TTL与CMOS电路详解及互连策略

本文主要介绍了电路中的两种基本逻辑门电路——TTL（晶体管-晶体管逻辑）和CMOS（互补金属氧化物半导体）的概念，以及它们的关键特性，包括输出和输入电平标准，以及在实际应用中如何处理两者间的兼容问题。 一、TTL电路 TTL电路是以晶体管作为基本元件的逻辑门电路，通常使用5V电源。其关键特点如下： 1. 输出电平：TTL电路的输出高电平Uoh至少为2.4V，输出低电平Uol不超过0.4V。 2. 输入电平：TTL电路认为输入高电平Uih高于2.0V，输入低电平Uil低于0.8V。 二、CMOS电路 CMOS电路是电压控制型器件，具有极高的输入电阻，对干扰信号敏感，所以未使用的输入端应连接到地或电源。CMOS电路的优点在于其宽广的噪声容限和极小的静态功耗。 1. 输出电平：CMOS电路的输出高电平Uoh接近电源电压VCC，输出低电平Uol接近地电平GND。 2. 输入电平：CMOS电路要求输入高电平Uih大于0.7VCC，输入低电平Uil小于0.2VCC。 TTL和CMOS之间的兼容性： - 在5V电源下，CMOS电路的输出电平可直接驱动TTL电路，因为CMOS的高电平高于TTL的最低输入高电平要求，而低电平低于TTL的最高输入低电平。 - 反之，TTL电路不能直接驱动CMOS，因为TTL的高电平可能在2.4V至3.5V之间，这在CMOS看来可能不足以识别为高电平。但TTL的低电平满足CMOS的输入低电平要求。 - 解决不同电源电压兼容性问题，可以采用更换芯片类型（如74HCT）、添加电压转换芯片，或设置单片机I/O口为开漏并加上拉电阻等方法。 三、74系列芯片 74系列是广泛应用的数字集成电路系列，其中74LS、74HC、74HCT是常见的三种类型，它们的电平兼容性如下： - 74LS：使用TTL电平，输入和输出均为TTL电平。 - 74HC：使用CMOS工艺，输入和输出均为CMOS电平。 - 74HCT：兼容TTL和CMOS，输入接受TTL电平，输出为CMOS电平。 总结： TTL和CMOS电路各有优缺点，TTL速度快但功耗大，CMOS功耗低但速度相对较慢。在设计电路时，需要考虑它们之间的电平兼容性，确保信号能正确传输。通过选择合适的74系列芯片或采取适当的转换措施，可以实现不同类型的逻辑电路之间的有效连接。