半导体集成电路-TTL电路.pptx

在双极型逻辑集成电路中，中、小在双极型逻辑集成电路中，中、小规模规模IC中应用最广泛的是中应用最广泛的是TTL电路。因电路。因此，本篇以此，本篇以TTL电路为重点，从集成电电路为重点，从集成电路设计的角度出发，分析其工作原理、路设计的角度出发，分析其工作原理、静态特性、瞬态特性，并作线路设计及静态特性、瞬态特性，并作线路设计及版图设计。版图设计。此外，此外，ECL作为速度最快的电路类作为速度最快的电路类型；型；I2L作为双极数字作为双极数字IC中集成度最高中集成度最高的电路类型；考虑其特殊性，本篇也将的电路类型；考虑其特殊性，本篇也将作简单的分析。作简单的分析。最早考虑集成化的是最早考虑集成化的是最早考虑集成化的是最早考虑集成化的是DCTLDCTL电路。电路。电路。电路。如图所示如图所示如图所示如图所示突出优点是电路结构非常简单。突出优点是电路结构非常简单。突出优点是电路结构非常简单。突出优点是电路结构非常简单。致命弱点是存在抢电流现象，造成逻辑混乱。致命弱点是存在抢电流现象，造成逻辑混乱。致命弱点是存在抢电流现象，造成逻辑混乱。致命弱点是存在抢电流现象，造成逻辑混乱。21Bip数字数字IC的演变的演变第一种实用型的数字第一种实用型的数字第一种实用型的数字第一种实用型的数字ICIC出现于出现于出现于出现于6161年的年的年的年的RTLRTL电路电路电路电路在在DCTL的基础上加上均流电阻，减弱了抢电流的基础上加上均流电阻，减弱了抢电流现象，显然要求均流电阻远大于发射结动态电阻。现象，显然要求均流电阻远大于发射结动态电阻。缺点是：均流电阻加于信号通道以速度降低缺点是：均流电阻加于信号通道以速度降低为克服为克服RTL速度慢的缺点，在均流电阻上并联一速度慢的缺点，在均流电阻上并联一电容电容C，则构成，则构成RCTL优点：瞬态时，电容优点：瞬态时，电容C相当于短路，提高了速度，且相当于短路，提高了速度，且电阻可取高阻值，均流效果更好。电阻可取高阻值，均流效果更好。缺点：引入电容使成本大幅度上升。缺点：引入电容使成本大幅度上升。六二年，采用二极管耦合的六二年，采用二极管耦合的六二年，采用二极管耦合的六二年，采用二极管耦合的DTLDTL问世问世问世问世耦合二极管耦合二极管耦合二极管耦合二极管DADA、DBDB、DCDC与电阻与电阻与电阻与电阻R1R1构成输入与构成输入与构成输入与构成输入与级，级，级，级，T T与与与与R2R2构成倒相输出级。构成倒相输出级。构成倒相输出级。构成倒相输出级。D1D1、D2D2电平位移电平位移电平位移电平位移提低电平提低电平提低电平提低电平 噪容，噪容，噪容，噪容，R3R3泄漏电阻、减小存贮时间。泄漏电阻、减小存贮时间。泄漏电阻、减小存贮时间。泄漏电阻、减小存贮时间。优点：容易集成优点：容易集成优点：容易集成优点：容易集成 缺点：速度慢缺点：速度慢缺点：速度慢缺点：速度慢（几十纳秒）（几十纳秒）（几十纳秒）（几十纳秒）现在仅有其变型电路现在仅有其变型电路现在仅有其变型电路现在仅有其变型电路HTLHTL以其高抗干扰以其高抗干扰以其高抗干扰以其高抗干扰性能应用于工业控制系统性能应用于工业控制系统性能应用于工业控制系统性能应用于工业控制系统 同年出现了同年出现了同年出现了同年出现了TTLTTL，使数字，使数字，使数字，使数字ICIC进入一个新阶段进入一个新阶段进入一个新阶段进入一个新阶段六三年，美国德克萨斯仪器公司生产出第一代六三年，美国德克萨斯仪器公司生产出第一代六三年，美国德克萨斯仪器公司生产出第一代六三年，美国德克萨斯仪器公司生产出第一代标准标准标准标准TTLTTL第一代包括：第一代包括：第一代包括：第一代包括：SN54/74SN54/74系列系列系列系列 5454低功耗低功耗低功耗低功耗SN54L/74L74SN54L/74L74高速高速高速高速 SN54H/74HSN54H/74H其标志为：输入采用多射极输入与级其标志为：输入采用多射极输入与级其标志为：输入采用多射极输入与级其标志为：输入采用多射极输入与级,输出采用有源负载输出采用有源负载输出采用有源负载输出采用有源负载六九年出现第二代六九年出现第二代六九年出现第二代六九年出现第二代TTLTTLSN54S/74SSN54LS/74LSSN54S/74SSN54LS/74LS其标志为：采用箝位二极管抗饱和。其标志为：采用箝位二极管抗饱和。其标志为：采用箝位二极管抗饱和。