数字电路技术题目解答第五部分共14题
【题目12】：怎样分析各种TTL和CMOS集成门电路的逻辑功能？
【相关知识】：TTL与非门和复合TTL逻辑门、CMOS反相器、传输门以及复合CMOS逻辑门。
【解题方法】：解题方法和步骤：
① 首先将电路划分为若干个基本功能结构模块。
② 从输入到输出依次写出每个电路模块输出与输入的逻辑关系式，最后就得到了整个电路逻辑功能的表达式。
【解答过程】：１、TTL集成门电路逻辑功能的分析
① 首先将TTL门电路划分为若干个图１中所示的基本功能结构模块。
② 从输入到输出依次写出每个电路模块输出与输入的逻辑关系式，最后就得到了整个电路逻辑功能的表达式。
基本功能电路模块有“与”结构、“或非”结构、“倒相”结构、“电平偏移”结构和“推拉式输出”结构等几种。电平偏移结构的功能在于实现电平的变换。当输入Ａ为高电平时，二极管Ｄ导通，输出也是高电平，但输出的高电平比输入电平低一个二极管的压降。当输入Ａ为低电平时，二极管工作在截止状态，这时三极管
导通，为输出端提供一个低内阻的对地放电通路。
２、CMOS集成门电路逻辑功能的分析
① 首先将CMOS门划分为若干个图２所示的基本功能结构模块。
② 从输入到输出依次写出每个模块输出与输入的逻辑关系式，最后就得到了整个电路的逻辑功能表达式。
［例１］试分析图3所示TTL门电路的逻辑功能。
解： 首先将电路划分为虚线框内的六个基本功能模块：最左边的三个“与”结构模块、中间的两个“或非”结构模块和最右边的“推拉式输出”模块，如图3中所示。
然后自左而右地逐个写出每个模块的逻辑关系式（如图中所示），最后得到
因此，图3电路是“异或”门电路。
［例2］试分析图4电路的逻辑功能。
解： 这个CMOS电路可以划分成四个反相器和一个传输门共五个功能模块。传输门的工作状态由Ｂ和
控制，当Ｂ＝0时传输门导通，输出等于输入的
；当Ｂ＝1时传输门截止。电路图中间的一个反相器受状态的控制，当Ｂ＝0时(＝1)）
和
同时截止，反相器不工作；当Ｂ＝1时（＝0）和同时导通，反相器工作，输出等于Ａ。再经过输出端反相器以后得到
把上式的真值表列出即可看到，Ｙ＝Ａ⊕Ｂ。
【题目13】：如何理解CMOS门电路中的输入保护电路的作用?
【相关知识】：MOS管的结构、CMOS反相器的工作原理、CMOS反相器的输入特性。
【解题方法】：通过分析输入保护电路中二极管的钳位作用，可以理解它的保护特性。
【解答过程】：因为MOS管的栅极和衬底之间存在着以SiO2为介质的输入电容，而绝缘介质又非常薄(约1000
)，极易被击穿(耐压约100V)，所以必须采取保护措施。
在目前生产的CMOS集成电路中都采用了各种形式的输入保护电路，图1所示的保护电路就是常用的两种。在CC4000系列CMOS器件中，多采用图1(a)的输入保护电路。图中的
和
都是双极型二极管，它们的正向导通压降
=0.5～0.7V，反向击穿电压约为30V。由于是在输入端的P型扩散电阻区和N型衬底间自然形成的，是一种所谓分布式二极管结构，所以在图1(a)中用一条虚线和两个二极管表示。这种分布式二极管结构可以通过较大的电流。
的阻值一般在1.5～2.5kΩ之间。
和
分别表示和的栅极等效电容。
在输入信号电压的正常工作范围内(0≤
≤
)输入保护电路不起作用。若二极管的正向导通压降为，则＞ +时，导通，将和的栅极电位
钳位在 +，保证加到上的电压不超过+。而当＜-0.7V时， 导通，将栅极电位]钳位在-，以保证加到上的电压也不会超过+。因为多数CMOS集成电路使用的不超过18V，所以加到和上的电压不会超过允许的耐压极限。
在输入端出现瞬时的过冲电压使和发生击穿的情况下，只要反向击穿电流不是过大，而且持续时间很短，那么在反向击穿电压消失后和的PN结仍可恢复工作。
当然，这种保护措施是有一定限度的。通过和的正向导通电流过大或反向击穿电流过大，都会损坏输入保护电路，进而使MOS管栅极被击穿。因此，在可能出现上述情况时，还必须采取一些附加的保护措施，并注意器件的正确使用方法。
根据图1(a)的输入保护电路可以画出它的输入特性曲线如图2 (a)所示。在-＜＜+范围内，输入电流
≈0。当＞+以后，迅速增大。而在＜- 以后，经导通，的绝对值随绝对值的增加而加大，二者绝对值的增加近似呈线性关系，变化的斜率由决定。
图1 (b)是另一种常见于74HC系列CMOS器件中的输入保护电路，它的输入特性如图2 (b)所示。
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