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【經(jīng)驗】TTL與COMS的關(guān)系總結(jié):TL和COMS電平匹配以及電平轉(zhuǎn)換的方法資料下載

2021-04-17 | pdf | 143.44KB | 次下載 | 2積分

資料介紹

TL和COMS電平匹配以及電平轉(zhuǎn)換的方法 一.TTL TTL集成電路的主要型式為晶體管-晶體管邏輯門(transistor-transistor logic gate),TTL大部分都采用5V電源。 1.輸出高電平Uoh和輸出低電平Uol Uoh≥2.4V,Uol≤0.4V 2.輸入高電平和輸入低電平 Uih≥2.0V,Uil≤0.8V 二.CMOS CMOS電路是電壓控制器件,輸入電阻極大,對于干擾信號十分敏感,因此不用的輸入端不應(yīng)開路,接到地或者電源上。CMOS電路的優(yōu)點是噪聲容限較寬,靜態(tài)功耗很小。 1.輸出高電平Uoh和輸出低電平Uol Uoh≈VCC,Uol≈GND 2.輸入高電平Uoh和輸入低電平Uol Uih≥0.7VCC,Uil≤0.2VCC (VCC為電源電壓,GND為地) 從上面可以看出: 在 同樣5V電源電壓情況下,COMS電路可以直接驅(qū)動TTL,因為CMOS的輸出高電平大于2.0V,輸出低電平小于0.8V;而TTL電路則不能直接驅(qū)動 CMOS電路,TTL的輸出高電平為大于2.4V,如果落在2.4V~3.5V之間,則CMOS電路就不能檢測到高電平,低電平小于0.4V滿足要求,所 以在TTL電路驅(qū)動COMS電路時需要加上拉電阻。如果出現(xiàn)不同電壓電源的情況,也可以通過上面的方法進行判斷。 如果電路中出現(xiàn)3.3V的COMS電路去驅(qū)動5V CMOS電路的情況,如3.3V單片機去驅(qū)動74HC,這種情況有以下幾種方法解決,最簡單的就是直接將74HC換成74HCT(74系列的輸入輸出在下面有介紹)的芯片,因為3.3V CMOS 可以直接驅(qū)動5V的TTL電路;或者加電壓轉(zhuǎn)換芯片;還有就是把單片機的I/O口設(shè)為開漏,然后加上拉電阻到5V,這種情況下得根據(jù)實際情況調(diào)整電阻的大小,以保證信號的上升沿時間。 三.74系列簡介 74系列可以說是我們平時接觸的最多的芯片,74系列中分為很多種,而我們平時用得最多的應(yīng)該是以下幾種:74LS,74HC,74HCT這三種,這三種系列在電平方面的區(qū)別如下: 輸入電平 輸出電平 74LS TTL電平 TTL電平 74HC COMS電平 COMS電平 74HCT TTL電平 COMS電平 TTL和CMOS電平 1、TTL電平(什么是TTL電平): 輸出高電平>2.4V,輸出低電平=2.0V,輸入低電平 2、CMOS電平: 1邏輯電平電壓接近于電源電壓,0邏輯電平接近于0V。而且具有很寬的噪聲容限。 3、電平轉(zhuǎn)換電路: 因為TTL和COMS的高低電平的值不一樣(ttl 5vcmos 3.3v),所以互相連接時需要電平的轉(zhuǎn)換:就是用兩個電阻對電平分壓,沒有什么高深的東西。 4、OC門,即集電極開路門電路,OD門,即漏極開路門電路,必須外界上拉電阻和電源才能將開關(guān)電平作為高低電平用。否則它一般只作為開關(guān)大電壓和大電流負載,所以又叫做驅(qū)動門電路。 