其标志为：采用箝位二极管抗饱和。22TTL与非门与非门二管单元二管单元二管单元二管单元TTL“TTL“与非与非与非与非”门门门门T1T1，R1R1构成输入与级，构成输入与级，构成输入与级，构成输入与级，T2T2、R3R3倒相输出。倒相输出。倒相输出。倒相输出。在电路截止过程，在电路截止过程，在电路截止过程，在电路截止过程，T1T1正向运用，对正向运用，对正向运用，对正向运用，对T2T2基区超量贮存电荷具有极强的抽取作用。基区超量贮存电荷具有极强的抽取作用。基区超量贮存电荷具有极强的抽取作用。基区超量贮存电荷具有极强的抽取作用。特点：特点：特点：特点：A A：电路简单：电路简单：电路简单：电路简单B B：速度较：速度较：速度较：速度较DTLDTL提高很多（输入与级对超提高很多（输入与级对超提高很多（输入与级对超提高很多（输入与级对超量储存电荷的反抽作用）量储存电荷的反抽作用）量储存电荷的反抽作用）量储存电荷的反抽作用）C C：抗干扰能力差：抗干扰能力差：抗干扰能力差：抗干扰能力差（V VNMLNML小）小）小）小）D D：负载能力差：负载能力差：负载能力差：负载能力差（I IB2B2小）小）小）小）E E：导能延时长：导能延时长：导能延时长：导能延时长（IB2IB2小）小）小）小）改进方向改进方向改进方向改进方向A A：增大：增大：增大：增大I IB2B2B B：采用有源负载：采用有源负载：采用有源负载：采用有源负载四管单元四管单元四管单元四管单元TTL“TTL“与非与非与非与非”门门门门 T1T1、R1R1构成输入与级；构成输入与级；构成输入与级；构成输入与级；T2T2、R2R2构成分相级，增大输构成分相级，增大输构成分相级，增大输构成分相级，增大输出管的驱动电流，出管的驱动电流，出管的驱动电流，出管的驱动电流，V VNMLNML提高了一个结压降；提高了一个结压降；提高了一个结压降；提高了一个结压降；T3T3为有源负载；为有源负载；为有源负载；为有源负载；D D电平位移，避免导通时，电平位移，避免导通时，电平位移，避免导通时，电平位移，避免导通时，T3T3，T4T4同时导通；同时导通；同时导通；同时导通；R4R4限流电阻，截止过程，限流电阻，截止过程，限流电阻，截止过程，限流电阻，截止过程，T2T2先于先于先于先于T4T4截止，故截止，故截止，故截止，故T4T4截止前，截止前，截止前，截止前，V VC2C2已上升。当已上升。当已上升。当已上升。当V VC2C2VVOLOL+2V+2VBEBE时，时，时，时，T3T3导通。电源至地出现短路通道，产生瞬态大导通。电源至地出现短路通道，产生瞬态大导通。电源至地出现短路通道，产生瞬态大导通。电源至地出现短路通道，产生瞬态大电流，加电流，加电流，加电流，加R4R4限流。限流。限流。限流。AB电压传输特性曲线电压传输特性曲线电压传输特性曲线电压传输特性曲线 特点：特点：特点：特点：A A：抗干扰能力增加一个结压降：抗干扰能力增加一个结压降：抗干扰能力增加一个结压降：抗干扰能力增加一个结压降B B：负载能力增强：负载能力增强：负载能力增强：负载能力增强、驱动电流加强、驱动电流加强、驱动电流加强、驱动电流加强、导通态时，、导通态时，、导通态时，、导通态时，T3T3截止，仅需吸收截止，仅需吸收截止，仅需吸收截止，仅需吸收I IL LD D：存在瞬态大电流，：存在瞬态大电流，：存在瞬态大电流，：存在瞬态大电流，D D上有大量存贮电荷，上有大量存贮电荷，上有大量存贮电荷，上有大量存贮电荷，影响速度影响速度影响速度影响速度改进方向：给改进方向：给改进方向：给改进方向：给D D5 5提供泄放回路提供泄放回路提供泄放回路提供泄放回路VOHT2导通导通Vo与与Vc2射极跟随射极跟随斜率斜率1.55v1.4v0.6v五管单元五管单元五管单元五管单元TTLTTL 原理分析与四管单元相同原理分析与四管单元相同原理分析与四管单元相同原理分析与四管单元相同电压传输特性与四管单元电压传输特性与四管单元电压传输特性与四管单元电压传输特性与四管单元相同相同相同相同特点：特点：特点：特点：将将将将D D改为改为改为改为T4T4，且加上泄放回路，对速度有利。，且加上泄放回路，对速度有利。，且加上泄放回路，对速度有利。，且加上泄放回路，对速度有利。改进方向：改进方向：改进方向：改进方向：见六管单元见六管单元见六管单元见六管单元TTL“TTL“与非与非与非与非”门。门。门。门。