詳解TTL和CMOS電平

1、詳解ttl和cmos電平 “ttl電平”最常用于有關電專業(yè)，如：、數(shù)字電路、微機原理與接口技術、等課程中都有所涉及。在數(shù)字電路中惟獨兩種電平(高和低)高電平+5v、低電平0v.同樣運用比較廣泛的還有電平、232電平、485電平等。 ttl電路ttl的主要型式為晶體管-晶體管規(guī)律門(transistor-transistor logic gate)，ttl大部分都采納5v電源。1.輸出高電平uoh和輸出低電平uoluoh2.4v，uol0.4v2.輸入高電平和輸入低電平uih2.0v，uil0.8vcmos電路cmos電路是控制器件，輸入極大，對于干擾信號非常敏感，因此不用的輸入端不應開路，接到

2、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uoluohvcc，uolgnd2.輸入高電平uoh和輸入低電平uoluih0.7vcc，uil0.2vcc(vcc為電源電壓，gnd為地)從上面可以看出：在同樣5v電源電壓狀況下，coms電路可以挺直驅(qū)動ttl，由于cmos的輸出高電平大于2.0v，輸出低電平小于0.8v;而ttl電路則不能挺直驅(qū)動cmos電路，ttl的輸出高電平為大于2.4v，假如落在2.4v3.5v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。假如浮現(xiàn)不同電

3、壓電源的狀況，也可以通過上面的辦法舉行推斷。假如電路中浮現(xiàn)3.3v的coms電路去驅(qū)動5v cmos電路的狀況，如3.3v單片機去驅(qū)動74hc，這種狀況有以下幾種辦法解決，最容易的就是挺直將74hc換成74hct(74系列的輸入輸出在下面有介紹)的芯片，由于3.3v cmos可以挺直驅(qū)動5v的ttl電路;或者加電壓轉換芯片;還有就是把單片機的i/o口設為開漏，然后加上拉電阻到5v，這種狀況下得按照實際狀況調(diào)節(jié)電阻的大小，以保證信號的升高沿時光。74系列簡介74系列可以說是我們平常接觸的最多的芯片，74系列中分為無數(shù)種，而我們平常用得最多的應當是以下幾種：74ls，74hc，74hct這三種，這

4、三種系列在電平方面的區(qū)分如下：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cmos 3.3v)，所以相互銜接時需要電平的轉換：就是用兩個電阻對電平分壓，沒有什么高深的東西。2、oc門，即集電極開路門電路，od門，即漏極開路門電路，必需外界上拉電阻和電源才干將開關電平作為凹凸電平用。否則它普通只作為開關大電壓和大負載，所以又叫做驅(qū)動門電路。3、ttl和coms電路比較：1)ttl電路是電流控制器件，而cmos電路

5、是電壓控制器件。2)ttl電路的速度快，傳輸延遲時光短(5-10ns)，但是功耗大。coms電路的速度慢，傳輸延遲時光長(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，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：coms電路因為輸入太大的電流，內(nèi)部的電流急劇增大，除非切斷電源，電流向來在增大。這種效應就是鎖定效應。當產(chǎn)生鎖定效應時，coms的內(nèi)部電流能達到40ma以上，很簡單燒毀芯片。防備措施：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端浮現(xiàn)眨眼的高壓。3)在vdd和外電源之間加

6、限流電阻，即使有大的電流也不讓它進去。4)當系統(tǒng)由幾個電源分離供電時，開關要按下列挨次：開啟時，先開啟coms路得電源，再開啟輸入信號和負載的電源;關閉時，先關閉輸入信號和負載的電源，再關閉coms電路的電源。4、coms電路的用法注重事項1)coms電路時電壓控制器件，它的輸入總抗很大，對干擾信號的捕獲能力很強。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)當接長信號傳輸線時，在coms電路端接匹配電阻。4)當輸入端接大時，應當在輸入端和電容間接庇護電阻。電阻值為r

