数字集成电路的分类与特点.doc

《数字集成电路的分类与特点.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字集成电路的分类与特点.doc（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、数字集成电路的分类与特点 数字集成电路有双极型集成电路（如TTL、ECL）和单极型集成电路（如CMOS）两大类，每类中又包含有不同的系列品种 一、TTL数字集成电路 这类集成电路内部输入级和输出级都是晶体管结构，属于双极型数字集成电路。其主要系列有： 174 系列 这是早期的产品，现仍在使用，但正逐渐被淘汰。 274H 系列 这是74 系列的改进型，属于高速TTL产品。其“与非门”的平均传输时间达10ns左右，但电路的静态功耗较大，目前该系列产品使用越来越少，逐渐被淘汰。 374S 系列 这是TTL的高速型肖特基系列。在该系列中，采用了抗饱和肖特基二极管，速度较高，但品种较少。 474LS 系

2、列 这是当前TTL类型中的主要产品系列。品种和生产厂家都非常多。性能价格比比较高，目前在中小规模电路中应用非常普遍。 574ALS 系列 这是“先进的低功耗肖特基”系列。属于74LS 系列的后继产品，速度（典型值为4ns）、功耗（典型值为1mW）等方面都有较大的改进，但价格比较高。 674AS 系列 这是74S 系列的后继产品，尤其速度（典型值为1.5ns）有显著的提高，又称“先进超高速肖特基”系列。 二、 CMOS集成电路 CMOS数字集成电路是利用NMOS管和PMOS管巧妙组合成的电路，属于一种微功耗的数字集成电路。主要系列有： 1标准型4000B/4500B系列 该系列是以美国RCA公司

3、的CD4000B系列和CD4500B系列制定的，与美国Motorola公司的MC14000B系列和MC14500B系列产品完全兼容。该系列产品的最大特点是工作电源电压范围宽（318V）、功耗最小、速度较低、品种多、价格低廉，是目前CMOS集成电路的主要应用产品。 274HC 系列 54/74HC 系列是高速CMOS标准逻辑电路系列，具有与74LS 系列同等的工作度和CMOS集成电路固有的低功耗及电源电压范围宽等特点。74HCxxx是74LSxxx同序号的翻版，型号最后几位数字相同，表示电路的逻辑功能、管脚排列完全兼容，为用74HC替代74LS提供了方便。 374AC 系列 该系列又称“先进的C

4、MOS集成电路”，54/74AC 系列具有与74AS系列等同的工作速度和与CMOS集成电路固有的低功耗及电源电压范围宽等特点。 CMOS集成电路的主要特点有： （1）具有非常低的静态功耗。在电源电压VCC=5V时，中规模集成电路的静态功耗小于100mW。（2）具有非常高的输入阻抗。正常工作的CMOS集成电路，其输入保护二极管处于反偏状态，直流输入阻抗大于100M。（3）宽的电源电压范围。CMOS集成电路标准4000B/4500B系列产品的电源电压为318V。（4）扇出能力强。在低频工作时，一个输出端可驱动CMOS器件50个以上输入端。（5）抗干扰能力强。CMOS集成电路的电压噪声容限可达电源电

5、压值的45%，且高电平和低电平的噪声容限值基本相等。（6）逻辑摆幅大。CMOS电路在空载时，输出高电平VOHVCC-0.05V，输出低电平V0L0.05V。 数字集成电路的应用要点 仔细认真查阅使用器件型号的资料 对于要使用的集成电路，首先要根据手册查出该型号器件的资料，注意器件的管脚排列图接线，按参数表给出的参数规范使用，在使用中，不得超过最大额定值（如电源电压、环境温度、输出电流等），否则将损坏器件。 注意电源电压的稳定性 为了保证电路的稳定性，供电电源的质量一定要好，要稳压。在电源的引线端并联大的滤波电容，以避免由于电源通断的瞬间而产生冲击电压。更注意不要将电源的极性接反，否则将会损坏器

