数1TTL与CMOS互连

TTL与非门及CMOS门电路实验TTL与非门及CMOS门电路实验2北航电工电子中心实验目的۩掌握TTL与非门主要参数及传输特性的测试方法。۩了解CMOS非门电路的性能和特点。۩熟悉TTL与CMOS器件的互连方法。TTL与非门及CMOS门电路实验3北航电工电子中心TTL与非门主要参数输出高电平UOH●指与非门有一个以上输入端接地或接低电平时的输出电平值。●空载时UOH必须大于标准高电平(USU=2.4V)，接有拉电流负载时UOH将下降。●测试UOH的电路如图1所示。图1输出高电平UOH测试电路TTL与非门及CMOS门电路实验4北航电工电子中心TTL与非门主要参数图2输出低电平UOL测试电路输出低电平UOL●指与非门的所有输入端都接高电平的输出电平值。●空载时UOL必须低于标准低电平：USL=0.4V，接有灌电流负载时UOL将上升。●测试UOL的电路如图2所示。TTL与非门及CMOS门电路实验5北航电工电子中心TTL与非门主要参数输入短路电流IIS●指被测输入端接地，其余输入端悬空时，由被测输入端流出的电流。●前级输出低电平时后级门的IIS就是前级的灌电流。一般IIS1.6mA，测试IIS的电路见图3。图3短路电流IIS测试电路TTL与非门及CMOS门电路实验6北航电工电子中心TTL与非门主要参数图4扇出系数N测量电路扇出系数N●指能驱动同类门电路的数目，用以衡量带负载的能力。●测量电路如图4所示，即测出输出不超过标准低电平时的最大允许负载电流IOL,,然后计算：N=IOL/IIS一般N＞8的与非门才被认为是合格的。TTL与非门及CMOS门电路实验7北航电工电子中心TTL与非门的传输特性图5（a）TTL与非门电压传输特性图5（b）传输特性的测试电路如图5(a）所示。利用电压传输特性可以检查和判断TTL与非门是否工作正常，同时可以直接读出其主要静态参数如UOH、UOL、UON、UOFF和△1、△0。传输特性的测试电路如图5（b）。TTL与非门及CMOS门电路实验8北航电工电子中心CMOS集成电路的特点静态功耗极低。74系列的TTL门功耗约为10mW，而CMOS电路只有0.01～0.1μW。允许电源电压有较大波动。CMOS电路的电源电压范围为3～15V，当电源电压波动较大时仍能正常工作。抗干扰能力强。CMOS电路抗干扰能力为1.5～6V，可达到电源电压的45％且随电源电压的增高抗干扰能力也增强,而TTL电路的抗干扰能力为0.8V左右，为电源电压的16％。扇出系数大。CMOS电路由于输入阻抗极高扇出系数可达到50。但由于CMOS电路的负载是容性负载,负载数目的增加会导致传输时间上升、工作速度下降。温度稳定性好。TTL与非门及CMOS门电路实验9北航电工电子中心使用CMOS电路时注意问题：由于CMOS电路的输入阻抗高，容易感应较高电压，造成绝缘栅损坏，因此CMOS电路多余或临时不用的输入端不能悬空，可以把它们并联起来或直接接到高电平（与非门）或低电平（或非门）上。CMOS电源UDD接正极、USS接负极或地，绝对不能接反。CMOS的输入电压应在USS≤UI≤UDD范围内。CMOS电路内部一般都有保护电路，为使保护电路起作用，工作时应先开电源再加信号，关闭时应先关断信号源再关电源。TTL与非门及CMOS门电路实验10北航电工电子中心TTL与CMOS门电路的互连：UCC=+5V时，TTL及CMOS门电路的主要参数：参数74HCMOS74TTL74LSTTLUIH,min3.5V2.0V2.0VUIL,max1V0.8V0.8VUOH,min4.9V2.4V2.7VUOL,max0.1V0.4V0.4VIIH,max1.0μA40μA20μAIIL,max﹣1.0μA﹣1.6mA﹣400μAIOH,max﹣4.0mA﹣400μA﹣400μAIOL,max4.0mA16mA8mA表1TTL及CMOS门电路的主要参数TTL与非门及CMOS门电路实验11北航电工电子中心由表1可见，当采用﹢5V电源电压时，TTL与CMOS的电平基本上是兼容的。●当用CMOS驱动TTL时，CMOS的UOH,min=4.9V，而TTL的UIH,min=2.0V，CMOS的UOLmax=0.1V，而TTLUIL,max=0.8V。●当用TTL驱动CMOS时，TTL的UOL,max=0.4V，而CMOS的UIL,max=1.0V可以满足需求，但当TTL的UOH,min=2.4V时，CMOS的UIH,min=3.5V，在此种情况下TTL不能直接驱动CMOS，此时可在TTL输出端与电源之间接上拉电阻，如图7所示。TTL与CMOS门电路的互连：TTL与非门及CMOS门电路实验12北航电工电子中心电阻R的取值可根据下式决定：在忽略IIL,max情况下，其最小值mAVVIUUROLOLcc164.00.5max.max.min288)1(min.RCtccIHeUUmin.maxlnIHccccUUUCtR考虑CMOS的输入电容，来决定其最大值。假设COMS的输入电容为10Pf。