逻辑门电路使用中的几个实际问题

逻辑门电路使用中的几个实际问题

以上讨论了几种逻辑门电路特别是重点地讨论了TTL和CMOS两种电路。在具体的应用中可以根据要求来选用何种器件。器件的主要技术参数有传输延迟时间、功耗、噪声容限，带负载能力等，据此可以正确地选用一种器件或两种器件混用。下面对几个实际问题，如不同门电路之间的接口技术，门电路与负

载之间的匹配等进行讨论。

一、各种门电路之间的接口问题

在数字电路或系统的设计中，往往由于工作速度或者功耗指标的要求，需要采用多种逻辑器件混合使用，例如，TTL和CMOS两种器件都要使用。由前面几节的讨论已知，每种器件的电压和电流参数各不相同，因而需要采用接口电路，一般需要考虑下面三个条件：

1.驱动器件必须能对负载器件提供灌电流最大值。

2.驱动器件必须对负载器件提供足够大的拉电流。

3.驱动器件的输出电压必须处在负载器件所要求的输入电压范围

，包括高。低电压值。

其中条件１和２，属于门电路的扇出数问题，已在第四节作过详细的分析。条件３属于电压兼容性的问题。其余如噪声容限、输入和输出电容以及开关速度等参数在某些设计中也必须予以考虑。

下面分别就CMOS门驱动TTL 门或者相反的两种情况的接口问题进行分析。

1.CMOS门驱动TTL门

在这种情况下，只要两者的电压参数兼容，不需另加接口电路，仅按电流大小计算出扇出数即可。

下图表示CMOS门驱动TTL门的简单电路。当CMOS门的输出为高电平时，它为TTL负载提供拉

电流，反之则提供灌电流。

例2.9.1——74HC00与非门电路用来驱动一个基本的TTL反相器和六个74LS门电路。试验算此时的CMO

S门电路是否过载？

解：

（1）查相关手册得接口参数如下：一个基本的TTL门电路，I IL＝1.6mA，六个74LS门的输入电流I I

L＝6×0.4mA＝2.4mA。总的输入电流I IL(total)＝1.6mA＋2.4mA＝4mA。

（2）因74HC00门电路的I OL＝I IL＝4mA，所驱动的TTL门电路未过载。

2. TTL门驱动CMOS门

此时TTL为驱动器件，CMOS为负载器件。由手册可知，当TTL输入为低电平时，它的输出电压参数与CMOS HC的输入电压参数是不兼容的。例如，LSTTL的V OH(min)为2.7V，而HC CMOS的V IH(min)为3.5V。为了克服这一矛盾，常采用如上图所示的接口措施。由图可知，用上拉电阻R p接到V DD可将TT L的输出高电平电压升到约5V，上拉电阻的值取决于负载器件的数目以及TTL和CMOS的电流参数。

当TTL驱动CMOS——HCT时，由于电压参数兼容，不需另加接口电路。基于这一情况，在数字电路设计中，也常用CMOS——HCT当作接口器件，以免除上拉电阻。

一、Q：由TTL和CMOS个组成的相似门电路，（如与非门，输入端皆由一条高电平和一条51欧电阻接地，输出结果有何不同？为什么？）

A：功耗

TTL门电路的空载功耗与CMOS门的静态功耗相比，是较大的，约为数十毫瓦（mw）而后者仅约为几十纳(10-9)瓦；在输出电位发生跳变时（由低到高或由高到低）,TTL和CMOS门电路都会产生数值较大的尖峰电流，引起较大的动态功耗。速度

通常以为TTL门的速度高于“CMOS门电路。影响 TTL门电路工作速度的主要因素是电路内部管子的开关特性、电路结构及内部的各电阻阻数值。电阻数值越大，工作速度越低。管子的开关时间越长，门的工作速度越低。门的速度主要体现在输出波形相对于输入波形上有“传输延时”tpd。将tpd与空载功耗P的乘积称为“速度-功耗积”，做为器件性能的一个重要指标，其值越小，表明器件的性能越好（一般约为几十皮（10-12）焦耳）。与TTL门电路的情况不同，影响CMOS电路工作速度的主要因素在于电路的外部，即负载电容CL。CL是主要影响器件工作速度的原因。由CL所决定的影响CMOS门的传输延时约为几十纳秒。

二、Q：TTL元件和CMOS元件的区别是什么？

A：1）电平的上限和下限定义不一样，CMOS具有更大的抗噪区域。同是5伏供电的话，ttl一般是1.7V和3.5V的样子，CMOS一般是2.2V,2.9V的样子，不准确，仅供参考。

2）电流驱动能力不一样，ttl一般提供25毫安的驱动能力，而CMOS一般在10毫安左右。

3）需要的电流输入大小也不一样，一般ttl需要2.5毫安左右，CMOS几乎不需要电流输入。

4）很多器件都是兼容ttl和CMOS的，datasheet会有说明。如果不考虑速度和性能，一般器件可以互换。但是需要注意有时候负载效应可能引起电路工作不正常，因为有些ttl电路需要下一级的输入阻抗作为负载才能正常工作。

三、Q：TTL和CMOS有什么区别？

A：谈谈TTL和CMOS电平(转贴)

TTL——Transistor-Transistor Logic

HTTL——High-speed TTL

LTTL——Low-power TTL

STTL——Schottky TTL

LSTTL——Low-power Schottky TTL

ASTTL——Advanced Schottky TTL

ALSTTL——Advanced Low-power Schottky TTL

FAST(F)——Fairchild Advanced schottky TTL CMOS——Complementary metal-oxide-semiconductor

HC/HCT——High-speed CMOS Logic(HCT与TTL电平兼容)

AC/ACT——Advanced CMOS Logic(ACT与TTL电平兼容)（亦称ACL）

AHC/AHCT——Advanced High-speed CMOS Logic(AHCT与TTL电平兼容) FCT——FACT扩展系列，与TTL电平兼容

FACT——Fairchild Advanced CMOS Technology

1.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。哈哈

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CMOS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。

CMOS电路的速度慢，传输延迟时间长(25-50ns)，但功耗低。

CMOS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）CMOS电路的锁定效应：

CMOS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，CMOS的内部电流能达到40mA以上，很容易烧毁芯片。