AB23六管单元六管单元TTL静态特性静态特性四管单元、五管单元在很大程度上改善了简单四管单元、五管单元在很大程度上改善了简单四管单元、五管单元在很大程度上改善了简单四管单元、五管单元在很大程度上改善了简单TTL“TTL“与非与非与非与非”门的性能，但它们存在共同的弱点，门的性能，但它们存在共同的弱点，门的性能，但它们存在共同的弱点，门的性能，但它们存在共同的弱点，归纳如下：归纳如下：归纳如下：归纳如下：1 1、抗干扰能力差、抗干扰能力差、抗干扰能力差、抗干扰能力差当当当当V Vi i上升到上升到上升到上升到0.6V0.6V时，时，时，时，T2T2先于先于先于先于T5T5导通，导通，导通，导通，V Vo o跟随跟随跟随跟随V Vc2c2下降，斜率为下降，斜率为下降，斜率为下降，斜率为 当当当当 V Vi i上升到上升到上升到上升到1.3V1.3V时，时，时，时，T2T2，T5T5均导通，均导通，均导通，均导通，V Vo o迅速迅速迅速迅速下降。下降。下降。下降。解决办法：解决办法：解决办法：解决办法：期望在期望在期望在期望在T2T2射极至地加一个结压降，使射极至地加一个结压降，使射极至地加一个结压降，使射极至地加一个结压降，使V Vi i达达达达1.3V1.3V时，时，时，时，T2T2，T5T5同时导通。同时导通。同时导通。同时导通。2 2、泄漏电阻泄漏电阻泄漏电阻泄漏电阻R3R3分流，使分流，使分流，使分流，使T5T5和基极驱动电流下和基极驱动电流下和基极驱动电流下和基极驱动电流下降，导通时间延长，速度下降。降，导通时间延长，速度下降。降，导通时间延长，速度下降。降，导通时间延长，速度下降。解决办法：解决办法：解决办法：解决办法：期望期望期望期望R3R3为可变电阻，导通过程呈高阻，为可变电阻，导通过程呈高阻，为可变电阻，导通过程呈高阻，为可变电阻，导通过程呈高阻，截止过程呈低阻。截止过程呈低阻。截止过程呈低阻。截止过程呈低阻。两个问题的解决都归纳到泄漏电阻两个问题的解决都归纳到泄漏电阻两个问题的解决都归纳到泄漏电阻两个问题的解决都归纳到泄漏电阻R R3 3，以一个有源网络替代以一个有源网络替代以一个有源网络替代以一个有源网络替代R R3 3，于是引出了六管单，于是引出了六管单，于是引出了六管单，于是引出了六管单元元元元TTL“TTL“与非与非与非与非”门。门。门。门。一、基本电路一、基本电路一、基本电路一、基本电路T T1 1、R R1 1构成输入与级构成输入与级构成输入与级构成输入与级T T2 2、R R2 2构成分相级构成分相级构成分相级构成分相级T T3 3、T T4 4、T T5 5构成输出级构成输出级构成输出级构成输出级R R4 4泄漏电阻泄漏电阻泄漏电阻泄漏电阻R R5 5限流电阻限流电阻限流电阻限流电阻T T6 6、R Rb b、R Rc c有源泄放网络。有源泄放网络。有源泄放网络。有源泄放网络。AB由于由于由于由于T T6 6接有串连电阻，在电路导通接有串连电阻，在电路导通接有串连电阻，在电路导通接有串连电阻，在电路导通过过过过 程，程，程，程，T T6 6比比比比T T5 5晚导通。又晚导通。又晚导通。又晚导通。又T T6 6无泄放回无泄放回无泄放回无泄放回路，故在电路的截止过程，路，故在电路的截止过程，路，故在电路的截止过程，路，故在电路的截止过程，T T6 6比比比比T T5 5晚截晚截晚截晚截止。止。止。止。这样，在这样，在这样，在这样，在T5T5导通过程中，导通过程中，导通过程中，导通过程中，T T6 6仍截仍截仍截仍截止，止，止，止，I IE2E2全部用于驱动全部用于驱动全部用于驱动全部用于驱动T T5 5。在。在。在。在T T5 5截止过程截止过程截止过程截止过程中，中，中，中，T T6 6仍导通，为仍导通，为仍导通，为仍导通，为T T5 5管提供一条低阻泄管提供一条低阻泄管提供一条低阻泄管提供一条低阻泄放通道，故速度大为改善。放通道，故速度大为改善。放通道，故速度大为改善。放通道，故速度大为改善。