Điện tử công nghiệp 2 chương 2

19/05/2020 ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP TS ĐỒN THỊ HƯƠNG GIANG Email: giangdth@epu.edu.vn Mobil: 0372630593 TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG NỘI DUNG CHÍNH CỦA MƠN HỌC • • • • • Chương Các vấn đề kỹ thuật số Chương Các họ vi mạch logic Chương Mạch logic tổ hợp Chương Mạch logic dãy Chương Mạch tạo xung biến đổi tín hiệu TS ĐỒN THỊ HƯƠNG GIANG 19/05/2020 Chương Các họ vi mạch logic TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG Nội dung chương 2.1 Tổng quan vi mạch logic 2.2 Mức độ tích hợp vi mạch 2.3 Các thông số đặc trưng cổng logic 2.4 Mạch logic họ TTL CMOS 2.5 Ghép nối mạch logic TTL CMOS TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 19/05/2020 Nội dung 2.1 Tổng quan vi mạch logic 2.2 Mức độ tích hợp vi mạch 2.3 Các thông số đặc trưng cổng logic 2.4 Mạch logic họ TTL CMOS 2.5 Ghép nối mạch logic TTL CMOS TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG Tổng quan cách vi mạch logic 2.1 Tổng quan cách vi mạch logic (Một số khái niệm liên quan) Tín hiệu tương tự tín hiệu số: • Tín hiệu tương tự tín hiệu có biên độ biến thiên liên tục theo thời gian – Thường tượng tự nhiên sinh – Ví dụ: tín hiệu đặc trưng cho tiếng nói tổng hợp tín hiệu hình sin dải tần số thấp với họa tần khác • Tín hiệu số tín hiệu có dạng xung, gián đoạn thời gian biên độ có mức rõ rệt: mức cao mức thấp – Tín hiệu số phát sinh mạch điện thích hợp – Để có tín hiệu số người ta phải số hóa tín hiệu tương tự mạch biến đổi tương tự sang số (ADC) TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 19/05/2020 Tổng quan cách vi mạch logic Mạch tương tự mạch số • Mạch điện tử xử lý tín hiệu tương tự gọi mạch tương tự • Mạch xử lý tín hiệu số gọi mạch số • Mạch số có nhiều ưu điểm mạch tương tự: – Dễ thiết kế phân tích Vận hành cổng logic dựa tính chất dẫn điện (bảo hịa) khóa dẫn transistor Việc phân tích thiết kế dựa chức đặc tính kỹ thuật IC khối mạch không dựa linh kiện rời – Có thể hoạt động theo chương trình lập sẵn nên thuận tiện điều khiển tự động, tính tốn, lưu trữ liệu liên kết với máy tính – Ít bị ảnh hưởng nhiễu tức có khả dung nạp tín hiệu nhiễu với biên độ lớn nhiều so với mạch tương tự – Dễ chế tạo thành mạch tích hợp có khả tích hợp với mật độ cao TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG Tổng quan cách vi mạch logic Phân loại IC số (tt) • Theo hãng chế tạo: – Microchip, – Intel, – … • Theo mức logic (trạng thái logic): – – – – – – – – RTL (Resistor-transistor logic), DCTL (Direct couple-transistor logic), RCTL (Resistor-Capacitor-transistor logic), DTL (Diod-transistor logic), ECL (Emitter- couple logic), Tồn nhiều tính kỹ TTL (transistor-transistor logic), thuật cao thời trễ truyền MOS nhỏ, tiêu hao cơng suất … TS ĐỒN THỊ HƯƠNG GIANG 19/05/2020 Tổng quan cách vi mạch logic Biểu diễn trạng thái Logic • Trong hệ thống mạch logic, trạng thái logic 0,1 biểu diễn mức điện áp – Với qui ước logic dương: • Điện áp cao biểu diễn logic • Điện áp thấp biểu diễn logic – Ngược lại, với qui ước logic âm: • Điện áp cao biểu diễn logic • Điện áp thấp biểu diễn logic • Thực tế: – Mức tương ứng với khoảng điện áp xác