一、TTL电平信号
TTL(Transistor-Transistor Logic) 全名晶体管-晶体管逻辑, 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电平的电压范围,规定输出高电平>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。
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。
二、COMS电平信号
CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)全名互补金属氧化物半导体,包括PMOS+NMOS,与TTL电平信号一样,也常被用来表示二进制数据,逻辑1电平电压接近于电源电压,逻辑0电平接近于 0V,相比TTL电平具有很宽的噪声容限。
Vcc:5V;VOH>=4.45V;VOL<=0.5V;VIH>=3.5V;VIL<=1.5V。
对应3.3V LVTTL,出现了LVCMOS,可以与3.3V的LVTTL直接相互驱动。
3.3V LVCMOS:Vcc:3.3V;VOH>=3.2V;VOL<=0.1V;VIH>=2.0V;VIL<=0.7V。
2.5V LVCMOS:Vcc:2.5V;VOH>=2V;VOL<=0.1V;VIH>=1.7V;VIL<=0.7V。
CMOS结构内部寄生有可控硅结构,当输入或输入管脚高于VCC一定值(比如一些芯片是0.7V)时,电流足够大的话,可能引起闩锁效应(或锁定效应),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CMOS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CMOS电路的电源。
CMOS电路的使用注意事项:
(1)CMOS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CMOS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)CMOS的输入电流超过1mA,就有可能烧坏CMOS。
三、TTL和CMOS比较
TTL的电源工作电压是5V,所以TTL的电平是根据电源电压5V来定的。CMOS的电源工作电压是3V - 18V,CMOS的电源工作电压范围宽,如果你的CMOS的电源工作电压是12V,那么这个CMOS的输入输出电平电压要适合12V的输入输出要求。即CMOS的电平,要看你用的电源工作电压是多少,3v - 18V,都在CMOS的电源工作电压范围内,具体数值,看你加在CMOS芯片上的电源工作电压是多少。
(1)CMOS是场效应管构成,TTL为双极晶体管构成;
(2)CMOS的逻辑电平范围比较大(3~15V),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;
(4)CMOS功耗很小,TTL功耗较大(1~5mA/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;
(6)TTL电路是电流控制器件,而CMOS电路是电压控制器件;
(7)TTL电路的速度快,传输延迟时间短(5-10ns),但是功耗大,而CMOS电路的速度慢,传输延迟时间长(25-50ns),但功耗低。