RTL-DTL-TTL-CTL-ECL-CMOS等数字电路的定义及区别

第1页共5页RTL，DTL，TTL,CTL,ECL,CMOS等数字电路的定义及区别什么叫RTL电路?一种由电阻和晶体管组合的逻辑电路，判断逻辑准位的方式是以输入端回路电流特性而定，当输入的电压VI低于晶体管导通电压时，就没有导通电流IB，晶体管C-E间成开路状态(截止)，若输入的电压Vi高于晶体管导通电压时，而且电压越高C-E间导通就越多，换句话说这种逻辑族的的逻辑输出准位会受到输入准位的影响，所以使用时输入的逻辑准位必需保持足以让RTL能够截止或饱和的电压，才能保证下一级的逻辑电路能够正常判断，因此这已是一个被淘汰的逻辑族。838电子什么叫DTL电路?DTL是一种晶体管电路加上二极管所设计的逻辑电路，它利用了二极管正向导通电压(约0.7V)的特性，提高逻辑电路VIH的准位电压，以及在晶体管基极加上负的偏压，当二极管电路断路时能够迅速使晶体管截止改善了RTL输入电压对输出逻辑准位的不良影响，但是需要正负双电源的设计，目前也不见有数字系统采用这逻辑电路了。什么叫TTL电路?TTL以晶体管做为逻辑判断及逻辑输出的主要组件，输入端的电压低于0.8V为VIL，高于2.0V为VIH，这两个电压点之间的范围是一个逻辑准位的不明确区，设计电路时要避免有此范围的电压输入。TTL的输出端由两个串接的晶体管负则输出逻辑准位电压，Q3负责接通VCC，Q4负责接通地电位，使得VOH保证大于2.4V，VOL保证小于0.4V，逻辑「1」与「0」间更为明显，变化也较RTL、DTL迅速。由于要保证输入及输出的逻辑界定，电源必须为固定值，以74为编号的是商用IC，电源为5V，容许误差为±0.25V，工作温度范围为℃到7℃，54为编号的是军用IC，电源也是为5V，误差可以大一点为±0.5V，工作温度范围为-55℃到125℃。838电子第2页共5页TTL发展至今以已有多种改良产品，以表格方式介绍及比较于下：TTL型别IC编号VOHVIHVOLVIL传递延迟功率消耗标准型74xx2.4V2.0V0.4V0.8V9nS10mW低功率74Lxx2.4V2.0V0.3V0.8V33nS1mW高速型74Hxx2.4V2.0V0.4V0.8V6nS23mW肖特基(Schottky)74Sxx2.7V2.0V0.5V0.8V3nS23mW低功率肖特基74LSxx2.7V2.0V0.5V0.8V9.5nS2mW传递延迟：输入逻辑准位后到输出反应正确所需时间，此时间越短逻辑电路反应速率越快。功率消耗：电路工作时所消耗的电能，此值越小越省电。标准型、低功率、高速型差异在于电路中使用电阻的阻值，以标准型做比较时低功型率较大高速型较小，而电阻大者功率消耗较小，但传递延迟较大。肖特基(Schottky)型TTL：将晶体管全部改采肖特基晶体管的TTL(图S1-5)，肖特基晶体管是一种在集-射极间加有肖特基二极管的晶体管，如图S1-4所示，肖特基二极管的切入电压约0.3V，晶体管的VBE约0.7V，VCE=VBE-VBC=0.4V而晶体管之饱和电压VCE(sat)=0.2V，故晶体管之VCE下降至0.4V时，IB被肖特基二极管分流不再进入晶体管基极，因此肖特基晶体管不会进入饱和区，所以交换速率较快。第3页共5页什么CTL电路?互补式晶体管逻辑闸(ComplementaryTransistorLogic;CTL)的电路特征，是拥有一个集极回受偏压的设计，如下图中的Q3偏压电路可以针对与它并接的晶体管做互补的动作，将Vf调节在某个范为之内，透过射极随耦电路(Q4)的输出与其它CTL电路相接时，这个电压(Vf-0.7V)高态时不会造成输入端晶体管(本例为Q1、Q2)饱和，低态时亦不会造成晶体管截止，所以CTL是属于非饱和快速型的逻辑族，主要用在大型计算机的设计中。