線與邏輯詳解


 什么是線與邏輯?需要和CMOS漏極開路門(Open Drain, OD)一起介紹。
  通常CMOS門電路都有反相器作為輸出緩沖電路,而在工程實踐中,有時需要將兩個門的輸出端並聯以實現“與”邏輯的功能稱為“線與”邏輯,或者用於驅動大電流負載,或者實現邏輯電平變換。
  現在來考慮一種情況,如果將將兩個CMOS與非門G1和G2的輸出端連接在一起,如圖1所示,並設G1的輸出處於高電平,TN1截止,TP1導通;而G2的輸出處於低電平,TN2導通,TP2截止,這樣從G1的TP1端到G2的TN2端將形成一低阻通路,從而產生很大的電流,很有可能導致器件的損毀,並且無法確定輸出是高電平還是低電平,這一問題就需要OD門來解決

   所謂漏極開路門是指CMOS門電路的輸出只有NMOS管,並且它的漏極是開路的。使用OD門時必須在漏極和電源VDD之間外接一個上拉電阻(pull-up resister)RP。如圖2所示為兩個OD與非門實現線與,將兩個門電路輸出端接在一起,通過上拉電阻接電源。
 
  當兩個與非門的輸出全為1時,輸出為1;只要其中以輸出為0,則輸出為0,所以該電路符合與邏輯功能,即L=(AB)'(CD)'。
  上拉電阻對OD門動態性能的影響:
  當其他門電路作為OD門的負載時,OD門稱為驅動門,其后所接的門電路稱為負載門。由於驅動門的輸出電容、負載門的輸入電容以及接線電容的存在,上拉電阻勢必影響OD門的開關速度,RP的值越小,負載電容的充電時間常數也越小,因而開關速度越快。但上拉電阻不能任意的減小,它必須保證OD門輸出端的電流不能超過允許的最大值IOL(max)。對於74HC/74HCT系列CMOS電路,IOL(max)=4 mA,因此RP必須大於VDD/IOL(max)=5 V/4 mA = 1.25kΩ 。與普通CMOS電路相比,RP的值比PMOS管導通電阻大,因而,OD門從低電平到高電平的轉換速度比普通CMOS門慢。
 
  (摘自:《電子技術基礎(數字部分)》第六版  康華光)


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