總被搞混的TTL與CMOS電平藏著這些學(xué)問(wèn)

一．TTL
　　TTL集成電路的主要型式為晶體管－晶體管邏輯門(mén)（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UolUoh≥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(duì)于干擾信號(hào)十分敏感，因此不用的輸入端不應(yīng)開(kāi)路，接到地或者電源上.CMOS電路的優(yōu)點(diǎn)是噪聲容限較寬，靜態(tài)功耗很小。
　　1.輸出高電平Uoh和輸出低電平UolUoh≈VCC，Uol≈GND
　　2.輸入高電平Uoh和輸入低電平UolUih≥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(qū)動(dòng)TTL，因?yàn)镃MOS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(qū)動(dòng) 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(cè)到高電平，低電平小于0.4V滿(mǎn)足要求，所 以在TTL電路驅(qū)動(dòng)COMS電路時(shí)需要加上拉電阻。如果出現(xiàn)不同電壓電源的情況，也可以通過(guò)上面的方法進(jìn)行判斷。
　　如果電路中出現(xiàn)3.3V的COMS電路去驅(qū)動(dòng)5V CMOS電路的情況，如3.3V單片機(jī)去驅(qū)動(dòng)74HC，這種情況有以下幾種方法解決，最簡(jiǎn)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?yàn)?.3V CMOS 可以直接驅(qū)動(dòng)5V的TTL電路；或者加電壓轉(zhuǎn)換芯片；還有就是把單片機(jī)的I/O口設(shè)為開(kāi)漏，然后加上拉電阻到5V，這種情況下得根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整電阻的大小，以保證信號(hào)的上升沿時(shí)間。三．74系列簡(jiǎn)介
　　74系列可以說(shuō)是我們平時(shí)接觸的最多的芯片，74系列中分為很多種，而我們平時(shí)用得最多的應(yīng)該是以下幾種：74LS，74HC，74HCT這三種，這三種系列在電平方面的區(qū)別如下：
　　
　　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 Vih，輸入低電平 Vih 》 Vt 》 Vil 》 Vol
　　6：Ioh：邏輯門(mén)輸出為高電平時(shí)的負(fù)載電流（為拉電流）.7：Iol：邏輯門(mén)輸出為低電平時(shí)的負(fù)載電流（為灌電流）.8：Iih：邏輯門(mén)輸入為高電平時(shí)的電流（為灌電流）.9：Iil：邏輯門(mén)輸入為低電平時(shí)的電流（為拉電流）。
　　門(mén)電路輸出極在集成單元內(nèi)不接負(fù)載電阻而直接引出作為輸出端，這種形式的門(mén)稱(chēng)為開(kāi)路門(mén)。開(kāi)路的TTL、CMOS、ECL門(mén)分別稱(chēng)為集電極開(kāi)路（OC）、漏極開(kāi)路（OD）、發(fā)射極開(kāi)路（OE），使用時(shí)應(yīng)審查是否接上拉電阻（OC、OD門(mén)）或下拉電阻（OE門(mén)），以及電阻阻值是否合適。對(duì)于集電極開(kāi)路（OC）門(mén)，其上拉電阻阻值RL應(yīng)滿(mǎn)足下面條件：
　?。?）：RL 《 （VCC－Voh）/（n*Ioh＋m*Iih）（2）：RL 》 （VCC－Vol）/（Iol＋m*Iil）
　　其中n：線(xiàn)與的開(kāi)路門(mén)數(shù)；m：被驅(qū)動(dòng)的輸入端數(shù)。
　　10：常用的邏輯電平
　　·邏輯電平：有TTL、CMOS、LVTTL、ECL、PECL、GTL；RS232、RS422、LVDS等。
　　·其中TTL和CMOS的邏輯電平按典型電壓可分為四類(lèi)：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邏輯電平是通用的邏輯電平。
　　·3.3V及以下的邏輯電平被稱(chēng)為低電壓邏輯電平，常用的為L(zhǎng)VTTL電平。
　　·低電壓的邏輯電平還有2.5V和1.8V兩種。
　　·ECL/PECL和LVDS是差分輸入輸出。
　　·RS-422/485和RS-232是串口的接口標(biāo)準(zhǔn)，RS-422/485是差分輸入輸出，RS-232是單端輸入輸出.OC門(mén)，又稱(chēng)集電極開(kāi)路（漏極開(kāi)路）與非門(mén)門(mén)電路，Open Collector（Open Drain）。
　　為什么引入OC門(mén)？
　　實(shí)際使用中，有時(shí)需要兩個(gè)或兩個(gè)以上與非門(mén)的輸出端連接在同一條導(dǎo)線(xiàn)上，將這些與非門(mén)上的數(shù)據(jù)（狀態(tài)電平）用同一條導(dǎo)線(xiàn)輸送出去。因此，需要一種新的與非門(mén)電路--OC門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)“線(xiàn)與邏輯”.OC門(mén)主要用于3個(gè)方面：
