Table Of Content(cid:3)(cid:3) (cid:3)(cid:3)
(cid:3) (cid:3)
Digital Electronics 2
(cid:3)
(cid:3)
(cid:3)
(cid:3)
Series Editor
Robert Baptiste
(cid:3)
Digital Electronics 2
(cid:3)
(cid:3)
Sequential and Arithmetic Logic Circuits
(cid:3)
(cid:3)
(cid:3)
(cid:3)
Tertulien Ndjountche
(cid:3)
(cid:3)
(cid:3)
(cid:3)
(cid:3)
(cid:3)
(cid:3)
(cid:3)
(cid:3) (cid:3)
(cid:3)
(cid:3)
(cid:3)
(cid:3)
(cid:3)
(cid:3)
(cid:3)
(cid:3)
(cid:3)
(cid:41)(cid:76)(cid:85)(cid:86)(cid:87)(cid:3)(cid:83)(cid:88)(cid:69)(cid:79)(cid:76)(cid:86)(cid:75)(cid:72)(cid:71)(cid:3)(cid:21)(cid:19)(cid:20)(cid:25)(cid:3)(cid:76)(cid:81)(cid:3)(cid:42)(cid:85)(cid:72)(cid:68)(cid:87)(cid:3)(cid:37)(cid:85)(cid:76)(cid:87)(cid:68)(cid:76)(cid:81)(cid:3)(cid:68)(cid:81)(cid:71)(cid:3)(cid:87)(cid:75)(cid:72)(cid:3)(cid:56)(cid:81)(cid:76)(cid:87)(cid:72)(cid:71)(cid:3)(cid:54)(cid:87)(cid:68)(cid:87)(cid:72)(cid:86)(cid:3)(cid:69)(cid:92)(cid:3)(cid:44)(cid:54)(cid:55)(cid:40)(cid:3)(cid:47)(cid:87)(cid:71)(cid:3)(cid:68)(cid:81)(cid:71)(cid:3)(cid:45)(cid:82)(cid:75)(cid:81)(cid:3)(cid:58)(cid:76)(cid:79)(cid:72)(cid:92)(cid:3)(cid:9)(cid:3)(cid:54)(cid:82)(cid:81)(cid:86)(cid:15)(cid:3)(cid:44)(cid:81)(cid:70)(cid:17)(cid:3)
(cid:36)(cid:83)(cid:68)(cid:85)(cid:87)(cid:3)(cid:73)(cid:85)(cid:82)(cid:80)(cid:3)(cid:68)(cid:81)(cid:92)(cid:3)(cid:73)(cid:68)(cid:76)(cid:85)(cid:3)(cid:71)(cid:72)(cid:68)(cid:79)(cid:76)(cid:81)(cid:74)(cid:3)(cid:73)(cid:82)(cid:85)(cid:3)(cid:87)(cid:75)(cid:72)(cid:3)(cid:83)(cid:88)(cid:85)(cid:83)(cid:82)(cid:86)(cid:72)(cid:86)(cid:3)(cid:82)(cid:73)(cid:3)(cid:85)(cid:72)(cid:86)(cid:72)(cid:68)(cid:85)(cid:70)(cid:75)(cid:3)(cid:82)(cid:85)(cid:3)(cid:83)(cid:85)(cid:76)(cid:89)(cid:68)(cid:87)(cid:72)(cid:3)(cid:86)(cid:87)(cid:88)(cid:71)(cid:92)(cid:15)(cid:3)(cid:82)(cid:85)(cid:3)(cid:70)(cid:85)(cid:76)(cid:87)(cid:76)(cid:70)(cid:76)(cid:86)(cid:80)(cid:3)(cid:82)(cid:85)(cid:3)(cid:85)(cid:72)(cid:89)(cid:76)(cid:72)(cid:90)(cid:15)(cid:3)(cid:68)(cid:86)(cid:3)
(cid:83)(cid:72)(cid:85)(cid:80)(cid:76)(cid:87)(cid:87)(cid:72)(cid:71)(cid:3)(cid:88)(cid:81)(cid:71)(cid:72)(cid:85)(cid:3)(cid:87)(cid:75)(cid:72)(cid:3)(cid:38)(cid:82)(cid:83)(cid:92)(cid:85)(cid:76)(cid:74)(cid:75)(cid:87)(cid:15)(cid:3)(cid:39)(cid:72)(cid:86)(cid:76)(cid:74)(cid:81)(cid:86)(cid:3)(cid:68)(cid:81)(cid:71)(cid:3)(cid:51)(cid:68)(cid:87)(cid:72)(cid:81)(cid:87)(cid:86)(cid:3)(cid:36)(cid:70)(cid:87)(cid:3)(cid:20)(cid:28)(cid:27)(cid:27)(cid:15)(cid:3)(cid:87)(cid:75)(cid:76)(cid:86)(cid:3)(cid:83)(cid:88)(cid:69)(cid:79)(cid:76)(cid:70)(cid:68)(cid:87)(cid:76)(cid:82)(cid:81)(cid:3)(cid:80)(cid:68)(cid:92)(cid:3)(cid:82)(cid:81)(cid:79)(cid:92)(cid:3)(cid:69)(cid:72)(cid:3)(cid:85)(cid:72)(cid:83)(cid:85)(cid:82)(cid:71)(cid:88)(cid:70)(cid:72)(cid:71)(cid:15)(cid:3)
(cid:86)(cid:87)(cid:82)(cid:85)(cid:72)(cid:71)(cid:3)(cid:82)(cid:85)(cid:3)(cid:87)(cid:85)(cid:68)(cid:81)(cid:86)(cid:80)(cid:76)(cid:87)(cid:87)(cid:72)(cid:71)(cid:15)(cid:3)(cid:76)(cid:81)(cid:3)(cid:68)(cid:81)(cid:92)(cid:3)(cid:73)(cid:82)(cid:85)(cid:80)(cid:3)(cid:82)(cid:85)(cid:3)(cid:69)(cid:92)(cid:3)(cid:68)(cid:81)(cid:92)(cid:3)(cid:80)(cid:72)(cid:68)(cid:81)(cid:86)(cid:15)(cid:3)(cid:90)(cid:76)(cid:87)(cid:75)(cid:3)(cid:87)(cid:75)(cid:72)(cid:3)(cid:83)(cid:85)(cid:76)(cid:82)(cid:85)(cid:3)(cid:83)(cid:72)(cid:85)(cid:80)(cid:76)(cid:86)(cid:86)(cid:76)(cid:82)(cid:81)(cid:3)(cid:76)(cid:81)(cid:3)(cid:90)(cid:85)(cid:76)(cid:87)(cid:76)(cid:81)(cid:74)(cid:3)(cid:82)(cid:73)(cid:3)(cid:87)(cid:75)(cid:72)(cid:3)(cid:83)(cid:88)(cid:69)(cid:79)(cid:76)(cid:86)(cid:75)(cid:72)(cid:85)(cid:86)(cid:15)(cid:3)
