Bài giảng kỹ thuật điện tử số Các mạch số

Các mạch số Nguyễn Quốc Cường – 3i Digital Circuits 2 Nội dung • Tín hiệu và cổng logic • Họ logic CMOS • Họ logic TTL • Giao tiếp TTL/CMOS Digital Circuits 3 Tài liệu tham khảo • Digital Design: Principles & Practices – John F Wakerly – Printice Hall Digital Circuits 4 Tín hiệu logic • Giá trị logic: “0” và “1” • Thường sử dụng “LOW” và “HIGH” thay cho “0” và “1”: – LOW: ứ ng v ớ i d ả i ñ i ệ n áp th ấ p – HIGH: ứ ng v ớ i d ả i ñ i ệ n áp cao • Logic dương: – LOW gán cho “0” – HIGH gán cho “1” • Logic âm: – LOW gán cho “1” – HIGH gán cho “0” Digital Circuits 5 • Các mạch logic có thể ñược mô tả như các hộp ñen Digital Circuits 6 Mạch logic ñược mô tả thông quan bảng chân lý Digital Circuits 7 Các cổng Digital Circuits 8 Biểu ñồ thời gian (timing diagram) Digital Circuits 9 • Timing diagram: biểu diễn sự phụ thuộc của output vào input theo thời gian: – Tín hi ệ u logic thay ñổ i t ừ 0 ñế n 1 không th ự c hi ệ n m ộ t cách t ứ c th ờ i Digital Circuits 10 Các họ logic • CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) • TTL (Transistor-Transistor Logic) Digital Circuits 11 CMOS Logic • MOS logic ñược phát minh trước TTL, tuy nhiên việc chế tạo lại gặp khó khăn • Từ 1980s khi công nghệ bán dẫn phát triển, các ICs dựa trên công nghệ CMOS dần ñược sử dụng rộng rãi thay thế TTL: – Công su ấ t tiêu th ụ th ấ p – M ậ t ñộ tích h ợ p cao Digital Circuits 12 Mức logic CMOS ðiện áp cung cấp cho ICs CMOS có thể thay ñổi Với ñiện áp cung cấp 5V, mức logic: Digital Circuits 13 MOS transistor • Có 2 loại: n-MOS và p-MOS Digital Circuits 14 • n-MOS: – ð i ệ n áp ng ưỡ ng V T > 0 – Khi V GS < V T dòng ñ i ệ n I D nh ỏ  ñ i ệ n tr ở R ds l ớ n (> 10 6 ) – Khi V GS > V T dòng ñ i ệ n I D t ă ng  R ds gi ả m (c ỡ 10 ohms) – Dòng I G nh ỏ (c ỡ 10 -6 A) (leakage current) • p-MOS: ñiện áp ngưỡng âm Digital Circuits 15 Mạch ñảo cơ bản - CMOS • n-MOS và p-MOS kết hợp tại thành một cặp CMOS Digital Circuits 16 Digital Circuits 17 • Cách ký hiệu khác của n-MOS và p-MOS trong các mạch logic Digital Circuits 18 Digital Circuits 19 CMOS NAND Digital Circuits 20 [...]... nhanh c n xem xét h s AC fanout (tác ñ ng c a t i ñi n dung) Digital Circuits Các input không s d ng • C ng có (n+1 ) input, nhưng ng d ng yêu c u ch s d ng n input dư 1 input • Các cách s lý các input không s d ng Digital Circuits 46 45 • Th c t khi c n làm vi c t c ñ cao thư ng s d ng cách (b) và (c) hơn là s d ng cách (a) vì: – Cách (a) s làm tăng t i ñi n dung ñ i v i ngu n tín hi u • Không bao gi ñ... input CMOS – M t output n i v i các thi t b có tr kháng vào nh – xem xét hi u ng DC load: VOUT at LOW < VOLmax V UT at HIGH > VOHmin Digital Circuits Digital Circuits Mô hình t i là m t ngu n tín hi u và