TTL和CMOS门电路

Posted 2020-07-07 春乔

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TTL和CMOS门电路的区别：

      1. TTL和带缓冲的TTL信号 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。最小输入高电平和低电平：输入高电平>=2.0V，输入低电平<=0.8V，噪声容限是0.4V。 
     2. 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。 
     3. 电平转换电路： 
       因为TTL和COMS的高低电平的值不一样（ttl 5v<＝＝>cmos 3.3v），所以互相连接时需要电平的转换：就是用两个电阻对电平分压，没有什么高深的东西。
     4. 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。 
     5. 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。 
       6. 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。 
       7. 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。 
       8. 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齐用。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。 
       9. 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就是一个三级关，图腾柱也就是两个三级管推挽相连。所以推挽就是图腾。一般图腾式输出，高电平400UA，低电平8MA
      TTL电平信号被利用的最多是因为通常数据表示采用二进制规定，+5V等价于逻辑"1"，0V等价于逻辑"0"，这被称做TTL（晶体管-晶体管逻辑电平）信号系统，这是计算机处理器控制的设备内部各部分之间通信的标准技术。 
TTL电平信号对于计算机处理器控制的设备内部的数据传输是很理想的，首先计算机处理器控制的设备内部的数据传输对于电源的要求不高以及热损耗也较低，另外TTL电平信号直接与集成电路连接而不需要价格昂贵的线路驱动器以及接收器电路；再者，计算机处理器控制的设备内部的数据传输是在高速下进行的，而TTL接口的操作恰能满足这个要求。TTL型通信大多数情况下，是采用并行数据传输方式，而并行数据传输对于超过10英尺的距离就不适合了。这是由于可靠性和成本两面的原因。因为在并行接口中存在着偏相和不对称的问题，这些问题对可靠性均有影响；另外对于并行数据传输，电缆以及连接器的费用比起串行通信方式来也要高一些。        10. 闲置引脚处理：
         1）CMOS数字电路的空闲引脚，应该根据CMOS数字电路的种类、引脚的功能和电路的逻辑要求，分 不同的情况进行处理。
            1. 对于多余的输出端一般应该悬空；
            2. 对于一个集成块中多余不用的门电路或触发器，应该将其所有的输入端接地（或接正电源Vcc）；
            3. 对于与门、与非门多余的输入端，可将其接正电源Vcc；也可将其与使用中的输入端并接在一起使用；
            4. 对于或门、或非门多余的输入端，可将其接地；也可将其与使用中的输入端并接使用；
            5. 对于触发器、计数器、译码器、寄存器等数字电路不用的输入端，应该根据电路逻辑功能的要求，将其接正电源Vcc或接地。例如：对于不用  
              的清零端R（“1”电平清零）应将其接地；而对于不用的清零端R（“0”低电平清零）则应将其接正电源Vcc.  
　　　２）TTL集成门电路使用时，对于闲置输入端（不用的输入端）一般不悬空，主要是防止干扰信号从悬空输入端引入电路。对于闲置输入端的处理以不改变电路逻辑状态及工作稳定为原则。常用的方法有以下几种：
    　　(１)　与非门的闲置输入端可直接接电源电压VCC，或通过1～10kΩ的电阻接电源VCC。
　　　（2）如前级驱动能力允许时，可将闲置输入端与有用输入端并联使用。
　　　（3）在外界干扰很小时，与非门的闲置输入端可以剪断或悬空，但不允许接开路长线，以免引入干扰而产生逻辑错误。
　　　（4）或非门不使用的闲置输入端应接地，对与或非门中不使用的与门至少有一个输入端接地


上拉电阻下拉电阻的总结-转载

      上拉电阻：
        1、当TTL电路驱动COMS电路时，如果TTL电路输出的高电平低于COMS电路的最低高电平（一般为3.5V），这时就需要在TTL的输出端接上拉电阻，以提高输出高电平的值。
        2、OC门电路必须加上拉电阻，才能使用。
        3、为加大输出引脚的驱动能力，有的单片机管脚上也常使用上拉电阻。
        4、在COMS芯片上，为了防止静电造成损坏，不用的管脚不能悬空，一般接上拉电阻产生降低输入阻抗，提供泄荷通路。
        5、芯片的管脚加上拉电阻来提高输出电平，从而提高芯片输入信号的噪声容限增强抗干扰能力。
        6、提高总线的抗电磁干扰能力。管脚悬空就比较容易接受外界的电磁干扰。
        7、长线传输中电阻不匹配容易引起反射波干扰，加上下拉电阻是电阻匹配，有效的抑制反射波干扰。
上拉电阻阻值的选择原则包括:
       1、从节约功耗及芯片的灌电流能力考虑应当足够大；电阻大，电流小。
       2、从确保足够的驱动电流考虑应当足够小；电阻小，电流大。
       3、对于高速电路，过大的上拉电阻可能边沿变平缓。综合考虑
以上三点,通常在1k到10k之间选取。对下拉电阻也有类似道理 
对上拉电阻和下拉电阻的选择应结合开关管特性和下级电路的输入特性进行设定，主要需要考虑以下几个因素：
       1． 驱动能力与功耗的平衡。以上拉电阻为例，一般地说，上拉电阻越小，驱动能力越强，但功耗越大，设计是应注意两者之间的均衡。
       2． 下级电路的驱动需求。同样以上拉电阻为例，当输出高电平时，开关管断开，上拉电阻应适当选择以能够向下级电路提供足够的电流。
       3． 高低电平的设定。不同电路的高低电平的门槛电平会有不同，电阻应适当设定以确保能输出正确的电平。以上拉电阻为例，当输出低电平时，开关管导通，上拉电阻和开关管导通电阻分压值应确保在零电平门槛之下。
       4． 频率特性。以上拉电阻为例，上拉电阻和开关管漏源级之间的电容和下级电路之间的输入电容会形成RC延迟，电阻越大，延迟越大。上拉电阻的设定应考虑电路在这方面的需求。