(cid:82)(cid:85)(cid:3)(cid:76)(cid:81)(cid:3)(cid:87)(cid:75)(cid:72)(cid:3)(cid:70)(cid:68)(cid:86)(cid:72)(cid:3)(cid:82)(cid:73)(cid:3)(cid:85)(cid:72)(cid:83)(cid:85)(cid:82)(cid:74)(cid:85)(cid:68)(cid:83)(cid:75)(cid:76)(cid:70)(cid:3)(cid:85)(cid:72)(cid:83)(cid:85)(cid:82)(cid:71)(cid:88)(cid:70)(cid:87)(cid:76)(cid:82)(cid:81)(cid:3)(cid:76)(cid:81)(cid:3)(cid:68)(cid:70)(cid:70)(cid:82)(cid:85)(cid:71)(cid:68)(cid:81)(cid:70)(cid:72)(cid:3)(cid:90)(cid:76)(cid:87)(cid:75)(cid:3)(cid:87)(cid:75)(cid:72)(cid:3)(cid:87)(cid:72)(cid:85)(cid:80)(cid:86)(cid:3)(cid:68)(cid:81)(cid:71)(cid:3)(cid:79)(cid:76)(cid:70)(cid:72)(cid:81)(cid:86)(cid:72)(cid:86)(cid:3)(cid:76)(cid:86)(cid:86)(cid:88)(cid:72)(cid:71)(cid:3)(cid:69)(cid:92)(cid:3)(cid:87)(cid:75)(cid:72)(cid:3)(cid:3)
(cid:38)(cid:47)(cid:36)(cid:17)(cid:3)(cid:40)(cid:81)(cid:84)(cid:88)(cid:76)(cid:85)(cid:76)(cid:72)(cid:86)(cid:3)(cid:70)(cid:82)(cid:81)(cid:70)(cid:72)(cid:85)(cid:81)(cid:76)(cid:81)(cid:74)(cid:3)(cid:85)(cid:72)(cid:83)(cid:85)(cid:82)(cid:71)(cid:88)(cid:70)(cid:87)(cid:76)(cid:82)(cid:81)(cid:3)(cid:82)(cid:88)(cid:87)(cid:86)(cid:76)(cid:71)(cid:72)(cid:3)(cid:87)(cid:75)(cid:72)(cid:86)(cid:72)(cid:3)(cid:87)(cid:72)(cid:85)(cid:80)(cid:86)(cid:3)(cid:86)(cid:75)(cid:82)(cid:88)(cid:79)(cid:71)(cid:3)(cid:69)(cid:72)(cid:3)(cid:86)(cid:72)(cid:81)(cid:87)(cid:3)(cid:87)(cid:82)(cid:3)(cid:87)(cid:75)(cid:72)(cid:3)(cid:83)(cid:88)(cid:69)(cid:79)(cid:76)(cid:86)(cid:75)(cid:72)(cid:85)(cid:86)(cid:3)(cid:68)(cid:87)(cid:3)(cid:87)(cid:75)(cid:72)(cid:3)
(cid:88)(cid:81)(cid:71)(cid:72)(cid:85)(cid:80)(cid:72)(cid:81)(cid:87)(cid:76)(cid:82)(cid:81)(cid:72)(cid:71)(cid:3)(cid:68)(cid:71)(cid:71)(cid:85)(cid:72)(cid:86)(cid:86)(cid:29)(cid:3)
(cid:44)(cid:54)(cid:55)(cid:40)(cid:3)(cid:47)(cid:87)(cid:71)(cid:3)(cid:3) (cid:45)(cid:82)(cid:75)(cid:81)(cid:3)(cid:58)(cid:76)(cid:79)(cid:72)(cid:92)(cid:3)(cid:9)(cid:3)(cid:54)(cid:82)(cid:81)(cid:86)(cid:15)(cid:3)(cid:44)(cid:81)(cid:70)(cid:17)(cid:3)(cid:3)
(cid:21)(cid:26)(cid:16)(cid:22)(cid:26)(cid:3)(cid:54)(cid:87)(cid:3)(cid:42)(cid:72)(cid:82)(cid:85)(cid:74)(cid:72)(cid:182)(cid:86)(cid:3)(cid:53)(cid:82)(cid:68)(cid:71)(cid:3)(cid:3) (cid:20)(cid:20)(cid:20)(cid:3)(cid:53)(cid:76)(cid:89)(cid:72)(cid:85)(cid:3)(cid:54)(cid:87)(cid:85)(cid:72)(cid:72)(cid:87)(cid:3)
(cid:47)(cid:82)(cid:81)(cid:71)(cid:82)(cid:81)(cid:3)(cid:54)(cid:58)(cid:20)(cid:28)(cid:3)(cid:23)(cid:40)(cid:56)(cid:3) (cid:43)(cid:82)(cid:69)(cid:82)(cid:78)(cid:72)(cid:81)(cid:15)(cid:3)(cid:49)(cid:45)(cid:3)(cid:19)(cid:26)(cid:19)(cid:22)(cid:19)(cid:3)
(cid:56)(cid:46)(cid:3)(cid:3) (cid:56)(cid:54)(cid:36)(cid:3)(cid:3)
(cid:90)(cid:90)(cid:90)(cid:17)(cid:76)(cid:86)(cid:87)(cid:72)(cid:17)(cid:70)(cid:82)(cid:17)(cid:88)(cid:78)(cid:3)(cid:3) (cid:90)(cid:90)(cid:90)(cid:17)(cid:90)(cid:76)(cid:79)(cid:72)(cid:92)(cid:17)(cid:70)(cid:82)(cid:80)(cid:3)
(cid:3)
(cid:139)(cid:3)(cid:44)(cid:54)(cid:55)(cid:40)(cid:3)(cid:47)(cid:87)(cid:71)(cid:3)(cid:21)(cid:19)(cid:20)(cid:25)(cid:3)
(cid:55)(cid:75)(cid:72)(cid:3)(cid:85)(cid:76)(cid:74)(cid:75)(cid:87)(cid:86)(cid:3)(cid:82)(cid:73)(cid:3)(cid:55)(cid:72)(cid:85)(cid:87)(cid:88)(cid:79)(cid:76)(cid:72)(cid:81)(cid:3)(cid:49)(cid:71)(cid:77)(cid:82)(cid:88)(cid:81)(cid:87)(cid:70)(cid:75)(cid:72)(cid:3)(cid:87)(cid:82)(cid:3)(cid:69)(cid:72)(cid:3)(cid:76)(cid:71)(cid:72)(cid:81)(cid:87)(cid:76)(cid:73)(cid:76)(cid:72)(cid:71)(cid:3)(cid:68)(cid:86)(cid:3)(cid:87)(cid:75)(cid:72)(cid:3)(cid:68)(cid:88)(cid:87)(cid:75)(cid:82)(cid:85)(cid:3)(cid:82)(cid:73)(cid:3)(cid:87)(cid:75)(cid:76)(cid:86)(cid:3)(cid:90)(cid:82)(cid:85)(cid:78)(cid:3)(cid:75)(cid:68)(cid:89)(cid:72)(cid:3)(cid:69)(cid:72)(cid:72)(cid:81)(cid:3)(cid:68)(cid:86)(cid:86)(cid:72)(cid:85)(cid:87)(cid:72)(cid:71)(cid:3)(cid:69)(cid:92)(cid:3)(cid:75)(cid:76)(cid:80)(cid:3)