định – Một khoảng chuyển tiếp mức cao thấp, ta gọi khoảng khơng xác định • Khi điện áp tín hiệu rơi vào khoảng này, mạch khơng nhận mức hay • Khoảng tùy thuộc vào họ IC sử dụng cho bảng thông số kỹ thuật linh kiện TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG Tổng quan cách vi mạch logic Ví dụ Mức lơ gic mạch số: TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 10 19/05/2020 Tổng quan cách vi mạch logic Cổng logic Có loại cổng bản: AND, OR, NOT, BUFFER, NAND, NOR, XOR, XNOR, AOI (AND-OR-INVERTER) • Cổng Buffer: – Cịn gọi cổng đệm – Tín hiệu số qua cổng BUFFER không đổi trạng thái logic – Cổng BUFFER dùng với mục đích sau: • • • • Sửa dạng tín hiệu Đưa điện áp tín hiệu chuẩn mức logic Nâng khả cấp dòng cho mạch Ký hiệu cổng BUFFER Tuy cổng đệm không làm thay đổi trạng thái logic tín hiệu vào cổng giữ vai trị quan trọng mạch số TS ĐỒN THỊ HƯƠNG GIANG 11 Nội dung 2.1 Tổng quan vi mạch logic 2.2 Mức độ tích hợp vi mạch 2.3 Các thông số đặc trưng cổng logic 2.4 Mạch logic họ TTL CMOS 2.5 Ghép nối mạch logic TTL CMOS TS ĐỒN THỊ HƯƠNG GIANG 12 19/05/2020 Mức độ tích hợp vi mạch Vi mạch tích hợp • Vi mạch, hay vi mạch tích hợp, hay mạch tích hợp (integrated circuit, gọi tắt IC, gọi chip theo thuật ngữ tiếng Anh): – Là tập mạch điện chứa linh kiện bán dẫn (như transistor) linh kiện điện tử thụ động (như điện trở) kết nối với nhau, để thực chức xác định – Tức mạch tích hợp thiết kế để đảm nhiệm chức linh kiện phức hợp • IC phần quan trọng mạch logic Có hai loại IC gồm: – Lập trình – Cố định chức năng, khơng lập trình • Mỗi IC có tính chất riêng nhiệt độ, điện giới hạn, công suất làm việc, ghi bảng thông tin (datasheet) nhà sản xuất TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 13 Mức độ tích hợp vi mạch Đặc điểm • Ưu điểm: – Mạch tích hợp giúp giảm kích thước mạch điện nhiều (IC bậc chứa 10 linh kiện, IC bậc chứa 11 ÷ 100 linh kiện, IC bậc chứa 101 ÷ 1000 linh kiện, IC bậc chứa đến 10000 linh kiện lớn hơn) – Độ tin cậy tăng lên – Giá thành hạ, tiêu thụ lượng điện • Nhược điểm: – Do sử dụng lượng nhỏ nên hạn chế tốc độ làm việc – Yêu cầu độ ổn định nguồn cung cấp cao TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 14 19/05/2020 Mức độ tích hợp vi mạch Phân loại • • • • Phân loại theo tín hiệu xử lý Phân loại theo mức độ tích hợp Phân loại theo cơng nghệ Phân loại theo cơng dụng TS ĐỒN THỊ HƯƠNG GIANG 15 Mức độ tích hợp vi mạch Theo tín hiệu xử lý • IC số: – Xử lý lưu trữ tín hiệu số • IC tương tự hay IC tuyến tính: – Xử lý tín hiệu tương tự • IC hỗn hợp: – Xử lý tín hiệu số tương tự TS ĐỒN THỊ HƯƠNG GIANG 16 19/05/2020 Mức độ tích hợp vi mạch Theo mức độ tích hợp • SSI (small-scale integration) – Nhỏ: số phần tử tích hợp < 12 • MSI (medium-scale integration) – Trung bình: số phần t c tớch hp t 12 ữ 100 ã LSI (Large Scale Integrated) – Lớn: số phần tử tích hp t 100 ữ 1000 ã VLSI (Very Large Scale Integrated) Các CPU, GPU, ROM, RAM, PLA, chipset, microcontroller, – Cực lớn: số phần tử tích hợp > 1000 • ULSI (ultra-large-scale integration) - Siêu tích hợp: Cho mạch triệu phần tử TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 17 Mức độ tích hợp vi mạch Theo cơng nghệ • • • • Vi