TL和COMS電平匹配以及電平轉換的方法 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開路，接到地或者電源上。CMOS電路的優點是噪聲容限較寬，靜態功耗很小。 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電路驅動COMS電路時需要加上拉電阻。如果出現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3.3V的COMS電路去驅動5V CMOS電路的情況，如3.3V單片機去驅動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，這種情況下得根據實際情況調整電阻的大小，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該是以下幾種：74LS，74HC，74HCT這三種，這三種系列在電平方面的區別如下： 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電平作為高低電平用。否則它一般只作為開關大電壓和大電流負載，所以又叫做驅動門電路。 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，頻率越高，芯片集越熱，這是正常現象。 3)COMS電路的鎖定效應： COMS電路由于輸入太大的電流，內部的電流急劇增大，除非切斷電源，電流一直在增大。這種效應就是鎖定效應。當產生鎖定效應時，COMS的內部電流能達到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定電壓。 2)芯片的電源輸入端加去耦電路，防止VDD端出現瞬間的高壓。 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)當系統由幾個電源分別供電時，開關要按下列順序：開啟時，先開啟COMS路得電 源，再開啟輸入信號和負載的電源;關閉時，先關閉輸入信號和負載的電源，再關閉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)輸入端接低內阻的信號源時，要在輸入端和信號源之間要串聯限流電阻，使輸入的電流限制在1mA之內。 3)當接長信號傳輸線時，在COMS電路端接匹配電阻。 4)當輸入端接大電容時，應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10K電阻后再輸入低電平，輸入端出呈現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，串聯電阻再大的話輸入端就一直呈現高電平。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/驅動器、電平轉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，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, 理想狀態是沒有輸入電流的. 如果不用的輸入引腳懸空, 很容易感應到干擾信號, 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, 現在已經有工作在 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換的問題，使兩者電平域值能匹配。 有關邏輯電平的一些概念 ： 要了解邏輯電平的內容，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)：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，以上參數的關系如下： 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)、發射極開路(OE)，使用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 (2)：RL > (VCC-Vol)/(Iol+m*Iil) 其中n：線與的開路門數;m：被驅動的輸入端數。 10：常用的邏輯電平