)一、與非門：5與非門電路的驅(qū)動能力在一個組合邏輯電路中，為了使各種組合門電路之間能夠很好地匹配，各個邏輯門的驅(qū)動能力都要與標(biāo)準(zhǔn)反相器相當(dāng)。即在最壞工作條件下，各個邏輯門的驅(qū)動能力要與標(biāo)準(zhǔn)反相器的特性相同。設(shè)：標(biāo)準(zhǔn)反相器的導(dǎo)電因子為βn=βp，與非門：βn1=βn2=β’nβp1=βp2=β’p6（1）a，b=1，1時，下拉管的等效導(dǎo)電因子：βeffn=β’n/2（2）a，b=0，0時，上拉管的等效導(dǎo)電因子：βeffp=2β’p（3）a，b=1，0或0，1時，上拉管的等效導(dǎo)電因子：βeffp=β’p綜合以上情況，在最壞的工作情況下，即：（1）、（3），應(yīng)使：βeffp=β’p=βp；βeffn=β’n/2=βn

即要求p管的溝道寬度比n管大1.25倍以上。7二、或非門：8(1)當(dāng)a，b=0，0時，上拉管的等效導(dǎo)電因子：βeffp=β’p/2(2)當(dāng)a，b=1，1時，下拉管的等效導(dǎo)電因子：βeffn=2β’n(3)當(dāng)a，b=1，0或0，1時，下拉管的等效導(dǎo)電因子：βeffn=β’n綜合以上情況，在最壞的工作情況下，即：（1）、（3），應(yīng)使：βeffp=β’p/2=βp；βeffn=β’n=βn

即：β’p=2β’n

所以W’p/W’n=2μn/μp≈22.5=5即要求p管的寬度要比n管寬度大5倍。9三、CMOS與或非門:10(1)a,b,c,d=0,0,0,0時：βeffp=β’p(2)a,b,c,d=1,1,1,1時：βeffn=β’n(3)a,b,c,d有一個為1時：βeffp=2β’p/3(4)a,b,c,d=1,1,0,0或a,b,c,d=0,0,1,1時：βeffn=β’n/2(5)a,b,c,d=0,1,0,1或1,0,1,0或0,1,1,0或1,0,0,1時：βeffp=β’p/2綜合以上情況，在最壞的工作情況下，即：（4）、（5），應(yīng)使：βeffp=β’p/2=βpβeffn=β’n/2=βn則：W’p/W’n=μn/μp≈2.511四、CMOS傳輸門（1）單管傳輸門一個MOS管可以作為一個開關(guān)使用，電路中Cl是其負載電容。當(dāng)Vg=0時，T截止，相當(dāng)于開關(guān)斷開。當(dāng)Vg=1時，T導(dǎo)通，相當(dāng)于開關(guān)合上。12Vi〈Vg-Vt時：輸入端處于開啟狀態(tài)，設(shè)初始時Vo=0，則Vi剛加上時，輸出端也處于開啟狀態(tài)，MOS管導(dǎo)通，溝道電流對負載電容Cl充電，至Vo=Vi。Vi≥Vg-Vt時：輸入溝道被夾斷，設(shè)初時Vo〈Vg-Vt，則Vi剛加上時，輸出端導(dǎo)通，溝道電流對Cl充電，隨著Vo的上升，溝道電流逐漸減小，當(dāng)Vo=Vg-Vt時，輸出端也夾斷，MOS管截止，Vo保持Vg-Vt不變。綜上所述：Vi<Vg-Vt時，MOS管無損地傳輸信號Vi≥Vg-Vt時，Vo=Vg-Vt信號傳輸有損失，為不使Vo有損失需增大Vg。13（2）CMOS傳輸門

為了解決NMOS管在傳輸時的信號損失，通常采用CMOS傳輸門作為開關(guān)使用。它是由一個N管和一個P管構(gòu)成。工作時，NMOS管的襯底接地，PMOS管的襯底接電源，且NMOS管柵壓Vgn與PMOS管的柵壓Vgp極性相反。ViVoVdd14Vgp=1，Vgn=0時：雙管截止，相當(dāng)于開關(guān)斷開；Vgp=0，vgn=1時：雙管有下列三種工作狀態(tài)：Vi<Vgn+VtnN管導(dǎo)通，

Vi<Vgp+|Vtp|P管截止

Vi通過n管對Cl充電至：Vo=ViVi>Vgn+VtnN管截止，Vi>Vgp+|Vtp|P管導(dǎo)通

Vi通過P管對Cl充電至：Vo=Vi通過上述分析，CMOS傳輸門是較理想的開關(guān)，它可將信號無損地傳輸?shù)捷敵龆恕?5傳輸門特性16五、異或門與同或門（1）異或門：17簡化的電路：T1，T2組成一個標(biāo)準(zhǔn)反相器，T3，T4組成CMOS傳輸門，T5，T6是一個特殊的CMOS反相器。18（a）當(dāng)B=1時，傳輸門斷開，特殊反相器工作：（b）當(dāng)B=0時，特殊反相器不工作，傳輸門把A送到X：X=AABX所以：11001110100019（2）同或門：20