mạch bán dẫn (hay gọi vi mạch đơn khối): Trong vi mạch bán dẫn, phần tử tích cực thụ động chế tạo đơn tinh thể bán dẫn (Si (N) Si (P)) làm chất Việc chế tạo vi mạch bán dẫn chủ yếu dựa trình quang khắc theo phương pháp Plana, Plana- epitaxi hay siloc Vi mạch màng mỏng: Trong tích hợp linh kiện thụ động đế thủy tinh cách điện hay Ceramic phương pháp bốc lắng đọng chân khơng, cịn phần tử tích cực hàn gắn vào mạch linh kiện rời rạc Ưu điểm loại chế tạo điện trở tụ điện có chất lượng cao sai số nhỏ Vi mạch màng dày: Trong tích hợp linh kiện thụ động đế chất bán dẫn phương pháp quang khắc qua khn cịn linh kiện tích cực hàn vào linh kiện rời rạc Vi mạch lai: Trong tích hợp linh kiện tích cực linh kiện thụ động đế thuỷ tinh Ceramic theo hai công nghệ chế tạo vi mạch bán dẫn vi mạch màng mỏng Vi mạch lai có độ tin cậy cao loại vi mạch bán dẫn Tuy nhiên, công nghệ chế tạo vi mạch lai phức tạp nên giá thành cao hơn, điều hạn chế việc sử dụng cơng nghệ TS ĐỒN THỊ HƯƠNG GIANG 18 19/05/2020 Mức độ tích hợp vi mạch Theo cơng dụng • • • • • • • • • • • • • CPU, vi xử lý máy tính Memory, nhớ lưu trữ liệu digital Thu nhỏ chip công nghệ RFID để giám sát (Identification) không tiếp xúc đối tượng hay sinh vật sống IC logic tiêu chuẩn thuộc họ logic khác ASIC dành cho phát triển ứng dụng cụ thể, ví dụ cho điều khiển lị nướng bánh, xe hơi, máy giặt, ASSP sản phẩm tiêu chuẩn cho ứng dụng cụ thể, tương tự ASIC, có sẵn từ nhà sản xuất không xây dựng theo yêu cầu khách hàng IC cảm biến q trình vật lý, hố, sinh hố, ví dụ gia tốc, ánh sáng, từ trường, chất độc, DSP (Digital signal processing) xử lý tín hiệu digital ADC DAC, chuyển đổi analog ←→ digital FPGA (Field-programmable gate array) cấu hình IC digital khách hàng, bao gồm số lượng lớn đơn vị chức kết nối (interconnectable) Vi điều khiển (microcontroller) chứa tất phận máy tính nhỏ (bộ nhớ chương trình, ALU, nhớ ghi) IC cơng suất xử lý dịng hay điện áp lớn (ví dụ khuếch đại cơng suất lớn, kiểm sốt mạng điện lưới) System-on-a-chip (SoC) hệ thống chip TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 19 Xu phát triển vi mạch số gì? []Tăng khối lượng mạch, Tăng tốc độ hoạt động, Giảm công suất tiêu thụ từ nguồn cấp, Giảm giá thành sản xuất []Tăng kích thước mạch, Tăng tốc độ hoạt động, Giảm công suất tiêu thụ từ nguồn cấp, Giảm giá thành sản xuất []Tăng mức độ tích hợp mạch, Tăng tốc độ hoạt động, Giảm công suất tiêu thụ từ nguồn cấp, Giảm giá thành sản xuất []Tăng mức độ tích hợp mạch, Giảm tốc độ hoạt động, Tăng công suất tiêu thụ từ nguồn cấp, Giảm giá thành sản xuất Vi mạch số với mức độ tích hợp lớn LSI viết tắt cụm từ nào? []Small Scaled Intergration []Medium Sealed Intergration [] Larged Sealed Intergration [] Ultra Larged Sealed Intergration 10 19/05/2020 Các thông số đặc trưng cổng logic • • Tích số công suất-vận tốc (speed- power product) Để đánh giá chất lượng IC, người ta dùng đại lượng tích số cơng suất-vận tốc: tích số cơng suất tiêu tán thời gian trễ truyền Ví dụ: họ IC có thời trễ truyền 10ns công suất tiêu tán trung bình 50mW tích số cơng suất-vận tốc là: 10 ns x mW =10.10-9x5.10-3 = 50x10-12 watt-sec = 50 picojoules (pj) • Trong q trình phát triển