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TTL和COMS电平匹配


TTL 和 COMS 电平匹配(转)

嵌入式

2009-07-14 16:09

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一.TTL TTL 集成电路的主要型式为晶体管-晶体管逻辑门(transistor-transistor l ogic gate),TTL 大部分都采用 5V 电源。 1.输出高电平 Uoh 和输出低电平 Uol Uoh≥2.4V,Uol≤0.4V 2.输入高电平和输入低电平 Uih≥2.0V,Uil≤0.8V 二.CMOS CMOS 电路是电压控制器件,输入电阻极大,对于干扰信号十分敏感 输入电阻极大, 输入电阻极大 对于干扰信号十分敏感,因 此不用的输入端不应开路,接到地或者电源上。CMOS 电路的优点是噪声容限 较宽,静态功耗很小。 1.输出高电平 Uoh 和输出低电平 Uol Uoh≈VCC,Uol≈GND 2.输入高电平 Uoh 和输入低电平 Uol Uih≥0.7VCC,Uil≤0.2VCC (VCC 为电源电压,GND 为地) 从上面可以看出: 在同样 5V 电源电压情况下,COMS 电路可以直接驱动 TTL,因为 CMOS 的输出高电平大于 2.0V,输出低电平小于 0.8V;而 TTL 电路则不能直接驱动 C MOS 电路,TTL 的输出高电平为大于 2.4V,如果落在 2.4V~3.5V 之间,则 C MOS 电路就不能检测到高电平,低电平小于 0.4V 满足要求,所以在 TTL 电路 驱动 COMS 电路时需要加上拉电阻 上拉电阻。如果出现不同电压电源的情况,也可以通 上拉电阻 过上面的方法进行判断。 如果电路中出现 3.3V 的 COMS 电路去驱动 5V CMOS 电路的情况,如 3. 3V 单片机去驱动 74HC,这种情况有以下几种方法解决,最简单的就是直接将 7 4HC 换成 74HCT(74 系列的输入输出在下面有介绍)的芯片,因为 3.3V CM 因为 OS 可以直接驱动 5V 的 TTL 电路 电路;或者加电压转换芯片;还有就是把单片机的 I/O 口设为开漏,然后加上拉电阻到 5V,这种情况下得根据实际情况调整电阻的 大小,以保证信号的上升沿时间。 三.74 系列简介 74 系列可以说是我们平时接触的最多的芯片,74 系列中分为很多种,而我们 平时用得最多的应该是以下几种:74LS,74HC,74HCT 这三种,这三种系列 在电平方面的区别如下: 输入电平 输出电平 74LS TTL 电平 TTL 电平 74HC COMS 电平 COMS 电平 74HCT TTL 电平 COMS 电平 ++++++++++++++++++++++++++++++++++++ TTL 和 CMOS 电平 1、TTL 电平(什么是 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 CMOS 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 锁定效应。当产生锁定效应时,COMS 的内部 锁定效应 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 和外电源之间加限流电阻,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 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)输入端接低内阻的信号源时,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 、 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 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 开漏输出。OC 门在截止时有漏电流输出,那就是漏电流, 开漏输出 为什么有漏电流呢?那是因为当三极管截止的时候,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 漏电流。 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 +++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ CMOS 器件不用的输入端必须连到高电平或低电平, 这是因为 CMOS 是 高输入阻抗器件, 理想状态是没有输入电流的. 如果不用的输入引脚悬空, 很容 易感应到干扰信号, 影响芯片的逻辑运行, 甚至静电积累永久性的击穿这个输入 端, 造成芯片失效. 另外, 只有 4000 系列的 CMOS 器件可以工作在 15 伏电源下, 74HC, 74 HCT 等都只能工作在 5 伏电源下, 现在已经有工作在 3 伏和 2.5 伏电源下的 CMOS 逻辑电路芯片了. CMOS 电平和 TTL 电平 电平: CMOS 逻辑电平范围比较大,范围在 3~15V,比如 4000 系列当 5V 供电时, 输出在 4.6 以上为高电平,输出在 0.05V 以下为低电平。输入在 3.5V 以上为高 电平,输入在 1.5V 以下为低电平。 而对于 TTL 芯片,供电范围在 0~5V,常见都是 5V,如 74 系列 5V 供电, 输出在 2.7V 以上为高电平,输出在 0.5V 以下为低电平,输入在 2V 以上为高电 平,在 0.8V 以下为低电平。因此,CMOS 电路与 TTL 电路就有一个电平转换 的问题,使两者电平域值能匹配。 有关逻辑电平的一些概念 : 要了解逻辑电平的内容,首先要知道以下几个概念的含义: 1:输入高电平 (Vih) :保证逻辑门的输入为高电平时所允许的最小输入高电平, 当输入电平高于 Vih 时,则认为输入电平为高电平。

2:输入低电平 (Vil) :保证逻辑门的输入为低电平时所允许的最大输入低电平, 当输入电平低于 Vil 时,则认为输入电平为低电平。 3:输出高电平(Voh):保证逻辑门的输出为高电平时的输出电平的最小值, 逻辑门的输出为高电平时的电平值都必须大于此 Voh。 4:输出低电平(Vol):保证逻辑门的输出为低电平时的输出电平的最大值,逻 辑门的输出为低电平时的电平值都必须小于此 Vol。 5:阀值电平(Vt):数字电路芯片都存在一个阈值电平,就是电路刚刚勉强能翻 转动作时的电平。它是一个界于 Vil、Vih 之间的电压值,对于 CMOS 电路的阈 值电平,基本上是二分之一的电源电压值,但要保证稳定的输 出,则必须要求 输入高电平> Vih,输入低电平<Vil,而如果输入电平在阈值上下,也就是 Vil~ Vih 这个区域,电路的输出会处于不稳定状态。 对于一般的逻辑电平,以上参数的关系如下: Voh > Vih > Vt > Vil > Vol 6:Ioh:逻辑门输出为高电平时的负载电流(为拉电流)。 7:Iol:逻辑门输出为低电平时的负载电流(为灌电流)。


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