TTL 與 CMOS


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1. TTL

TTL集成電路的主要型式為晶體管-晶體管邏輯門(Transistor-Transistor Logic gate),TTL采用5V電源。

輸出高電平Uoh和輸出低電平Uol
     UOH ≥ 2.4V,   UOL ≤ 0.4V
     在室溫下,一般輸出高電平為3.5V
輸入高電平Uih和輸入低電平Uil
     UIH ≥ 2.0V,    UIL ≤ 0.8V
噪聲容限0.4V
      噪聲容限計算:噪聲容限=min{高電平噪聲容限,低電平噪聲容限}
      高電平噪聲容限=最小輸出高電平電壓-最小輸入高電平電壓
      低電平噪聲容限=最大輸入低電平電壓-最大輸出低電平電壓

2. CMOS

CMOS電路是電壓控制器件,輸入電阻極大,對於干擾信號十分敏感,因此不用的輸入端不應開路,接到地或者電源上。CMOS電路的優點是噪聲容限較寬,靜態功耗很小。CMOS采用5~15V電源, 另外, 只有 4000 系列的 CMOS 器件可以工作在15V電源下, 74HC, 74HCT 等都只能工作在 5V電源下, 現在已經有工作在 3V和 2.5V電源下的 CMOS 邏輯電路芯片了.

輸出高電平Uoh和輸出低電平Uol
     UOH ≈ VCC,       UOL ≈ GND
輸入高電平Uih和輸入低電平Uil
     UIh ≥ 0.7VCC,   UIL ≤ 0.3VCC   (VCC為電源電壓,GND為地)
從上面可以看出:
在同樣5V電源電壓情況下,COMS電路可以直接驅動TTL,因為CMOS的輸出高電平VCC=5V大於2.0V,輸出低電平GND=0V小於0.8V;而TTL電路則不能直接驅動CMOS電路,TTL的輸出高電平為大於2.4V,如果落在2.4V~3.5V之間,則CMOS電路就不能檢測到高電平,低電平小於0.4V滿足要求,所以在TTL電路驅動COMS電路時需要加上拉電阻。如果出現不同電壓電源的情況,也可以通過上面的方法進行判斷

3. TTL 與 COMS

TTL電路是電流控制器件,而CMOS電路是電壓控制件。

TTL電路的速度快,傳輸延遲時間短(5-10ns),但是功耗大。COMS電路的速度慢,傳輸延遲時間長(25-50ns),但功耗低。COMS電路本身的功耗與輸入信號的脈沖頻率有關,頻率越高,芯片集越熱,這是正常現象。

 

COMS電路的使用注意事項

1) COMS電路時電壓控制器件,它的輸入總抗很大,對干擾信號的捕捉能力很強。所以,不用的管腳不要懸空,要接上拉電阻或者下拉電阻,給它一個恆定的電平。
2) 輸入端接低內阻的信號源時,要在輸入端和信號源之間要串聯限流電阻,使輸入的電流限制在1mA之內
3) 當接長信號傳輸線時,在COMS電路端接匹配電阻
4) 當輸入端接大電容時,應該在輸入端和電容間接保護電阻。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。


TTL門電路中輸入端負載特性(輸入端帶電阻特殊情況的處理):
1)懸空時相當於輸入端接高電平。因為這時可以看作是輸入端接一個無窮大的電阻。
2)在門電路輸入端串聯10K電阻后再輸入低電平,輸入端出呈現的是高電平而不是低電平。因為由TTL門電路的輸入端負載特性可知,只有在輸入端接的串聯電阻小於910歐 時,它輸入來的低電平信號才能被門電路識別出來,串聯電阻再大的話輸入端就一直呈現高電平。這個一定要注意。COMS門電路就不用考慮這些了。

4. OC門與OD門

OC(Open Collector)門,即集電極開路門電路(Open Collector);OD(Open Drain)門,即漏極開路門電路。必須外接上拉電阻和電源才能將開關電平作為高低電平用。

TTL電路有集電極開路OC門,MOS管也有和集電極對應的漏極開路的OD門,它的輸出就叫做開漏輸出。OC門在截止時有漏電流輸出,那就是漏電流,為什么有漏電流呢?那是因為當三極管截止的時候,它的基極電流約等於0,但是並不是真正的為0,經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。所以,為了能輸入和輸出電流,它使用的時候要跟電源和上拉電阻一齊用。OD門一般作為輸出緩沖/驅動器、電平轉換器以及滿足吸收大負載電流的需要。

為什么引入OC門?
實際使用中,有時需要兩個或兩個以上與非門的輸出端連接在同一條導線上,將這些與非門上的數據(狀態電平)用同一條導線輸送出去。因此,需要一種新的與非門電路–OC門來實現“線與邏輯”。

 5. 混用時注意事項

 

1. TTL電平器件可以直驅3.3V CMOS電平器件,反之亦然。

2. 5.5V CMOS可以直驅TTL電路,而TTL驅動5V CMOS時需加上拉電阻。

解釋:

TTL輸出級使用NOT電路,如下圖所示:

當A=L時,Q1導通 =》 Q2截止 =》Q3導通,Q4截止 =》 Y = H ,電壓相當於Vcc - VR3 - VQ3 - VD2 ≥ 2.4V(TTL標准)

當A=H時,Q1截止 =》 Q2導通 =》Q3截止,Q4導通 =》 Y = L ,電壓相當於VQ4

 

 若在輸出端加入上拉電阻,輸出為高時Q3、D2均截止輸出電平為接近VCC,如下圖:

 


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