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TTL和CMOS电路、OC门电路

已有 4487 次阅读  2009-09-23 11:17   标签TTL  CMOS  门电路 
TTL电路:
TTL电路是晶体管-晶体管逻辑电路的缩写(Transister-Transister-Logic),是数字集成电路的一大门类。他采用双极型工艺制造,具有高速度、低功耗和品种多等特点。从六十年代开发成功第一代产品以来现有以下几代产品。
                


第一代TTL包括SN54/74系列,(其中54系列工作温度为-55℃~+125℃,74系列工作温度为0℃~+75℃) ,低功耗系列简称lttl,高速系列简称HTTL。

第二代TTL包括肖特基箝位系列(STTL)和低功耗肖特基系列(LSTTL)。

第三代为采用等平面工艺制造的先进的STTL(ASTTL)和先进的低功耗STTL(ALSTTL)。由于LSTTL和ALSTTL的电路延时功耗积较小,STTL和ASTTL速度很快,因此获得了广泛的应用。
各类TTL门电路的基本性能:
http://www.willar.com/upload/article/064.jpg

电路类型TTL数字集成电路约有400多个品种,大致可以分为以下几类:
门电路
译码器/驱动器
触发器
计数器
移位寄存器
单稳、双稳电路和多谐振荡器
加法器、乘法器
奇偶校验器
码制转换器
线驱动器/线接收器
多路开关
存储器 

  • 特性曲线电压传输特性:

       TTL与非门电压传输特性         LSTTL与非门电压传输特性


  • 瞬态特性 由于寄生电容和晶体管载流子的存储效应的存在,输入和输出波形如 右。存在四个时间常数td,tf,ts和tr。
    延迟时间td
    下降时间tf          
    存储时间ts
    上升时间tr

  • 基本单元“与非门”常用电路形式:
                            
       四管单元
    五管单元
    六管单元
  • 主要封装形式:
    双列直插
    扁平封装

CMOS是:金属-氧化物-半导体(Metal-Oxide-Semiconductor)结构的晶体管简称MOS晶体管,有P型MOS管和N型MOS管之分。由 MOS管构成的集成电路称为MOS集成电路,而由PMOS管和NMOS管共同构成的互补型MOS集成电路即为 CMOS-IC( Complementary MOS Integrated Circuit)。
CMOS集成电路的性能特点
微功耗—CMOS电路的单门静态功耗在毫微瓦(nw)数量级。
高噪声容限—CMOS电路的噪声容限一般在40%电源电压以上。
宽工作电压范围—CMOS电路的电源电压一般为1.5~18伏。
高逻辑摆幅—CMOS电路输出高、低电平的幅度达到全电为VDD,逻辑“0”为VSS。
高输入阻抗--CMOS电路的输入阻抗大于108Ω,一般可达1010Ω。
高扇出能力--CMOS电路的扇出能力大于50。
低输入电容--CMOS电路的输入电容一般不大于5PF。
宽工作温度范围—陶瓷封装的CMOS电路工作温度范围为
- 55 0C ~ 125 0C;塑封的CMOS电路为 – 40 0C ~ 85 0C。
TTL与CMOS电路的区别


TTL:双极型器件,一般电源电压 5V,速度快(数ns),功耗大(mA级),负载力大,不用端多数不用处理。

CMOS:单级器件,一般电源电压 15V,速度慢(几百ns),功耗低,省电(uA级),负载力小,不用端必须处理。


CMOS 和 TTL 电平的主要区别在于输入转换电平。
CMOS:它的转换电平是电源电压的 1/2,因为 CMOS 的输入是互补的,保证了转换电平是电源电压的 1/2。

TTL:由于它的输入多涉及晶体管的结构,决定了转换电平是 2 倍的 PN 结正向压降,大约为 1.4V。TTL 电源只有 5V的,而且输入电流的方向是向外的!


CMOS 电路应用最广,具有输入阻抗高、扇出能力强、电源电压宽、静态功耗低、抗干扰能力强、温度稳定性好等特点,但多数工作速度低于 TTL 电路。


如果是 TTL 驱动 CMOS,要考虑电平的接口。TTL 可直接驱动 74HCT 型的 CMOS,其余必须考虑逻辑电平的转换问题。


如果是 CMOS 驱动 TTL,要考虑驱动电流不能太低。74HC/74HCT 型 CMOS 可直接驱动 74/74LS 型 TTL,除此需要电平转换。


由于 CMOS 的输入阻抗都比较大,一般比较容易捕捉到干扰脉冲,所以 NC 的脚尽量要接个上拉电阻,而且 CMOS 具有电流闩锁效应,容易烧掉 IC,所以输入端的电流尽量不要太大,最好加限流电阻。

什么是OC门?
OC门,又称集电极开路(漏极开路)与非门门电路。实际使用中,有时需要两个或者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用同一条导线输送出去。因此,需要一种新的与非门电路实现线与逻辑,这种门电路就是集电极开路与非门电路,简称OC门(open collector).
   
线与逻辑:即两个输出端(或者两个以上)直接互连就可以实现AND的逻辑功能。在总线传输等实际应用中需要多个门的输出端并联连接使用,而一般TTL门输出端并不能直接并接使用,否则这些门的输出管之间由于低阻抗形成很大的短路电流(灌电流),而烧坏器件。在硬件上,可用OC门或三态门(ST门)来实现。 用OC门实现线与,应同时在输出端口应加一个上拉电阻。
  • OC门电路及逻辑符号:


    该电路的特点是输出管T5的集电极悬空,使用时需外接一个上拉电阻Rp和电源Ec。OC门使用上拉电阻以输出高电平,此外为了加大输出引脚的驱动能力,上拉电阻阻值的选择原则,从降低功耗及芯片的灌电流能力考虑应当足够大;从确保足够的驱动电流考虑应当足够小。

  • OC门的主要用途有以下3个方面:
    (1)oc门电路应用:实现与或非逻辑
        用n个OC门实现与或非逻辑的电路如图:
     
      因为任何一个门输入全为1时,其输出为零,而n个门的输出端又并接在一起(线与),故输出Y=0,即Y=A1B1+A2B2+……+AnBn,是与或非的逻辑功能。
   
     (2)oc门电路应用_用做电平转换
        在数字系统的接口部分常需要进行电平转换,这可用OC门来实现.如下图:
        
         所示电路是用OC门把输出高电平变换为10V的电路。
       (3)oc门电路应用_用做驱动器
         可以用OC门驱动指示灯,继电器等,其驱动指示灯的电路如上图
 
三态门(ST门)主要用在应用于多个门输出共享数据总线,为避免多个门输出同时占用数据总线,这些门的使能信号(EN)中只允许有一个为有效电平(如高电平),由于三态门的输出是推拉式的低阻输出,且不需接上拉(负载)电阻,所以开关速度比OC门快,常用三态门作为输出缓冲器。

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