(cid:76)(cid:81)(cid:3)(cid:68)(cid:70)(cid:70)(cid:82)(cid:85)(cid:71)(cid:68)(cid:81)(cid:70)(cid:72)(cid:3)(cid:90)(cid:76)(cid:87)(cid:75)(cid:3)(cid:87)(cid:75)(cid:72)(cid:3)(cid:38)(cid:82)(cid:83)(cid:92)(cid:85)(cid:76)(cid:74)(cid:75)(cid:87)(cid:15)(cid:3)(cid:39)(cid:72)(cid:86)(cid:76)(cid:74)(cid:81)(cid:86)(cid:3)(cid:68)(cid:81)(cid:71)(cid:3)(cid:51)(cid:68)(cid:87)(cid:72)(cid:81)(cid:87)(cid:86)(cid:3)(cid:36)(cid:70)(cid:87)(cid:3)(cid:20)(cid:28)(cid:27)(cid:27)(cid:17)(cid:3)
(cid:47)(cid:76)(cid:69)(cid:85)(cid:68)(cid:85)(cid:92)(cid:3)(cid:82)(cid:73)(cid:3)(cid:38)(cid:82)(cid:81)(cid:74)(cid:85)(cid:72)(cid:86)(cid:86)(cid:3)(cid:38)(cid:82)(cid:81)(cid:87)(cid:85)(cid:82)(cid:79)(cid:3)(cid:49)(cid:88)(cid:80)(cid:69)(cid:72)(cid:85)(cid:29)(cid:3)(cid:3)(cid:21)(cid:19)(cid:20)(cid:25)(cid:28)(cid:23)(cid:24)(cid:24)(cid:27)(cid:28)(cid:3)
(cid:3)
(cid:37)(cid:85)(cid:76)(cid:87)(cid:76)(cid:86)(cid:75)(cid:3)(cid:47)(cid:76)(cid:69)(cid:85)(cid:68)(cid:85)(cid:92)(cid:3)(cid:38)(cid:68)(cid:87)(cid:68)(cid:79)(cid:82)(cid:74)(cid:88)(cid:76)(cid:81)(cid:74)(cid:16)(cid:76)(cid:81)(cid:16)(cid:51)(cid:88)(cid:69)(cid:79)(cid:76)(cid:70)(cid:68)(cid:87)(cid:76)(cid:82)(cid:81)(cid:3)(cid:39)(cid:68)(cid:87)(cid:68)(cid:3)
(cid:36)(cid:3)(cid:38)(cid:44)(cid:51)(cid:3)(cid:85)(cid:72)(cid:70)(cid:82)(cid:85)(cid:71)(cid:3)(cid:73)(cid:82)(cid:85)(cid:3)(cid:87)(cid:75)(cid:76)(cid:86)(cid:3)(cid:69)(cid:82)(cid:82)(cid:78)(cid:3)(cid:76)(cid:86)(cid:3)(cid:68)(cid:89)(cid:68)(cid:76)(cid:79)(cid:68)(cid:69)(cid:79)(cid:72)(cid:3)(cid:73)(cid:85)(cid:82)(cid:80)(cid:3)(cid:87)(cid:75)(cid:72)(cid:3)(cid:37)(cid:85)(cid:76)(cid:87)(cid:76)(cid:86)(cid:75)(cid:3)(cid:47)(cid:76)(cid:69)(cid:85)(cid:68)(cid:85)(cid:92)(cid:3)(cid:3)
(cid:44)(cid:54)(cid:37)(cid:49)(cid:3)(cid:28)(cid:26)(cid:27)(cid:16)(cid:20)(cid:16)(cid:27)(cid:23)(cid:27)(cid:21)(cid:20)(cid:16)(cid:28)(cid:27)(cid:24)(cid:16)(cid:23)(cid:3)
Contents
Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ix
Chapter1.LatchandFlip-Flop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.1.Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2.Generaloverview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2.1.SRlatch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6
1.2.2.SRlatch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
1.2.3.Application: switchdebouncing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.3.GatedSRlatch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
1.3.1.ImplementationbasedonanSRlatch . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
1.3.2.ImplementationbasedonanSRlatch . . . . . . . . . . . . . . . . 14
1.4.GatedDlatch. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.5.BasicJKflip-flop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.6.Tflip-flop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
1.7.Master-slaveandedge-triggeredflip-flop . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.7.1.Master-slaveflip-flop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
1.7.2.Edge-triggeredflip-flop . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.8.Flip-flopswithasynchronousinputs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
1.9.Operationalcharacteristicsofflip-flops . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
1.10.Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
1.11.Solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
