一、 概述
什么叫做門電路?一個邏輯門電路就是能夠完成一些基本邏輯功能的電子電路。我們前面學習到的,與門、或門、非門和與或非門,或非門等等這樣一些基本的邏輯運算,我們都需要有對應的電路來實現這些功能,來實現這些邏輯運算的電路就叫做邏輯門。
實現與功能的電路,就叫做與門。實現或功能的電路,就叫做或門,如此之類的等等其他電路。
用個n個與門、或門、非門的組合就可以搭建成任何我們想要的電路。這個方式叫做:使用分立元器件搭建電路的方式。
不同的組合實現的不同功能把它集成在一起,封裝在一起就叫做集成電路。里面集成的門電路個數不同,該集成電路的規模就不一樣。
二、門電路的主要參數
2.1、總覽
2.2、電壓傳輸特性曲線(VTC)
我們在研究一個電路特性的時候,有一個曲線是非常重要的。比如說,對於這樣這個非門,輸入是I,輸出是O,輸入和輸出之間存在着某個關系。比如,輸出O的電壓是低的時候,那么輸入I的電壓就是高的。輸出O的電壓是高的時候,那么輸入I的電壓就是低的。所以它的輸出和輸入之間是存在互反的關系。
可以看到Vo在下降了一定階段,並沒有完全置0,說明還是有一定電壓,但並不大。
因此可以知道,精准的高電壓(如果我把5v當做1,那么如果是4.99v呢)和精准的低電壓(如果我把0v當做0,那么如果是0.8v呢)是很難得到的,所以1和0不是一個固定的值,而是一個電平范圍。
在我們選取門電路、芯片的時候,可以找到它對應的使用手冊。在手冊上,標注了輸入與輸出的電平值范圍。
2.3、噪聲容限
對於輸入高電平、輸入低電平來說,很多時候都是對應某一個邏輯門來說的。實際上我們會把單個的邏輯門最終組合成一個復雜的電路。
這里我們假設下有兩個完全相同的反向器,也就是2個非門。給它級聯在一起,它們就有了連接關系,第一個非門的輸出也就會是第二個非門的輸入。
那么對於VI2來說,它的輸入想要獲得高電平,一定是需要認可Vo1是輸出的高電平。不能G1輸出一個高電平,G2輸入卻認為不是高電平。反之,低電平也是同理。
所以我們就發現了一個約束條件,對於高電平來說,G1輸出高電平的最壞情況VOH(min)(假如正常平均能輸出5v,最壞情況也有3v)一定要比G2輸入高電平最壞情況VIH(min)要大(假如正常平均能接受5v,最壞情況也有2v)。
反之,G2能接受的輸入低電平最壞情況VIL(min)(假如正常平均能接受0.8v,最壞情況也有0.4v)一定要比G1輸出低電平的最壞情況VOL(min)(假如正常平均能輸出0.8v,最壞情況也有0.3v)要大。
這有這樣做才能保證,G1輸出的1到G2能被認為是1,G1輸出0到G2能被認為是0。
在實際的電路中,G1到G2是通過導線來連接的,電平在通過這條導線時會受到各種各樣的噪聲干擾,G1輸出高電平5V,在傳輸的過程中會受到噪聲干擾,有導線自身的阻值噪聲干擾,有旁邊相近其他導線的噪聲干擾。那么最后到G2接受時,可能就被影響到只有4.5v了。對於噪聲的容忍程度就叫做噪聲容限。
2.4、靜態輸入特性和輸出特性
什么叫做靜態,靜態是指這個電路在輸入輸出的過程中信息是穩定的。
電流:代表了這個門電路能承受(驅動)多少個外接電路和接受多大輸入(負載)。這個值對於輸出端來說越大越好,對於輸入端來說越小越好。
電阻:代表了這個門電路能在承受(驅動)外接電路和接受輸入(負載)時的電阻值。
電路的輸入電阻越大說明向信號源索取的電流越小,所需的信號功率也越小,這樣子,只有一點點信號就能干活,理想情況最好為無窮大。
輸出電阻越小,表示可以輸出更大的電流但輸出電壓不變,這樣可輸出更大的功率,理想輸出電阻最好是零。
2.5、扇出系數
該方程是對上面的輸入輸出特性的描述,為了求最大負載個數和最大驅動個數。以電流為單位進行計算。
2.6、傳播延遲
傳播延遲是對於動態電路而言,什么是動態電路,在輸出和輸入會發生變化的時候就叫做動態電路,反應的是這個電路的反應速度的。
假如,一個非門,它的輸入端信號發生了變化,從0變成了1,輸入端的變化就會造成輸出端的變化,那么輸入端輸入了多久之后輸出端才會采取相應的變化,這個時間就叫做傳播延遲。
在低電平到高電平變化的過程中,信號不是突然0到1的,它是有過程的變化,如:0-->0.3-->0.5-->1。
高電平到底電平變化過程也是一樣。
2.7、功耗
功耗是電路里面很重要的一個參數,隨着電路集成的規模越來越大,它的功耗越來越高。
功耗大會帶來2個問題
1、耗電,對於用電池的電路來說,耗電越高續航能力越差。
2、功耗大的電路會帶來散熱的問題,電路的溫度升高,不能及時的排出溫度會導致電路的損壞。如果使用風扇之類的工具進行散熱,也不可避免的會帶來體積問題。