什么叫ECL电路?射极耦合逻辑闸(EmitterCoupledLogic；ECL)，利用了差动放大器的电流互补特性，使其输出因为差动放大器的电流转移产生逻辑准位，所以又被称为电流式逻辑(Current-ModeLogic；CML)。第4页共5页图S1-7中的Q3与Q2或Q1构成差动放大器，若Q2及Q1之输入逻辑准位为「0」，则Q2、Q1截止，使得C3电压为0V，此时共射极电流IE全部流经Q3，300Ω的电压降为2.8178mA?00Ω=0.845V，则C3电压为0-0.845=-0.845V。反之，当Q2或Q1之输入逻辑准位有一者为「1」，则共射极电流IE会全部转移至Q2或Q1输入为「1」的那一个，因此C2电压转为-0.845V，C3电压转为0V，-0.845V与0V经射极随耦电路(Q4、Q5)输出后约为-1.5V及-0.7V即为ECL的VOL及VOH。ECL工作时，从Q1、Q2、Q3的VCE最小电压为VC-VE=(-0.845V)-(-1.875V)=1.03V，可以得知电路内的晶体管并不会进入饱和区(VCE=0.2V)，所以是一种非饱和逻辑，交换速率可很快，传递延迟仅2nS，但噪声免疫力只有175mV左右。ECL使用负电源，还有两个互补输出X及Y分别为非反相及反相的端子，由于采用射极随耦输出，输出端可以接在一起构成接线或门，这是一个免费的或门(注)，这些都是它的特色。MOS逻辑电路MOS逻辑电路的主要原件是金属-氧-半导体形成的场效晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor；MOSFET)，它是靠电压场促使端点导通的组件，分为增强型及衰减型两种，但MOS逻辑电路采用增强型MOSFET来设计电路，增强型MOSFET又分为N-MOS及P-MOS，图S1-10a是N-MOS的符号，图S1-10b是P-MOS的符号。N-MOS在电路中加入正电压促使源极与汲极导通，P-MOS在电路中加入负电压或零电压促使源极与汲极导通，电压的大小决定源极与汲极间电阻的大小，完全导通约1kΩ，开路时约1010Ω，所以MOS可当作开关或电阻组件，如图S-10c所示。图S1-11为N-MOS非门电路，可以看到上方的N-MOS做为电阻，下方第5页共5页的N-MOS做为开关，当A为正极性电压时导通，为零电压时开路。由于MOS可以构成开关或电阻组件，作为数字逻辑电路制成较简单，而且体积也较小，因此很多大型及超大型的数字集成电路都采用MOS组件，例如计算机的动态随机存取内存(DRAM)、单芯片微电脑等等。CMOS逻辑电路以N-MOS及P-MOS做为开关，在电路中以互补方式动作，也就是当N-MOS接通时，P-MOS必成断路状态，反之当P-MOS接通时，N-MOS必成断路状态，这种电路结构就是CMOS(ComplementaryMOS)。CMOS逻辑系列是由美商RCA公司首先生产，以CD40或CD45为编号，而Motorola生产的CMOS则以MC40与MC145为编号，另外国际半导体公司(NationalSemiconductorCo.)依照74系列TTL的接脚做成的CMOS以74C为编号，因此7400与74C00接脚完全相同，但7400是TTL而74C00是CMOS。图S1-12是CMOS构成的非门，从图中可知正常情况下，A端的电压极性只会影响P-MOS或N-MOS其中一个导通，所以任何时刻电源+VDD与地之间仅存在漏电电流，因此CMOS的消耗电流相当的低，约等于电源电压和漏电电流的乘积，通常在10nW，这是目前最省电的数字集成电路。