1、TTL和CMOS区别及应用特点TTL和CMOS的区别什么是TTL电平,什么是CMOS电平,他们的区别(一)TTL高电平3.65V,低电平0V2.4V CMOS电平Vcc可达到12V CMOS电路输出高电平约为0.9Vcc,而输出低电平约为0.1Vcc。 CMOS电路不使用的输入端不能悬空,会造成逻辑混乱。 TTL电路不使用的输入端悬空为高电平 另外,CMOS集成电路电源电压可以在较大范围内变化,因而对电源的要求不像TTL集成电路那样严格。 用TTL电平他们就可以兼容(二)TTL电平是5V,CMOS电平一般是12V。 因为TTL电路电源电压是5V,CMOS电路电源电压一般是12V。 5V的电平不
2、能触发CMOS电路,12V的电平会损坏TTL电路,因此不能互相兼容匹配。(三)TTL电平标准 输出 L: 2.4V。 输入 L: 2.0V TTL器件输出低电平要小于0.8V,高电平要大于2.4V。输入,低于1.2V就认为是0,高于2.0就认为是1。CMOS电平: 输出 L: 0.9*Vcc。 输入 L: 0.7*Vcc.一般单片机、DSP、FPGA他们之间管教能否直接相连. 一般情况下,同电压的是可以的,不过最好是要好好查查技术手册上的VIL,VIH,VOL,VOH的值,看是否能够匹配(VOL要小于VIL,VOH要大于VIH,是指一个连接当中的)。有些在一般应用中没有问题,但是参数上就是有点
3、不够匹配,在某些情况下可能就不够稳定,或者不同批次的器件就不能运行。例如:74LS的器件的输出,接入74HC的器件。在一般情况下都能好好运行,但是,在参数上却是不匹配的,有些情况下就不能运行。 74LS和54系列是TTL电路,74HC是CMOS电路。如果它们的序号相同,则逻辑功能一样,但电气性能和动态性能略有不同。如,TTL的逻辑高电平为 2.7V,CMOS为 3.6V。如果CMOS电路的前一级为TTL则隐藏着不可靠隐患,反之则没问题。*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
4、输入低电平 =0.8V 它的噪声容限是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。电平转换电路:因为TTL和COMS的高低电平的值不一样(ttl 5vcmos 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。OC门,即集电极开路门电路,它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。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
5、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
6、电时,开关要按下列顺序:开启时,先开启COMS电路的电源,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。(
7、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
8、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。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就是一个三级 关,图腾柱也
9、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(L电平:小于等于0.8V ;H电平:大于等于2V) COMS电平(L电平:小于等于0.3Vcc ;H电平:大于等于0.7Vcc)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, 74HCT 等都只能工作在 5伏电源下,
10、 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: CMOS电平电压范围在315V,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05V,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
11、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
12、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 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)。8:Iih:逻辑门输入为高电平时的电流(为灌电流)。9:Iil:逻辑门输入为低电平时的电流(为拉电流)。门 电路输出极在集成单元内不接负载电阻而直接引出作为输出端,这种形式的门称为开路门。开路的TTL、CMOS、ECL门分别称为集电极开路(OC)、漏极 开路(OD)、发射极开路(OE),使用时应审
13、查是否接上拉电阻(OC、OD门)或下拉电阻(OE门),以及电阻阻值是否合适。对于集电极开路(OC) 门,其上拉电阻阻值RL应满足下面条件:(1): RL (VCCVol)/(Iolm*Iil)其中n:线与的开路门数;m:被驱动的输入端数。:常用的逻辑电平逻辑电平:有TTL、CMOS、LVTTL、ECL、PECL、GTL;RS232、RS422、LVDS等。其中TTL和CMOS的逻辑电平按典型电压可分为四类:5V系列(5V TTL和5V CMOS)、3.3V系列,2.5V系列和1.8V系列。5V TTL和5V CMOS逻辑电平是通用的逻辑电平。3.3V及以下的逻辑电平被称为低电压逻辑电平,常用的
