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凡亿专栏 | ​逻辑门电路的主要性能及技术指标详解
​逻辑门电路的主要性能及技术指标详解

很多数字芯片工程师工作内容基本上是以搭配不同的基本逻辑门电路组合来实现不同功能需求为主,这非常考验工程师们的逻辑运算能力及空间思维,而这过程必然要涉及到门电路的主要性能及技术指标,所以今天我们将以逻辑门电路的主要性能及技术指标为主角,重点看看有哪些性能及指标需要关注。

1、逻辑电平

包括逻辑0值和逻辑1值的输出电平和允许输入电平。显然,0值的电平必须低于最高允许输入的电平,1值的电平必须高于最低允许输入的电平,以便能够区分这两个逻辑值,这种最高和最低电平之间的差值成为逻辑摆幅。们电路的供电电源电压越高,摆幅越大,抗干扰能力越强,但延迟时间越长,导致运算速度慢。

2、输入电流和输入阻抗特性

双极型门电路在输入为逻辑0值时,集射结导通,输入电流约为1mA;输入为逻辑1值时,输入电流约为几十微安。MOS门电路在逻辑电平不改变时几乎不消耗电流;但在栅极和源、漏极之间有数皮法的电容,在逻辑电平转换时,由于此处电容的充放电将产生不到一微安的电流。双极型门电路输入阻抗很低,而MOS门电路的输入阻抗很高,这也体现了MOS门电路在性能上的优越。

3、输出电流和输出阻抗特性

输出电流的特性体现在门电路输出为逻辑0时吸收负载电流,输出为逻辑1时向负载提供电流。双极型门电路最大输出电流约为数毫安,而MOS门电路最大输出电流不到1毫安。双极型门电路输出逻辑0时,输出电阻约为10-20Ω;输出逻辑1时,输出电阻比输出逻辑0时大十倍。MOS门电路输出电阻约为数千欧。

4、延迟时间和开关时间

延迟时间为输入信号电平转变为50%到输出信号电平转变为50%的时间间隔。当输入方波足够狭窄时,从输出信号上升幅值的10%到90%的时间为导通时间,从幅值的90%下降到10%的世界为截止时间。开关时间则是导通时间和截止施加的平均值。延迟时间略小于开关时间。其中TTL型门电路的开关时间为书纳秒,PMOS型门电路的开馆时间略小于1us,NMOS和CMOS则还要小。

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