下拉电阻的设定的原则和上拉电阻是一样的。
       OC门输出高电平时是一个高阻态，其上拉电流要由上拉电阻来提供，设输入端每端口不大于100uA,设输出口驱动电流约500uA，标准工作电压是5V，输入口的高低电平门限为0.8V(低于此值为低电平)；2V(高电平门限值)。
选上拉电阻时：
       500uA x 8.4K= 4.2即选大于8.4K时输出端能下拉至0.8V以下，此为最小阻值，再小就拉不下来了。如果输出口驱动电流较大，则阻值可减小，保证下拉时能低于0.8V即可。
       当输出高电平时，忽略管子的漏电流，两输入口需200uA
200uA x15K=3V即上拉电阻压降为3V，输出口可达到2V，此阻值为最大阻值，再大就拉不到2V了。选10K可用。COMS门的可参考74HC系列
设计时管子的漏电流不可忽略，IO口实际电流在不同电平下也是不同的，上述仅仅是原理，一句话概括为：输出高电平时要喂饱后面的输入口，输出低电平不要把输出口喂撑了（否则多余的电流喂给了级联的输入口，高于低电平门限值就不可靠了）                                      

在数字电路中不用的输入脚都要接固定电平，通过1k电阻接高电平或接地。 
1. 电阻作用： 
       1）接电组就是为了防止输入端悬空 
       2）减弱外部电流对芯片产生的干扰 
       3） 保护cmos内的保护二极管,一般电流不大于10mA 
       4 )上拉和下拉、限流 
       5）改变电平的电位，常用在TTL-CMOS匹配 
       6） 在引脚悬空时有确定的状态 
       7）增加高电平输出时的驱动能力。 
       8）为OC门提供电流 

l 那要看输出口驱动的是什么器件，如果该器件需要高电压的话，而输出口的输出电压又不够，就需要加上拉电阻。 
l 如果有上拉电阻那它的端口在默认值为高电平你要控制它必须用低电平才能控制如三态门电路三极管的集电极，或二极管正极去控制把上拉电阻的电流拉下来成为低电平。反之， 
l 尤其用在接口电路中,为了得到确定的电平,一般采用这种方法,以保证正确的电路状态,以免发生意外,比如,在电机控制中,逆变桥上下桥臂不能直通,如果它们都用同一个单片机来驱动,必须设置初始状态.防止直通! 

2、定义： 
l 上拉就是将不确定的信号通过一个电阻嵌位在高电平！电阻同时起限流作用！下拉同理！ 
l 上拉是对器件注入电流，下拉是输出电流 
l 弱强只是上拉电阻的阻值不同，没有什么严格区分 
l 对于非集电极（或漏极）开路输出型电路（如普通门电路）提升电流和电压的能力是有限的，上拉电阻的功能主要是为集电极开路输出型电路输出电流通道。 

3、为什么要使用拉电阻： 
l 一般作单键触发使用时，如果IC本身没有内接电阻，为了使单键维持在不被触发的状态或是触发后回到原状态，必须在IC外部另接一电阻。 
l 数字电路有三种状态：高电平、低电平、和高阻状态，有些应用场合不希望出现高阻状态，可以通过上拉电阻或下拉电阻的方式使处于稳定状态，具体视设计要求而定！ 
l 一般说的是I/O端口，有的可以设置，有的不可以设置，有的是内置，有的是需要外接，I/O端口的输出类似与一个三极管的C，当C接通过一个电阻和电源连接在一起的时候，该电阻成为上C拉电阻，也就是说，如果该端口正常时为高电平，C通过一个电阻和地连接在一起的时候，该电阻称为下拉电阻，使该端口平时为低电平，作用吗： 
比如：当一个接有上拉电阻的端口设为输如状态时，他的常态就为高电平，用于检测低电平的输入。 
l 上拉电阻是用来解决总线驱动能力不足时提供电流的。一般说法是拉电流，下拉电阻是用来吸收电流的，也就是你同学说的灌电流