图7上拉电阻RTTL与CMOS门电路的互连：TTL与非门及CMOS门电路实验13北航电工电子中心一般要求t≤500ns，则由上式可得Rmax=8.3KΩ。综合上述情况，通常R值取3.3KΩ～4.7KΩ。如果CMOS电源较高，当用TTL驱动CMOS电路时，TTL输出端仍可接上拉电阻，但需采用集成电极开路门电路，或采用电平移动电路来实现电平的转换。CMOS驱动TTL电路时可采用CD4049或CD4050缓冲器/电平转换器等器件作为接口电路实现电平转换。TTL与CMOS门电路的互连：TTL与非门及CMOS门电路实验14北航电工电子中心实验内容1.测试TTL与非门（74LS00）的主要参数。•带载、不带载的输出高电平UOH•带载、不带载的输出低电平UOL•输入短路电流IIS•扇出系数2.测试并绘制TTL与非门（74LS00）的电压传输特性。按图5（b）接好电路，输入500HZ锯齿波信号，用示波器X-Y方式观察电压传输特性，并用坐标纸绘出曲线，标出UOH、UOL、UON、UOFF，计算出△1和△0。TTL与非门及CMOS门电路实验15北航电工电子中心图8CMOS驱动TTL3.TTL与CMOS互连实验。•按图8接线，输入信号为100kHZ方波，用示波器分别观察UO1、UO2波形，并测出上升沿。•按图9接线，输入信号为100kHZ方波，用示波器分别观察UO1、UO2波形，并测出上升沿。图9TTL驱动CMOS实验内容TTL与非门及CMOS门电路实验16北航电工电子中心•用CD4007实现，画出接线图，将实验结果填入真值表中，并测出高、低电平值。•用CD4007实现，画出接线图，将实验结果填入真值表中。ABCFCBAF图10CD4007内部电路实验内容选作内容：4.CD4007实验：内部电路图见图10：TTL与非门及CMOS门电路实验17北航电工电子中心总结要求1.记录所测与非门的主要参数并与标准值比较。2.用坐标纸绘出所测与非门传输特性曲线，并标出UOH、UOL、UON、UOFF计算△1、△0。3.绘出实验3的UO1、UO2波形，测出上升沿，比较CMOS与TTL电路的工作速度。4.选作：列出用CD4007实现的与非、或非逻辑关系真值表。TTL与非门及CMOS门电路实验18北航电工电子中心注意事项1.实验前必须看清各集成芯片的管脚图。2.TTL与非门闲置输入端可接高电平，不能接低电平，输出端不能并联使用也不能接+5V电源或地。3.注意CMOS使用注意事项，闲置管脚必须接高电平（与非门）或低电平（或非门）。4.电源接通时，绝不允许插入或移去CMOS器件；电源未接通时，绝不允许施加输入信号。TTL与非门及CMOS门电路实验19北航电工电子中心总结要求1.记录所测与非门的主要参数并与标准值比较。2.用坐标纸绘出所测与非门传输特性曲线，并标出UOH、UOL、UON、UOFF计算△1、△0。3.绘出实验3的UO1、UO2波形，测出上升沿，比较CMOS与TTL电路的工作速度。4.选作：列出用CD4007实现的与非、或非逻辑关系真值表。注：下页补充材料TTL与非门及CMOS门电路实验20北航电工电子中心TTL/CMOS补充内容1LVTTL、LVCMOS1）3.3VTTLVCC=3.3VVOH=2.4VVOL=0.4VVIH=2VVIL=0.8V2）2.5VTTLVCC=2.5VVOH=2.0VVOL=0.2VVIH=1.7VVIL=0.7V3）3.3VCMOSVCC=3.3VVOH=3.2VVOL=0.1VVIH=2VVIL=0.7V4）2.5VCMOSVCC=2.5VVOH=2VVOL=0.1VVIH=1.7VVIL=0.7V相同电压的LVTTL和LVCMOS可以互相驱动，3.3V和2.5的两类芯片一般也可以互相驱动。CMOS使用注意：CMOS内部寄生有可控硅结构，当输入高于VCC0.7V以上，电流足够大时，可能引起闩锁效应，导致芯片的损坏。TTL与非门及CMOS门电路实验21北航电工电子中心TTL/CMOS补充内容（续）2LVDSlowvoltagedifferentialsignalingLVDS可达600M以上的速度，PCB要求较高，差分线要求严格等长，差最好不要超过0.25mm，100欧姆的匹配电阻离接收端距离不能超过12.7mm，最好控制在7.62mm以内。TTL与非门及CMOS门电路实验22北航电工电子中心电平转换的几种方法1用电阻分压当输入电压较高，需要转换为较低电压时可以考虑使用电阻分压，电路特别简单，成本也低。5V3.3V5K110KTTL与非门及CMOS门电路实验23北航电工电子中心电平转换的几种方法（续）2用三极管实现电平转换用三极管实现电平转换较为灵活，既可以降压，也可升压TTL与非门及CMOS门电路实验24北航电工电子中心电平转换的几种方法（续）3用光耦实现电平转换光耦有4大作用1）电平转换2）隔离3）整形4）驱动TTL与非门及CMOS门电路实验25北航电工电子中心电平转换的几种方法（续）4专用芯片1）CD4049（反向）、CD4050（同向）2）74LVC4245主要用于总线传输3）Max232RS232的电平转换芯片4）82C250CAN总线的电平转换芯片TheEnd