6、件。 采用合适的方法焊接集成电路 在需要弯曲管脚引线时，不要靠近根部弯曲。焊接前不允许用刀刮去引线上的镀金层，焊接所用的烙铁功率不应超过25W，焊接时间不应过长。焊接时最好选用中性焊剂。焊接后严禁将器件连同印制线路板放入有机溶液中浸泡。 注意设计工艺，增强抗干扰措施 在设计印刷线路板时，应避免引线过长，以防止窜扰和对信号传输延迟。此外要把电源线设计的宽些，地线要进行大面积接地，这样可减少接地噪声干扰。 三、TTL集成电路使用应注意的问题 正确选择电源电压 TTL集成电路的电源电压允许变化范围比较窄，一般在4.5V5.5V之间。在使用时更不能将电源与地颠倒接错，否则将会因为过大电流而造成器件损坏

7、。 对输入端的处理 TTL集成电路的各个输入端不能直接与高于+5.5V和低于-0.5V的低内阻电源连接。对多余的输入端最好不要悬空。虽然悬空相当于高电平，并不影响“与门、与非门”的逻辑关系，但悬空容易接受干扰，有时会造成电路的误动作。因此，多余输入端要根据实际需要作适当处理。例如“与门、与非门”的多余输入端可直接接到电源Vcc上；也可将不同的输入端共用一个电阻连接到Vcc上；或将多余的输入端并联使用。对于“或门、或非门”的多余输入端应直接接地。对于触发器等中规模集成电路来说，不使用的输入端不能悬空，应根据逻辑功能接入适当电平。 对于输出端的处理 除“三态门、集电极开路门”外，TTL集成电路的输

8、出端不允许并联使用。如果将几个“集电极开路门”电路的输出端并联,实现线与功能时，应在输出端与电源之间接入一个计算好的上拉电阻。集成门电路的输出更不允许与电源或地短路，否则可能造成器件损坏。 四、CMOS集成电路使用应注意的问题 1正确选择电源 由于CMOS集成电路的工作电源电压范围比较宽（CD4000B/4500B：318V），选择电源电压时首先考虑要避免超过极限电源电压。其次要注意电源电压的高低将影响电路的工作频率。降低电源电压会引起电路工作频率下降或增加传输延迟时间。例如CMOS触发器，当Vcc由+15V下降到+3V时，其最高频率将从10MHz下降到几十kHz。 防止CMOS电路出现可控硅

9、效应的措施 当CMOS电路输入端施加的电压过高（大于电源电压）或过低（小于V），或者电源电压突然变化时，电源电流可能会迅速增大，烧坏器件，这种现象称为可控硅效应。 预防可控硅效应的措施主要有： （1）输入端信号幅度不能大于Vcc和小于0V。 （2）要消除电源上的干扰。 （3）在条件允许的情况下，尽可能降低电源电压。如果电路工作频率比较低，用+5V电源供电最好。 （4）对使用的电源加限流措施，使电源电流被限制在30mA以内。常用的电源限流电路。 对输入端的处理 在使用CMOS电路器件时，对输入端一般要求如下： （1）应保证输入信号幅值不超过CMOS电路的电源电压。即满足VSSVIVcc，一般VS

10、SV。（2）输入脉冲信号的上升和下降时间一般应小于数ms，否则电路工作不稳定或损坏器件。（3）所有不用的输入端不能悬空，应根据实际要求接入适当的电压（Vcc或V）。由于CMOS集成电路输入阻抗极高，一旦输入端悬空，极易受外界噪声影响，从而破坏了电路的正常逻辑关系，也可能感应静电，造成栅极被击穿。 对输出端的处理 （1）CMOS电路的输出端不能直接连到一起。否则导通的P沟道MOS场效应管和导通的N沟道MOS场效应管形成低阻通路，造成电源短路。（2）在CMOS逻辑系统设计中，应尽量减少电容负载。电容负载会降低CMOS集成电路的工作速度和增加功耗。 （3）CMOS电路在特定条件下可以并联使用。当同一

