TTL電路與CMOS電路

1、.TTL電路與CMOS電路2009-10-28 22:28一、TTL和CMOS電路TTL電路是晶體管-晶體管邏輯電路的英文縮寫（Transister-Transister-Logic ），是數(shù)字集成電路的一大門類。它采用雙極型工藝制造，、具有高速度低功耗和品種多等特點(diǎn)。CMOS是金屬-氧化物-半導(dǎo)體(Metal-Oxide-Semiconductor)結(jié)構(gòu)的晶體管簡(jiǎn)稱MOS晶體管，有P型MOS管和N型MOS管之分。由 MOS管構(gòu)成的集成電路稱為MOS集成電路，而由PMOS管和NMOS管共同構(gòu)成的互補(bǔ)型MOS集成電路即為 CMOS-IC（ Complementary MOS Integrated

2、 Circuit）。1、TTL電平： 輸出高電平>2.4V,輸出低電平<0.4V。在室溫下，一般輸出高電平是3.5V，輸出低電平是0.2V。最小輸入高電平和低電平：輸入高電平>=2.0V，輸入低電平<=0.8V，噪聲容限是0.4V。 2、CMOS電平： 1邏輯電平電壓接近于電源電壓，0邏輯電平接近于0V。而且具有很寬的噪聲容限。二、TTL和CMOS電路的比較1）TTL電路是電流控制器件，而CMOS電路是電壓控制器件。 2）TTL電路的速度快，傳輸延遲時(shí)間短(5-10ns)，但是功耗大。CMOS電路的速度慢，傳輸延遲時(shí)間長(zhǎng)(25-50ns),但功耗低。CMOS電路本身的功

3、耗與輸入信號(hào)的脈沖頻率有關(guān)，頻率越高，芯片集越熱，這是正?，F(xiàn)象。 3）CMOS電路的鎖定效應(yīng)： CMOS電路由于輸入太大的電流，內(nèi)部的電流急劇增大，除非切斷電源，電流一直在增大。這種效應(yīng)就是鎖定效應(yīng)。當(dāng)產(chǎn)生鎖定效應(yīng)時(shí)，CMOS的內(nèi)部電流能達(dá)到40mA以上，很容易燒毀芯片。 防御措施： 1）在輸入端和輸出端加鉗位電路，使輸入和輸出不超過不超過規(guī)定電壓。 2）芯片的電源輸入端加去耦電路，防止VDD端出現(xiàn)瞬間的高壓。 3）在VDD和外電源之間加限流電阻，即使有大的電流也不讓它進(jìn)去。 4）當(dāng)系統(tǒng)由幾個(gè)電源分別供電時(shí)，開關(guān)要按下列順序：開啟時(shí)，先開啟CMOS路得電 源，再開啟輸入信號(hào)和負(fù)載的電源；關(guān)閉時(shí)

4、，先關(guān)閉輸入信號(hào)和負(fù)載的電源，再關(guān)閉CMOS電路的電源。三、使用注意事項(xiàng)1、CMOS電路的使用注意事項(xiàng)   (1)、CMOS電路時(shí)電壓控制器件，它的輸入總抗很大，對(duì)干擾信號(hào)的捕捉能力很強(qiáng)。所以，不用的管腳不要懸空，要接上拉電阻或者下拉電阻，給它一個(gè)恒定的電平。   (2)、輸入端接低內(nèi)組的信號(hào)源時(shí)，要在輸入端和信號(hào)源之間串聯(lián)限流電阻，使輸入的電流限制在1mA之內(nèi)。   (3)、當(dāng)接長(zhǎng)信號(hào)傳輸線時(shí)，在CMOS電路端接匹配電阻。   (4)、當(dāng)輸入端接大電容時(shí)，應(yīng)該在輸入端和電容間接保護(hù)電阻。電阻值為R=V0/1mA.

5、V0是外界電容上的電壓。   (5)、CMOS的輸入電流超過1mA，就有可能燒壞CMOS。2、TTL電路的使用注意事項(xiàng)1電源電壓應(yīng)嚴(yán)格保持在5V±10%的范圍內(nèi)，過高易損壞器件，過低則不能正常工作，實(shí)驗(yàn)中一般采用穩(wěn)定性好、內(nèi)阻小的直流穩(wěn)壓電源。使用時(shí)，應(yīng)特別注意電源與地線不能錯(cuò)接，否則會(huì)因過大電流而造成器件損壞。2多余輸入端最好不要懸空，雖然懸空相當(dāng)于高電平，并不能影響與門（與非門）的邏輯功能，但懸空時(shí)易受干擾，為此，與門、與非門多余輸入端可直接接到Vcc上，或通過一個(gè)公用電阻（幾千歐）連到Vcc上。若前級(jí)驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，則可將多余輸入端與使用端并接，不用的或門、或非