công nghệ chế tạo IC người ta muốn đạt IC có cơng suất tiêu tán thời trễ truyền nhỏ tốt IC có chất lượng tốt tích số cơng suất-vận tốc nhỏ • Thực tế, hai giá trị thay đổi theo chiều ngược với  nên ta khó mà đạt giá trị theo ý muốn, dù q trình phát triển cơng nghệ chế tạo linh kiện điện tử trị số cải thiện TS ĐỒN THỊ HƯƠNG GIANG 29 Các thơng số đặc trưng cổng logic Tính miễn nhiễu (noise immunity) • • • Các tín hiệu nhiễu tia lửa điện, cảm ứng từ làm thay đổi trạng thái logic tín hiệu  ảnh hưởng đến kết hoạt động mạch Tính miễn nhiễu mạch logic tùy thuộc khả dung nạp hiệu nhiễu mạch xác định lề nhiễu Lề nhiễu có chênh lệch điện giới hạn (còn gọi ngưỡng logic) mức cao thấp đầu đầu vào cổng Điện áp Điện áp Điện áp vào TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 30 15 19/05/2020 Các thông số đặc trưng cổng logic Tính miễn nhiễu (tt) Điện áp Điện áp Điện áp vào Tín hiệu vào mạch logic xem mức có trị >VIH(min) mức VNH làm cho điện đầu vào rơi vào vùng bất định mạch khơng nhận tín hiệu thuộc mức logic • (2) Khi tín hiệu đầu mức thấp tín hiệu nhiễu có trị dương biên độ >VNL đưa mạch vào trạng thái bất định TS ĐỒN THỊ HƯƠNG GIANG 31 Các thơng số đặc trưng cổng logic Logic cấp dòng logic nhận dịng • Một mạch logic thường gồm nhiều tầng kết nối với Tầng cấp tín hiệu gọi tầng thúc tầng nhận tín hiệu gọi tầng tải Sự trao đổi dòng điện hai tầng thúc tải thể logic cấp dòng logic nhận dịng • (a) - Hoạt động gọi cấp dịng: Khi đầu mạch logic mức cao, cấp dòng IIH cho đầu vào mạch logic 2, vai trò tải nối đất Đầu cổng nguồn dòng cấp cho đầu vào vào cổng (b) - Hoạt động gọi nhận dòng: Khi đầu mạch logic mức thấp, nhận dịng IIL từ đầu vào mạch logic xem nối với nguồn VCC • TS ĐỒN THỊ HƯƠNG GIANG 32 16 19/05/2020 Các thông số đặc trưng cổng logic Logic cấp dòng logic nhận dịng (tt) • Thường dịng nhận tầng thúc mức thấp có trị lớn so với dịng cấp mức cao, nên người ta hay dùng trạng thái cần gánh tải tương đối nhỏ • Ví dụ: cần thúc cho led, người ta dùng mạch (a) mà khơng thể dùng mạch (b) TS ĐỒN THỊ HƯƠNG GIANG 33 Nội dung 2.1 Tổng quan vi mạch logic 2.2 Mức độ tích hợp vi mạch 2.3 Các thông số đặc trưng cổng logic 2.4 Mạch logic họ TTL CMOS 2.5 Ghép nối mạch logic TTL CMOS TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 34 17 19/05/2020 Các kiểu đầu họ TTL • Đầu totempole • Đầu cực thu để hở • Đầu ba trạng thái TS ĐỒN THỊ HƯƠNG GIANG 35 Đầu Totempole • • R4 mạch thay cụm T4, RC Diod D, RC có trị nhỏ, khơng đáng kể T2 giữ vai trị mạch đảo pha: – Khi T2 dẫn T3 dẫn T4 khóa  Y =Low – Khi T2 khóa T3 khóa T4 dẫn  Y =High • • • Tụ CL nạp điện qua T4 T4 dẫn phóng qua T3 (dẫn), thời mạch nhỏ kết thời trễ truyền nhỏ Ngoài ra: T3 & T4 luân phiên khóa tương ứng với trạng thái đầu nên công suất tiêu thụ giảm đáng kể Diod D có tác dụng nâng điện cực B T4 lên để bảo đảm T3 dẫn T4 khóa Mạch có khuyết điểm nối chung nhiều đầu cổng khác gây hư hỏng trạng thái logic cổng khác TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 36 18 19/05/2020 Đầu cực thu để hở • Cho phép kết nối đầu nhiều cổng khác nhau, sử dụng phải mắc điện trở từ đầu lên nguồn Vcc, gọi điện trở kéo lên, trị số điện trở chọn lớn hay nhỏ tùy theo