逻辑门电路使用中的几个实际问题精Word文档格式.docx
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条件3属于电压兼容性的问题。
其余如噪声容限、输入和输出电容以及开关速度等参数在某些设计中也必须予以考虑。
下面分别就CMOS门驱动TTL门或者相反的两种情况的接口问题进行分析。
1.CMOS门驱动TTL门
在这种情况下,只要两者的电压参数兼容,不需另加接口电路,仅按电流大小计算出扇出数即可。
下图表示CMOS门驱动TTL门的简单电路。
当CMOS门的输出为高电平时,它为TTL负载提供拉电流,反之则提供灌电流。
例2.9.1——74HC00与非门电路用来驱动一个基本的TTL反相器和六个74LS门电路。
试验算此时的CMOS门电路是否过载?
解:
(1)查相关手册得接口参数如下:
一个基本的TTL门电路,IIL=1.6mA,六个74LS门的输入电流IIL=6×
0.4mA=2.4mA。
总的输入电流IIL(total=1.6mA+2.4mA=4mA。
(2)因74HC00门电路的IOL=IIL=4mA,所驱动的TTL门电路未过载。
2.TTL门驱动CMOS门
此时TTL为驱动器件,CMOS为负载器件。
由手册可知,当TTL输入为低电平时,它的输出电压参数与CMOSHC的输入电压参数是不兼容的。
例如,LSTTL的VOH(min为2.7V,而HCCMOS的VIH(min为3.5V。
为了克服这一矛盾,常采用如上图所示的接口措施。
由图可知,用上拉电阻Rp接到VDD可将TTL的输出高电平电压升到约5V,上拉电阻的值取决于负载器件的数目以及TTL和CMOS的电流参数。
当TTL驱动CMOS——HCT时,由于电压参数兼容,不需另加接口电路。
基于这一情况,在数字电路设计中,也常用CMOS——HCT当作接口器件,以免除上拉电阻。
一、Q:
由TTL和CMOS个组成的相似门电路,(如与非门,输入端皆由一条高电平和一条51欧电阻接地,输出结果有何不同?
为什么?
)
A:
功耗
TTL门电路的空载功耗与CMOS门的静态功耗相比,是较大的,约为数十毫瓦(mw)而后者仅约为几十纳(10-9瓦;
在输出电位发生跳变时(由低到高或由高到低),TTL和CMOS门电路都会产生数值较大的尖峰电流,引起较大的动态功耗。
速度
通常以为TTL门的速度高于“CMOS门电路。
影响TTL门电路工作速度的主要因素是电路内部管子的开关特性、电路结构及内部的各电阻阻数值。
电阻数值越大,工作速度越低。
管子的开关时间越长,门的工作速度越低。
门的速度主要体现在输出波形相对于输入波形上有“传输延时”tpd。
将tpd与空载功耗P的乘积称为“速度-功耗积”,做为器件性能的一个重要指标,其值越小,表明器件的性能越好(一般约为几十皮(10-12)焦耳)。
与TTL门电路的情况不同,影响CMOS电路工作速度的主要因素在于电路的外部,即负载电容CL。
CL是主要影响器件工作速度的原因。
由CL所决定的影响CMOS门的传输延时约为几十纳秒。
二、Q:
TTL元件和CMOS元件的区别是什么?
1)电平的上限和下限定义不一样,CMOS具有更大的抗噪区域。
同是5伏供电的话,ttl一般是1.7V和3.5V的样子,CMOS一般是2.2V,2.9V的样子,不准确,仅供参考。
2)电流驱动能力不一样,ttl一般提供25毫安的驱动能力,而CMOS一般在10毫安左右。
3)需要的电流输入大小也不一样,一般ttl需要2.5毫安左右,CMOS几乎不需要电流输入。
4)很多器件都是兼容ttl和CMOS的,datasheet会有说明。
如果不考虑速度和性能,一般器件可以互换。
但是需要注意有时候负载效应可能引起电路工作不正常,因为有些ttl电路需要下一级的输入阻抗作为负载才能正常工作。
三、Q:
TTL和CMOS有什么区别?
谈谈TTL和CMOS电平(转贴
TTL——Transistor-TransistorLogic
HTTL——High-speedTTL
LTTL——Low-powerTTL
STTL——SchottkyTTL
LSTTL——Low-powerSchottkyTTL
ASTTL——AdvancedSchottkyTTL
ALSTTL——AdvancedLow-powerSchottkyTTL
FAST(F——FairchildAdvancedschottkyTTL
CMOS——Complementarymetal-oxide-semiconductor
HC/HCT——High-speedCMOSLogic(HCT与TTL电平兼容
AC/ACT——AdvancedCMOSLogic(ACT与TTL电平兼容(亦称ACL)
AHC/AHCT——AdvancedHigh-speedCMOSLogic(AHCT与TTL电平兼容
FCT——FACT扩展系列,与TTL电平兼容
FACT——FairchildAdvancedCMOSTechnology
1.TTL电平:
输出高电平>
2.4V,输出低电平<
0.4V。
在室温下,一般输出高电平是3.5V,输出低电平是0.2V。
最小输入高电平和低电平:
输入高电平>
=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。
3.电平转换电路:
因为TTL和COMS的高低电平的值不一样(ttl5v<
==>
cmos3.3v),所以互相连接时需要电平的转换:
就是用两个电阻对电平分压,没有什么高深的东西。
哈哈
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CMOS电路比较:
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,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电路的电源,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CMOS电路的电源。
6.CMOS电路的使用注意事项
1)CMOS电路时电压控制器件,它的输入阻抗很大,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)输入端接低内阻的信号源时,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CMOS。
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):
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。
CMOS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就是一个三级管,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8MA。
四、TTL与CMOS
TTL电路:
晶体管逻辑电路。
特点:
速度快,扇出大,成本低。
CMOS电路:
由PMOS管和NMOS管构成的互补MOS管构成的门电路。
功耗低,抗干扰能力强,开关速度快。
(A)TTL到CMOS的连接。
用TTL电路去驱动CMOS电路时,由于CMOS电路是电压驱动器件,所需电流小,因此电流驱动能力不会有问题,主要是电压驱动能力问题,TTL电路输出高电平的最小值为2.4V,而CMOS电路的输入高电平一般高于3.5V,这就使二者的逻辑电平不能兼容。
为此在TTL的输出端与电源之间接一个电阻R(上拉电阻)可将TTL的电平提高到3.5V以上。
(B)CMOS到TTL的连接。
CMOS电路输出逻辑电平与TTL电路的输入电平可以兼容,但CMOS电路的驱动电流较小,不能够直接驱动TTL电路。
为此可采用CMOS/TTL专用接口电路,如CMOS缓冲器CC4049等,经缓冲器之后的高电平输出电流能满足TTL电路的要求,低电平输出电流可达4mA。
实现CMOS电路与TTL电路的连接。
需说明的时,CMOS与TTL电路的接口电路形式多种多样,实用中应根据具体情况进行选择。
实验2.10TTL电路与CMOS电路的互连
一、实验目的
1.熟悉TTL和CMOS的逻辑电平。
2.掌握两种集成电路之间的互连方法。
二、实验
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- 逻辑 门电路 使用 中的 几个 实际问题