施密特触发器工作原理

集成触发器及其应用电路设计

华中科技大学电子线路设计、测试与实验》实验报告实验名称：集成运算放大器的基本应用院（系）：自动化学院地点：南一楼东306 实验成绩：指导教师：汪小燕 2014 年6 月7 日

、实验目的 1）了解触发器的逻辑功能及相互转换的方法。 2）掌握集成JK 触发器逻辑功能的测试方法。 3）学习用JK 触发器构成简单时序逻辑电路的方法。 4）熟悉用双踪示波器测量多个波形的方法。（5）学习用Verliog HDL描述简单时序逻辑电路的方法，以及EDA技术、实验元器件及条件双JK 触发器CC4027 2 片；四2 输入与非门CC4011 2 片；三3 输入与非门CC4023 1 片；计算机、MAX+PLUSII 10.2集成开发环境、可编程器件实验板及专用电缆三、预习要求（1）复习触发器的基本类型及其逻辑功能。（2）掌握D触发器和JK触发器的真值表及JK触发器转化成D触发器、T触发器、T 触发器的基本方法。（3）按硬件电路实验内容（4）（5），分别设计同步3 分频电路和同步模4 可逆计数器电路。四、硬件电路实验内容（1）验证JK触发器的逻辑功能。（2）将JK触发器转换成T触发器和D触发器，并验证其功能。（3）将两个JK触发器连接起来，即第二个JK触发器的J、K端连接在一起，接到第一个JK触发器的输出端Q两个JK触发器的时钟端CP接在一起，并输入1kHz 正方波，用示波器分别观察和记录CP Q、Q的波形（注意它们之间的时序关系），理解2分频、4分频的概念。（4）根据给定的器件，设计一个同步3分频电路，其输出波形如图所示。然后组装电路，并用示波器观察和记录CP Q、Q的波形。（5）根据给定器件，设计一个可逆的同步模4 计数器，其框图如图所示。图中，M为控制变量，当M=0时，进行递增计数，当M=1时，进行递减计数；Q、 Q为计数器的状态输出，Z为进位或借位信号。然后组装电路，并测试电路的输入、输出

基本RS触发器原理

基本RS 触发器原理图4-1(a)是由两个“与非”门构成的基本R-S 触发器,(b)是其逻辑符号。RD 、SD 是两个输入端，Q 及y 是两个输出端。正常工作时，触发器的Q 和y 应保持相反，因而触发器具有两个稳定状态： 1）Q=1，y=0。通常将Q 端作为触发器的状态。若Q 端处于高电平，就说触发器是1状态； 2）Q=0，y=1。Q 端处于低电平，就说触发器是0状态；Q 端称为触发器的原端或1端，y 端称为触发器的非端或0端。由图4-1可看出，如果Q 端的初始状态设为1，RD 、SD 端都作用于高电平（逻辑 1），则y 一定为0。如果RD 、SD 状态不变，则Q 及y 的状态也不会改变。这是一个稳定状态；同理，若触发器的初始状态Q 为0而y 为1，在RD 、SD 为1的情况下这种状态也不会改变。这又是一个稳定状态。可见，它具有两个稳定状态。输入与输出之间的逻辑关系可以用真值表、状态转换真值表及特征方程来描述。图4 （一）真值表 R-S 触发器的逻辑功能，可以用输入、输出之间的逻辑关系构成一个真值表(或叫功能表)来描述。 1、当RD =0，SD=1时，不论触发器的初始状态如何，y 一定为1,由于“与非”门2的输入全是1，Q 端应为0。称触发器为0状态，RD 为置0端。 2、当RD =1，SD=0时，不论触发器的初始状态如何，Q 一定为1,从而使y 为0。称触发器为1状态，SD 置1端。 3、当RD =1，SD =1时，如前所述，Q 及y 状态保持原状态不变。 4、当RD =0，SD =0时，不论触发器的初始状态如何，Q=y=1，若RD 、SD 同时由0变成1，在两个门的性能完全一致的情况下, Q 及y 哪一个为1，哪一个为0是不定的，在应用时不允许RD 和SD 同时为0。综合以上四种情况，可建立R-S 触发器的真值表于表1。应注意的是表中RD = SD =0的一行中Q 及y 状态是指RD 、SD 同时变为1后所处的状态是不定的，用Ф表示。由于RD =0，SD =1时Q 为0，RD 端称为置0端或复位端。相仿的原因，SD 称置

