深度理解TTL电平与CMOS电平的异同

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一:TTL

TTL集成电路的主要型式为

晶体管-晶体管逻辑门

(

Transistor-Transistor Logic

gate),TTL采用5V电源。

1. 输出高电平Uoh和输出低电平Uol


Uoh≥2.4V

,

Uol≤0.4V

在室温下,一般输出高电平为3.5V

2. 输入高电平Uih和输入低电平Uil


Uih≥2.0V

,

Uol≤0.8V

3. 噪声容限

0.4V

噪声容限计算:噪声容限=min{高电平噪声容限,低电平噪声容限}

高电平噪声容限=最小输出高电平电压-最小输入高电平电压

低电平噪声容限=最大输入低电平电压-最大输出低电平电压


二: CMOS

Complementary Metal Oxide Semiconductor(互补金属氧化物半导体)

CMOS电路是

电压控制器件



输入电阻极大,对于干扰信号十分敏感,因此不用的输入端不应开路,接到地或者电源上

。CMOS电路的优点是噪声容限较宽,静态功耗很小。CMOS采用

5~15V

电源, 另外, 只有 4000 系列的 CMOS 器件可以工作在15V电源下, 74HC, 74HCT 等都只能工作在 5V电源下, 现在已经有工作在 3V和 2.5V电源下的 CMOS 逻辑电路芯片了.

1. 输出高电平Uoh和输出低电平Uol


Uoh≈VCC

,

Uol≈GND

2. 输入高电平Uih和输入低电平Uil


Uih≥0.7VCC

,

Uol≤0.2VCC

(VCC为电源电压,GND为地)

从上面可以看出:

在同样

5V

电源电压情况下,

COMS电路可以直接驱动TTL

,因为CMOS的输出高电平VCC=5V大于2.0V,输出低电平GND=0V小于0.8V;而

TTL电路则不能直接驱动CMOS电路

,TTL的输出高电平为大于2.4V,如果落在2.4V~3.5V之间,则CMOS电路就不能检测到高电平,低电平小于0.4V满足要求,所以在TTL电路驱动COMS电路时

需要加上拉电阻

。如果出现不同电压电源的情况,也可以通过上面的方法进行判断。


三:TTL和COMS电路比较:


1.

TTL电路是

电流控制器件

,而CMOS电路是

电压控制器件

2.

TTL电路的速度快

,传输延迟时间短(5-10ns),但是功耗大。

COMS电路的速度慢

,传输延迟时间长(25-50ns),但功耗低。COMS电路本身的功耗与输入信号的脉冲频率有关,频率越高,芯片集越热,这是正常现象。

3.

COMS电路的使用注意事项


1) COMS电路是电压控制器件,它的输入总抗很大,对干扰信号的捕捉能力很强。所以,不用的管脚不要悬空,要接上拉电阻或者下拉电阻,给它一个恒定的电平。

2) 输入端接低内阻的信号源时,要在输入端和信号源之间要串联限流电阻,使输入的电流限制在1mA之内。

3) 当接长信号传输线时,在COMS电路端接匹配电阻。

4) 当输入端接大电容时,应该在输入端和电容间接保护电阻。电阻值为R=V0/1mA.V0是外界电容上的电压。

5) COMS的输入电流超过1mA,就有可能烧坏COMS。

4.

TTL门电路中输入端负载特性(输入端带电阻特殊情况的处理):


1)悬空时相当于输入端接高电平。因为这时可以看作是输入端接一个无穷大的电阻。

2)在门电路输入端串联10K电阻后再输入低电平,输入端出呈现的是高电平而不是低电平。因为由TTL门电路的输入端负载特性可知,只有在输入端接的串联电阻小于910欧 时,它输入来的低电平信号才能被门电路识别出来,串联电阻再大的话输入端就一直呈现高电平。这个一定要注意。COMS门电路就不用考虑这些了。


四:OC门与OD门

1.

OC

(Open Collector)门,即集电极开路门电路(Open Collector),

OD

(Open Drain)门,即漏极开路门电路,必须外界上拉电阻和电源才能将开关电平作为高低电平用。


2.

TTL电路有集电极开路OC门,MOS管也有和集电极对应的漏极开路的OD门,它的输出就叫做开漏输出。OC门在截止时有漏电流输出,那就是漏电流,为什么有漏电流呢?那是因为当三极管截止的时候,它的基极电流约等于0,但是并不是真正的为0,经过三极管的集电极的电流也就不是真正的 0,而是约0。而这个就是漏电流。

3.

开漏输出

:OC门的输出就是开漏输出;OD门的输出也是开漏输出。它可以吸收很大的电流,但是不能向外输出的电流。所以,为了能输入和输出电流,它使用的时候要跟电源和上拉电阻一齐用。OD门一般作为输出缓冲/驱动器、电平转换器以及满足吸收大负载电流的需要。

4.

为什么引入OC门?


实际使用中,有时需要两个或两个以上与非门的输出端连接在同一条导线上,将这些与非门上的数据(状态电平)用同一条导线输送出去。因此,需要一种新的与非门电路–OC门来实现“线与逻辑”。


五:有关逻辑电平的一些概念

要了解逻辑电平的内容,首先要知道以下几个概念的含义:

1.

输入高电平(Vih)

:保证逻辑门的输入为高电平时所允许的最小输入高电平,当输入电平高于Vih时,则认为输入电平为高电平。

2.

输入低电平(Vil)

:保证逻辑门的输入为低电平时所允许的最大输入低电平,当输入电平低于Vil时,则认为输入电平为低电平。

3.

输出高电平(Voh)

:保证逻辑门的输出为高电平时的输出电平的最小值,逻辑门的输出为高电平时的电平值都必须大于此Voh。

4.

输出低电平(Vol)

:保证逻辑门的输出为低电平时的输出电平的最大值,逻辑门的输出为低电平时的电平值都必须小于此Vol。

5.

阀值电平(Vt)

:数字电路芯片都存在一个阈值电平,就是电路刚刚勉强能翻转动作时的电平。它是一个界于Vil、Vih之间的电压值,对于CMOS电路的阈值电平,基本上是二分之一的电源电压值,但要保证稳定的输 出,则必须要求输入高电平> Vih,输入低电平

对于一般的逻辑电平,以上参数的关系如下:

Voh > Vih > Vt > Vil > Vol


—作者:古墓龙吟 来源:CSDN 原文:https://blog.csdn.net/qq_27745395/article/details/76687175?utm_source=copy