6、門輸入端直接接地，與或非門不用的與門輸入端至少有一個(gè)要直接接地，帶有擴(kuò)展端的門電路，其擴(kuò)展端不允許直接接電源。3輸出端不允許直接接電源或接地（但可以通過電阻與電源相連）；不允許直接并聯(lián)使用（集電極開路門和三態(tài)門除外）。4應(yīng)考慮電路的負(fù)載能力（即扇出系數(shù)）。要留有余地，以免影響電路的正常工作，扇出系數(shù)可通過查閱器件手冊(cè)或計(jì)算獲得。5在高頻工作時(shí)，應(yīng)通過縮短引線、屏蔽干擾源等措施，抑制電流的尖峰干擾。四，TTL門電路中輸入端負(fù)載特性（輸入端帶電阻特殊情況的處理）： 1）懸空時(shí)相當(dāng)于輸入端接高電平。因?yàn)檫@時(shí)可以看作是輸入端接一個(gè)無窮大的電阻。 2）在門電路輸入端串聯(lián)10K電阻后再輸入低電平，輸入端出

7、呈現(xiàn)的是高電平而不是低電 平。因?yàn)橛蒚TL門電路的輸入端負(fù)載特性可知，只有在輸入端接的串聯(lián)電阻小于910歐時(shí)， 它輸入來的低電平信號(hào)才能被門電路識(shí)別出來，串聯(lián)電阻再大的話輸入端就一直呈現(xiàn)高電 平。這個(gè)一定要注意。CMOS門電路就不用考慮這些了。 五，TTL電路有集電極開路OC門，MOS管也有和集電極對(duì)應(yīng)的漏極開路的OD門，它的輸出就叫做開漏輸出。 OC門在截止時(shí)有漏電流輸出，那就是漏電流，為什么有漏電流呢？那是因?yàn)楫?dāng)三極管截 止的時(shí)候，它的基極電流約等于0，但是并不是真正的為0，經(jīng)過三極管的集電極的電流也 就不是真正的0，而是約0。而這個(gè)就是漏電流。開漏輸出：OC門的輸出就是開漏輸出；OD門的

8、輸出也是開漏輸出。它可以吸收很大的電流，但是不能向外輸出的電流。所以，為了能輸入和輸出電流，它使用的時(shí)候要跟電源和上拉電阻一齊用。OD門一般作為輸出緩沖/驅(qū)動(dòng)器、電平轉(zhuǎn)換器以及滿足吸收大負(fù)載電流的需要。 六，什么叫做圖騰柱，它與開漏電路有什么區(qū)別？ TTL集成電路中，輸出有接上拉三極管的輸出叫做圖騰柱輸出，沒有的叫做OC門。因?yàn)?TTL就是一個(gè)三級(jí)關(guān)，圖騰柱也就是兩個(gè)三級(jí)管推挽相連。所以推挽就是圖騰。一般圖騰式輸出，高電平400UA，低電平8MACMOS 器件不用的輸入端必須連到高電平或低電平, 這是因?yàn)?CMOS 是高輸入阻抗器件, 理想狀態(tài)是沒有輸入電流的. 如果不用的輸入引腳懸空, 很容

9、易感應(yīng)到干擾信號(hào), 影響芯片的邏輯運(yùn)行, 甚至靜電積累永久性的擊穿這個(gè)輸入端, 造成芯片失效.另外, 只有 4000 系列的 CMOS 器件可以工作在 15伏電源下, 74HC, 74HCT 等都只能工作在 5伏電源下, 現(xiàn)在已經(jīng)有工作在 3伏和 2.5伏電源下的 CMOS 邏輯電路芯片了. CMOS電路與TTL電路的特點(diǎn)、區(qū)別與接口TTL門電路的空載功耗較CMOS門的靜態(tài)功耗是較大的；CMOS的噪聲容限更大，抗干擾能力更強(qiáng)；TTL的速度高于CMOS；CMOS驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力更強(qiáng) 1. TTL邏輯電平即Transistor-Transistor Logic。最小輸出高電平VOHmin：2.4V ，

10、輸出低電平VOLmax：0.4V。在室溫下，一般輸出高電平是3.5V 輸出低電平是0.2V。最小輸入高電平VIHmin：2.0V ，最大輸入低電平VILmax：0.8V ；它的噪聲容限是0.4V。 2. CMOS邏輯電平即Complementary metal-oxide-semiconductor 。邏輯電平電壓接近于電源電壓，0邏輯電平接近于0V。而且具有很寬的噪聲容限。 3. 電平轉(zhuǎn)換電路： 因?yàn)門TL和COMS的高低電平的值不一樣（ttl 5vcmos 3.3v），所以互相連接時(shí)需要電平的轉(zhuǎn)換：就是用兩個(gè)電阻對(duì)電平分壓，沒有什么高深的東西。 4. OC門即集電極開路門電路；OD門即漏極

11、開路門電路，必須外界上拉電阻和電源才能將開關(guān)電平作為高低電平用。否則它一般只作為開關(guān)大電壓和大電流負(fù)載，所以又叫做驅(qū)動(dòng)門電路。 5. TTL和COMS電路比較： 1）TTL電路是電流控制器件，而coms電路是電壓控制器件。 2）TTL電路的速度快，傳輸延遲時(shí)間短(5-10ns)，但是功耗大。 COMS電路的速度慢，傳輸延遲時(shí)間長(zhǎng)(25-50ns),但功耗低。 COMS電路本身的功耗與輸入信號(hào)的脈沖頻率有關(guān)，頻率越高，芯片集越熱，這是正?，F(xiàn)象。 3）COMS電路的鎖定效應(yīng)：COMS電路由于輸入太大的電流，內(nèi)部的電流急劇增大，除非切斷電源，電流一直在增大。這種效應(yīng)就是鎖定效應(yīng)。當(dāng)產(chǎn) 生鎖定效應(yīng)時(shí)，