施密特触发器工作原理

使用ＣＭＯＳ集成电路需注意的几个问题集成电路按晶体管的性质分为ＴＴＬ和ＣＭＯＳ两大类，ＴＴＬ以速度见长，ＣＭＯＳ以功耗低而著称，其中ＣＭＯＳ电路以其优良的特性成为目前应用最广泛的集成电路。在电子制作中使用ＣＭＯＳ集成电路时，除了认真阅读产品说明或有关资料，了解其引脚分布及极限参数外，还应注意以下几个问题：１、电源问题（１）ＣＭＯＳ集成电路的工作电压一般在３－１８Ｖ，但当应用电路中有门电路的模拟应用（如脉冲振荡、线性放大）时，最低电压则不应低于４．５Ｖ。由于ＣＭＯＳ集成电路工作电压宽，故使用不稳压的电源电路ＣＭＯＳ集成电路也可以正常工作，但是工作在不同电源电压的器件，其输出阻抗、工作速度和功耗是不相同的，在使用中一定要注意。（２）ＣＭＯＳ集成电路的电源电压必须在规定围，不能超压，也不能反接。因为在制造过程中，自然形成许多寄生二极管，如图１所示为反相器电路，在正常电压下，这些二极管皆处于反偏，对逻辑功能无影响，但是由于这些寄生二极管的存在，一旦电源电压过高或电压极性接反，就会使电路产生损坏。２、驱动能力问题ＣＭＯＳ电路的驱动能力的提高，除选用驱动能力较强的缓冲器来完成之外，还可将同一个芯片几个同类电路并联起来提高，这时驱动能力提高到Ｎ倍（Ｎ为并联门的数量）。如图２所示。３、输入端的问题（１）多余输入端的处理。ＣＭＯＳ电路的输入端不允许悬空，因为悬空会使电位不定，破坏正常的逻辑关系。另外，悬空时输入阻抗高，易受外界噪声干扰，使电路产生误动作，而且也极易造成栅极感应静电而击穿。所以“与”门，“与非”门的多余输入端要接高电平，“或”门和“或非”门的多余输入端要接低电平。若电路的工作速度不高，功耗也不需特别考虑时，则可以将多余输入端与使用端并联。（２）输入端接长导线时的保护。在应用中有时输入端需要接长的导线，而长输入线必然有较大的分布电容和分布电感，易形成ＬＣ振荡，特别当输入端一旦发生负电压，极易破坏ＣＭＯＳ中的保护二极管。其保护办法为在输入端处接一个电阻，如图３所示，Ｒ＝ＶＤＤ／１ｍＡ。（３）输入端的静电防护。虽然各种ＣＭＯＳ输入端有抗静电的保护措施，但仍需小心对待，在存储和运输中最好用金属容器或者导电材料包装，不要放在易产生静电高压的化工材料或化纤织物中。组装、调试时，工具、仪表、工作台等均应良好接地。要防止操作人员的静电干扰造成的损坏，如不宜穿尼龙、化纤衣服，手或工具在接触集成块前最好先接一下地。对器件引线矫直弯曲或人工焊接时，使用的设备必须良好接地。（４）输入信号的上升和下降时间不易过长，否则一方面容易造成虚假触发而导致器件失去正常功能，另一方面还会造成大的损耗。对于７４ＨＣ系列限于０．５ｕｓ以。若不满足此要求，需用施密特触发器件进行输入整形，整形电路如图４所示。（５）ＣＭＯＳ电路具有很高的输入阻抗，致使器件易受外界干扰、冲击和静电击穿，所以为了保护ＣＭＯＳ管的氧化层不被击穿，一般在其部输入端接有二极管保护电路，如图５所示。其中Ｒ约为１．５－２．５ＫΩ。输入保护网络的引入使器件的输入阻抗有一定下降，但仍在１０８Ω以上。这样也给电路的应用带来了一些限制：（Ａ）输入电路的过流保护。ＣＭＯＳ电路输入端的保护二极管，其导通时电流容限一般为１ｍＡ在可能出现过大瞬态输入电流（超过１０ｍＡ）时，应串接输入保护电阻。例如，当输入端接的信号，其阻很小、或引线很长、或输入电容较大时，在接通和关断电源时，就容易产生较大的瞬态输入电流，这时必须接输入保护电阻，若ＶＤＤ＝１０Ｖ，则取限流电阻为１０ＫΩ即可。（Ｂ）输入信号必须在ＶＤＤ到ＶＳＳ之间，以防二极管因正向偏置电流过大而烧坏。因此在

D触发器的设计

目录第一章绪论0 简介0 集成电路0 版图设计1 软件介绍1 标准单元版图设计1 标准单元版图设计的概念1 标准单元版图设计的历史1 标准单元的版图设计的优点2 标准单元的版图设计的特点2 第二章D触发器的介绍 2 简介2 维持阻塞式边沿D触发器3 电路工作过程3 状态转换图和时序图3 同步D触发器3 电路结构3 逻辑功能4 真单相时钟（TSPC）动态D触发器4 第三章工艺基于TSPC原理的D触发器设计5 电路图的设计5 创建库与视图5 基于TSPC原理的D触发器电路原理图5 创建D触发器版图6 设计步骤6 器件规格7 设计规则的验证及结果8 第四章课程设计总结9 参考文献 9 第一章绪论简介集成电路集成电路（Integrated Circuit,简称IC）是20世纪60年代初期发展起来的一种新型半导体器件。它是经过氧化、光刻、扩散、外延、蒸铝等半导体制造工艺，把构成具有一定功能的电路所需的半导体、电阻、电容等元件及它们之间的连接导线全部集成在一小块硅片上，然后焊接封装在一个管壳内的电子器件。其封装外壳有圆壳式、扁平式或双列直插式等多种形式。是一种微型电子器件或部件，采

