数字电路基础_D02-06TTL与CMOS、ECL电路的连接

2.6 TTL与CMOS、ECL电路的连接

数字系统一般总是由几个子系统组成，其中有的子系统要求对数据进行高速运算，而有的子系统允许以较低的速度处理数据。为了合理地使用器件，往往在一个系统中，同时使用不同结构的电路，也就存在两种不同类型器件的连接问题，由于通常两种器件的外特性不完全相同，如TTL与ECL电路的连接，TTL与CMOS电路的连接等，必须有适当的接口电路来实现它们之间的信号转换。

1．TTL与CMOS、ECL电路连接需要考虑的问题

数字系统连接时可定义前级为驱动电路，后级为负载电路，如图2—6—l所示(用逻辑门表示)。

无论是用TTL电路驱动CMOS、ECL电路，还是用CMOS、ECL电路驱动TTI电路，驱动门必须能为负载门提供符合标准的高、低电平和足够的驱动电流，驱动门与负载的具体条件 在电路的连接问题上，为了保证电路能够正常工作，主要需解决的问题就是电平转换和电流转换问题。

2．用TTL电路驱动CMOS电路

TTL(74系列、74LS系列)电路驱动CMOS(CC4000系列、74HC系列)电路时，只有TTL电路的输出电平无法满足对负载管的驱动，而其他三项指标满足驱动条件。因此，需要对TTL电路的输出电平进行调整。

CMOS高速HCT系列产品是为了方便与TTL连接，所以无需外接任何接口电路即可实现TTL电路对这种电路的驱动。

3．用CMOS电路驱动TTL电路

用CC4000系列驱动TTL路74系列，需要对CMOS电路的输出电流进行调整。

如果用CC4000系列驱动TTL电路74LS系列，m只有等于l时，电路才可直接相连，否 则需要进行电流转换。

4．TTL与ECL电路的连接

这两种电路的电平是完全不匹配的，因此，必须有适当的电平转换电路以实现它们之间

电平的转换。电平转换电路通常要采用土5V两个电源同时工作，实现TTL电路单输出与ECL两个互补输出的电平转换。

5．TTL与CMOS电路连接

(1)TTL/CMOS电平转换接口电路

当电路不能满足认UoHmin：＞UiHmin条件时，必须在驱动与负载电路间增加电平转换的接口电路。最简单的电路形式是在TTL输出端和电源之间加上拉电阻R，如图2-6-2所示。对上拉电阻的取值范围的计算方法与OC门外接负载电阻的计算方法相同，这里不再赘述。

在有些情况下，CM0S电路的电源电压较高(如UDD＝15V)，可采用集电极开路的门电路(OC门)作为驱动电路。OC门的输出端耐压可达30V以上。

(2)CMOS／TTL电流转换的接口电路

当电路不能满足IoLmax＞IiLmax时，可用以下几种方法来解决。一是将驱动门并接使用来增大输出低电平的灌电流；二是在CMOS电路的输出端增加一级CMOS驱动器，第三种是采用分立元件电流放大器来实现电流放大，电路如图2-6-3所示。例如，用CC4000系列CMOS电路驱动74系列TTL电路时，可用这种接口电路。

只要电流放大电路的参数选的合理，就一定可以同时满足输出电流和电压的要求。 6.各种系列门电路的性能比较

为了便于比较，表2-6-3中示出了各种系列门电路的速度与功耗指标。

尽管CMOS和大多数的MOS电路输人都有保护电路，但这些保护电路受电路结构限制，吸收的瞬时变化能量不可能没有限制，太大的瞬变信号会破坏保护电路，导致破坏整个电路的工作。为防止这种现象发生，应注意以下几点：

(1)焊接芯片时应注意将电烙铁的外壳接地。

(2)拔出或插入器件时；应关闭所有电源。

(3)不用的输入端应根据逻辑要求或接电源UDD(与非门)，或接地(或非门)，或与其他输入端相连。

(4)输出级所接电容负载不能大于500pF，否则将因输出级动态功率过大而损坏电路。

(5)由于基本的CMOS电路有互补输出的特点，所以其输出端不能并接。

小结

了解半导体器件的开关特性是理解各种逻辑门电路特性的基础。二极管的静态只有导通 和截止两个状态，而三极管的静态在满足一定的条件下，对应饱和导通和截止两个状态，其饱和条件是Ib＞Ibs，截止条件是Ube＜0．5V(NPN管)。

二极管和三极管的动态开关特性主要表现在两种状态之间的转换需要一定的时间，二极 管的动态开关特性用反向恢复时间来描述，三极管的动态开关特性用导通时间和关闭时间来描述。

分立元件构成简单逻辑门电路主要有：二极管与门、或门和三极管反相器，它们是集成逻辑门电路的基础。按制造工艺划分，双极型逻辑门电路主要有下面几种类型：

1． TTL电路

（1） 54／74系列

（2） 54H／74H系列

（3） 54S／74S系列

（4） 54LS／74LS系列

（5） 54AS／74AS系列

（6） 54ALS／74ALS系列

2. HTL 电路

3. ECL电路

4. IIL电路

单极型MOS 管电路分为如下几类：

1． CMOS电路

（1） 4000系列

（2） 54HC/74HC系列

（3） 54HCT/74HCT系列

2． NMOS电路

3． PMOS电路

一定要注意掌握正确的使用方法，否则容易造成器件的损坏。

在学习这些集成电路时重点应放在它们的外部特性上。一个特性是外部的电气特性，包 括电压传输特性(输入噪声容限)、输入特性(输入负载特性)、输出特性(输出负载能力)、功耗的计算及动态特性(平均传输延迟时间)等；另一个特性是它输人和输出的逻辑关系，即逻辑功能。数字集成电路按逻辑功能、输出结构划分可有以下几类：

1. 与门

2. 或门

3. 非门

5. 与非门

6. 或非门

7. 与或非门

8. 异或门

电路的输出结构分：

1． 推拉式输出／CMOS反相器输出

2． OC输出/OD输出

3． 三态（TS）输出

OC／OD输出的电路，能够实现“线与”的逻辑功能，可用于电平转换接口电路及驱动器。三态(TS)输出的电路，广泛用于数据总线上，实现多路信号在总线上分时传送或双向传送，以提高总线的利用率。