数字IC设计中的三态门原理

article/2025/9/17 23:49:28

数字电路中的三态门
可参考另外一篇博客数字电路基础知识——CMOS门电路 (与非门、或非、非门、OD门、传输门、三态门)

三态门除了高低电平,还有第三个状态——高阻态。
三态门(Three-state gate)是一种重要的总线接口电路。也常常出现在芯片的引脚上,在 设计DFT/边界扫描(Boundary scan)的情况下 需要了解芯片的pin脚的几种形式,其中就包括三态输出

  1. 三态门常用在IC的输出端,输出和输入相同的称为输出缓冲器;输出和输入反向的称为输出缓冲器

  2. 三态指其输出既可以是一般二值逻辑电路,即正常的高电平(逻辑1)或低电平(逻辑0),又可以保持特有的高阻抗状态。高阻态相当于隔断状态(电阻很大,相当于开路)。

  3. 高阻态是一个数字电路里常见的术语,指的是电路的一种输出状态,既不是高电平也不是低电平,如果高阻态再输入下一级电路的话,对下级电路无任何影响,和没接一样,如果用万用表测的话有可能是高电平也有可能是低电平,随它后面接的东西定。

  4. 处于高阻抗状态时,输出电阻很大,相当于开路,没有任何逻辑控制功能。高阻态的意义在于实际电路中不可能断开电路。三态电路的输出逻辑状态的控制,是通过一个输入引脚实现的。

  5. 三态门都有一个EN控制使能端,来控制门电路的通断。 可以具备这三种状态的器件就叫做三态器件。当EN有效时,三态电路呈现正常的“0”或“1”的输出;当EN无效时,三态电路给出高阻态输出。
    在这里插入图片描述

  6. 三态门在双向端口中运用时,如图1所示,设置Z为控制项,当Z=1时,三态门呈高阻状态,上面的线路不通只能输入,当Z=0时,三态门呈正常高低电平的输出状态,可输出,即O路通。三态门是一种扩展逻辑功能的输出级,也是一种控制开关。主要是用于总线的连接,因为总线只允许同时只有一个使用者。通常在数据总线上接有多个器件,每个器件通过OE/CE之类的信号选通。如器件没有选通的话它就处于高阻态,相当于没有接在总线上,不影响其它器件的工作。
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