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TTL与CMOS

 piaoyedu 2013-08-12

TTL集成电路:

1、介绍

        TTL集成电路是一种单片集成电路。在这种集成电路中,一个逻辑电路的所有元器件和连线都制作在同一块半导体基片上。由于这种数字集成电路的输人端和输出端的电路结构形式采用了晶体管,所以一般称为晶体管一晶体管(Transistor-tranSiS-tor Logic)逻辑电路,简称TTL电路。它采用双极型工艺制造,具有高速度低功耗和品种多等特点。 从六十年代开发成功第一代产品以来现有以下几代产品。

         第一代TTL包括SN54/74系列,(其中54系列工作温度为-55℃~ 125℃,74系列工作温度为0℃~ 75℃) ,低功耗系列简称lttl,高速系列简称HTTL。

        第二代TTL包括肖特基箝位系列(STTL)和低功耗肖特基系列(LSTTL)。

        第三代为采用等平面工艺制造的先进的STTL(ASTTL)和先进的低功耗STTL(ALSTTL)。由于LSTTL和ALSTTL的电路延时功耗积较小,STTL和ASTTL速度很快,因此获得了广泛的应用。

2、TTL门电路的基本性能

3、TTL电路品种

门电路

译码器/驱动器

触发器

计数器

移位寄存器

单稳、双稳电路和多谐振荡器

加法器、乘法器

奇偶校验器

码制转换器

线驱动器/线接收器

多路开关

存储器

4、瞬态特性

由于寄生电容和晶体管载流子的存储效应的存在,输入和输出波形如下。存在四个时间常数td,tf,ts和tr。延迟时间td,下降时间tf ,存储时间ts ,上升时间tr 。

5、主要封装形式

双列直插

扁平封装

CMOS集成电路:

        CMOS逻辑门电路是在TTL电路问世之后 ,所开发出的第二种广泛应用的数字集成器件,从发展趋势来看,由于制造工艺的改进,CMOS电路的性能有可能超越TTL而成为占主导地位的逻辑器件 。CMOS电路的工作速度可与TTL相比较,而它的功耗和抗干扰能力则远优于TTL。此外,几乎所有的超大规模存储器件 ,以及PLD器件都采用CMOS艺制造,且费用较低。

TTL与CMOS比较:

1、电平比较

 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>=2.0V,最小输入低电平<=0.8V,噪声容限是0.4V。

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。

2、OC与OD

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。 

3、 TTL和COMS电路比较
1)TTL电路是电流控制器件,而coms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。
      COMS电路的速度慢,传输延迟时间长(25-50ns),但功耗低。
      COMS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)COMS电路的锁定效应:
     COMS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,COMS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和外电源之间加线流电阻,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COMS电路得电源,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COMS
电路的电源。

4、COMS电路的使用注意事项
     1)COMS电路时电压控制器件,它的输入总抗很大,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)输入端接低内组的信号源时,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COMS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)COMS的输入电流超过1mA,就有可能烧坏COMS。  
    
5、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。COMS门电路就不用考虑这些了。

6.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起用。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。
7、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就是一个三极管,图腾柱也就是两个三极管推挽相连。所以推挽就是图腾。一般图腾式输出,高电平400UA,低电平8MA

 

 

 

 

 

 

 

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