yêu cầu có lợi mặt cơng suất hay tốc độ làm việc • Người ta chế tạo IC đầu có cực thu để hở cho phép điện trở kéo lên mắc vào nguồn điện cao, dùng cho tải đặc biệt dùng tạo giao tiếp họ TTL với CMOS dùng nguồn cao TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 37 Đầu cực thu để hở(tt) Điểm nối chung đầu có tác dụng cổng AND nên ta gọi điểm AND: Ví dụ: IC 7406 loại cổng đảo có đầu cực thu để hở mắc lên nguồn 24 V: TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 38 19 19/05/2020 Đầu ba trạng thái • Trong đó: – T4 & T5 mắc Darlington để cấp dòng lớn cho tải – Diod D nối vào đầu vào C để điều khiển • Hoạt động mạch: – Khi C=1, Diod D dừng dẫn, mạch hoạt động cổng đảo – Khi C=0, Diod D dẫn, cực thu T2 bị ghim áp mức thấp nên T3, T4 & T5 dừng, đầu mạch trạng thái tổng trở cao TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 39 Đầu ba trạng thái (tt) Ký hiệu cổng đảo ngã trạng thái, có ngã điều khiển C tác động mức cao bảng thật Ứng dụng cổng đệm có ngã trạng thái: Mạch chọn liệu Với giá trị địa AB, đầu mạch giải mã địa tác động (lên cao) cho phép cổng mở liệu đầu vào cổng truyền đầu ra: - Khi AB = 00, Y0 = (Y1=Y2=Y3=0) G1 mở, D0 truyền qua G1 đến đầu ra, lúc G2, G3, G4 đóng, có đầu trạng thái Z cao, khơng ảnh hưởng đến hoạt động mạch TS ĐỒN THỊ HƯƠNG GIANG 40 20 19/05/2020 Đặc tính loạt TTL • Các IC số họ TTL sản xuất lần vào năm 1964 hãng Texas Instrument Corporation Mỹ: – Lấy số hiệu 74XXXX & 54XXXX: • Mã 54 dùng quân hay cơng nghệ cao • Mã 74 dùng dân hay thương mại – Sự khác biệt họ 74XXXX 54 XXXX hai điểm: • 74: VCC=5 ± 0,5 V khoảng nhiệt độ hoạt động từ o C đến 70o C • 54: VCC=5 ± 0,25 V khoảng nhiệt độ hoạt động từ -55o C đến 125o C – Các tính chất khác hồn tồn giống chúng có số – Trước số 74 thường có thêm ký hiệu để hãng sản xuất • Ví dụ SN hãng Texas, DM National Semiconductor, S Signetics • Ngồi q trình phát triển, thơng số kỹ thuật (nhất tích số cơng suất vận tốc) ln cải tiến ta có loạt khác nhau: – 74 chuẩn, 74L (Low power), 74 H (High speed), 74S (Schottky), 74LS (Low power Schottky), 74AS (Advance Schottky), 74ALS (Advance Low power Schottky), 74F (Fast, Fair Child) TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 41 Một số thông số kỹ thuật TTL • • • Loạt 74S: Các transistor mạch mắc thêm Diod Schottky hai cực CB với mục đích giảm thời gian chuyển trạng thái transistor làm giảm thời trễ truyền Loạt 74AS 74ALS cải tiến 74S để làm giảm giá trị tích số Cơng suất - Vận tốc Loạt 74F: Dùng kỹ thuật đặc biệt làm giảm diện dung ký sinh cải thiện thời trễ truyền cổng TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 42 21 19/05/2020 Họ MOS • Gồm IC số dùng cơng nghệ chế tạo transistor MOSFET loại tăng, kênh N kênh P: – Với transistor kênh N ta có NMOS – Với transistor kênh P ta có PMOS – Nếu dùng hai loại transistor kênh P & N ta có CMOS Tính kỹ thuật loại NMOS PMOS nói giống nhau, trừ nguồn cấp điện có chiều ngược với  Chủ yếu xét loại NMOS CMOS • Các transistor MOS dùng IC số hoạt động trạng thái: – Trạng thái dẫn: tùy theo nồng độ pha chất bán dẫn mà transistor có nội trở nhỏ (từ vài chục Ω đến hàng trăm KΩ) tương đương với khóa đóng – Trạng thái dừng: transistor