m t n i tr 35 36 ouput LOW Digital Circuits output HIGH Digital Circuits 37 38 Dòng output 40 39 • Th c t nhà s n xu t không ñưa ra các mô hình tương ñương ñi n tr c a các thi t b không th áp d ng tính... Công su t tiêu th Nhi u S phóng tĩnh ñi n ð u ra h c c máng (open-drain output) ð u ra ba tr ng thái (three-states output) Digital Circuits 29 30 M c logic Thư ng các datasheet không ñưa d ng ñ th như trên Digital Circuits • Thư ng s d ng các thông s Digital Circuits 31 32 33 34 r t nh • Nói chung m c ñi n áp ph thu c vào ngu n cung c p cho ICs CMOS • Thư ng thì: Digital Circuits Dòng ñi n input ð i... chuy n LOW HIGH – fall time (t_f) : th i gian chuy n t HIGH LOW • Transition time ph thu c: – ði n tr “on” c a các transistor – T i ñi n dung (capacitive load) hay t i AC (AC load) • T i AC do: – T ñi n ký sinh c a m ch output c a gate , thư ng c 2-10 pF – T ñi n do dây d n n i output v i các input trong m ch (ph thu c công ngh m ch in), thư ng c 1pF cho 1 inch – T ñi n c a m ch input, c 2 ñ n 15 pF... VL = 0 • Xem xét ví d : – CL = 100pF – Rp “on” = 200 Ω – Rn “on” = 100 Ω Digital Circuits 49 50 Digital Circuits h ng s RC là 10ns Xem xét m ch output chuy n t HIGH LOW: • Gi thi t các n-MOS và p-MOS chuy n tr ng thái m t cách ñ ng th i • t=0 VOUT = 5V • t=∞ VOUT = 0V • Hàm ñi n áp CL = 100pF Rp “on” = 200 Ω Rn “on” = 100 Ω Digital Circuits 51 52 53 1.5V Digital Circuits 54 • fall time: kho ng th i... VOUT khi output chuy n t LOW HIGH Digital Circuits • rise time b ng kho ng th i gian VOUT t 1.5V ñ n 3.5V tr = 17ns tr g p 2 l n tf do ñi n tr “on” c a p-MOS l n g p 2 l n n-MOS Digital Circuits • Trong các datasheet: – tr có th ký hi u tTLH : Transition LOW HIGH – tf có th ký hi u tTHL : Transition HIGH LOW Digital Circuits 57 58 Tr lan truy n (Propagation Delay) • Tr lan truy n: là kho ng th i gian... có 2 tr ng thái – LOW ng v i logic 0 – HIGH ng v i logic 1 • Tuy nhiên có m ch output có 3 tr ng thái (three-state output hay tri-state output): – LOW – HIGH – High impedance, Hi-Z hay floating state • Các output tr ng thái Hi-Z có th n i v i nhau mà không làm nh hư ng ñ n ho t ñ ng chung 68 67 – Tuy nhiên v n t n t i m t dòng dò ch y vào ho c ra kh i output (dòng r t nh c 0.1µA ñ n 1 µA) Digital Circuits . cho “0” Digital Circuits 5 • Các mạch logic có thể ñược mô tả như các hộp ñen Digital Circuits 6 Mạch logic ñược mô tả thông quan bảng chân lý Digital Circuits 7 Các cổng Digital Circuits 8 Biểu. âm Digital Circuits 15 Mạch ñảo cơ bản - CMOS • n-MOS và p-MOS kết hợp tại thành một cặp CMOS Digital Circuits 16 Digital Circuits 17 • Cách ký hiệu khác của n-MOS và p-MOS trong các mạch logic Digital. Các mạch số Nguyễn Quốc Cường – 3i Digital Circuits 2 Nội dung • Tín hiệu và cổng logic • Họ logic CMOS •