三、静态工作点估算三、静态工作点估算三、静态工作点估算三、静态工作点估算假设：假设：假设：假设：1 1、晶体管处于正向工作区时、晶体管处于正向工作区时、晶体管处于正向工作区时、晶体管处于正向工作区时晶体管处于正向工作区时晶体管处于正向工作区时晶体管处于正向工作区时晶体管处于正向工作区时2 2、集电结正向压降、集电结正向压降、集电结正向压降、集电结正向压降3 3、饱和压降、饱和压降、饱和压降、饱和压降T10.1VT10.1V其它其它其它其它0.3V0.3V4 4、电流放大倍数、电流放大倍数、电流放大倍数、电流放大倍数 电路导通态电路导通态电路导通态电路导通态T1T1管：管：管：管：T2T2管：（管：（管：（管：（I IC2C2不可能为不可能为不可能为不可能为0.7mA200.7mA2014mA14mA，故必饱，故必饱，故必饱，故必饱和）和）和）和）T3T3管：管：管：管：T4T4管：管：管：管：T6T6管：管：管：管：(设处于浅饱和设处于浅饱和设处于浅饱和设处于浅饱和)T5T5管：管：管：管：导通态空载电源电流导通态空载电源电流导通态空载电源电流导通态空载电源电流 电路截止态：电路截止态：电路截止态：电路截止态：T2T2，T5T5，T6T6截止截止截止截止T1T1管：管：管：管：T3T3管：管：管：管：T3T3微饱和微饱和微饱和微饱和T4管：管：截止态空载电源电流截止态空载电源电流四、电压传输特性四、电压传输特性四、电压传输特性四、电压传输特性输出电压与输入电压的关系称电压传输特性，输出电压与输入电压的关系称电压传输特性，输出电压与输入电压的关系称电压传输特性，输出电压与输入电压的关系称电压传输特性，精确地推导电压传输特性的数学表达式非常困难，精确地推导电压传输特性的数学表达式非常困难，精确地推导电压传输特性的数学表达式非常困难，精确地推导电压传输特性的数学表达式非常困难，在此，进行定性分析。在此，进行定性分析。在此，进行定性分析。在此，进行定性分析。当当当当V Vi i1.3V1.3V时，时，时，时，V VB2B21.4V1.4VT2T2，T5T5，T6T6均截止，输出高电平：均截止，输出高电平：均截止，输出高电平：均截止，输出高电平：V VOHOH=3.5V=3.5V当当当当V Vi i1.55V1.55V时，时，时，时，T2T2，T5T5均饱和，输出低电平：均饱和，输出低电平：均饱和，输出低电平：均饱和，输出低电平：1.3VV1.3VVi i1.55V1.55V时，时，时，时，V Vi i上升，上升，上升，上升，V VOO迅速下降，形成过迅速下降，形成过迅速下降，形成过迅速下降，形成过渡区。渡区。渡区。渡区。电压传输特性曲线电压传输特性曲线电压传输特性曲线电压传输特性曲线1.3v 3.5v3.5v1.55v五、静态参数五、静态参数五、静态参数五、静态参数衡量一个电路的静态特性的优劣具有三个指标：衡量一个电路的静态特性的优劣具有三个指标：衡量一个电路的静态特性的优劣具有三个指标：衡量一个电路的静态特性的优劣具有三个指标：静态功耗静态功耗静态功耗静态功耗负载能力负载能力负载能力负载能力抗干扰能力抗干扰能力抗干扰能力抗干扰能力1 1、静态功耗：、静态功耗：、静态功耗：、静态功耗：2、负载能力：、负载能力：负载能力的直接反映为扇出数，但与负载能力的直接反映为扇出数，但与IIL、IIH密切密切相关。相关。a:输入短路电流输入短路电流ISE(输入端接地时，流出输入端的电流输入端接地时，流出输入端的电流)b:输入低电平电流输入低电平电流IILIIL对扇出的限制：对扇出的限制：假设假设：则：则：则：则：c:c:高电平输入电流高电平输入电流高电平输入电流高电平输入电流I IIHIH一个输入端接高电平，其余接地时，流入该输入一个输入端接高电平，其余接地时，流入该输入一个输入端接高电平，其余接地时，流入该输入一个输入端接高电平，其余接地时，流入该输入端的电流。端的电流。端的电流。端的电流。此时，该发射结反偏，故也称输入反向漏电流。此时，该发射结反偏，故也称输入反向漏电流。此时，该发射结反偏，故也称输入反向漏电流。此时，该发射结反偏，故也称输入反向漏电流。考虑两个输入端的情况：考虑两个输入端的情况：考虑两个输入端的情况：考虑两个输入端的情况：GndVohpCEnBn+n+n+n+T TL L正向有源正向有源正向有源正向有源 T TA A反向运用，反向运用，反向运用，反向运用，T TB B饱和导通饱和导通饱和导通饱和导通故亦称为交叉漏电流故亦称为交叉漏电流故亦称为交叉漏电流故亦称为交叉漏电流 I IIHIH对对对对N N0 0的限制的限制的限制的限制 采用有源负载后，对采用有源负载后，对采用有源负载后，对采用有源负载后，对N N0 0的限制主要来自的限制主要来自的限制主要来自的限制主要来自I IILIL的影响。的影响。的影响。的影响。