总被搞混的TTL与CMOS电平藏着这些学问

2017-10-10 13:56:48 来源:互联网
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一.TTL
TTL集成电路的主要型式为晶体管-晶体管逻辑门(transistor-transistor logic gate),TTL大部分都采用5V电源.
 
1.输出高电平Uoh和输出低电平UolUoh≥2.4V,Uol≤0.4V
 
2.输入高电平和输入低电平Uih≥2.0V,Uil≤0.8V
 
二.CMOS
CMOS电路是电压控制器件,输入电阻极大,对于干扰信号十分敏感,因此不用的输入端不应开路,接到地或者电源上.CMOS电路的优点是噪声容限较宽,静态功耗很小.
 
1.输出高电平Uoh和输出低电平UolUoh≈VCC,Uol≈GND
 
2.输入高电平Uoh和输入低电平UolUih≥0.7VCC,Uil≤0.2VCC (VCC为电源电压,GND为地)
 
从上面可以看出:
在 同样5V电源电压情况下,COMS电路可以直接驱动TTL,因为CMOS的输出高电平大于2.0V,输出低电平小于0.8V;而TTL电路则不能直接驱动 CMOS电路,TTL的输出高电平为大于2.4V,如果落在2.4V~3.5V之间,则CMOS电路就不能检测到高电平,低电平小于0.4V满足要求,所 以在TTL电路驱动COMS电路时需要加上拉电阻.如果出现不同电压电源的情况,也可以通过上面的方法进行判断.
 
如果电路中出现3.3V的COMS电路去驱动5V CMOS电路的情况,如3.3V单片机去驱动74HC,这种情况有以下几种方法解决,最简单的就是直接将74HC换成74HCT(74系列的输入输出在下面有介绍)的芯片,因为3.3V CMOS 可以直接驱动5V的TTL电路;或者加电压转换芯片;还有就是把单片机的I/O口设为开漏,然后加上拉电阻到5V,这种情况下得根据实际情况调整电阻的大小,以保证信号的上升沿时间.三.74系列简介
 
74系列可以说是我们平时接触的最多的芯片,74系列中分为很多种,而我们平时用得最多的应该是以下几种:74LS,74HC,74HCT这三种,这三种系列在电平方面的区别如下:
 
 
TTL和CMOS电平
1、TTL电平(什么是TTL电平):
 
输出高电平>2.4V,输出低电平=2.0V,输入低电平 Vih,输入低电平 Vih > Vt > Vil > Vol
 
6: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-Voh)/(n*Ioh+m*Iih)(2):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.
 
10: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.OC门,又称集电极开路(漏极开路)与非门门电路,Open Collector(Open Drain).
 
为什么引入OC门?
实际使用中,有时需要两个或两个以上与非门的输出端连接在同一条导线上,将这些与非门上的数据(状态电平)用同一条导线输送出去.因此,需要一种新的与非门电路--OC门来实现“线与逻辑”.OC门主要用于3个方面:
 
1、实现与或非逻辑,用做电平转换,用做驱动器.由于OC门电路的输出管的集电极悬空,使用时需外接一个上拉电阻 Rp到电源VCC.OC门使用上拉电阻以输出高电平,此外为了加大输出引脚的驱动能力,上拉电阻阻值的选择原则,从降低功耗及芯片的灌电流能力考虑应当足 够大;从确保足够的驱动电流考虑应当足够小.2、线与逻辑,即两个输出端(包括两个以上)直接互连就可以实现“AND”的逻辑功能.在总线传输等实际应用中需要多个门 的输出端并联连接使用,而一般TTL门输出端并不能直接并接使用,否则这些门的输出管之间由于低阻抗形成很大的短路电流(灌电流),而烧坏器件.在硬件 上,可用OC门或三态门(ST门)来实现. 用OC门实现线与,应同时在输出端口应加一个上拉电阻.3、三态门(ST门)主要用在应用于多个门输出共享数据总线,为避免多个门输出同时占用数据总线,这些门的使能信号 (EN)中只允许有一个为有效电平(如高电平),由于三态门的输出是推拉式的低阻输出,且不需接上拉(负载)电阻,所以开关速度比OC门快,常用三态门作 为输出缓冲器.什么是OC、OD?
 
集电极开路门(集电极开路 OC 或漏极开路 OD)
Open-Drain是漏极开路输出的意思,相当于集电极开路(Open-Collector)输出,即TTL中的集电极开路(OC)输出.一般用于线或、线与,也有的用于电流驱动.
 
Open-Drain是对MOS管而言,Open-Collector是对双极型管而言,在用法上没啥区别.开漏形式的电路有以下几个特点:
 
a. 利用外部电路的驱动能力,减少IC内部的驱动. 或驱动比芯片电源电压高的负载.b.可以将多个开漏输出的Pin,连接到一条线上.通过一只上拉电阻,在不增加任何器件的情况下,形成“与逻辑”关系.这也是I2C,SMBus等总线判 断总线占用状态的原理.如果作为图腾输出必须接上拉电阻.接容性负载时,下降延是芯片内的晶体管,是有源驱动,速度较快;上升延是无源的外接电阻,速度 慢.如果要求速度高电阻选择要小,功耗会大.所以负载电阻的选择要兼顾功耗和速度.c. 可以利用改变上拉电源的电压,改变传输电平.例如加上上拉电阻就可以提供TTL/CMOS电平输出等.d. 开漏Pin不连接外部的上拉电阻,则只能输出低电平.一般来说,开漏是用来连接不同电平的器件,匹配电平用的.
 
正常的CMOS输出级是上、下两个管子,把上面的管子去掉就是OPEN-DRAIN了.这种输出的主要目的有两个:电平转换和线与.
 
由于漏级开路,所以后级电路必须接一上拉电阻,上拉电阻的电源电压就可以决定输出电平.这样你就可以进行任意电平的转换了.
 
线与功能主要用于有多个电路对同一信号进行拉低操作的场合,如果本电路不想拉低,就输出高电平,因为OPEN-DRAIN上面的管子被拿掉,高电平是靠外接的上拉电阻实现的.(而正常的CMOS输出级,如果出现一个输出为高另外一个为低时,等于电源短路.)
 
OPEN-DRAIN提供了灵活的输出方式,但是也有其弱点,就是带来上升沿的延时.因为上升沿是通过外接上拉无源电阻对负载充电,所以当电阻选择小时延时就小,但功耗大;反之延时大功耗小.所以如果对延时有要求,则建议用下降沿输出。
 
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