7、=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(輸入端帶電阻特別狀況的處理)：1)懸空時相當于輸入端接高電平。由于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，輸入端出展現(xiàn)的是高電平而不是低電平。由于由ttl門電路的輸入端負載特性可知，惟獨在輸入端接的串聯(lián)電阻小于910歐時，它輸入來的低電平信號才干被門電路識別出來，串聯(lián)電阻再大的話輸入端就向來展現(xiàn)高電平。這個一定要注重。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的漏極開路的

8、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?那是由于當截止的時候，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。它可以汲取很大的電流，但是不能向外輸出的電流。所以，為了能輸入和輸出電流，它用法的時候要跟電源和上拉電阻一齊用。od門普通作為輸出緩沖/驅(qū)動器、電平轉換器以及滿足汲取大負載電流的需要。9、什么叫做圖騰柱，它與開漏電路有什么區(qū)分?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。由于t

9、tl就是一個三級關，圖騰柱也就是兩個三級管推挽相連。所以推挽就是圖騰。普通圖騰式輸出，高電平400ua，低電平8ma.cmos器件不用的輸入端必需連到高電平或低電平，這是由于cmos是高輸入阻抗器件，抱負狀態(tài)是沒有輸入電流的。假如不用的輸入引腳懸空，很簡單感應到干擾信號，影響芯片的規(guī)律運行，甚至靜電堆積永遠性的擊穿這個輸入端，造成芯片失效。另外，惟獨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規(guī)律電路芯片了。cmos電平和ttl電平：cmos規(guī)律電平范圍比較大，范圍在315v，比如4000系列

10、當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05v，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換的問題，使兩者電平域值能匹配。有關規(guī)律電平的一些概念：要了解規(guī)律電平的內(nèi)容，首先要知道以下幾個概念的含義：1：輸入高電平(vih)：保證規(guī)律門的輸入為高電平常所允許的最小輸入高電平，當輸入電平高于vih時，則認為輸入電平為高電平。2：輸入低電平(vil)

11、：保證規(guī)律門的輸入為低電平常所允許的最大輸入低電平，當輸入電平低于vil時，則認為輸入電平為低電平。3：輸出高電平(voh)：保證規(guī)律門的輸出為高電平常的輸出電平的最小值，規(guī)律門的輸出為高電平常的電平值都必需大于此voh.4：輸出低電平(vol)：保證規(guī)律門的輸出為低電平常的輸出電平的最大值，規(guī)律門的輸出為低電平常的電平值都必需小于此vol.5：閥值電平(vt)：數(shù)字電路芯片都存在一個閾值電平，就是電路剛剛牽強能翻轉動作時的電平。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，則必需要求輸入高電平> vih，輸入低電平

12、對于普通的規(guī)律電平，以上參數(shù)的關系如下：voh > vih > vt > vil > vol6：ioh：規(guī)律門輸出為高電平常的負載電流(為拉電流)。7：iol：規(guī)律門輸出為低電平常的負載電流(為灌電流)。8：iih：規(guī)律門輸入為高電平常的電流(為灌電流)。9：iil：規(guī)律門輸入為低電平常的電流(為拉電流)。門電路輸出極在集成單元內(nèi)不接負載電阻而挺直引出作為輸出端，這種形式的門稱為開路門。開路的ttl、cmos、ecl門分離稱為集電極開路(oc)、漏極開路(od)、放射極開路(oe)，用法時應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

13、于集電極開路(oc)門，其上拉電阻阻值rl應滿足下面條件：(1)：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：常用的規(guī)律電平。規(guī)律電平：有ttl、cmos、lvttl、ecl、pecl、gtl;rs232、rs422、lvds等。其中ttl和cmos的規(guī)律電平按典型電壓可分為四類：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規(guī)律電平是通用的規(guī)律電平。3.3v及以下的規(guī)律電平被稱為低電壓規(guī)律電平，常用的為lvttl電平。低電壓的規(guī)律電平還有2.5v和1.8v兩種。ecl/pe