33、抗干扰能力：、抗干扰能力：、抗干扰能力：、抗干扰能力：a:a:输出高电平电压输出高电平电压输出高电平电压输出高电平电压 b:b:输出低电平电压输出低电平电压输出低电平电压输出低电平电压 c:c:最大输入低电平（关门电压）最大输入低电平（关门电压）最大输入低电平（关门电压）最大输入低电平（关门电压）d:d:最小输入高电平（开门电压）最小输入高电平（开门电压）最小输入高电平（开门电压）最小输入高电平（开门电压）e:e:高电平噪容高电平噪容高电平噪容高电平噪容 f:f:低电平噪容低电平噪容低电平噪容低电平噪容 g:g:输入钳位电压输入钳位电压输入钳位电压输入钳位电压负向干扰时，将有负向干扰时，将有负向干扰时，将有负向干扰时，将有大电流流径大电流流径大电流流径大电流流径R1R1、T1T1，因此通常在输入端对地因此通常在输入端对地因此通常在输入端对地因此通常在输入端对地加一嵌位二极管，限制加一嵌位二极管，限制加一嵌位二极管，限制加一嵌位二极管，限制负向于干扰幅度。负向于干扰幅度。负向于干扰幅度。负向于干扰幅度。由于理想二极管由于理想二极管由于理想二极管由于理想二极管V VF F0.7V0.7V，因此嵌位电压实际，因此嵌位电压实际，因此嵌位电压实际，因此嵌位电压实际上反映了对二极管串连电阻的限制。上反映了对二极管串连电阻的限制。上反映了对二极管串连电阻的限制。上反映了对二极管串连电阻的限制。如：如：如：如：则：则：则：则：23六管单元六管单元TTL瞬态特性瞬态特性传输特性反映了电路输出电压，随输入传输特性反映了电路输出电压，随输入传输特性反映了电路输出电压，随输入传输特性反映了电路输出电压，随输入电压变化的规律。电压变化的规律。电压变化的规律。电压变化的规律。瞬态特性是研究在一定的输入作用下，瞬态特性是研究在一定的输入作用下，瞬态特性是研究在一定的输入作用下，瞬态特性是研究在一定的输入作用下，输出电压随时间的变化规律。输出电压随时间的变化规律。输出电压随时间的变化规律。输出电压随时间的变化规律。瞬态过程实质上是电路中各寄生电容的瞬态过程实质上是电路中各寄生电容的瞬态过程实质上是电路中各寄生电容的瞬态过程实质上是电路中各寄生电容的充放电过程。因此，我们必须首先研究带有充放电过程。因此，我们必须首先研究带有充放电过程。因此，我们必须首先研究带有充放电过程。因此，我们必须首先研究带有电容的等效电路。电容的等效电路。电容的等效电路。电容的等效电路。这一电路比较复杂，我们以一定的原则这一电路比较复杂，我们以一定的原则这一电路比较复杂，我们以一定的原则这一电路比较复杂，我们以一定的原则将其简化将其简化将其简化将其简化:a:a:瞬态过程中两端电压基本上不变化的电容瞬态过程中两端电压基本上不变化的电容瞬态过程中两端电压基本上不变化的电容瞬态过程中两端电压基本上不变化的电容 可忽略，如可忽略，如可忽略，如可忽略，如C Ce3e3,C Cc1c1b:b:两端电压变化幅度相同的电容可以合弃。两端电压变化幅度相同的电容可以合弃。两端电压变化幅度相同的电容可以合弃。两端电压变化幅度相同的电容可以合弃。如如如如V VB1B1，V VB2B2跟踪变化，两节点电容可合开。跟踪变化，两节点电容可合开。跟踪变化，两节点电容可合开。跟踪变化，两节点电容可合开。c:c:如电容两端电压分别随时间而变，则分别同如电容两端电压分别随时间而变，则分别同如电容两端电压分别随时间而变，则分别同如电容两端电压分别随时间而变，则分别同时计入相关节点，如时计入相关节点，如时计入相关节点，如时计入相关节点，如C CC2C2，C CC3C3，C CC5C5。注意，由于充放电电流差异计入基极时为原注意，由于充放电电流差异计入基极时为原注意，由于充放电电流差异计入基极时为原注意，由于充放电电流差异计入基极时为原电容值，计入集电极则乘电容值，计入集电极则乘电容值，计入集电极则乘电容值，计入集电极则乘 倍。倍。倍。倍。