11、芯片上个以上同样器件并联使用（例如各种门电路）时，可增大输出灌电流和拉电流负载能力，同样也提高了电路的速度。但器件的输出端并联，输入端也必须并联。 （4）从CMOS器件的输出驱动电流大小来看，CMOS电路的驱动能力比TTL电路要差很多，一般CMOS器件的输出只能驱动一个LS-TTL负载。但从驱动和它本身相同的负载来看，CMOS的扇出系数比TTL电路大的多（CMOS的扇出系数500）。CMOS电路驱动其他负载，一般要外加一级驱动器接口电路。 数字集成电路的接口电路 在使用数字集成电路设计一个电子系统时，经常把不同类型的集成电路进行转接，这就需要增加接口电路，使各级电平或阻抗相匹配。 1TTL与C

12、MOS接口 图(a)是TTL电路与CMOS电路采用不同电源电压时的接口电路。C是加速电容，能改善频率响应，使信号波形的上、下沿更加陡直。假如TTL与CMOS电路采用同样的电源（5V），为提高TTL输出的高电平，应在其输出端与+5V端接一只上拉电阻。电路如图(b)所示。 2CMOS电路驱动LED或继电器接口电路 图(a)电路是CMOS驱动小型直流继电器的接口电路。当CMOS输出高电平时，三极管饱和，继电器线圈有电流通过，继电器吸合，可驱动报警器或执行机构工作。反之，继电器不动作。为保护三极管，在继电器线圈两端并联续流二极管。注意极性不得接反，否则不仅起不到保护作用，还使继电器无法正常工作。 在数

13、字仪器中，经常要用发光二极管（LED）作电平指示或工作指示灯。此时可将LED串一限流电阻代替三极管集电极负载。电路如图(b)。 3利用光电耦合器构成的接口电路 图电路是利用光电耦合器4N25组成的晶闸管触发接口电路。该电路由同相驱动器74LS07、4N25、三极管、变压器和整流电路等组成。触发电路使用独立电源，触发脉冲由A、B两端输出，A端为正输出端。当同相驱动器74LS07输出低电平时，光电耦合器的输出端导通，晶体管9013导通，A、B端有触发脉冲输出。反之，晶体管截止，触发脉冲结束。 图中是利用光电耦合器构成的另一种接口电路。用于触发双向晶闸管，不需要另外的触发电源，利用双向晶闸管的工作电

14、源作为触发电源。MOC3021是双向晶闸管输出型的光电耦合器，输出端的额定电压为400V，最大输出电流为1A，最大隔离电压为7500V，输入端控制电流小于15mA。当74LS07输出低电平时，MOC3021的输入端有电流流入，输出端的双向晶闸管导通，触发外部的双向晶闸管KS导通。反之，MOC3021输出端的双向晶闸管关断，外部双向晶闸管KS在外部电压过零后也关断。 集成反相器与缓冲器 在数字电路中，反相器就是“非门”电路。其中74LS04是通用型六反相器。 与该器件具有相同的逻辑功能且管脚排列兼容的器件有：74HC04（CMOS器件）、CD4069（CMOS器件）等 74LS05也是六反相器，

15、该器件的封装、引脚排列、逻辑功能均与74LS04相同，不同的是74LS05是集电极开路输出（简称OC门）。在实际使用时，必须在输出端至电源正端接一个1k3k的上拉电阻。 缓冲器:的输出与输入信号同相位，它用于改变输入输出电平以及提高电路的驱动能力。图(b)是集电极开路输出同相驱动器74LS07管脚排列图。该器件的输出管耐压为30V，吸收电流可达40mA左右。与之兼容的器件有74HC07（CMOS）、74LS17。 若需要更强的驱动能力门电路，可采用ULN2000A系列。该系列包括ULN2001AULN2005A。管脚排列如图(c)所示。内部有7个相同的驱动门。ULN2000A系列的吸收电流可达500mA,输出管耐压为50V左右，故它们有很强的低电平驱动能力，可用于小型继电器、微型步进电机的相绕组驱动。图所示电路为ULN2000A驱动一直流继电器的典型接法。 数字集成电路及应用 集成编码器 编码器的逻辑功能是将加在电路若干个输入端中的某一个输入端的信号变换成相应的一组二进制代码输出。常用的编码器集成电路有8/3线优先编码器和10/4线优先编码器等器件。 图4.5.1(a)是8/3线优先编码器74LS148的管脚排列图。I0I7是输入信号输入端，输入8个信号，低电平有效。C、B、A为