【从零开始数字IC设计】002 认识常用的门级电路(NAND2)

2022-06-21 15:58:43 浏览数 (1)

标准单元库是数字集成电路的积木,是复杂电路和系统的基础。今天我们来认识一下其中的几个常用门级电路。

先来看看二输入与非门(NAND2)

分析电路,输入IN1和IN2共有四种情况:

  • IN1=0且IN2=0时,n1和n2截止,p1和p2导通,OUT输出1
  • IN1=0且IN2=1时,
    • n1和n2只有一个导通(n1截止,n2导通),n1和n2为串联方式,有一个截止则截止
    • p1和p2有一个导通(p1导通,p2截止),n1和n2为并联方式,有一个导通则导通
    • 综合上,OUT输出1
  • IN1=1且IN2=0时,与“IN1=0且IN2=1”类似,OUT输出1
  • IN1=1且IN2=1时,n1和n2导通,p1和p2截止,OUT输出0

总结得到如下真值表:

IN1

IN2

OUT

0

0

1

0

1

1

1

0

1

1

1

0

我们列出OUT的布尔代数式子:

这个代数式子,看起来很长,我们用下面的图形来表示集合的概念(之前提到:* 表示交集、 表示并集、非表示差集),所以上面的表达式就表示黄色 绿色 红色的区域。唯独不包括两个圆的重叠部分(交集)。

所以上面的布尔代数式子等价于:

从这个式子,我们就理解了为什么上面的电路逻辑是与非门。

我们也可以在真值表里加上临时的一列TEMP,TEMP与OUT相反。这样我们也可以轻松看出IN1、IN2和TEMP的关系。

IN1

IN2

TEMP

OUT

0

0

0

1

0

1

0

1

1

0

0

1

1

1

1

0

最后,我们用Verilog语言来描述:

代码语言:javascript复制
module nand2
(
  input wire IN1,
  input wire IN2,
  output wire OUT
);

assign OUT = !(IN1 && IN2);

endmodule

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