常用数字芯片型号解读逻辑电平有:TTL、CMOS、LVTTL、LVCMOS、ECL、PECL、LVDS、GTL、BTL、ETL、GTLP ;RS232、RS422、RS485 等图 1-1 :常用逻辑系列器件TTL:Transistor-Transistor LogicCMOS:Complementary Metal Oxide SemicondutorLVTTL: Low Voltage TTLLVCMOS:Low Voltage CMOSECL:Emitter Coupled Logic,PECL:Pseudo/Positive Emitter Coupled LogicLVDS:Low Voltage Differential SignalingGTL:Gunning Transceiver LogicBTL: Backplane Transceiver LogicETL: enhanced transceiver logicGTLP:Gunning Transceiver Logic PlusTI 的逻辑器件系列有:74、74HC、74AC、74LVC、74LVT 等S - Schottky LogicLS - Low-Power Schottky LogicCD4000 - CMOS Logic 4000AS - Advanced Schottky Logic74F - Fast LogicALS - Advanced Low-Power Schottky LogicHC/HCT - High-Speed CMOS LogicBCT - BiCMOS TechnologyAC/ACT - Advanced CMOS LogicFCT - Fast CMOS TechnologyABT - Advanced BiCMOS TechnologyLVT - Low-Voltage BiCMOS TechnologyLVC - Low Voltage CMOS TechnologyLV - Low-VoltageCBT - Crossbar TechnologyALVC - Advanced Low-Voltage CMOS TechnologyAHC/AHCT - Advanced High-Speed CMOSCBTLV - Low-Voltage Crossbar TechnologyALVT - Advanced Low-Voltage BiCMOS TechnologyAVC - Advanced Very-Low-Voltage CMOS LogicTTL 器件和 CMOS 器件的逻辑电平: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 Voh4: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 Vol5: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 Vih > Vt > Vil > Vol6:Ioh :逻辑门输出为高电平时的负载电流(为拉电流) 7:Iol:逻辑门输出为低电平时的负载电流(为灌电流) 8:Iih:逻辑门输入为高电平时的电流(为灌电流) 9:Iil :逻辑门输入为低电平时的电流(为拉电流) 门电路输出极在集成单元内不接负载电阻而直接引出作为输出端,这种形式的门称为开路门开路的TTL、CMOS、ECL 门分别称为集电极开路(OC) 、漏极开路(OD) 、发射极开路(OE) ,使用时应审查是否接上拉电阻(OC、OD 门)或下拉电阻(OE 门) ,以及电阻阻值是否合适。
对于集电极开路(OC)门,其上拉电阻阻值 RL 应满足下面条件:(1): RL (VCC-Vol)/(Iol+m*Iil)其中 n:线与的开路门数;m:被驱动的输入端数常用的逻辑电平·逻辑电平:有 TTL、CMOS、LVTTL、ECL 、PECL 、GTL;RS232、RS422、LVDS 等·其中 TTL 和 CMOS 的逻辑电平按典型电压可分为四类: 5V 系列(5V TTL 和 5V CMOS) 、3.3V 系列,2.5V 系列和 1.8V 系列·5V TTL 和 5V CMOS 逻辑电平是通用的逻辑电平·3.3V 及以下的逻辑电平被称为低电压逻辑电平,常用的为 LVTTL 电平·低电压的逻辑电平还有 2.5V 和 1.8V 两种·ECL/PECL 和 LVDS 是差分输入输出·RS-422/485 和 RS-232 是串口的接口标准,RS-422/485 是差分输入输出,RS-232 是单端输入输出TTL 和 CMOS 的逻辑电平关系图 2-1 : TTL 和 CMOS 的逻辑电平图上图为 5V TTL 逻辑电平、 5V CMOS 逻辑电平、LVTTL 逻辑电平和 LVCMOS 逻辑电平的示意图。