用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步。集成电路发明者为杰克·基尔比（基于硅的集成电路）和罗伯特·诺伊思（基于锗的集成电路）。当今半导体工业大多数应用的是基于硅的集成电路。版图设计版图(Layout)是集成电路设计者将设计并模拟优化后的电路转化成的一系列几何图形，包含了集成电路尺寸大小、各层拓扑定义等有关器件的所有物理信息。集成电路制造厂家根据版图来制造掩膜。版图的设计有特定的规则，这些规则是集成电路制造厂家根据自己的工艺特点而制定的。不同的工艺，有不同的设计规则。设计者只有得到了厂家提供的规则以后，才能开始设计。版图在设计的过程中要进行定期的检查，避免错误的积累而导致难以修改。很多集成电路的设计软件都有设计版图的功能，Cadence 的Virtuoso的版图设计软件帮助设计者在图形方式下绘制版图。对于复杂的版图设计，一般把版图设计分成若干个子步骤进行：（1）划分为了将处理问题的规模缩小，通常把整个电路划分成若干个模块。（2）版图规划和布局是为了每个模块和整个芯片选择一个好的布图方案。（3）布线完成模块间的互连，并进一步优化布线结果。（4）压缩是布线完成后的优化处理过程，他试图进一步减小芯片的面积。软件介绍目前大部分IC 公司采用的是UNIX 系统，使用版本是SunSolaris。版图设计软件通常为Cadence ，它是一个大型的EDA 软件，它几乎可以完成电子设计的方方面面，包括ASIC 设计、FPGA设计和PCB 设计。软件操作界面人性化，使用方便，安全可靠，但价格较昂贵。标准单元版图设计标准单元版图设计的概念标准单元,也叫宏单元。它先将电路设计中可能会遇到的所有基本逻辑单元的版图, 按照最佳设计的一定的外形尺寸要求, 精心绘制好并存入单元库中。实际设计ASIC电路时, 只需从单元库中调出所要的元件版图, 再按照一定的拼接规则拼接, 留出规则而宽度可调的布线通道, 即可顺利地完成整个版图的设计工作了。基本逻辑单元的逻辑功能不同, 其版图面积也不可能是一样大小的。但这些单元版图的设计必须满足一个约束条件, 这就是在某一个方向上它们的尺寸必须是完全一致的, 比如说它们可以宽窄不一, 但它们的高度却必须是完全相等的,这就是所谓的“等高不等宽”原则。这一原则是标准单元设计法得以实施的根本保证。标准单元版图设计的历史随着集成电路产业迅猛的发展,工艺水平不断提高,集成电路特征尺寸循着摩尔定律不断缩小。设计芯片时需要考虑的因素越来越多,芯片设计的复杂程度也越来越高。因而尽可能复用一些已经通过工艺验证的IP核可以提高设计的效率,降低芯片设计的成本。

斯密特触发器概论

斯密特触发器斯密特触发器又称斯密特与非门，是具有滞后特性的数字传输门. ①电路具有两个阈值电压,分别称为正向阈值电压和负向阈值电压②与双稳态触发器和单稳态触发器不同,施密特触发器属于"电平触发"型电路,不依赖于边沿陡峭的脉冲.它是一种阈值开关电路，具有突变输入——输出特性的门电路.这种电路被设计成阻止输入电压出现微小变化（低于某一阈值）而引起的输出电压的改变.当输入电压由低向高增加，到达V+时，输出电压发生突变，而输入电压Vi由高变低，到达V-，输出电压发生突变，因而出现输出电压变化滞后的现象，可以看出对于要求一定延迟启动的电路，它是特别适用的.从IC内部的逻辑符号和“与非”门的逻辑符号相比略有不同，增加了一个类似方框的图形，该图形正是代表斯密特触发器一个重要的滞后特性。当把输入端并接成非门时，它们的输入、输出特性是：当输入电压V1上升到VT＋电平时，触发器翻转，输出负跳变；过了一段时间输入电压回降到VT＋电平时，输出并不回到初始状态而需输入V1继续下降到VT－电平时，输出才翻转至高电平（正跳变），这种现象称它为滞后特性，VT＋—VT－=△VT。△VT称为斯密特触发器的滞后电压。△VT与IC的电源电压有关，当电源电压提高时，△VT略有增加，一般△VT 值在3V左右。因斯密特触发器具有电压的滞后特性，常用它对脉冲波形整形，使波形的上升沿或下降沿变得陡直；还可以用它作电压幅度鉴别。在数字电路中它也是很常用的器件。施密特触发器施密特波形图施密特触发器也有两个稳定状态，但与一般触发器不同的是，施密特触发器采用电位触发方式，其状态由输入信号电位维持；对于负向递减和正向递增两种不同变化方向的输入信号，施密特触发器有不同的阀值电压。门电路有一个阈值电压，当输入电压从低电平上升到阈值电压或从高电平下降到阈值电压时电路的状态将发生变化。施密特触发器是一种特殊的门电路，与普通的门电路不同，施密特触发器有两个阈值电压，分别称为正向阈值电压和负向阈值电压。在输入信号从低电平上升到高电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为正

正反相施密特触发器电路的工作原理详解

正反相施密特触发器电路的工作原理详解什么叫触发器施密特触发电路（简称）是一种波形整形电路，当任何波形的信号进入电路时，输出在正、负饱和之间跳动，产生方波或脉波输出。不同于比较器，施密特触发电路有两个临界电压且形成一个滞后区，可以防止在滞后范围内之噪声干扰电路的正常工作。如遥控接收线路，传感器输入电路都会用到它整形。施密特触发器一般比较器只有一个作比较的临界电压，若输入端有噪声来回多次穿越临界电压时，输出端即受到干扰，其正负状态产生不正常转换，如图1所示。图1 (a)反相比较器 (b)输入输出波形施密特触发器如图2 所示，其输出电压经由R1、R2分压后送回到运算放大器的非反相输入端形成正反馈。因为正反馈会产生滞后（Hysteresis）现象，所以只要噪声的大小在两个临界电压（上临界电压及下临界电压）形成的滞后电压范围内，即可避免噪声误触发电路，如表1 所示图2 (a)反相斯密特触发器 (b)输入输出波形

表1 反相施密特触发器电路如图2 所示，运算放大器的输出电压在正、负饱和之间转换: νO= ±Vsat。输出电压经由R1 、R2分压后反馈到非反相输入端：ν+= βνO，其中反馈因数= 当νO为正饱和状态（+Vsat）时，由正反馈得上临界电压当νO为负饱和状态（- Vsat）时，由正反馈得下临界电压 V TH与V TL之间的电压差为滞后电压：2R1 图3 (a)输入、输出波形 (b)转换特性曲线输入、输出波形及转换特性曲线如图3(b)所示。

