TTL和CMOS电路OC门电路.doc

TTL和CMOS电路、OC门电路TTL电路：+ s7 p# E# k9 C V5 c/ pTTL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。2 c6 G1 v! j$ W% D* ; n * A4 k7 h# L7 _: X8 c% r, w; I% - M: 3 , P3 h6 Y % D+ l9 c) # S& i S2 G, g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。 9 3 j+ g E* X* A+ g$ w) l1 d5 H; m* y& K! - * L( W第二代TTL包括肖特基箝位系列（STTL)和低功耗肖特基系列（LSTTL）。 9 l3 , u9 S# z- 7 T6 V# K, G5 R; U# D# z( a+ H; X8 b3 G4 Y. ?6 G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。 8 ?/ t7 d2 n% h各类TTL门电路的基本性能： S$ A9 H$ Q! l) ! & g/upload/article/064.jpg2 j; m# X. 9 & S0 d/ S) Pd6 g1 t3 y* j7 X$ r4 8 L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： r2 W8 1 iL0 h; r门电路 $ K3 K8 h0 J( T( . R$ s译码器/驱动器 ! K0 Q, N& H9 _8 t# f0 触发器 8 X5 p( v0 t2 y: K+ f计数器 % 5 I0 z5 N( P2 m5 A% M移位寄存器 . O! 5 H4 9 s% U单稳、双稳电路和多谐振荡器 % I2 i/ a# G7 h6 Y9 F. a加法器、乘法器 $ R9 I- I: r8 dkb. k奇偶校验器5 r: Y* : g3 U u* Z码制转换器 b2 P* 2 : . K* X, w线驱动器/线接收器 2 z& P+ I9 O! e多路开关 ; w8 U H8 q Y存储器( M& b$ 6 x6 6 k$ h8 k4 E0 0 W) 特性曲线电压传输特性：& R# mR3 K Q Y1 e9 M c$ e+ d M0 m O5 r J7 yv3 4 z TTL与非门电压传输特性 LSTTL与非门电压传输特性; Qm# z$ 9 ?+ j* : h; P- L 3 z a! Q W; n& H* v% B. 5 q9 v6 7 _ n 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。! b- C- f# v/ Bo. P: P. UA7 # 延迟时间td 4 E5 w% o. j5 j, 下降时间tf Y$ D% W, M4 y存储时间ts / W: $ 1 E/ n+ S$ B- D0 U上升时间tr5 C3 ?; o: k9 R1 e1 |: T: p) a1 f9 V$ L# c4 l. ?8 N: G 基本单元“与非门”常用电路形式：8 _2 a$ w! z4 N+ s; I6 J k ; 5 i# ( o 3 C# B3 s 四管单元% M0 s* / T+ S- ( q5 z6 T 五管单元. JF. 2 p0 W1 m: s 六管单元7 DS7 _& , D1 u8 S8 $ f7 q0 P8 主要封装形式：$ D A, D: O- BH7 y* y双列直插+ j% U! Q7 R$ d) ST: - S: M扁平封装$ l9 ! p5 Y7 O, b* p D4 H r; p( L( |# c2 UCMOS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）。5 ?5 N( E- v$ U3 |* h% Gh( |+ 4 L4 o5 KCMOS集成电路的性能特点 $ N1 m7 q1 d) y8 h- o微功耗CMOS电路的单门静态功耗在毫微瓦（nw）数量级。 N3 o; p* q7 3 M m; + J; a高噪声容限CMOS电路的噪声容限一般在40%电源电压以上。 6 U L r5 z% k1 Q4 Q0 V* B宽工作电压范围CMOS电路的电源电压一般为1.518伏。 5 7 y f) 5 D7 r( 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。 . M. K3 j6 a S7 N高输入阻抗-CMOS电路的输入阻抗大于108,一般可达1010。 ! |* A/ q, i8 f& V3 w高扇出能力-CMOS电路的扇出能力大于50。 * i( w% I1 T9 J1 |) N低输入电容-CMOS电路的输入电容一般不大于5PF。 & K+ K; r0 g2 W: t& R: % G7 Q宽工作温度范围陶瓷封装的CMOS电路工作温度范围为5 a# p) s0 n6 R4 v% i9 T) z- 55 0C 125 0C；塑封的CMOS电路为 40 0C 85 0C。 N z1 d+ ?6 y9 D3 ?TTL与CMOS电路的区别1 j, I4 5 P) h+ E/ o, Z5 p4 3 1 Z$ _, w2 o* & M4 2 0 x! A& R U$ F0 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。* R 7 I, g+ 9 Y+ V* p+ z6 A# b2 E* cCMOS：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。, i5 K9 H& ?1 d7 o+ o( ov& L, e3 j- x* |3 5 , . u; ICMOS 和 TTL 电平的主要区别在于输入转换电平。 Y6 n0 j& . M G# R. sCMOS：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。x) A! d* c! D# * C9 U4 J* j$ D3 jTTL：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！ W: s8 y8 oB. S% T7 k1 S z8 Y& |) y! _: z) L0 t3 V% d- A3 8 q9 $ iCMOS 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。( V- b* F0 R/ m6 vu* z j8 Z, x* 8 B& G, |- mk% F0 P; ; d* * ) O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。 m- q+ R- 3 t) ?9 O6 e, s$ B# + K) i2 F( ) l/ m0 r; . # r9 m/ Z4 m. N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。 KJ2 D6 # J0 u% m9 X1 t4 w7 c! _ h) 4 T T+ h h5 C5 w& # k5 Z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。2 S# t ! r( s) d什么是OC门？- n* C. $ H: F* e3 i% l0 g2 SOC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来实现线与逻辑，这种门电路就是集电极开路与非门电路，简称OC门（open collector）., V0 S5 nZ1 s7 d5 F! b 5 g; W3 _- 4 3 B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。( D, v0 & 7 x4 g OC门电路及逻辑符号：8 c8 pU0 o/ f: q3 V0 jd$ , j6 K& q; O7 DC+ y2 S9 D) O g6 Z 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。( D7 z+ s/ P- c+ _3 s% m6 P9 yY6 g- Y( 3 a OC门的主要用途有以下3个方面：: t+ e+ e9 N( Pb（1）oc门电路应用：实现与或非逻辑% D6 E1 Z$ S$ m% J 用个OC门实现与或非逻辑的电路如图：5 A+ X2 v& wZ7 _2 v: / Lt 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。) R! A* t2 b3 Bb % d* m, J2 R. Q% , r3 Y2 X （2）oc门电路应用_用做电平转换. x; w6 l( T+ H5 Q, m 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：8 O0 o9 D. , f8 G # k5 e# d( ?3 X f8 Q& ?0 E 所示电路是用OC门把输出高电平变换为10V的电路。3 O. U- R$ d/ O# l （3）oc门电路应用_用做驱动器0 9 9 h5