5、TTL和COMS電路比較: 1)TTL電路是電流控制器件,而CMOS電路是電壓控制器件。 2)TTL電路的速度快,傳輸延遲時間短(5-10ns),但是功耗大。COMS電路的速度慢,傳輸延遲時間長(25-50ns),但功耗低。COMS電路本身的功耗與輸入信號的脈沖頻率有關(guān),頻率越高,芯片集越熱,這是正常現(xiàn)象。 3)COMS電路的鎖定效應(yīng): COMS電路由于輸入太大的電流,內(nèi)部的電流急劇增大,除非切斷電源,電流一直在增大。這種效應(yīng)就是鎖定效應(yīng)。當(dāng)產(chǎn)生鎖定效應(yīng)時,COMS的內(nèi)部電流能達到40mA以上,很容易燒毀芯片。 防御措施: 1)在輸入端和輸出端加鉗位電路,使輸入和輸出不超過不超過規(guī)定電壓。 2)芯片的電源輸入端加去耦電路,防止VDD端出現(xiàn)瞬間的高壓。 3)在VDD和外電源之間加限流電阻,即使有大的電流也不讓它進去。 4)當(dāng)系統(tǒng)由幾個電源分別供電時,開關(guān)要按下列順序:開啟時,先開啟COMS路得電 源,再開啟輸入信號和負載的電源;關(guān)閉時,先關(guān)閉輸入信號和負載的電源,再關(guān)閉COMS電路的電源。 6、COMS電路的使用注意事項 1)COMS電路時電壓控制器件,它的輸入總抗很大,對干擾信號的捕捉能力很強。所以,不用的管腳不要懸空,要接上拉電阻或者下拉電阻,給它一個恒定的電平。 2)輸入端接低內(nèi)阻的信號源時,要在輸入端和信號源之間要串聯(lián)限流電阻,使輸入的電流限制在1mA之內(nèi)。 3)當(dāng)接長信號傳輸線時,在COMS電路端接匹配電阻。 4)當(dāng)輸入端接大電容時,應(yīng)該在輸入端和電容間接保護電阻。電阻值為R=V0/1mA.V0是外界電容上的電壓。 5)COMS的輸入電流超過1mA,就有可能燒壞COMS。 7、TTL門電路中輸入端負載特性(輸入端帶電阻特殊情況的處理): 1)懸空時相當(dāng)于輸入端接高電平。因為這時可以看作是輸入端接一個無窮大的電阻。 2)在門電路輸入端串聯(lián)10K電阻后再輸入低電平,輸入端出呈現(xiàn)的是高電平而不是低電平。因為由TTL門電路的輸入端負載特性可知,只有在輸入端接的串聯(lián)電阻小于910歐 時,它輸入來的低電平信號才能被門電路識別出來,串聯(lián)電阻再大的話輸入端就一直呈現(xiàn)高電平。這個一定要注意。COMS門電路就不用考慮這些了。 8、TTL電路有集電極開路OC門,MOS管也有和集電極對應(yīng)的漏極開路的OD門,它的輸出就叫做開漏輸出。OC門在截止時有漏電流輸出,那就是漏電流,為什么有漏電流呢?那是因為當(dāng)三極管截止的時候,它的基極電流約等于0,但是并不是真正的為0,經(jīng)過三極管的集電極的電流也就不是真正的 0,而是約0。而這個就是漏電流。 開漏輸出:OC門的輸出就是開漏輸出;OD門的輸出也是開漏輸出。它可以吸收很大的電流,但是不能向外輸出的電流。所以,為了能輸入和輸出電流,它使用的時候要跟電源和上拉電阻一齊用。OD門一般作為輸出緩沖/驅(qū)動器、電平轉(zhuǎn)換器以及滿足吸收大負載電流的需要。 9、什么叫做圖騰柱,它與開漏電路有什么區(qū)別? TTL集成電路中,輸出有接上拉三極管的輸出叫做圖騰柱輸出,沒有的叫做OC門。因為TTL就是一個三級關(guān),圖騰柱也就是兩個三級管推挽相連。所以推挽就是圖騰。