当输入信号上升到大于上临界电压V TH时，输出信号由正状态转变为负状态即：νI ＞V TH→νo = - Vsat 当输入信号下降到小于下临界电压V TL时，输出信号由负状态转变为正状态即：νI ＜V TL→νo = + Vsat 输出信号在正、负两状态之间转变，输出波形为方波。非反相施密特电路图4 非反相史密特触发器非反相施密特电路的输入信号与反馈信号均接至非反相输入端，如图4所示。由重迭定理可得非反相端电压反相输入端接地：ν-= 0，当ν+ = ν- = 0时的输入电压即为临界电压。将ν+ = 0代入上式得整理后得临界电压当νo为负饱和状态时，可得上临界电压当νo为正饱和状态时，可得下临界电压， V TH与V TL之间的电压差为滞后电压：

触发器原理转换及设计

实验五触发器原理,转换及设计 2.5.1 实验目的（1）掌握基本D，J_K触发器的电路结构及逻辑功能。（2）掌握各种触发器之间的相互转换及应用。 2.5.2 实验仪器设备与主要器件试验箱一个，双踪示波器一台；稳压电源一台，函数发生器一台。74LS74双D正沿触发器；74LS75锁存器74LS76双J-K触发器。 2.5.3 实验原理前面所述的各种集成电路均属组合逻辑电路，该电路某一时刻的输出状态只有该时刻的输入状态决定。数字系统中的另一类电路称为时序逻辑电路。构成时序逻辑电路的基本器件是触发器。具有两种不同稳定状态的存储二进制信息的基本单元统称为双稳态器件，常芝锁存器或触发器。 2.5.4 实验内容（1）测试D触发器的逻辑功能。将D触发器74LS74的SD,RD和D分别接逻辑开关，ＣＰ接单词没冲，按D触发器的逻辑功能进行测试，记录测试功能，观察CP与Q之间的关系，画出同步波形。 D触发器的特征表： CP D Q n Q n+1 * * * * ↑0 * 0 ↑ 1 * 1 仿真图：波形图如图示：上图为CP波形，下图为Q波形：

当Ｄ＝０时，Ｑ＝０；当D=1时，Ｑ＝１；图２－５－５的仿真图：

波形图：由波形图看出时钟每触发2个周期时，电路输出1个周期信号，即该电路实现了二分频功能。 (2)测试J-K触发器的逻辑功能，测试结果与图2-5-2所示的特征表对照，并按图2-5-8所试点链接，用函数发生器输出1KHZ的0-5v方波信号作为时钟脉冲，记录CP，Q1,Q2的同步波形。真值表：ＣＰＪＫＱｎＱｎ＋１ * ** * Ｑｎ ↓↓０００００１０保持１ ↓↓１０１００１１置１１ ↓↓０１０１０１０置００ ↓↓１１１１０１１必翻０仿真图：波形图：由上到下依次为CP,Q1，Q2的波形；

同步RS触发器电路结构、工作原理及功能表示

同步RS 触发器电路结构、工作原理及功能表示 1．电路结构主从RS 触发器是时钟触发器的一种。由与非门构成的时钟RS 触发器电路结构如图8.9所示，CP 为时钟脉冲输入端。 1S C1S CP Q Q 1R R (a)同步RS 触发器电路（b ）逻辑符号图8.9 同步RS 触发器 2．功能分析当CP =0时，G 3、G 4门关闭，不论R 、S 如何变化，触发器输出保持不变。而CP =1时，R 、S 端的信号经与非门反相后引到基本RS 触发器的输入端，此时触发器输出由R 、S 及CP 决定。S =0、R =1时，S =1、R =0，Q =1，反馈到G 1门使Q =0，即不论触发器原态是0态还是1态，电路的输出一定为0；S =1、R =0时，S =0、R =1，Q =1，反馈到G 2门使Q =0，即不论触发器原态是0态还是1态，电路的输出一定为1；S =0、R =0时，S =1、R =1，触发器的状态将保持不变。 S =1、R =1时，S =0、R =0，使Q =1、Q =1，破坏了输出信号互补的原则，而随后S =0、R =0时，输出状态可能是1也可能是0，出现了不定状态，这在触发器工作时是不允许出现的。 R 、S 控制输出状态转换，CP 控制何时发生状态转换。时钟RS 触发器是在CP =1时发生状态转换，称为高电平触发。 3．功能表示方法（1）功能表时钟RS 触发器的功能表如表8.3。其功能与基本RS 触发器功能相似，但在CP =1到 Q ＆＆ G 1 G Q S R ＆ G 3 ＆ G 4 S R

来时状态才能变化。Q n 为CP 脉冲到来前触发器的状态，称为现态，Q n+1为CP 脉冲到来后触发器的状态，称为次态。表8.3 RS 触发器的功能表（2）特征方程表示触发器次态与触发器输入及现态的逻辑关系式称为触发器的特征方程。根据功能表画出卡诺图，如图8.10，经过化简，得到时钟RS 触发器在CP =1时的特征方程： n n Q R S Q +=+1；RS =0约束条件 RS =0为约束条件，表示S 、R 不能同时为1。图8.10 时钟RS 触发器卡诺图（3）状态转换图用两个圆表示触发器的两种稳态0和1。箭头表示由现态到次态的转换方向，箭尾表示原态，箭头线上的数字标注出了原态转换成次态所需的触发条件。如图8.11所示。图8.11 时钟RS 触发器状态转换图（4）波形图触发器的功能可以通过输入输出波形表示。图8.12为RS 触发器的波形图。 R S Q n Q n+1 功能说明 0 0 0 0 0 1 0 1 保持 0 0 1 1 0 1 1 1 置1 1 1 0 0 0 1 0 0 置0 1 1 1 1 0 1 不定不定禁止 Q n RS 0 1 10 11 00 01 0 1 × 0 1 1 × ×0 01 10 0× 1

