TTL电路与CMOS电路

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1、TTL 电路与 CMOS 电路 2009-10-28 22:28一、TTL 和 CMOS 电路TTL 电路是晶体管-晶体管逻辑电路的英文缩写（Transister-Transister-Logic ），是数字集成电路的一大门类。它采用双极型工艺制造，、具有高速度低功 耗和品种多等特点。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

2、（ Complementary MOS Integrated Circuit）。1、TTL 电平： 输出高电平2.4V,输出低电平=2.0V，输入低电平 =0.8V，噪声容限是 0.4V。 2、CMOS 电平： 1 逻辑电平电压接近于电源电压，0 逻辑电平接近于 0V。而且具有很宽的 噪声容限。二、TTL 和 CMOS 电路的比较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。CMOS 电 路的速度慢，传输延迟时间长(25-50ns),但功耗低。CMOS 电路本身的功耗与输 入信号的脉冲频率有关，频率越高

3、，芯片集越热，这是正常现象。 3）CMOS 电路的锁定效应： CMOS 电路由于输入太大的电流，内部的电流急剧增大，除非切断电源， 电流一直在增大。这种效应就是锁定效应。当产生锁定效应时，CMOS 的内部 电流能达到 40mA 以上，很容易烧毁芯片。 防御措施： 1）在输入端和输出端加钳位电路，使输入和输出不超过不超 过规定电压。 2）芯片的电源输入端加去耦电路，防止 VDD 端出现瞬间的高压。 3）在 VDD 和外电源之间加限流电阻，即使有大的电流也不让它进去。 4）当系统由几个电源分别供电时，开关要按下列顺序：开启时，先开启 CMOS 路得电 源，再开启输入信号和负载的电源；关闭时，先关闭

4、输入信号和 负载的电源，再关闭 CMOS 电路的电源。 三、使用注意事项 1、CMOS 电路的使用注意事项(1)、CMOS 电路时电压控制器件，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)、输入端接低内组的信号源时，要在输入端和信号源之间串联限流电 阻，使输入的电流限制在 1mA 之内。(3)、当接长信号传输线时，在 CMOS 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)、CMOS 的输入电流超过 1mA，就有可能烧坏

5、CMOS。 2、TTL 电路的使用注意事项 1电源电压应严格保持在 5V10%的范围内，过高易损坏器件，过低则不 能正常工作，实验中一般采用稳定性好、内阻小的直流稳压电源。使用时，应 特别注意电源与地线不能错接，否则会因过大电流而造成器件损坏。 2多余输入端最好不要悬空，虽然悬空相当于高电平，并不能影响与门 （与非门）的逻辑功能，但悬空时易受干扰，为此，与门、与非门多余输入端 可直接接到 Vcc 上，或通过一个公用电阻（几千欧）连到 Vcc 上。若前级驱动 能力强，则可将多余输入端与使用端并接，不用的或门、或非门输入端直接接 地，与或非门不用的与门输入端至少有一个要直接接地，带有扩展端的门电路

6、， 其扩展端不允许直接接电源。 3输出端不允许直接接电源或接地（但可以通过电阻与电源相连）；不允 许直接并联使用（集电极开路门和三态门除外）。 4应考虑电路的负载能力（即扇出系数）。要留有余地，以免影响电路的 正常工作，扇出系数可通过查阅器件手册或计算获得。 5在高频工作时，应通过缩短引线、屏蔽干扰源等措施，抑制电流的尖峰 干扰。 四，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

7、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。CMOS 门电路就不用考虑这些了。 五，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。开漏输出：OC 门的输出就是 开漏输出；OD 门的输出也是开

8、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。 六，什么叫做图腾柱，它与开漏电路有什么区别？ TTL 集成电路中，输出有接上拉三极管的输出叫做图腾柱输出，没有的叫做 OC 门。因为 TTL 就是一个三级关，图腾柱也就是两个三级管推挽相连。所以推挽就是图腾。 一般图腾式输出，高电平 400UA，低电平 8MACMOS 器件不用的输入端必须连到高电平或低电平, 这是因为 CMOS 是 高输入阻抗器件, 理想状态是没有输入电流的. 如果不用的输入引