14、cl和lvds是差分輸入輸出。rs-422/485和rs-232是串口的接口標準，rs-422/485是差分輸入輸出，rs-232是單端輸入輸出。oc門oc門，又稱集電極開路(漏極開路)與非門門電路，open collector(open drain)。為什么引入oc門?實際用法中，有時需要兩個或兩個以上與非門的輸出端銜接在同一條導線上，將這些與非門上的數(shù)據(jù)(狀態(tài)電平)用同一條導線輸送出去。因此，需要一種新的與非門電路oc門來實現(xiàn)“線與規(guī)律”。oc門主要用于3個方面：1、實現(xiàn)與或非規(guī)律，用做電平轉換，用做驅(qū)動器。因為oc門電路的輸出管的集電極懸空，用法時需外接一個上拉電阻rp到電源vcc.oc

15、門用法上拉電阻以輸出高電平，此外為了加大輸出引腳的驅(qū)動能力，上拉電阻阻值的挑選原則，從降低功耗及芯片的灌電流能力考慮應該足夠大;從確保足夠的驅(qū)動電流考慮應該足夠小。2、線與規(guī)律，即兩個輸出端(包括兩個以上)挺直互連就可以實現(xiàn)“and”的規(guī)律功能。在傳輸?shù)葘嶋H應用中需要多個門的輸出端并聯(lián)銜接用法，而普通ttl門輸出端并不能挺直并接用法，否則這些門的輸出管之間因為低阻抗形成很大的短路電流(灌電流)，而燒壞器件。在硬件上，可用oc門或三態(tài)門(st門)來實現(xiàn)。用oc門實現(xiàn)線與，應同時在輸出端口應加一個上拉電阻。3、三態(tài)門(st門)主要用在應用于多個門輸出分享數(shù)據(jù)總線，為避開多個門輸出同時占用數(shù)據(jù)總線，

16、這些門的使能信號(en)中只允許有一個為有效電平(如高電平)，因為三態(tài)門的輸出是推拉式的低阻輸出，且不需接上拉(負載)電阻，所以開關速度比oc門快，常用三態(tài)門作為輸出緩沖器。什么是oc、od?集電極開路門(集電極開路oc或漏極開路od)open-drain是漏極開路輸出的意思，相當于集電極開路(open-collector)輸出，即ttl中的集電極開路(oc)輸出。普通用于線或、線與，也有的用于電流驅(qū)動。open-drain是對mos管而言，open-collector是對雙極型管而言，在使用上沒啥區(qū)分。開漏形式的電路有以下幾個特點：a.利用外部電路的驅(qū)動能力，削減ic內(nèi)部的驅(qū)動?；蝌?qū)動比芯片

17、電源電壓高的負載。b.可以將多個開漏輸出的pin，銜接到一條線上。通過一只上拉電阻，在不增強任何器件的狀況下，形成“與規(guī)律”關系。這也是i2c，smbus等總線推斷總線占用狀態(tài)的原理。假如作為圖騰輸出必需接上拉電阻。接容性負載時，下降延是芯片內(nèi)的晶體管，是有源驅(qū)動，速度較快;升高延是無源的外接電阻，速度慢。假如要求速度高電阻挑選要小，功耗會大。所以負載電阻的挑選要兼顧功耗和速度。c.可以利用轉變上拉電源的電壓，轉變傳輸電平。例如加上上拉電阻就可以提供ttl/cmos電平輸出等。d.開漏pin不銜接外部的上拉電阻，則只能輸出低電平。普通來說，開漏是用來銜接不同電平的器件，匹配電平用的。正常的cmos輸出級是上、下兩個管子，把上面的管子去掉就是open-drain了。這種輸出的主要目的有兩個：電平轉換和線與。因為漏級開路，所以后級電路必需接一上拉電阻，上拉電阻的電源