Chapter2.BinaryCounters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.1.Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
2.2.Modulo4counter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
2.3.Modulo8counter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
2.4.Modulo16counter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
2.4.1.Modulo10counter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57
vi DigitalElectronics2
2.5.Counterwithparallelload . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
2.6.Downcounter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
2.7.Synchronousreversiblecounter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
2.8.Decodingadowncounter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
2.9.Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
2.10.Solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
Chapter3.ShiftRegister . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
3.1.Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
3.2.Serial-inshiftregister . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
3.3.Parallel-inshiftregister . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
3.4.Bidirectionalshiftregister . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88
3.5.Registerfile. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90
3.6.Shiftregisterbasedcounter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91
3.6.1.Ringcounter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
3.6.2.Johnsoncounter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
3.6.3.Linearfeedbackcounter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
3.7.Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
3.8.Solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 107
Chapter4.ArithmeticandLogicCircuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
4.1.Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
4.2.Adder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
4.2.1.Halfadder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
4.2.2.Fulladder. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119
4.2.3.Ripple-carryadder. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 120
4.2.4.Carry-lookaheadadder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
4.2.5.Carry-selectadder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 124
4.2.6.Carry-skipadder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
4.3.Comparator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127
4.4.Arithmeticandlogicunit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129
4.5.Multiplier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
4.5.1.Multiplierof2-bitunsignednumbers . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
4.5.2.Multiplierof4-bitunsignednumbers . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
4.5.3.Multiplierforsignednumbers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 138
4.6.Divider . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
4.7.Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
4.8.Solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 158
Chapter5.DigitalIntegratedCircuitTechnology . . . . . . . . . . . . . 177
5.1.Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
5.2.Characteristicsofthetechnologies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
Contents vii
5.2.1.Supplyvoltage . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
5.2.2.Logiclevels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
5.2.3.Immunitytonoise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
5.2.4.Propagationdelay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
5.2.5.Electricpowerconsumption . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