施密特触发器的特性和应用

施密特触发器的特性和应用施密特触发器也有两个稳定状态，但与一般触发器不同的是，施密特触发器采用电位触发方式，其状态由输入信号电位维持；对于负向递减和正向递增两种不同变化方向的输入信号，施密特触发器有不同的阀值电压。见图6-2：解释：当输入信号Vi减小至低于负向阀值V-时，输出电压Vo翻转为高电平Vo H；而输入信号Vi增大至高于正向阀值V+时，输出电压Vo才翻转为低电平VoL。这种滞后的电压传输特性称回差特性，其值V+-V-称为回差电压。一、用555定时器构成的施密特触发器 1.电路组成: 将555定时器的阀值输入端Vi1（6脚）、触发输入端Vi2（2脚）相连作为输入端Vi，由Vo（3脚）或Vo’（7脚）挂接上拉电阻Rl及电源VDD作为输出端，便构成了如图6-3所示的施密特触发器电路。

2.工作原理：如图所示，输入信号Vi，对应的输出信号为Vo，假设未接控制输入Vm 。 ①当Vi=0V时，即Vi1<2/3Vcc、Vi2<1/3Vcc,此时Vo=1。以后Vi逐渐上升,只要不高于阀值电压(2/3Vcc),输出Vo维持1不变。 ②当Vi上升至高于阀值电压（2/3Vcc）时，则Vi1>2/3Vcc、Vi2>1/3Vcc，此时定时器状态翻转为0，输出Vo=0，此后Vi继续上升，然后下降，只要不低于触发电位（1/3Vcc），输出维持0不变。 ③当Vi继续下降，一旦低于触发电位（1/3Vcc）后，Vi1<2/3Vcc、Vi2<1/3V cc，定时器状态翻转为1，输出Vo=1。总结：未考虑外接控制输入Vm时，正负向阀值电压 V+=2/3Vcc、V- =1/3Vcc，回差电压△V=1/3Vcc。若考虑Vm，则正负向阀值电压V+=Vm、V-=1/2Vm，回差电压△V=1/2Vm。由此，通过调节外加电压Vm可改变施密特触发器的回差电压特性，从而改变输出脉冲的宽度。二、施密特触发器的应用举例 1.波形变换：施密特触发器可用以将模拟信号波形转换成矩形波，如图6-4所示将正弦波信号同相转换成矩形波的例子，输出脉冲宽度tpo可通过回差电压加以调节。

施密特触发器原理简介

施密特触发器简单介绍本文来自: https://www.360docs.net/doc/37266256.html, 原文网址：https://www.360docs.net/doc/37266256.html,/sch/test/0083158.html 我们知道，门电路有一个阈值电压，当输入电压从低电平上升到阈值电压或从高电平下降到阈值电压时电路的状态将发生变化。施密特触发器是一种特殊的门电路，与普通的门电路不同，施密特触发器有两个阈值电压，分别称为正向阈值电压和负向阈值电压。在输入信号从低电平上升到高电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为正向阈值电压（），在输入信号从高电平下降到低电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为负向阈值电压（）。正向阈值电压与负向阈值电压之差称为回差电压（）。普通门电路的电压传输特性曲线是单调的，施密特触发器的电压传输特性曲线则是滞回的[图6.2.2(a)(b)]。图6.2.1 用CMOS反相器构成的施密特触发器（a）电路（b）图形符号

图6.2.2 图6.2.1电路的电压传输特性（a）同相输出（b）反相输出用普通的门电路可以构成施密特触发器[图6.2.1]。因为CMOS门的输入电阻很高，所以的输入端可以近似的看成开路。把叠加原理应用到和构成的串联电路上，我们可以推导出这个电路的正向阈值电压和负向阈值电压。当时，。当从0逐渐上升到时，从0上升到，电路的状态将发生变化。我们考虑电路状态即将发生变化那一时刻的情况。因为此时电路状态尚未发生变化，所以仍然为0，，于是，。与此类似，当时，。当从逐渐下降到时，从下降到，电路的状态将发生变化。我们考虑电路状态即将发生变化那一时刻的情况。因为此时电路状态尚未发生变化，所以仍然为，，于是，。通过调节或，可以调节正向阈值电压和反向阈值电压。不过，这个电路有一个约束条件，就是。如果，那么，我们有及

基于TSPC原理的触发器工艺版图设计

苏州市职业大学课程设计说明书名称基于TSPC原理的D触发器0.35μm工艺版图设计2011年12月19日至2011年12月23日共1 周院系电子信息工程系班级姓名

目录第1章：绪论 (3) 1.1 版图设计的基础知识 (3) 1.1.1 版图设计流程 (3) 1.1.2 版图设计步骤 (3) 1.1.3 版图设计规则 (4) 1.1.4 版图设计验证 (5) 1.2 标准单元版图的设计 (6) 1.2.1 标准单元库的定义 (6) 1.2.2 标准单元库用途 (6) 1.2.3 标准单元设计方法 (6) 第2章：D触发器的介绍 (7) 2.1 D触发器 (7) 2.2 维持阻塞D触发器 (7) 2.2.1 维持阻塞D触发器的电路结构 (7) 2.2.2 维持阻塞D触发器的工作原理 (8) 2.2.3 维持阻塞D触发器的功能描述 (9) 2.3 同步D触发器 (9) 2.3.1 同步D触发器的电路结构 (9) 2.3.2 同步D触发器的工作原理 (10) 2.3.3 逻辑功能表示方法 (10) 2.4 基于TSPC原理的D触发器 (11) 2.4.1 构成原理 (11) 2.4.2 仿真波形 (11) 第3章：0.35um工艺基于TSPC原理的D触发器设计 (12) 3.1 动态D触发器电路图的设计步骤及电路图 (12) 3.2 动态D触发器版图的设计步骤及电路图 (13) 3.3 DRC、LVS验证 (14) 第4章：心得体会 (15) 参考文献 (16)