9、脚悬空, 很容 易感应到干扰信号, 影响芯片的逻辑运行, 甚至静电积累永久性的击穿这个输入 端, 造成芯片失效. 另外, 只有 4000 系列的 CMOS 器件可以工作在 15 伏电源下, 74HC, 74HCT 等都只能工作在 5 伏电源下, 现在已经有工作在 3 伏和 2.5 伏电源下的 CMOS 逻辑电路芯片了. CMOS 电路与 TTL 电路的特点、区别与接口 TTL 门电路的空载功耗较 CMOS 门的静态功耗是较大的；CMOS 的噪声容限更大，抗干扰能 力更强；TTL 的速度高于 CMOS；CMOS 驱动负载能力更强 1. TTL 逻辑电平即 Transistor-Transisto

10、r Logic。最小输出高电平 VOHmin：2.4V ，输出低电 平 VOLmax：0.4V。在室温下，一般输出高电平是 3.5V 输出低电平是 0.2V。最小输入高电 平 VIHmin：2.0V ，最大输入低电平 VILmax：0.8V ；它的噪声容限是 0.4V。 2. CMOS 逻辑电平即 Complementary metal-oxide-semiconductor 。逻辑电平电压接近于电源 电压，0 逻辑电平接近于 0V。而且具有很宽的噪声容限。 3. 电平转换电路： 因为 TTL 和 COMS 的高低电平的值不一样（ttl 5vcmos 3.3v） ，所以互相 连接时需要电平的转

11、换：就是用两个电阻对电平分压，没有什么高深的东西。 4. OC 门即集电极开路门电路；OD 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。否则它一般只作为开关大电压和大电流负载，所以又叫做驱动 门电路。 5. TTL 和 COMS 电路比较： 1）TTL 电路是电流控制器件，而 coms 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 电路的锁定效

12、应：COMS 电路由于输入太大的电流，内部的电流急剧增大，除非 切断电源，电流一直在增大。这种效应就是锁定效应。当产 生锁定效应时，COMS 的内部 电流能达到 40mA 以上，很容易烧毁芯片。 防御措施： 1）在输入端和输出端加钳位电路，使输入和输出不超过不超过规定电压。 2）芯片的电源输入端加去耦电路，防止 VDD 端出现瞬间的高压。 3）在 VDD 和外电源之间加线流电阻，即使有大的电流也不让它进去。 4）当系统由几个电源分别供电时，开关要按下列顺序：开启时，先开启 COMS 电路得电源， 再开启输入信号和负载的电源；关闭时，先关闭输入信号和负载的电源，再关闭 COMS 电 路的电源。

13、6. COMS 电路的使用注意事项 1）COMS 电路时电压控制器件，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）输入端接低内组的信号源时，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。 7. 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）：

14、 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。 8. 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 因为当三机管截止的

15、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。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。 9. 什么叫做图腾柱，它与开漏电路有什么区别？ TTL 集成电路中，输出有接上拉三极管的输出叫做图腾柱输出，没有的叫做 OC 门。因为 TTL 就是一个三级关，图腾柱也就是两个三级管推挽相连。所以推挽就是图腾。

16、一般图腾 式输出，高电平 400UA，低电平 8MA。 10 . CMOS 电路与 TTL 电路的接口其 它器件驱动 CMOS 集成电路 TTL-CMOS 集成电路的接口：利用集电极开路的 TTL 门电路可 以方便灵活地实现 TTL 与 CMOS 集成电路的连接，其电路如图 1 所示。图 1 中的 RL 是 TTL 集电极开路门的负载电阻，一般取值为几百 到几 M。RL 取较大值便于减小集电极开路 门的功耗，但在一定程度上影响电路的工作速度。一般情况下，RL 可取值 47-220K;中速、 高速工作场合取 20K 以下较为合适。 ECL-CMOS 集成电路的接口：ECL 集成电路驱动 CMOS 集成电路的连接方法如图 2 所示。它 利用 MC1024（ECL）的输出去驱动晶体三极管 VT，再由 VT 去驱动 CMOS 集成电路。当 MC1024 的两个输入端都是-8V 时，VT 截止；若两个输入中的一个为-1.6V，在两个输出之 间就有 1.6V 的电压，既可驱动晶体管 VT。 工业控制电路-CMOS 集成电路的