5.2.6.Fan-outorloadfactor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 179
5.3.TTLlogicfamily. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
5.3.1.Bipolarjunctiontransistor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180
5.3.2.TTLNANDgate. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181
5.3.3.IntegratedTTLcircuit. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
5.4.CMOSlogicfamily . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
5.4.1.MOSFETtransistor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
5.4.2.CMOSlogicgates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184
5.5.Opendrainlogicgates. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185
5.5.1.Three-statebuffer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
5.5.2.CMOSintegratedcircuit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188
5.6.Otherlogicfamilies . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
5.7.Interfacingcircuitsofdifferenttechnologies . . . . . . . . . . . . . . . 189
5.8.Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190
5.9.Solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193
Chapter6.SemiconductorMemory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
6.1.Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
6.2.Memoryorganization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195
6.3.Operationofamemory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197
6.4.Typesofmemory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
6.4.1.Non-volatilememory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199
6.4.2.Volatilememories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202
6.4.3.Characteristicsofthedifferentmemorytypes . . . . . . . . . . . . 207
6.5.Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207
6.5.1.Memoryorganization . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
6.5.2.Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209
6.6.Othertypesofmemory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218
6.6.1.FerromagneticRAM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220
6.6.2.Content-addressablememory. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222
6.6.3.Sequentialaccessmemory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223
6.7.Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
6.8.Solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230
Chapter7.ProgrammableLogicCircuits . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
7.1.Generaloverview . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
7.2.Programmablelogicdevice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246
7.3.Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
viii DigitalElectronics2
7.3.1.Implementationoflogicfunctions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 255
7.3.2.Two-bitadder . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257
7.3.3.Binary-to-BCDandBCD-to-binaryconverters . . . . . . . . . . . . 263
7.4.Programmablelogiccircuits(CPLDandFPGA) . . . . . . . . . . . . . 263
7.4.1.Principleandtechnology . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264
7.4.2.CPLD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268
7.4.3.FPGA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 270
7.5.References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
7.6.Exercises . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
7.7.Solutions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 284
Appendix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 307
Bibliography . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 309
Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 311