d:d:如果电容两端电压在瞬态过程不变化，可忽如果电容两端电压在瞬态过程不变化，可忽如果电容两端电压在瞬态过程不变化，可忽如果电容两端电压在瞬态过程不变化，可忽略，如略，如略，如略，如C CC6C6CCe6e6 按照上述原则，作出六管单元按照上述原则，作出六管单元按照上述原则，作出六管单元按照上述原则，作出六管单元TTL“TTL“与非与非与非与非”门门门门等效电路等效电路等效电路等效电路VOH即使得到了等效电路，精确分析瞬态即使得到了等效电路，精确分析瞬态即使得到了等效电路，精确分析瞬态即使得到了等效电路，精确分析瞬态过程依然十分困难，因为：过程依然十分困难，因为：过程依然十分困难，因为：过程依然十分困难，因为：a:a:输入不可能是理想方波输入不可能是理想方波输入不可能是理想方波输入不可能是理想方波b:b:晶体管及晶体管及晶体管及晶体管及 不为常量不为常量不为常量不为常量c:c:晶体管的结电容不为常量晶体管的结电容不为常量晶体管的结电容不为常量晶体管的结电容不为常量对于对于对于对于ICIC的设计者，重要的是找出降低的设计者，重要的是找出降低的设计者，重要的是找出降低的设计者，重要的是找出降低平均传输长期共存延迟时间的方法，所以平均传输长期共存延迟时间的方法，所以平均传输长期共存延迟时间的方法，所以平均传输长期共存延迟时间的方法，所以我们仅对瞬态过程进行定性分析。我们仅对瞬态过程进行定性分析。我们仅对瞬态过程进行定性分析。我们仅对瞬态过程进行定性分析。1 1、延迟时间：、延迟时间：、延迟时间：、延迟时间：V Vi i跳变到电平时刻跳变到电平时刻跳变到电平时刻跳变到电平时刻V Vo o开始下降的时间，开始下降的时间，开始下降的时间，开始下降的时间，对应于对应于对应于对应于T5T5开始导通，开始导通，开始导通，开始导通，C CL L通过通过通过通过T5T5放电的时间。放电的时间。放电的时间。放电的时间。a a：ViVi上跳瞬间，上跳瞬间，上跳瞬间，上跳瞬间，T1T1转为反向工作，转为反向工作，转为反向工作，转为反向工作，I IR1R1通过通过通过通过T1T1集电结对集电结对集电结对集电结对C C1 1充电，当充电，当充电，当充电，当V VB2B2由由由由0.4V0.4V上升到上升到上升到上升到0.7V0.7V时，时，时，时，T2T2导通。导通。导通。导通。由于由于由于由于V=0.3VV=0.3V很小，充电电流大，这段时间很小，充电电流大，这段时间很小，充电电流大，这段时间很小，充电电流大，这段时间很短。很短。很短。很短。b b：T2T2导通后，导通后，导通后，导通后，I IE2E2逐渐上升，对逐渐上升，对逐渐上升，对逐渐上升，对C C3 3充电，充电，充电，充电，使得使得使得使得V VB5B5上升到上升到上升到上升到0.7v0.7v，T TS S导通，延迟过程导通，延迟过程导通，延迟过程导通，延迟过程完成完成完成完成在此期间，在此期间，在此期间，在此期间，I IR1R1分为两部份，对分为两部份，对分为两部份，对分为两部份，对C C1 1的的的的充电电流及对充电电流及对充电电流及对充电电流及对T2T2的驱动电流。的驱动电流。的驱动电流。的驱动电流。这一过程主要取决于这一过程主要取决于这一过程主要取决于这一过程主要取决于I IE2E2的上升速度的上升速度的上升速度的上升速度（对应（对应（对应（对应f fT2T2）2 2、下降时间、下降时间、下降时间、下降时间从从从从T T5 5导通到导通到导通到导通到T T5 5进入饱和的时间，而进入饱和的时间，而进入饱和的时间，而进入饱和的时间，而T T5 5进入饱和，取决于：进入饱和，取决于：进入饱和，取决于：进入饱和，取决于：a:a:驱动电流驱动电流驱动电流驱动电流I IB5B5在此期间在此期间在此期间在此期间I IB5B5不恒定，取决于不恒定，取决于不恒定，取决于不恒定，取决于I IE2E2的大的大的大的大小及上升速度小及上升速度小及上升速度小及上升速度.要求要求要求要求f fT2T2高，高，高，高，C C3 3小，小，小，小，R R1 1小小小小b:T5b:T5的负载情况：的负载情况：的负载情况：的负载情况：T5T5导通时，导通时，导通时，导通时，T2T2已先导通，故已先导通，故已先导通，故已先导通，故V VOO已下降，已下降，已下降，已下降，只是未降至最终值。只是未降至最终值。只是未降至最终值。只是未降至最终值。若若若若f fT2T2小，则小，则小，则小，则V VC2C2下降慢，下降慢，下降慢，下降慢，T T5 5导通后，导通后，导通后，导通后，V VOO迅迅迅迅速下降，使速下降，使速下降，使速下降，使V VC2C2V VOO增大，当增大，当增大，当增大，当V VC2C2V VOO=1.4V=1.4V时。时。时。时。