5V TTL 逻辑电平和 5V CMOS 逻辑电平是很通用的逻辑电平,注意他们的输入输出电平差别较大,在互连时要特别注意另外 5V CMOS 器件的逻辑电平参数与供电电压有一定关系,一般情况下,Voh≥Vcc-0.2V,Vih≥0.7Vcc;Vol≤0.1V,Vil≤0.3Vcc;噪声容限较 TTL 电平高JEDEC 组织在定义 3.3V 的逻辑电平标准时,定义了 LVTTL 和 LVCMOS 逻辑电平标准LVTTL 逻辑电平标准的输入输出电平与 5V TTL 逻辑电平标准的输入输出电平很接近,从而给它们之间的互连带来了方便 LVTTL 逻辑电平定义的工作电压范围是 3.0-3.6VLVCMOS 逻辑电平标准是从 5V CMOS 逻辑电平关注移植过来的,所以它的 Vih、Vil 和 Voh、Vol 与工作电压有关,其值如上图所示LVCMOS 逻辑电平定义的工作电压范围是 2.7-3.6V 5V 的 CMOS 逻辑器件工作于 3.3V 时,其输入输出逻辑电平即为 LVCMOS 逻辑电平,它的 Vih 大约为0.7×VCC=2.31V 左右,由于此电平与 LVTTL 的 Voh(2.4V )之间的电压差太小,使逻辑器件工作不稳定性增加,所以一般不推荐使用 5V CMOS 器件工作于 3.3V 电压的工作方式。
由于相同的原因,使用LVCMOS 输入电平参数的 3.3V 逻辑器件也很少JEDEC 组织为了加强在 3.3V 上各种逻辑器件的互连和 3.3V 与 5V 逻辑器件的互连,在参考 LVCMOS和 LVTTL 逻辑电平标准的基础上,又定义了一种标准,其名称即为 3.3V 逻辑电平标准,其参数如下:图 2-2 :低电压逻辑电平标准从上图可以看出,3.3V 逻辑电平标准的参数其实和 LVTTL 逻辑电平标准的参数差别不大,只是它定义的Vol 可以很低(0.2V) ,另外,它还定义了其 Voh 最高可以到 VCC-0.2V,所以 3.3V 逻辑电平标准可以包容 LVCMOS 的输出电平在实际使用当中,对 LVTTL 标准和 3.3V 逻辑电平标准并不太区分,某些地方用 LVTTL 电平标准来替代 3.3V 逻辑电平标准,一般是可以的JEDEC 组织还定义了 2.5V 逻辑电平标准,如上图所示另外,还有一种 2.5V CMOS 逻辑电平标准,它与上图的 2.5V 逻辑电平标准差别不大,可兼容低电压的逻辑电平还有 1.8V、1.5V、1.2V 的逻辑电平TTL 和 CMOS 逻辑器件逻辑器件的分类方法有很多,下面以逻辑器件的功能、工艺特点和逻辑电平等方法来进行简单描述。
TTL 和 CMOS 器件的功能分类按功能进行划分,逻辑器件可以大概分为以下几类: 门电路和反相器、选择器、译码器、计数器、寄存器、触发器、锁存器、缓冲驱动器、收发器、总线开关、背板驱动器等1:门电路和反相器逻辑门主要有与门 74X08、与非门 74X00、或门 74X32、或非门 74X02、异或门 74X86、反相器 74X04等2:选择器选择器主要有 2-1、4-1 、8-1 选择器 74X157、74X153、74X151 等3: 编/译码器编/译码器主要有 2/4、3/8 和 4/16 译码器 74X139、74X138、74X154 等4:计数器计数器主要有同步计数器 74X161 和异步计数器 74X393 等5:寄存器寄存器主要有串-并移位寄存器 74X164 和并- 串寄存器 74X165 等6:触发器触发器主要有 J-K 触发器、带三态的 D 触发器 74X374、不带三态的 D 触发器 74X74、施密特触发器等7:锁存器锁存器主要有 D 型锁存器 74X373、寻址锁存器 74X259 等8:缓冲驱动器缓冲驱动器主要有带反向的缓冲驱动器 74X240 和不带反向的缓冲驱动器 74X244 等。
9:收发器收发器主要有寄存器收发器 74X543、通用收发器 74X245、总线收发器等10:总线开关总线开关主要包括总线交换和通用总线器件等11:背板驱动器背板驱动器主要包括 TTL 或 LVTTL 电平与 GTL/GTL+(GTLP)或 BTL 之间的电平转换器件TTL 和 CMOS 逻辑器件的工艺分类特点按工艺特点进行划分,逻辑器件可以分为 Bipolar、CMOS、BiCMOS 等工艺,其中包括器件系列有:Bipolar(双极)工艺的器件有: TTL、S、LS、AS、F、ALSCMOS 工艺的器件有: HC、HCT 、CD40000、ACL、FCT、LVC 、LV、CBT、ALVC、AHC 、AHCT、CBTLV 、AVC 、GTLPBiCMOS 工艺的器件有: BCT、ABT、LVT、ALVTTTL 和 CMOS 逻辑器件的电平分类特点TTL 和 CMOS 的电平主要有以下几种:5VTTL、5VCMOS(Vih≥0.7*Vcc,Vil≤0.3*Vcc) 、3.3V 电平、2.5V 电平等5V 的逻辑器件5V 器件包含 TTL、S、LS 、ALS、AS、HCT 、HC、BCT、74F、 ACT、AC 、AHCT、AHC、ABT 等系列器件3.3V 及以下的逻辑器件包含 LV 的和 V 系列及 AHC 和 AC 系列,主要有 LV、AHC、AC、ALB、LVC、ALVC 、LVT 等系列器件。
具体情况可以参考下图:图 3-1 : TI 公司的逻辑器件示例图:包含特殊功能的逻辑器件A.总线保持功能(Bus hold)由内部反馈电路保持输入端最后的确定状态,防止因输入端浮空的不确定而导致器件振荡自激损坏;输入端无需外接上拉或下拉电阻,节省 PCB 空间,降低了器件成本开销和功耗,见图6-3ABT、LVT、ALVC、ALVCH、ALVTH 、LVC、GTL 系列器件有此功能 命名特征为附加了“H” 如:74ABTH16244图 3-2 :总线保持功能图 图 3-3:串行阻尼电阻图B.串联阻尼电阻(series damping resistors)输出端加入串联阻尼电阻可以限流,有助于降低信号上冲/下冲噪声,消除线路振铃,改善信号质量如图 6-4 所示具有此特征的 ABT、LVC、LVT、ALVC 系列器件在命名中加入了“2”或“R” 以示区别,如A。