
【電】 fan-out circuit
【計】 fan-out; out-fan
circuit; circuitry
【計】 electrocircuit
【化】 circuit; electric circuit
【醫】 circuit
扇出電路(Fan-out Circuit)是數字電路設計中的核心概念,指單個邏輯門輸出端能夠驅動的同類門輸入端最大數量。其英文術語"fan-out"直接反映了電路信號“扇形展開”的拓撲特性,既描述了驅動能力(Driving Capability),也限定了負載限制(Load Limitation)。
從電氣特性分析,扇出值由以下公式定義: $$ F{out} = frac{I{OH(max)}}{I{IH}} quad text{或} quad F{out} = frac{I{OL(max)}}{I{IL}} $$ 其中$I{OH(max)}$和$I{OL(max)}$分别代表驅動器高/低電平輸出電流,$I{IH}$和$I{IL}$為負載門的高/低電平輸入電流。該計算方式在《CMOS數字集成電路:分析與設計》(Rabaey著)第三章有詳細推導。
實際工程中需注意:
工業級設計通常參考JEDEC固态技術協會的JEP122G規範,對扇出參數進行溫度、電壓、工藝角的三維驗證。Xilinx FPGA設計手冊建議将扇出控制在16以内以保證時序收斂,該經驗值已被納入ISO 26262汽車電子安全标準附錄。
扇出電路是數字電路設計中的關鍵概念,主要涉及邏輯門驅動能力的評估與控制,具體解釋如下:
扇出(Fan-out)指單個邏輯門輸出端能驅動的同類門電路最大數量。例如,典型TTL邏輯門可驅動10個同類門,意味着其扇出為10。若需驅動更多負載,需通過緩沖器擴展至25-30個。
扇出能力由以下特性共同決定:
當扇出需求超過器件能力時,常用兩種方法:
在系統層面,扇出還指模塊直接調用的下層模塊數量,需控制在合理範圍(一般建議3-5個)以降低複雜度。
扇出是衡量電路驅動能力與信號完整性的核心指标,需平衡負載數量與信號質量。設計時需結合具體器件參數(如TTL的10扇出限制)及系統時序要求,必要時通過緩沖器或結構優化實現可靠驅動。
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