一般圖騰式輸出,高電平400UA,低電平8MA +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ CMOS 器件不用的輸入端必須連到高電平或低電平, 這是因為 CMOS 是高輸入阻抗器件, 理想狀態(tài)是沒有輸入電流的. 如果不用的輸入引腳懸空, 很容易感應(yīng)到干擾信號, 影響芯片的邏輯運行, 甚至靜電積累永久性的擊穿這個輸入端, 造成芯片失效. 另外, 只有 4000 系列的 CMOS 器件可以工作在15伏電源下, 74HC, 74HCT 等都只能工作在 5伏電源下, 現(xiàn)在已經(jīng)有工作在 3伏和 2.5伏電源下的 CMOS 邏輯電路芯片了. CMOS電平和TTL電平: CMOS邏輯電平范圍比較大,范圍在3~15V,比如4000系列當(dāng)5V供電時,輸出在4.6以上為高電平,輸出在0.05V以下為低電平。輸入在3.5V以上為高電平,輸入在1.5V以下為低電平。 而對于TTL芯片,供電范圍在0~5V,常見都是5V,如74系列5V供電,輸出在2.7V以上為高電平,輸出在 0.5V以下為低電平,輸入在2V以上為高電平,在0.8V以下為低電平。因此,CMOS電路與 TTL電路就有一個電平轉(zhuǎn)換的問題,使兩者電平域值能匹配。 有關(guān)邏輯電平的一些概念 : 要了解邏輯電平的內(nèi)容,首先要知道以下幾個概念的含義: 1:輸入高電平(Vih):保證邏輯門的輸入為高電平時所允許的最小輸入高電平,當(dāng)輸入電平高于Vih時,則認(rèn)為輸入電平為高電平。 2:輸入低電平(Vil):保證邏輯門的輸入為低電平時所允許的最大輸入低電平,當(dāng)輸入電平低于Vil時,則認(rèn)為輸入電平為低電平。 3:輸出高電平(Voh):保證邏輯門的輸出為高電平時的輸出電平的最小值,邏輯門的輸出為高電平時的電平值都必須大于此Voh。 4:輸出低電平(Vol):保證邏輯門的輸出為低電平時的輸出電平的最大值,邏輯門的輸出為低電平時的電平值都必須小于此Vol。 5: 閥值電平(Vt):數(shù)字電路芯片都存在一個閾值電平,就是電路剛剛勉強能翻轉(zhuǎn)動作時的電平。它是一個界于Vil、Vih之間的電壓值,對于CMOS電路的 閾值電平,基本上是二分之一的電源電壓值,但要保證穩(wěn)定的輸 出,則必須要求輸入高電平> Vih,輸入低電平 對于一般的邏輯電平,以上參數(shù)的關(guān)系如下: Voh > Vih > Vt > Vil > Vol 6:Ioh:邏輯門輸出為高電平時的負載電流(為拉電流)。 7:Iol:邏輯門輸出為低電平時的負載電流(為灌電流)。 8:Iih:邏輯門輸入為高電平時的電流(為灌電流)。 9:Iil:邏輯門輸入為低電平時的電流(為拉電流)。 門電路輸出極在集成單元內(nèi)不接負載電阻而直接引出作為輸出端,這種形式的門稱為開路門。開路的TTL、CMOS、ECL門分別稱為集電極開路(OC)、漏極開路(OD)、發(fā)射極開路(OE),使用時應(yīng)審查是否接上拉電阻(OC、OD門)或下拉電阻(OE門),以及電阻阻值是否合適。對于集電極開路(OC)門,其上拉電阻阻值RL應(yīng)滿足下面條件: (1):RL (2):RL > (VCC-Vol)/(Iol+m*Iil) 其中n:線與的開路門數(shù);m:被驅(qū)動的輸入端數(shù)。 10:常用的邏輯電平
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