12、COMS的內(nèi)部電流能達(dá)到40mA以上，很容易燒毀芯片。 防御措施： 1）在輸入端和輸出端加鉗位電路，使輸入和輸出不超過不超過規(guī)定電壓。 2）芯片的電源輸入端加去耦電路，防止VDD端出現(xiàn)瞬間的高壓。 3）在VDD和外電源之間加線流電阻，即使有大的電流也不讓它進(jìn)去。 4）當(dāng)系統(tǒng)由幾個(gè)電源分別供電時(shí)，開關(guān)要按下列順序：開啟時(shí)，先開啟COMS電路得電源，再開啟輸入信號(hào)和負(fù)載的電源；關(guān)閉時(shí)，先關(guān)閉輸入信號(hào)和負(fù)載的電源，再關(guān)閉COMS電路的電源。 6. COMS電路的使用注意事項(xiàng) 1）COMS電路時(shí)電壓控制器件，它的輸入總抗很大，對(duì)干擾信號(hào)的捕捉能力很強(qiáng)。所以，不用的管腳不要懸空，要接上拉電阻或者下拉電阻

13、，給它一個(gè)恒定的電平。 2）輸入端接低內(nèi)組的信號(hào)源時(shí)，要在輸入端和信號(hào)源之間要串聯(lián)限流電阻，使輸入的電流限制在1mA之內(nèi)。 3）當(dāng)接長(zhǎng)信號(hào)傳輸線時(shí)，在COMS電路端接匹配電阻。 4）當(dāng)輸入端接大電容時(shí)，應(yīng)該在輸入端和電容間接保護(hù)電阻。電阻值為R=V0/1mA.V0是外界電容上的電壓。 5）COMS的輸入電流超過1mA，就有可能燒壞COMS。 7. TTL門電路中輸入端負(fù)載特性（輸入端帶電阻特殊情況的處理）： 1）懸空時(shí)相當(dāng)于輸入端接高電平。因?yàn)檫@時(shí)可以看作是輸入端接一個(gè)無窮大的電阻。 2）在門電路輸入端串聯(lián)10K電阻后再輸入低電平，輸入端出呈現(xiàn)的是高電平而不是低電平。因?yàn)橛蒚TL門電路的輸入端

14、負(fù)載特性可知，只有在輸入端接的串聯(lián)電阻小于910歐時(shí)，它輸入來的低電平信號(hào)才能被門電路識(shí)別出來，串聯(lián)電阻再大的話輸入端就一直呈現(xiàn)高電平。這個(gè)一定要注意。COMS門電路就不用考慮這些了。 8. TTL電路有集電極開路OC門，MOS管也有和集電極對(duì)應(yīng)的漏極開路的OD門，它的輸出就叫做開漏輸出。OC門在截止時(shí)有漏電流輸出，那就是漏電流，為什么有漏電流呢？那是因?yàn)楫?dāng)三機(jī)管截止的時(shí)候，它的基極電流約等于0，但是并不是真正的為0，經(jīng)過三極管的集電極的電流也就不是真正的0，而是約0。而這個(gè)就是漏電流。開漏輸出：OC門的輸出就是開漏輸出；OD門的輸出也是開漏輸出。它可以吸收很大的電流，但是不能向外輸出的電流。

15、所以，為了能輸入和輸出電流，它使用的時(shí)候要跟電源和上拉電阻一齊用。OD門一般作為輸出緩沖/驅(qū)動(dòng)器、電平轉(zhuǎn)換器以及滿足吸收大負(fù)載電流的需要。 9. 什么叫做圖騰柱，它與開漏電路有什么區(qū)別？ TTL集成電路中，輸出有接上拉三極管的輸出叫做圖騰柱輸出，沒有的叫做OC門。因?yàn)門TL就是一個(gè)三級(jí)關(guān)，圖騰柱也就是兩個(gè)三級(jí)管推挽相連。所以推挽就是圖騰。一般圖騰式輸出，高電平400UA，低電平8MA。 10 . CMOS電路與TTL電路的接口其 它器件驅(qū)動(dòng)CMOS集成電路TTL-CMOS集成電路的接口：利用集電極開路的TTL門電路可以方便靈活地實(shí)現(xiàn)TTL與CMOS集成電路的連接，其電路如圖1所示。圖1中的RL是TTL集電極開路門的負(fù)載電阻，一般取值為幾百到幾M。RL取較大值便于減小集電極開路門的功耗，但在一定程度上影響電路的工作速度。一般情況下，RL可取值47-220K;中速、高速工作場(chǎng)合取20K以下較為合適。 ECL-CMOS集成電路的接口：ECL集成電路驅(qū)動(dòng)CMOS集成電路的連接方