T3T3、T T导通，瞬态大电流注入导通，瞬态大电流注入导通，瞬态大电流注入导通，瞬态大电流注入T5T5集电极，集电极，集电极，集电极，使使使使T5T5不能进入饱和，不能进入饱和，不能进入饱和，不能进入饱和，V VOO的下降与的下降与的下降与的下降与T5T5无关，而无关，而无关，而无关，而跟随跟随跟随跟随V VC2C2下降下降下降下降目前的产品主要是这种情况，故要求目前的产品主要是这种情况，故要求目前的产品主要是这种情况，故要求目前的产品主要是这种情况，故要求f fT2T2高，高，高，高，C C2 2小。小。小。小。若若若若T2T2设计得好，设计得好，设计得好，设计得好，f ft2t2很高，则很高，则很高，则很高，则t tf f主要取决于主要取决于主要取决于主要取决于f fT5T5及及及及C C5 5。3 3、存贮时间、存贮时间、存贮时间、存贮时间t tS SVVi i下跳开始到下跳开始到下跳开始到下跳开始到V VOO开始上升的时间，对应开始上升的时间，对应开始上升的时间，对应开始上升的时间，对应于于于于T5T5的退饱的时间。的退饱的时间。的退饱的时间。的退饱的时间。a a：V Vi i上跳瞬间，上跳瞬间，上跳瞬间，上跳瞬间，T1T1转为正向工作，转为正向工作，转为正向工作，转为正向工作，T2T2的存贮电的存贮电的存贮电的存贮电荷被荷被荷被荷被T1T1很快抽走，使很快抽走，使很快抽走，使很快抽走，使V VB2B2降至小于降至小于降至小于降至小于1.4V1.4V从而从而从而从而T T2 2载止，载止，载止，载止，T5T5的驱动电流消失，这一过程很短，的驱动电流消失，这一过程很短，的驱动电流消失，这一过程很短，的驱动电流消失，这一过程很短，可以忽略。可以忽略。可以忽略。可以忽略。b:T2b:T2截止后截止后截止后截止后I IE2E2=0=0，T6T6网络仍导通，网络仍导通，网络仍导通，网络仍导通，T T5 5的超量贮的超量贮的超量贮的超量贮存电荷很快被存电荷很快被存电荷很快被存电荷很快被T6T6抽走。抽走。抽走。抽走。T5T5集电极情况比较复杂：集电极情况比较复杂：集电极情况比较复杂：集电极情况比较复杂：T2T2退饱和后退饱和后退饱和后退饱和后 V VC2C2上升但上升但上升但上升但V VOO仍不变仍不变仍不变仍不变当当当当V VC2C2VVOO=1.4V=1.4V时，时，时，时，T3T3、T4T4导通，产生瞬态导通，产生瞬态导通，产生瞬态导通，产生瞬态大电流注入大电流注入大电流注入大电流注入T5T5与负载电流一起，对集电极超与负载电流一起，对集电极超与负载电流一起，对集电极超与负载电流一起，对集电极超量贮存电荷加速复合。量贮存电荷加速复合。量贮存电荷加速复合。量贮存电荷加速复合。设有设有设有设有8 8门负载，则门负载，则门负载，则门负载，则根据根据根据根据其中：其中：其中：其中：CPCP集电区少子寿命集电区少子寿命集电区少子寿命集电区少子寿命QQCSCS（0 0）趋量贮存电荷初始值）趋量贮存电荷初始值）趋量贮存电荷初始值）趋量贮存电荷初始值I IB5B5基极反抽电流基极反抽电流基极反抽电流基极反抽电流I ICS5CS5平均集电极饱和电流平均集电极饱和电流平均集电极饱和电流平均集电极饱和电流从根本上看，应减少从根本上看，应减少从根本上看，应减少从根本上看，应减少Qcs(0)Qcs(0)，STTLSTTL的出发点。的出发点。的出发点。的出发点。从工艺上，可以通过掺金减少从工艺上，可以通过掺金减少从工艺上，可以通过掺金减少从工艺上，可以通过掺金减少 CPCP。在线路结构上，在线路结构上，在线路结构上，在线路结构上，T T6 6网络减少了网络减少了网络减少了网络减少了I IB5B5（0 0）降低了饱和）降低了饱和）降低了饱和）降低了饱和深度深度深度深度S S。4 4、上升时间、上升时间、上升时间、上升时间trtrVVOO从从从从V VOLOL上升到上升到上升到上升到V VOHOH的时间，对应于的时间，对应于的时间，对应于的时间，对应于T5T5脱脱脱脱离饱和转为载止所需时间离饱和转为载止所需时间离饱和转为载止所需时间离饱和转为载止所需时间T5T5退出饱和后，退出饱和后，退出饱和后，退出饱和后，T6T6网络的继续反抽及网络的继续反抽及网络的继续反抽及网络的继续反抽及T5T5的复合，基区贮存电荷逐步减少，的复合，基区贮存电荷逐步减少，的复合，基区贮存电荷逐步减少，的复合，基区贮存电荷逐步减少，I IC5C5逐步下逐步下逐步下逐步下降，直至降，直至降，直至降，直至T5T5载止。载止。载止。载止。a:Va:VB5B5逐步下降，逐步下降，逐步下降，逐步下降，I IC5C5下降，使得下降，使得下降，使得下降，使得此时此时此时此时部分给部分给部分给部分给C C5 5充电使充电使充电使充电使V VOO上升。