T6、T7總是導(dǎo)通的：ABX001100010111A,B=0,0時：T1,T2,T3,T4關(guān)，T5通，Vdd通過T7充電，X=1；A,B=1,0時：T1,T3關(guān)，T2,T5通，T5通，T7,T5,T4形成通路，X=0；A,B=0,1時：T1,T3通，T2,T4關(guān)，T5通，T7,T5,T3形成通路，X=0；A,B=1,1時：T1,T2,T3,T4通，T5關(guān)，Vdd通過T7充電，X=1。214.3可編程邏輯陣列

PLA（TheProgrammableLogicArray）采用可編程陣列來實現(xiàn)組合邏輯功能往往是經(jīng)濟的。因為一個PLA結(jié)構(gòu)中，只包含實現(xiàn)指定邏輯功能所需的最小項，不包含所有可能的最小項。因此，比用ROM來實現(xiàn)同一功能緊湊得多。

PLA設(shè)計方法：（1）把功能表轉(zhuǎn)化成表達式，并把原表達式中的最小項歸并簡化。22功能表ABCZ1Z2Z3Z4000100010110001101011111010101010101110100001100001010002324（2）對上式各乘積項進行編號，形成“與”陣列。25（3）改寫輸出表達式，形成“或”陣列26（4）畫電路圖

27

（5）設(shè)計版圖

28

第四節(jié)觸發(fā)器（Flip—Flop）觸發(fā)器用于寄存信息，它分為以下三大類：（1）靜態(tài)觸發(fā)器：信息寄存是依靠具有反相功能的門電路的直流交叉偶合來實現(xiàn)。當(dāng)時鐘禁止時，觸發(fā)器的輸出電平保持不變。（2）動態(tài)觸發(fā)器：信息寄存是利用柵電容的電荷存儲來實現(xiàn)。當(dāng)時鐘禁止時，觸發(fā)器輸出邏輯狀態(tài)將被破壞。（3）準(zhǔn)靜態(tài)觸發(fā)器：信息寄存主要依靠靜態(tài)觸發(fā)器中的直流交叉偶合來實現(xiàn)，但有少部分時間用了動態(tài)電路中柵電容的電荷存儲效應(yīng)來實現(xiàn)信息保持。29（1）靜態(tài)觸發(fā)器30（2）動態(tài)觸發(fā)器：3132（3）準(zhǔn)靜態(tài)觸發(fā)器：33第五節(jié)存儲器（Memory）

存儲器是用來存儲信息的，它分為以下兩大類：（1）只讀存儲器ROM：使用時只能讀出信息。掩膜MROM：制造時寫入信息。可編程PROM：使用前用戶寫入信息，寫入后不能改寫?？刹脸鼸PROM，EEPROM：使用前用戶寫入信息，寫入后能改寫。34（2）讀寫存儲器RAM：使用時可讀寫信息。動態(tài)隨機存儲器DRAM：用管子少，面積小，功耗低。信號需要再生。靜態(tài)隨機存儲器SRAM：信號不需要再生，抗干擾能力強。用管子多，面積大，功耗大。35（一）動態(tài)隨機存儲器DRAM最簡單的DRAM存儲單元是單管單元，它由一個晶體管與一個和源極相連的電容構(gòu)成。單元寫入過程：字線為高，數(shù)據(jù)線為低：寫“1”數(shù)據(jù)線為高：寫“0”單元讀出過程：字線為高，數(shù)據(jù)線預(yù)沖電至高，Cs上有電荷：讀出“1”Cs上無電荷：讀出“0”36特點：（1）位線的寄生電容CD較大：Cs/CD大約1/10。根據(jù)電荷守恒原理：VD是很小的，數(shù)據(jù)線上讀出要用靈敏放大器。（2）讀出是破壞性的，讀出后要對單元進行再生。（3）線路簡單，單元占面積小，速度快。37單元結(jié)構(gòu)38（二）靜態(tài)隨機存儲器SRAM39T1~T4交叉耦合靜態(tài)觸發(fā)器：存儲信息T5~T6把觸發(fā)器與字線、位線連接起來字線不選中：T5、T6截止，存儲單元處于保持狀態(tài)。字線選中：

T5、T6導(dǎo)通，如位線選中單元，T7、T8導(dǎo)通，單元狀態(tài)經(jīng)過T7、T8傳至讀出放大器或?qū)懭胄畔⒔?jīng)過T7、T8、T5、T6進入靜態(tài)觸發(fā)器。40單元結(jié)構(gòu)41（三）掩膜只讀存儲器MROM全固定式ROM，把信息預(yù)先放到生產(chǎn)過程中所使用的掩膜版中。這種存儲器的寫入準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性都很高，適合與