《数2TTL与CMOS互连》PPT课件.ppt

TTL与非门及CMOS门电路实验 2 北航电工电子中心 实验目的 掌握TTL与非门主要参数及传输特性的测试方法 了解CMOS非门电路的性能和特点 熟悉TTL与CMOS器件的互连方法 3 北航电工电子中心 TTL与非门主要参数 输出高电平UOH 指与非门有一个以上输入端接地或接低电平时的输出电平值 空载时UOH必须大于标准高电平 USU 2 4V 接有拉电流负载时UOH将下降 测试UOH的电路如图1所示 图1输出高电平UOH测试电路 4 北航电工电子中心 TTL与非门主要参数 图2输出低电平UOL测试电路 输出低电平UOL 指与非门的所有输入端都接高电平的输出电平值 空载时UOL必须低于标准低电平 USL 0 4V 接有灌电流负载时UOL将上升 测试UOL的电路如图2所示 5 北航电工电子中心 TTL与非门主要参数 输入短路电流IIS 指被测输入端接地 其余输入端悬空时 由被测输入端流出的电流 前级输出低电平时后级门的IIS就是前级的灌电流 一般IIS 1 6mA 测试IIS的电路见图3 图3短路电流IIS测试电路 6 北航电工电子中心 TTL与非门主要参数 图4扇出系数N测量电路 扇出系数N 指能驱动同类门电路的数目 用以衡量带负载的能力 测量电路如图4所示 即测出输出不超过标准低电平时的最大允许负载电流IOL 然后计算 N IOL IIS一般N 8的与非门才被认为是合格的 7 北航电工电子中心 TTL与非门的传输特性 图5 a TTL与非门电压传输特性 图5 b 传输特性的测试电路 如图5 a 所示 利用电压传输特性可以检查和判断TTL与非门是否工作正常 同时可以直接读出其主要静态参数如UOH UOL UON UOFF和 1 0 传输特性的测试电路如图5 b 8 北航电工电子中心 CMOS集成电路的特点 静态功耗极低 74系列的TTL门功耗约为10mW 而CMOS电路只有0 01 0 1 W 允许电源电压有较大波动 CMOS电路的电源电压范围为3 15V 当电源电压波动较大时仍能正常工作 抗干扰能力强 CMOS电路抗干扰能力为1 5 6V 可达到电源电压的45 且随电源电压的增高抗干扰能力也增强 而TTL电路的抗干扰能力为0 8V左右 为电源电压的16 扇出系数大 CMOS电路由于输入阻抗极高扇出系数可达到50 但由于CMOS电路的负载是容性负载 负载数目的增加会导致传输时间上升 工作速度下降 温度稳定性好 9 北航电工电子中心 使用CMOS电路时注意问题 由于CMOS电路的输入阻抗高 容易感应较高电压 造成绝缘栅损坏 因此CMOS电路多余或临时不用的输入端不能悬空 可以把它们并联起来或直接接到高电平 与非门 或低电平 或非门 上 CMOS电源UDD接正极 USS接负极或地 绝对不能接反 CMOS的输入电压应在USS UI UDD范围内 CMOS电路内部一般都有保护电路 为使保护电路起作用 工作时应先开电源再加信号 关闭时应先关断信号源再关电源 10 北航电工电子中心 TTL与CMOS门电路的互连 UCC 5V时 TTL及CMOS门电路的主要参数 表1TTL及CMOS门电路的主要参数 11 北航电工电子中心 由表1可见 当采用 5V电源电压时 TTL与CMOS的电平基本上是兼容的 当用CMOS驱动TTL时 CMOS的UOH min 4 9V 而TTL的UIH min 2 0V CMOS的UOLmax 0 1V 而TTLUIL max 0 8V 当用TTL驱动CMOS时 TTL的UOL max 0 4V 而CMOS的UIL max 1 0V可以满足需求 但当TTL的UOH min 2 4V时 CMOS的UIH min 3 5V 在此种情况下TTL不能直接驱动CMOS 此时可在TTL输出端与电源之间接上拉电阻 如图7所示 