上升。上升。上升。b:Vb:VB5B50.7V0.7V，I IC5C5=0=0IIR5R5+I+IL L全部向全部向全部向全部向C C5 5充电，充电，充电，充电，V VOO上升。上升。上升。上升。c:c:当当当当V V0 01.41.4时，时，时，时，负载门负载门负载门负载门T1T1反向，反向，反向，反向，I IL L=0=0IIR5R5逐渐减小，直至逐渐减小，直至逐渐减小，直至逐渐减小，直至V V0 0=V=V0H0H最终最终最终最终 I IR5R5=N=N0IIH0IIH+I+IR4R4 要求：要求：要求：要求：f ft5t5高高高高C C5 5小、小、小、小、R5R5小小小小C C3 3小小小小 5 5、瞬态功率、瞬态功率、瞬态功率、瞬态功率前面的分析可知，有源负载结构的前面的分析可知，有源负载结构的前面的分析可知，有源负载结构的前面的分析可知，有源负载结构的TTLTTL电路，电路，电路，电路，在导通瞬间和载止瞬间存在瞬态在导通瞬间和载止瞬间存在瞬态在导通瞬间和载止瞬间存在瞬态在导通瞬间和载止瞬间存在瞬态R R电流。电流。电流。电流。这样，这样，这样，这样，TTLTTL电路将静态内耗外，还附加有一项电路将静态内耗外，还附加有一项电路将静态内耗外，还附加有一项电路将静态内耗外，还附加有一项瞬态功耗瞬态功耗瞬态功耗瞬态功耗一个典型的一个典型的一个典型的一个典型的STTLSTTL四管单元四管单元四管单元四管单元“与非与非与非与非”门的电流门的电流门的电流门的电流波形如下波形如下波形如下波形如下导通过程中，瞬态电流最大值几导通过程中，瞬态电流最大值几导通过程中，瞬态电流最大值几导通过程中，瞬态电流最大值几mAmA。截止过。截止过。截止过。截止过程中，瞬态电流最大值程中，瞬态电流最大值程中，瞬态电流最大值程中，瞬态电流最大值37mA37mAVoIcc最大瞬时功耗最大瞬时功耗最大瞬时功耗最大瞬时功耗:在在在在时间范围内以线性近似计算其平均瞬时间范围内以线性近似计算其平均瞬时间范围内以线性近似计算其平均瞬时间范围内以线性近似计算其平均瞬态功耗态功耗态功耗态功耗一个周期内消耗电能一个周期内消耗电能一个周期内消耗电能一个周期内消耗电能设工作频率为设工作频率为设工作频率为设工作频率为f f，则附加瞬时功耗，则附加瞬时功耗，则附加瞬时功耗，则附加瞬时功耗随频率升高，随频率升高，随频率升高，随频率升高，TTLTTL电路的功耗也升高。电路的功耗也升高。电路的功耗也升高。电路的功耗也升高。七、六管单元七、六管单元七、六管单元七、六管单元TTLL“TTLL“与非与非与非与非”的特点的特点的特点的特点1 1、传输特性曲线近似矩形，过渡区窄，与五管单、传输特性曲线近似矩形，过渡区窄，与五管单、传输特性曲线近似矩形，过渡区窄，与五管单、传输特性曲线近似矩形，过渡区窄，与五管单元比较，抗干扰能力显著增强。元比较，抗干扰能力显著增强。元比较，抗干扰能力显著增强。元比较，抗干扰能力显著增强。2 2、以、以、以、以T6T6网络作为有源泄放网络，瞬态特性好，速网络作为有源泄放网络，瞬态特性好，速网络作为有源泄放网络，瞬态特性好，速网络作为有源泄放网络，瞬态特性好，速度快，电路优值小。度快，电路优值小。度快，电路优值小。度快，电路优值小。3 3、温度特性好，工艺离散性的影响小。、温度特性好，工艺离散性的影响小。、温度特性好，工艺离散性的影响小。、温度特性好，工艺离散性的影响小。六管单元六管单元六管单元六管单元“与非与非与非与非”门中，对性能影响最大的门中，对性能影响最大的门中，对性能影响最大的门中，对性能影响最大的最最最最T5T5的工作状态。的工作状态。的工作状态。的工作状态。T5T5，T6T6均设计的浅饱和，则对温度变化及均设计的浅饱和，则对温度变化及均设计的浅饱和，则对温度变化及均设计的浅饱和，则对温度变化及 的离散性具有一定的自调整作用，这是因为温度的离散性具有一定的自调整作用，这是因为温度的离散性具有一定的自调整作用，这是因为温度的离散性具有一定的自调整作用，这是因为温度或工艺的变化对或工艺的变化对或工艺的变化对或工艺的变化对F5F5，T6T6具有相同的影响：具有相同的影响：具有相同的影响：具有相同的影响：设设设设则则则则下降下降下降下降但同时但同时但同时但同时 使使使使，故，故，故，故 S S55将基本不变。将基本不变。将基本不变。将基本不变。由于