　　1、實(shí)現(xiàn)與或非邏輯，用做電平轉(zhuǎn)換，用做驅(qū)動(dòng)器。由于OC門(mén)電路的輸出管的集電極懸空，使用時(shí)需外接一個(gè)上拉電阻 Rp到電源VCC.OC門(mén)使用上拉電阻以輸出高電平，此外為了加大輸出引腳的驅(qū)動(dòng)能力，上拉電阻阻值的選擇原則，從降低功耗及芯片的灌電流能力考慮應(yīng)當(dāng)足 夠大；從確保足夠的驅(qū)動(dòng)電流考慮應(yīng)當(dāng)足夠小.2、線(xiàn)與邏輯，即兩個(gè)輸出端（包括兩個(gè)以上）直接互連就可以實(shí)現(xiàn)“AND”的邏輯功能。在總線(xiàn)傳輸?shù)葘?shí)際應(yīng)用中需要多個(gè)門(mén) 的輸出端并聯(lián)連接使用，而一般TTL門(mén)輸出端并不能直接并接使用，否則這些門(mén)的輸出管之間由于低阻抗形成很大的短路電流（灌電流），而燒壞器件。在硬件 上，可用OC門(mén)或三態(tài)門(mén)（ST門(mén)）來(lái)實(shí)現(xiàn)。 用OC門(mén)實(shí)現(xiàn)線(xiàn)與，應(yīng)同時(shí)在輸出端口應(yīng)加一個(gè)上拉電阻.3、三態(tài)門(mén)（ST門(mén)）主要用在應(yīng)用于多個(gè)門(mén)輸出共享數(shù)據(jù)總線(xiàn)，為避免多個(gè)門(mén)輸出同時(shí)占用數(shù)據(jù)總線(xiàn)，這些門(mén)的使能信號(hào) （EN）中只允許有一個(gè)為有效電平（如高電平），由于三態(tài)門(mén)的輸出是推拉式的低阻輸出，且不需接上拉（負(fù)載）電阻，所以開(kāi)關(guān)速度比OC門(mén)快，常用三態(tài)門(mén)作 為輸出緩沖器。什么是OC、OD？
　　集電極開(kāi)路門(mén)（集電極開(kāi)路 OC 或漏極開(kāi)路 OD）
　　Open-Drain是漏極開(kāi)路輸出的意思，相當(dāng)于集電極開(kāi)路（Open-Collector）輸出，即TTL中的集電極開(kāi)路（OC）輸出。一般用于線(xiàn)或、線(xiàn)與，也有的用于電流驅(qū)動(dòng)。
　　Open-Drain是對(duì)MOS管而言，Open-Collector是對(duì)雙極型管而言，在用法上沒(méi)啥區(qū)別。開(kāi)漏形式的電路有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
　　a. 利用外部電路的驅(qū)動(dòng)能力，減少IC內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)。 或驅(qū)動(dòng)比芯片電源電壓高的負(fù)載.b.可以將多個(gè)開(kāi)漏輸出的Pin，連接到一條線(xiàn)上。通過(guò)一只上拉電阻，在不增加任何器件的情況下，形成“與邏輯”關(guān)系。這也是I2C，SMBus等總線(xiàn)判 斷總線(xiàn)占用狀態(tài)的原理。如果作為圖騰輸出必須接上拉電阻。接容性負(fù)載時(shí)，下降延是芯片內(nèi)的晶體管，是有源驅(qū)動(dòng)，速度較快；上升延是無(wú)源的外接電阻，速度 慢。如果要求速度高電阻選擇要小，功耗會(huì)大。所以負(fù)載電阻的選擇要兼顧功耗和速度.c. 可以利用改變上拉電源的電壓，改變傳輸電平。例如加上上拉電阻就可以提供TTL/CMOS電平輸出等.d. 開(kāi)漏Pin不連接外部的上拉電阻，則只能輸出低電平。一般來(lái)說(shuō)，開(kāi)漏是用來(lái)連接不同電平的器件，匹配電平用的。
　　正常的CMOS輸出級(jí)是上、下兩個(gè)管子，把上面的管子去掉就是OPEN-DRAIN了。這種輸出的主要目的有兩個(gè)：電平轉(zhuǎn)換和線(xiàn)與。
　　由于漏級(jí)開(kāi)路，所以后級(jí)電路必須接一上拉電阻，上拉電阻的電源電壓就可以決定輸出電平。這樣你就可以進(jìn)行任意電平的轉(zhuǎn)換了。
　　線(xiàn)與功能主要用于有多個(gè)電路對(duì)同一信號(hào)進(jìn)行拉低操作的場(chǎng)合，如果本電路不想拉低，就輸出高電平，因?yàn)镺PEN-DRAIN上面的管子被拿掉，高電平是靠外接的上拉電阻實(shí)現(xiàn)的。（而正常的CMOS輸出級(jí)，如果出現(xiàn)一個(gè)輸出為高另外一個(gè)為低時(shí)，等于電源短路。）
　　OPEN-DRAIN提供了靈活的輸出方式，但是也有其弱點(diǎn)，就是帶來(lái)上升沿的延時(shí)。因?yàn)樯仙厥峭ㄟ^(guò)外接上拉無(wú)源電阻對(duì)負(fù)載充電，所以當(dāng)電阻選擇小時(shí)延時(shí)就小，但功耗大；反之延時(shí)大功耗小。所以如果對(duì)延時(shí)有要求，則建議用下降沿輸出。
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