第1章：绪论 1.1 版图设计的基础知识 1.1.1 版图设计流程版图设计是创建工程制图（网表）的精确的物理描述的过程，即定义各工艺层图形的形状、尺寸以及不同工艺层相对位置的过程。其中版图设计的流程如图1.1.1所示。图1.1.1 1.1.2 版图设计步骤作为后端设计者，是集成电路从设计走向制造的桥梁，设计步骤包括以下几部分： 1、布局：安排各个晶体管、基本单元和复杂单元在芯片上的位置。 2、布线：设计走线、门间、单元间的互连。 3、尺寸确定：确定晶体管尺寸（W、L）、互连尺寸（连线宽度）以及晶体管与互连之间的相对尺寸等。 4、版图编辑（Layout Editor）:规定各个工艺层上图形的形状、尺寸和位置。 5、布局布线（Place and route）:给出版图的整体规划和各图形间的连接。 6、版图检查（Layout Check）:设计规则检查(DRC,Design Rule Check)、电器规则检查

施密特触发器

符号电路图中的施密特触发器符号是一个三角中画有一个反相或非反相滞回符号。这一符号描绘了对应的理想滞回曲线。非反相施密特触发器反相施密特触发器

因此V in必须降低到低于时，输出才会翻转状态。一旦比较器的输出翻转到?V S，翻转回高电平的阈值就变成了。非反相施密特比较器典型的滞回曲线，与其符号上的曲线一致，M是电源电压，T是阈值电压这样，电路就形成了一段围绕原点的翻转电压带，而触发电平是。只有当输入电压上升到电压带的上限，输出才会翻转到高电平；只有当输入电压下降到电压带的下限，输出才会翻转回低电平。若R1为0，R2为无穷大（即开路），电压带的宽度会压缩到0，此时电路就变成一个标准比较器。输出特性如右图所示。阈值T由给出，输出M的最大值是电源轨。实际配置的非反相施密特触发电路如下图所示。

反相施密特触发器的滞回曲线

上述电路满足如下关系：其中U1和U2是阈值电压，U v是电源电压。 [编辑]两个晶体管实现的施密特触发器在使用正反馈配置实现的施密特触发器中，比较器自身可以实现的大部分复杂功能都没有使用。因此，电路可以用两个交叉耦合的晶体管来实现（即晶体管可以用另外一种方式来实现输入级）。基于2个晶体管的施密特触发电路如下图所示。通路R K1 R1 R2设定了晶体管T2的基极电压，不过，这一分压通路会受到晶体管T1的影响，如果T1开路，通路将会提供更高的电压。因此，在两个状态间翻转的阈值电压取决于触发器的现态。

对于如上所示的NPN晶体管，当输入电压远远低于共射极电压时，T1不会导通。晶体管T2的基极电压由上述分压电路决定。由于接入负反馈，共射极上所加的电压必须几乎与分压电路上所确定的电压几乎一样高，这样就能使T2导通，并且触发器的输出是低电平状态。当输入电压（T1基极电压）上升到比电阻R E上的电压（射极电压）稍高时，T1将会导通。当T1开始导通时，T2不再导通，因为此时分压通路提供的电压低于T2基极电压，而射极电压不会降低，因为T1此时消耗通过R E的电流。此时T2不导通，触发器过渡到高电平状态。此时触发器处于高电平状态，若输入电压降低得足够多，则通过T1的电流会降低，这会降低T2的共射极电压并提高其基极电压。当T2开始导通时，R E上的电压上升，然后会降低T1的基极－射极电位，T1不再导通。在高电平状态时，输出电压接近V+；但在低电平状态时，输出电压仍会远远高于V?。因此在这种情况下，输出电压不够低，无法达到逻辑低电平，这就需要在触发器电路上附加放大器。上述电路可以被简化：R1可以用短路连接代替，这样T2基极就直接连接到T1集电极，R2可以去掉并以开路代替。电路运行的关键是当T1接通（电流输入基极的结果）时，通过R E的电流比T1截止时小，因为T1导通时会使T2截止，而当T2导通时，相比T1会为R E提供更大的通过电流。当流入R E的电流减小时，其上的电压会降低，因此一旦电流开始流入T1，输入电压一定会降低以使T1回到截止状态，这是因为此时T1的射极电压已降低。这一施密特触发缓冲器也可以变成一个施密特触发反相器，而且在此过程中还能省去一个电阻，方法是将R K2以短接代替，并将V out连接到T2射极而不是集电极。不过在这种情况下，R E的阻值应该更大，因为此时R E要充当输出端的下拉电阻，作用是当输出应该为低电平时，其会降低输出端的电压。若R E的阻值较小，其上只能产生一个较小的电压，在输出应该为数字低电平时，这一电压实际上会提高输出电压。 [编辑]应用施密特触发器在开环配置中常用于抗扰，在闭环正反馈配置中用于实现多谐振荡器。[编辑]抗扰施密特触发器的一个应用是增强仅有单输入阈值的电路的抗扰能力。由于只有一个输入阈值，阈值附近的噪声输入信号会导致输出因噪声来回地快速翻转。但是对于施密特触发器，阈值附近的噪声输入信号只会导致输出值翻转一次，若输出要再次翻转，噪声输入信号必须达到另一阈值才能实现，这就利用了施密特触发器的回差电压来提高电路的抗干扰能力。例如，在仙童半导体公司的QSE15x红外光电传感器家族[3]中，放大式红外光电二极管能产生电信号使频率在绝对最高值和绝对最低值间翻转。这种电信号经过低通滤波后能产生平滑信号，而这种平滑信号的上升和下降与翻转信号为开启或关闭所需时间的相对量一致。滤波后的输出传递到施密特触发器的输入。实际结果是施密特触发器的输出只从