có nội trở lớn (hàng 1010Ω), tương đương với khóa hở TS ĐỒN THỊ HƯƠNG GIANG 43 Cổng CMOS • Họ CMOS sử dụng hai loại transistor kênh N P với mục đích cải thiện tích số cơng suất vận tốc, khả tích hợp thấp loại N P Cổng NOT, NAND NOR họ CMOS TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 44 22 19/05/2020 Cổng NOT họ CMOS Mối quan hệ điện áp đầu vào/ra cổng NOT họ CMOS TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 45 Cổng NAND họ CMOS - Khi đầu vào nối lên mức cao, T1 T2 dừng, T3 T4 dẫn, đầu xuống thấp - Khi có đầu vào nối xuống mức thấp, transistor T3 T4 dừng, transistor T1 T2 dẫn, đầu lên cao TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 46 23 19/05/2020 Cổng NOR họ CMOS - Khi đầu vào nối xuống mức thấp, T1và T2 dẫn, T3 T4 dừng, đầu lên cao - Khi có đầu vào nối lên mức cao, transistor T3 T4 dẫn, transistor T1 T2 dừng, ngã xuống thấp TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 47 Cổng NOT cực thu để hở loại CMOS Khi sử dụng phải có điện trở kéo lên TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 48 24 19/05/2020 Cổng NOT ba trạng thái loại CMOS - Khi ngã vào Enable =1, T1 T4 dẫn, mạch hoạt động cổng đảo, - Khi ngã vào Enable =0, T1 T4 ngưng đưa mạch vào trạng thái Z cao TS ĐỒN THỊ HƯƠNG GIANG 49 Đặc tính họ MOS • • • Một số tính chất chung cổng logic họ MOS (NMOS, PMOS CMOS) kể sau: – Nguồn cấp điện : VDD từ 3V đến 15V – Mức logic: VOL (max) = 0V VOH (min) = VDD – VIL (max) = 30% VDD VIH (min) = 70%VDD – Lề nhiễu : VNH = 30%VDD VNL = 30%VDD, Với nguồn 5V, lề nhiễu khỏang 1,5V, lớn so với họ TTL – Thời trễ truyền tương đối lớn, khỏang vài chục ns, điện dung ký sinh ngã vào tổng trở transistor lớn – Công suất tiêu tán tương đối nhỏ, hàng nW, dòng qua transistor MOS nhỏ – Số Fan Out: 50 UL Do tổng trở vào transistor MOS lớn nên dòng tải cho cổng họ MOS nhỏ, số Fan Out họ MOS lớn Tuy nhiên mắc nhiều tầng tải vào tầng thúc điện dung ký sinh tăng lên (gồm nhiều tụ mắc song song) ảnh hưởng đến thời gian giao hoán mạch nên dùng tần số cao người ta giới hạn số Fan Out 50, nghĩa cổng MOS cấp dịng cho 50 cổng tải loạt CMOS có cải thiện thời trễ truyền so với loại NMOS PMOS, nhiên mật độ tích hợp CMOS nhỏ hai loại Mật độ tích hợp họ MOS nói chung lớn nhiều, họ MOS thích hợp để chế tạo dạng LSI VLSI TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 50 25 19/05/2020 Các loạt CMOS • CMOS có hai ký hiệu: – 4XXX hãng RCA chế tạo – 14XXX hãng MOTOROLA, Có hai loại 4XXXA (14XXXA) 4XXXB (14XXXB), loạt B đời sau có cải thiện dịng • Ngồi cịn có loại: – 74C : CMOS có sơ đồ chân chức với IC TTL có số Thí dụ IC 74C74 IC gồm FF D tác động cạnh xung đồng hồ giống IC 7474 TTL Hầu hết (nhưng không tất cả) thông số loạt 74C giống với 74 TTL nên ta thay loại cho – 74HC (High speed CMOS), 74HCT: Đây loạt cải tiến 74C, tốc độ giao hốn so sánh với 74LS, riêng 74HCT hồn tồn tương thích với TTL kể mức logic Đây loạt IC CMOS dùng rộng rãi – 74AC 74ACT (Advance CMOS) cải tiến 74 HC HCT mặt nhiễu cách xếp lại thứ tự chân, khơng tương thích với TTL sơ đồ chân TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 51 Nội dung 2.1 Tổng quan vi mạch logic 2.2 Mức độ tích hợp vi mạch 2.3 Các thông