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实用电子学/逻辑/级联

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如果需要一个输入数量与现有逻辑门不同的逻辑门,则可以通过将现有门级联来构建一个。这是通过级联门来实现的。作为“基本”门的门(即与门、或门、异或门)可以直接级联。“否定门”(与非门、或非门、异或非门)则不能,它们由具有反转输出的对应基本门组成。

与门和一般说明

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只有当所有输入都为高电平时,与门才会输出高电平。在下图中,一个三输入门的示意图,如果输入 1 或输入 2 其中一个或两者都为低电平,第一个与门将输出低电平,从而使第二个与门失效。如果输入 3 为低电平,则第二个门将失效,而与输入 1 和输入 2 的状态无关。

File:Cascaded AND Gates (3-Input).svg

要制作具有更多输入的门,只需在级联的“末端”添加门,如下面的五输入示例所示。

File:Cascaded AND Gates (3-Input).svg

如果电路将在高频下使用,那么如果输入 1 改变,传播时间将是单个门的五倍这一事实,那么使用下面的布局可能会更好,其中传播时间仅为单个门的传播时间的 3 倍。对于正常应用来说,这应该不是问题,因为 CMOS 门在 5V 下的传播时间通常约为 50 纳秒(百万分之一秒的二十分之一)。

File:Cascaded AND Gates (Fast 6-Input).svg

此布局和标准级联都使用完全相同数量的门:对于一个具有n个输入的门,需要n-1 个 2 输入门。对于或门和异或门也是如此,它们也可以像上面一样布局以获得更短的传播时间。在接下来的部分中,为了清晰起见,将使用稍简单的基本级联。

如果需要很多输入,请考虑使用一个 3 输入、4 输入或 8 输入与门作为起点,因为这样电路的布局会容易得多,并且需要的 IC 也更少(一个4081 四个 2 输入与门 IC 可以制作一个 5 输入与门,而一个4068 8 输入与门 IC 在相同尺寸的 IC 封装中提供了三个额外的输入,并且需要更少的布线)。其他门也是如此。

与非门

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与非门不能成功级联以制作一个更大的与非门,因为如果输入 1 或输入 2 和输入 3 为高电平,则会输出低电平(第二个门有两个高电平输入),而实际上应该输出高电平。

File:2 Cascaded NAND Gates.svg

可以使用 2 输入门制作一个n输入与非门,但需要在每个“合并”两个输入或信号的与非门之后添加一个额外的反相器(或输入端连接在一起的与非门,这意味着只需要与非门),但在最后一个门之后添加。

File:Cascaded NAND Gates (3-Inputs).svg
File:Cascaded NAND Gates (5-Inputs).svg

与非门也可以通过使用级联的与门并在末端添加一个反相器来制作。

File:Inverted Cascaded AND Gates (3-Input NAND).svg

这样做的缺点是需要两种不同类型的门(与门和非门,需要两个不同的 IC),但明显的优点是需要的门要少得多(在反转版本中,需要n-2 个反相器)。这在更大的级联中会成为一个因素。

或非门

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异或门

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异或非门

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