D触发器的设计

目录第一章绪论 (1) 1.1 简介 (1) 1.1.1 集成电路 (1) 1.1.2 版图设计 (1) 1.2 软件介绍 (2) 1.3 标准单元版图设计 (2) 1.3.1 标准单元版图设计的概念 (2) 1.3.2 标准单元版图设计的历史 (2) 1.3.3 标准单元的版图设计的优点 (3) 1.3.4 标准单元的版图设计的特点 (3) 第二章 D触发器的介绍 (4) 2.1 简介 (4) 2.2 维持阻塞式边沿D触发器 (4) 2.2.1 电路工作过程 (4) 2.2.2 状态转换图和时序图 (5) 2.3 同步D触发器 (5) 2.3.1 电路结构 (5) AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF

2.3.2 逻辑功能 (6) 2.4 真单相时钟（TSPC）动态D触发器 (6) 第三章 0.35um工艺基于TSPC原理的D触发器设计 (8) 3.1 电路图的设计 (8) 3.1.1 创建库与视图 (8) 3.1.2 基于TSPC原理的D触发器电路原理图 (8) 3.2 创建 D触发器版图 (9) 3.2.1 设计步骤 (9) 3.2.2 器件规格 (11) 3.3 设计规则的验证及结果 (11) 第四章课程设计总结 (13) 参考文献 (14) AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF

第一章绪论 1.1 简介 1.1.1 集成电路集成电路（Integrated Circuit,简称IC）是20世纪60年代初期发展起来的一种新型半导体器件。它是经过氧化、光刻、扩散、外延、蒸铝等半导体制造工艺，把构成具有一定功能的电路所需的半导体、电阻、电容等元件及它们之间的连接导线全部集成在一小块硅片上，然后焊接封装在一个管壳内的电子器件。其封装外壳有圆壳式、扁平式或双列直插式等多种形式。是一种微型电子器件或部件，采用一定的工艺，把一个电路中所需的晶体管、二极管、电阻、电容和电感等元件及布线互连一起，制作在一小块或几小块半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内，成为具有所需电路功能的微型结构；其中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗和高可靠性方面迈进了一大步。集成电路发明者为杰克·基尔比（基于硅的集成电路）和罗伯特·诺伊思（基于锗的集成电路）。当今 AHA12GAGGAGAGGAFFFFAFAF

RS触发器的工作原理

斯密特触发器斯密特触发器波形图 [1] 斯密特触发器又称斯密特与非门，是具有滞后特性的数字传输门。该器件既可以像普通“与非”门那样工作，也可以接成斯密特触发器来使用。斯密特触发器具有如下两个特点： 1、电路具有两个阈值电压，分别称为正向阈值电压和负向阈值电压； 2、与双稳态触发器和单稳态触发器不同，斯密特触发器属于“电平触发型”电路，不依赖于边沿陡峭的脉冲。它是一种阈值开关电路，具有突变输入——输出特性的门电路。这种电路被设计成阻止输入电压出现微小变化（低于某一阈值）而引起的输出电压的改变。当输入电压由低向高增加，到达V+时，输出电压发生突变，而输入电压Vi由高变低，到达V-时，输出电压发生突变，因而出现输出电压变化滞后的现象，可以看出对于要求一定延迟启动的电路，它是特别适用的。斯密特触发器原理图 [2] 而从IC内部的逻辑符号和“与非”门的逻辑符号相比就略有不同，它增加了一个类似方框的图形，该图形正是代表斯密特触发器一个重要的滞后特性。滞后特性是指当把输入端并接成非门时，它们的输入、输出特

性是：当输入电压V1上升到VT＋电平时，触发器翻转，输出负跳变；过了一段时间输入电压回降到VT＋电平时，输出并不回到初始状态而需输入V1继续下降到VT－电平时，输出才翻转至高电平（正跳变），用公式：VT＋—VT－=△VT 表示，△VT称为斯密特触发器的滞后电压。△VT与IC的电源电压有关，当电源电压提高时，△VT略有增加，一般△VT值在3V左右。因斯密特触发器具有电压的滞后特性，常用它对脉冲波形整形，使波形的上升沿或下降沿变得陡直；有时还用它作电压幅度鉴别，在数字电路中它也是很常用的器件。电路结构斯密特触发器把两个与非门G1、G2的输入、输出端交叉连接，即可构成基本RS触发器，其逻辑电路如图7.2.1.(a)所示。它有两个输入端R、S和两个输出端Q、Q。工作原理基本RS触发器的逻辑方程为：根据上述两个式子得到它的四种输入与输出的关系: 1.当R端无效，S端有效时，则Q=0,Q=1,触发器置1。 2.当R端有效、S端无效时，则Q=1,Q=0,触发器置0。如上所述，当触发器的两个输入端加入不同逻辑电平时，它的两个输出端Q和Q有两种互补的稳定状态。一般规定触发器Q端的状态作为触发器的状态。通常称触发器处于某种状态，实际是指它的Q端的状态。Q=1、Q=0时，称触发器处于1态，反之触发器处于0态。S=0,R=1使触发器置1，或称置位。因置位的决定条件是S=0,故称S 端为置1端。R=0,S=1时，使触发器置0，或称复位。同理，称R端为置0端或复位端。若触发器原来为1态，欲使之变为0态，必须令R端的电平由1变0，S端的电平由0变1。这里所加的输入信号（低电平）称为触发信号，由它们导致的转换过程称为翻转。由于这里的触发信号是电平,因此这种触发器称为电平控制触发器。从功能方面看，它只

