文章作者：西安電子科技大學 微電子所  楊紅偉，吳玉廣

摘 要：介紹了雙極晶體管實現(xiàn)數(shù)字邏輯的方法。雙極晶體管實現(xiàn)的數(shù)字邏輯電路簡單、輸出電流大、驅動能力強、易于進行數(shù)�；旌�，可方便地應用于很多電路。

關鍵詞：數(shù)字邏輯；數(shù)�；旌希徽催壿�；雙極晶體管

目前的數(shù)字市場上，用CMOS實現(xiàn)的邏輯電路占主導地位，然而雙極晶體管實現(xiàn)的數(shù)字電路以其輸出電流大、驅動能力強、易于進行數(shù)模混合等優(yōu)勢，在某些領域中仍有著不可替代的地位，如PWM中的數(shù)字部分，就是用雙極晶體管實現(xiàn)的數(shù)字邏輯。

1 邏輯分析
在PWM中，為實現(xiàn)邏輯運算以及各種優(yōu)先級別不同的保護，設計的電路框圖如圖1所示。

首先我們由電路框圖來分析此數(shù)字部分的邏輯功能：

圖1中A，B，C，D，E，CLK各信號，經與門、或門，最終成為RS觸發(fā)器R端與S端的觸發(fā)信號。作 為此數(shù)字邏輯最為重要的部分，RS觸發(fā)器的功能用真值表描述如表1所示。

將A，B，C，D，E，CLK各信號看成事件，最后 一個三或門體現(xiàn)了6個事件的優(yōu)先級，CLK，D信號優(yōu)先級最高，E信號次之，A信號、B信號、C信號優(yōu)先級最低。優(yōu)先級的不同，決定了A，B，C，D，E諸信號不同的功用，優(yōu)先級最高的CLK，D，E信號可作為使能端或故障保護端。

2 數(shù)字邏輯的實現(xiàn)
在集成電路設計中，在保證功能、性能的情況下，盡量用簡化門實現(xiàn)所需的邏輯功能。在本電路中，或門用基準與管子射極耦合或2個管子直接進行射極耦合來實現(xiàn)；反相器僅用1個管（基極輸入、集電極輸出）；用二極管進行線與、線或；RS觸發(fā)器由2對管子和1個或門組成，其中一對管子用來輸出（Q1n＋1），另一對用來完成記憶功能。管極電路圖如圖2所示。

分析管級電路可知：R2，R3，T3，T4構成1個或門，signalC,signalB分別從T3，T4的基極輸入。CLK 經過T5反向，并在R′和signalC，signalB相或；signalA通過T2，T1傳輸，B＋C通過R4和signalA相與，之后又與Q1n進行線或，得到S1；T10，T11，T12，R7構成或門，輸出S2；T6與T7，T8與T9構成2個或門，或門的輸入完全相同，S2與R′相與作為或門的一個輸入，另一個輸入為signalD；2個或門的輸出，1個（Q1n）反饋到T11輸入端，另一個（Q1n＋1）與CLK信號相或，作為T13，T14組成的或門的輸入信號；OUT為最后的輸出信號。
用邏輯表達式描述如下：

由以上的分析可知，門級電路與管級電路一致。
從上例中可以看到，數(shù)字電路并非基本邏輯門之間的簡單連接。邏輯圖中，信號A，B，C，D，CLK同時作為多個門的輸入信號，但是在管級電路中，每經過1個或門，輸出信號就融合所有的輸入信號，所以對于同一信號，并不需要那么多輸入端。另外，同一種基本邏輯門電路均可用2種邏輯符號表示他的邏輯功能。對于邏輯電路本身來說，這 2種邏輯符號是等效的，可以互換。
例如邏輯圖中，在晶體管電路中,即運用了正反邏輯互換。
如上所述，在管級電路中，盡量使用或門，巧妙地運用正反邏輯，可使電路簡化。

3 模擬驗證
為了驗證邏輯電路的設計是否正確，用ORCAD進行了模擬，圖3即為模擬結果。

雙極晶體管電路不同于MOS電路，其高低電平是相對的，加信號時一定要考慮信號電位，否則不能正常驅動三極管，造成邏輯失真。
邏輯要求：

S=AB+AC+D+E
    OUT＝Qn＋1＋CLK＋D
由圖3的模擬結果可見，CLK信號，D信號或E信號為高，OUT信號必為高（OUT＝Qn＋1＋CLK＋D）；B信號為高（R＝0），AB或AC為高（S＝1），OUT為高（Qn＋1＝1）；若A信號、D信號、E信號均為低（S＝0），則OUT信號保持原來狀態(tài)（Qn＋1＝Qn）。C信號與B信號的分析相同。
模擬波形圖驗證了RS觸發(fā)器的功能及整個數(shù)字邏輯設計的正確性。

4 結 語
用雙極晶體管來實現(xiàn)數(shù)字邏輯，首先要熟悉基本的邏輯電路，并靈活運用簡化門、正反邏輯、線與、線或，從而使電路簡化。此外，信號的電平對于驅動后續(xù)電路，實現(xiàn)正確邏輯功能也很重要，設計時需要仔細考慮。在集成電路中，還要根據(jù)電流的大小設計恒流源、雙極晶體管發(fā)射極面積、合適的基準源；為了使電路速度大大提高，用SCT（肖特基箝位晶體管）代替一般雙極晶體管，多用ECL門電路等。
由于雙極晶體管實現(xiàn)的邏輯電路具有輸出電流大、驅動能力強、易于實現(xiàn)數(shù)�；旌系忍攸c，其在某些領域中的地位不可替