14、为LVTTL电平。低电压的逻辑电平还有2.5V和1.8V两种。ECL/PECL和LVDS是差分输入输出。RS-422/485和RS-232是串口的接口标准,RS-422/485是差分输入输出,RS-232是单端输入输出。*1.CMOS是场效应管构成,TTL为双极晶体管构成 2.COMS的逻辑电平范围比较大(515V),TTL只能在5V下工作 3.CMOS的高低电平之间相差比较大、抗干扰性强,TTL则相差小,抗干扰能力差 4.CMOS功耗很小,TTL功耗较大(15mA/门) 5.CMOS的工作频率较TTL略低,但是高速CMOS速度与TTL差不多相当。*OC门,又称集电极开路(漏极开路)与非门门电
15、路,Open Collector(Open Drain)。为什么引入OC门?实际使用中,有时需要两个或两个以上与非门的输出端连接在同一条导线上,将这些与非门上的数据(状态电平)用同一条导线输送出去。因此,需要一种新的与非门电路-OC门来实现“线与逻辑”。OC门主要用于3个方面: 1、实现与或非逻辑,用做电平转换,用做驱动器。由于OC门电路的输出管的集电极悬空,使用时需外接一个上拉电阻Rp到电源VCC。OC门使用上拉电阻以输出高电平,此外为了加大输出引脚的驱动能力,上拉电阻阻值的选择原则,从降低功耗及芯片的灌电流能力考虑应当足够大;从确保足够的驱动电流考虑应当足够小。 2、 线与逻辑,即两个输出
16、端(包括两个以上)直接互连就可以实现“AND”的逻辑功能。在总线传输等实际应用中需要多个门的输出端并联连接使用,而一般TTL门输出端并不能直接并接使用,否则这些门的输出管之间由于低阻抗形成很大的短路电流(灌电流),而烧坏器件。在硬件上,可用OC门或三态门(ST门)来实现。 用OC门实现线与,应同时在输出端口应加一个上拉电阻。 3、 三态门(ST门)主要用在应用于多个门输出共享数据总线,为避免多个门输出同时占用数据总线,这些门的使能信号(EN)中只允许有一个为有效电平(如高电平),由于三态门的输出是推拉式的低阻输出,且不需接上拉(负载)电阻,所以开关速度比OC门快,常用三态门作为输出缓冲器。*a
17、) 什么是Setup 和Holdup时间? 建立时间(setup time)是指在触发器的时钟信号上升沿到来以前,数据稳定不变的时间,如果建立时间不够,数据将不能在这个时钟上升沿被打入触发器;保持时间(hold time)是指在触发器的时钟信号上升沿到来以后,数据稳定不变的时间, 如果保持时间不够,数据同样不能被打入触发器。b) 什么是竞争与冒险现象?怎样判断?如何消除?信号在FPGA器件内部通过连线和逻辑单元时,都有一定的延时。延时的大小与连线的长短和逻辑单元的数目有关,同时还受器件的制造工艺、工作电压、温度等条件的影响。信号的高低电平转换也需要一定的过渡时间。由于存在这两方面因素,多路信号
18、的电平值发生变化时,在信号变化的瞬间,组合逻辑的输出有先后顺序,并不是同时变化,往往会出现一些不正确的尖峰信号,这些尖峰信号称为毛刺。如果一个组合逻辑电路中有毛刺出现,就说明该电路存在冒险。用D触发器,格雷码计数器,同步电路等优秀的设计方案可以消除。 c) 请画出用D触发器实现2倍分频的逻辑电路?就是把D触发器的输出端加非门接到D端。d) 什么是线与逻辑,要实现它,在硬件特性上有什么具体要求? 将几个OC门结构与非门输出并联,当每个OC门输出为高电平时,总输出才为高,这种连接方式称为线与。e) 什么是同步逻辑和异步逻辑? 整个设计中只有一个全局时钟成为同步逻辑。多时钟系统逻辑设计成为异步逻辑。
19、f) 请画出微机接口电路中,典型的输入设备与微机接口逻辑示意图(数据接口、控制接口、所存器/缓冲器)。是不是结构图?g) 你知道那些常用逻辑电平?TTL与COMS电平可以直接互连吗?TTL,cmos,不能直连LVDS:LVDS(Low Voltage Differential Signal)即低电压差分信号,LVDS接口又称RS644总线接口,是20世纪90年代才出现的一种数据传输和接口技术。ECL:(EmitterCoupled Logic)即射极耦合逻辑,是带有射随输出结构的典型输入输出接口电路CML: CML电平是所有高速数据接口中最简单的一种。其输入和输出是匹配好的,减少了外围器件,适
20、合于更高频段工作。谈谈TTL和CMOS电平(转贴)TTLTransistor-Transistor Logic HTTLHigh-speed TTL LTTLLow-power TTL STTLSchottky TTL LSTTLLow-power Schottky TTL ASTTLAdvanced Schottky TTL ALSTTLAdvanced Low-power Schottky TTL FAST(F)Fairchild Advanced schottky TTL CMOSComplementary metal-oxide-semiconductor HC/HCTHigh-spe
21、ed CMOS Logic(HCT与TTL电平兼容) AC/ACTAdvanced CMOS Logic(ACT与TTL电平兼容)(亦称ACL) AHC/AHCTAdvanced High-speed CMOS Logic(AHCT与TTL电平兼容) FCTFACT扩展系列,与TTL电平兼容 FACTFairchild Advanced CMOS Technology1,TTL电平: 输出高电平2.4V,输出低电平=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TT
22、L和COMS的高低电平的值不一样(ttl 5vcmos 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
23、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
24、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):
25、 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
26、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感谢下载!欢迎您的下载,资料仅供参考
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