RS触发器

基本触发器的设计预备知识：RS触发器是一种基本的触发器一触发器 1触发器的概念触发器：具有记忆功能的基本逻辑电路，能存储二进制信息（数字信息）。触发器有二个基本特性：（ 1 ）有两个稳态，可分别表示二进制数码 0 和 1 ，无外触发时可维持稳态；触发器的两个稳定状态 ①Q=1，通常将Q端作为触发器的状态。若Q端处于高电平，就说触发器是1状态； ②Q=0，Q端处于低电平，就说触发器是0状态；Q端称为触发器的原端或1端，端称为触发器的非端或0端。（ 2 ）外触发下，两个稳态可相互转换（称翻转），已转换的稳定状态可长期保持下来，这就使得触发器能够记忆二进制信息，常用作二进制存储单元。（3 ）触发器的分类：根据逻辑功能不同：RS触发器、D触发器、JK触发器、T触发器和触发器等。触发方式不同：电平触发器、边沿触发器和主从触发器等。电路结构不同：基本RS触发器，同步触发器、维持阻塞触发器、主从触发器和边沿触发器。二、RS触发器的知识 1 基本RS触发器原理图2-1是由两个“与非”门构成的基本R-S触发器。RD、SD是两个输入端，Q及Qn是两个输出端。图2-1 RS触发器

2 稳定状态正常工作时，触发器的Q和Qn应保持相反，因而触发器具有两个稳定状态： ①Q=1，Qn=0。通常将Q端作为触发器的状态。若Q端处于高电平，就说触发器是1状态； ②Q=0，Qn=1。Q端处于低电平，就说触发器是0状态； Q端称为触发器的原端或1端，Qn端称为触发器的非端或0端。 3 真值表 R-S触发器的逻辑功能，可以用输入、输出之间的逻辑关系构成一个真值表(或叫功能表)来描述。 ①当RD=0，SD=1时，不论触发器的初始状态如何，Qn 为1,由于“与非”门2的输入全是1，Q端应为0。称触发器为状态，R D为置0端 ②当RD =1，SD =0时，不论触发器的初始状态如何，Q 为1,从而使Qn为0。称触发器为1状态，SD置1端。 ③当RD =1，SD =1时，如前所述，Q及Qn 态不变。 4 当RD =0，SD =0时，显然，在此条件下，两个与非门的输出端Q,Qn全为1，若RD、SD同时由0变成1 完全一致的情况下, Q及Qn究竟哪一个为1，哪一个为0是不定的，因此称这种情况为不定状态，在应用时不允许RD和SD同时为0。归纳：由上面的分析我们得出如表2-1的真值表 5 RS触发器逻辑表达式为约束条件该逻辑表达式也称为触发器的特性方程

施密特触发器和比较器的区别

施密特触发器原理图解详细分析重要特性：施密特触发器具有如下特性：输入电压有两个阀值VL、VH，VL 施密特触发器通常用作缓冲器消除输入端的干扰。施密特波形图施密特触发器也有两个稳定状态，但与一般触发器不同的是，施密特触发器采用电位触发方式，其状态由输入信号电位维持；对于负向递减和正向递增两种不同变化方向的输入信号，施密特触发器有不同的阀值电压。门电路有一个阈值电压，当输入电压从低电平上升到阈值电压或从高电平下降到阈值电压时电路的状态将发生变化。施密特触发器是一种特殊的门电路，与普通的门电路不同，施密特触发器有两个阈值电压，分别称为正向阈值电压和负向阈值电压。在输入信号从低电平上升到高电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为正向阈值电压，在输入信号从高电平下降到低电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为负向阈值电压。正向阈值电压与负向阈值电压之差称为回差电压。它是一种阈值开关电路，具有突变输入——输出特性的门电路。这种电路被设计成阻止输入电压出现微小变化（低于某一阈值）而引起的输出电压的改变。利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作用，可以把边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。输入的信号只要幅度大于vt+，即可在施密特触发器的输出端得到同等频率的矩形脉冲信号。当输入电压由低向高增加，到达V+时，输出电压发生突变，而输入电压Vi由高变低，到达V-，输出电压发生突变，因而出现输出电压变化滞后的现象，可以看出对于要求一定延迟启动的电路，它是特别适用的. 从传感器得到的矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变。当传输线上的电容较大时，波形的上升沿将明显变坏；当传输线较长，而且接受端的阻抗与传输

用施密特触发器对脉冲整形

我们知道，门电路有一个阈值电压，当输入电压从低电平上升到阈值电压或从高电平下降到阈值电压时电路的状态将发生变化。施密特触发器是一种特殊的门电路，与普通的门电路不同，施密特触发器有两个阈值电压，分别称为正向阈值电压和负向阈值电压。在输入信号从低电平上升到高电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为正向阈值电压（），在输入信号从高电平下降到低电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为负向阈值电压（）。正向阈值电压与负向阈值电压之差称为回差电压（）。普通门电路的电压传输特性曲线是单调的，施密特触发器的电压传输特性曲线则是滞回的[图 6.2.2(a)(b)]。图6.2.1 用CMOS反相器构成的施密特触发器（a）电路（b）图形符号图6.2.2 图6.2.1电路的电压传输特性（a）同相输出（b）反相输出

用普通的门电路可以构成施密特触发器[图6.2.1]。因为CMOS门的输入电阻很高，所以的输入端可以近似的看成开路。把叠加原理应用到和构成的串联电路上，我们可以推导出这个电路的正向阈值电压和负向阈值电压。当时，。当从0逐渐上升到时，从0上升到，电路的状态将发生变化。我们考虑电路状态即将发生变化那一时刻的情况。因为此时电路状态尚未发生变化，所以仍然为0，，于是，。与此类似，当时，。当从逐渐下降到时，从下降到，电路的状态将发生变化。我们考虑电路状态即将发生变化那一时刻的情况。因为此时电路状态尚未发生变化，所以仍然为，，于是，。通过调节或，可以调节正向阈值电压和反向阈值电压。不过，这个电路有一个约束条件，就是。如果，那么，我们有及，这说明，即使上升到或下降到0，电路的状态也不会发生变化，电路处于“自锁状态”，不能正常工作。