số đặc trưng cổng logic 2.4 Mạch logic họ TTL CMOS 2.5 Ghép nối mạch logic TTL CMOS TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 52 26 19/05/2020 Vì cần giao tiếp? • Giao tiếp thực việc kết nối đầu mạch hay hệ thống với đầu vào mạch hay hệ thống khác • Do tính chất điện khác hai họ TTL CMOS nên việc giao tiếp chúng nhiều trường hợp nối trực tiếp mà phải nhờ mạch trung gian nối tầng thúc tầng tải cho điện tín hiệu tầng thúc phù hợp với tín hiệu vào tầng tải dịng điện tầng thúc phải đủ cấp cho tầng tải TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 53 Dịng-Áp họ TTL&CMOS TS ĐỒN THỊ HƯƠNG GIANG 54 27 19/05/2020 Điều kiện để thúc trực tiếp • Khi dịng điện tầng thúc lớn dòng điện vào tầng tải hai trạng thái thấp cao • Khi hiệu đầu tầng thúc hai trạng thái thấp cao phù hợp với điện vào tầng tải TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 55 TTL thúc CMOS • TTL thúc CMOS dùng điện thấp (VDD = 5V): – Dịng điện vào CMOS có trị nhỏ so với dòng loạt TTL, dịng điện khơng có vấn đề Tuy nhiên so sánh hiệu TTL với hiệu vào CMOS ta thấy VOH(max) tất loạt TTL thấp so với VIH(min) TTL, phải có biện pháp nâng hiệu TTL lên Điều thực điện trở kéo lên mắc ngã IC TTL: • TTL thúc 74 HCT: – Riêng loạt 74HCT loạt CMOS thiết kế tương thích với TTL nên thực kết nối mà khơng cần điện trở kéo lên • TTL thúc CMOS dùng nguồn cao (VDD = +10V) Ngay dùng điện trở kéo lên, điện ngã mức cao TTL không đủ cấp cho ngã vào CMOS, người ta phải dùng cổng đệm có ngã để hở dùng nguồn cao (IC 7407) để thực giao tiếp: TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 56 28 19/05/2020 CMOS thúc TTL • CMOS thúc TTL trạng thái cao: – điện dòng điện mức cao CMOS đủ để cấp cho TTL Vậy khơng có vấn đề trạng thái cao • CMOS thúc TTL trạng thái thấp: – Dòng điện vào trạng thái thấp TTL thay đổi khoảng từ 100 μA đến mA Hai loạt 74HC 74HCT nhận dịng mA Vậy hai loạt giao tiếp với IC TTL mà khơng có vấn đề Tuy nhiên, với loạt 4000B, IOL nhỏ không đủ để giao tiếp với IC TTL, người ta phải dùng cổng đệm để nâng dòng tải loạt 4000B trước thúc vài IC 74LS: • CMOS dùng nguồn cao thúc TTL: Có số IC loạt 74LS chế tạo đặc biệt nhận điện ngã vào cao khoảng 15V thúc trực tiếp CMOS dùng nguồn cao, nhiên đa số IC TTL khơng có tính chất này, để giao tiếp với CMOS dùng nguồn cao, người ta phải dùng cổng đệm để hạ điện xuống cho phù hợp với IC TTL: TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 57 ….To chapter TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 58 29 ...19/05 /20 20 Chương Các họ vi mạch logic TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG Nội dung chương 2. 1 Tổng quan vi mạch logic 2. 2 Mức độ tích hợp vi mạch 2. 3 Các thơng số đặc trưng cổng logic 2. 4 Mạch logic... dung 2. 1 Tổng quan vi mạch logic 2. 2 Mức độ tích hợp vi mạch 2. 3 Các thông số đặc trưng cổng logic 2. 4 Mạch logic họ TTL CMOS 2. 5 Ghép nối mạch logic TTL CMOS TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 12 19/05 /20 20... 2. 1 Tổng quan vi mạch logic 2. 2 Mức độ tích hợp vi mạch 2. 3 Các thơng số đặc trưng cổng logic 2. 4 Mạch logic họ TTL CMOS 2. 5 Ghép nối mạch logic TTL CMOS TS ĐOÀN THỊ HƯƠNG GIANG 52 26 19/05 /20 20