TTL与CMOS门电路的互连 12 北航电工电子中心 电阻R的取值可根据下式决定 在忽略IIL max情况下 其最小值 考虑CMOS的输入电容 来决定其最大值 假设COMS的输入电容为10Pf 图7上拉电阻R TTL与CMOS门电路的互连 13 北航电工电子中心 一般要求t 500ns 则由上式可得Rmax 8 3K 综合上述情况 通常R值取3 3K 4 7K 如果CMOS电源较高 当用TTL驱动CMOS电路时 TTL输出端仍可接上拉电阻 但需采用集成电极开路门电路 或采用电平移动电路来实现电平的转换 CMOS驱动TTL电路时可采用CD4049或CD4050缓冲器 电平转换器等器件作为接口电路实现电平转换 TTL与CMOS门电路的互连 14 北航电工电子中心 实验内容 测试TTL与非门 74LS00 的主要参数 带载 不带载的输出高电平UOH带载 不带载的输出低电平UOL输入短路电流IIS扇出系数测试并绘制TTL与非门 74LS00 的电压传输特性 按图5 b 接好电路 输入500HZ锯齿波信号 用示波器X Y方式观察电压传输特性 并用坐标纸绘出曲线 标出UOH UOL UON UOFF 计算出 1和 0 15 北航电工电子中心 图8CMOS驱动TTL 3 TTL与CMOS互连实验 按图8接线 输入信号为100kHZ方波 用示波器分别观察UO1 UO2波形 并测出上升沿 按图9接线 输入信号为100kHZ方波 用示波器分别观察UO1 UO2波形 并测出上升沿 图9TTL驱动CMOS 实验内容 16 北航电工电子中心 用CD4007实现 画出接线图 将实验结果填入真值表中 并测出高 低电平值 用CD4007实现 画出接线图 将实验结果填入真值表中 图10CD4007内部电路 实验内容 4 CD4007实验 内部电路图见图10 17 北航电工电子中心 注意事项1 实验前必须看清各集成芯片的管脚图 2 TTL与非门闲置输入端可接高电平 不能接低电平 输出端不能并联使用也不能接 5V电源或地 3 注意CMOS使用注意事项 闲置管脚必须接高电平 与非门 或低电平 或非门 4 电源接通时 绝不允许插入或移去CMOS器件 电源未接通时 绝不允许施加输入信号 18 北航电工电子中心 总结要求 1 记录所测与非门的主要参数并与标准值比较 2 用坐标纸绘出所测与非门传输特性曲线 并标出UOH UOL UON UOFF计算 1 0 3 绘出实验3的UO1 UO2波形 测出上升沿 比较CMOS与TTL电路的工作速度 4 列出用CD4007实现的与非 或非逻辑关系真值表 注 下页补充材料 19 北航电工电子中心 TTL CMOS补充内容 1LVTTL LVCMOS1 3 3VTTLVCC 3 3VVOH 2 4VVOL 2VVIL 2 0VVOL 1 7VVIL 3 2VVOL 2VVIL 2VVOL 1 7VVIL 0 7V相同电压的LVTTL和LVCMOS可以互相驱动 3 3V和2 5的两类芯片一般也可以互相驱动 CMOS使用注意 CMOS内部寄生有可控硅结构 当输入高于VCC0 7V以上 电流足够大时 可能引起闩锁效应 导致芯片的损坏 20 北航电工电子中心 TTL CMOS补充内容 续 2LVDSlowvoltagedifferentialsignalingLVDS可达600M以上的速度 PCB要求较高 差分线要求严格等长 差最好不要超过0 25mm 100欧姆的匹配电阻离接收端距离不能超过12 7mm 最好控制在7 62mm以内 21 北航电工电子中心 电平转换的几种方法 1用电阻分压当输入电压较高 需要转换为较低电压时可以考虑使用电阻分压 电路特别简单 成本也低 22 北航电工电子中心 电平转换的几种方法 续 2用三极管实现电平转换用三极管实现电平转换较为灵活 既可以降压 也可升压 23 北航电工电