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2,CMOS电平:
1逻辑电平电压接近于电源电压,0逻辑电平接近于0V。而且具有很宽的噪声容限。
3,电平转换电路:
因为TTL和COMS的高低电平的值不一样(ttl 5v<==>cmos 3.3v),所以互相连接时需要电平的转换:就是用两个电阻对电平分压,没有什么高深的东西。哈哈
4,OC门,即集电极开路门电路,OD门,即漏极开路门电路,必须外界上拉电阻和电源才能将开关电平作为高低电平用。否则它一般只作为开关大电压和大电流负载,所以又叫做驱动门电路。
5,TTL和COMS电路比较:
1)TTL电路是电流控制器件,而coms电路是电压控制器件。
2)TTL电路的速度快,传输延迟时间短(5-10ns),但是功耗大。COMS电路的速度慢,传输延迟时间长(25-50ns),但功耗低。COMS电路本身的功耗与输入信号的脉冲频率有关,频率越高,芯片集越热,这是正常现象。
TTL和CMOS的逻辑电平关系
图2-1:TTL和CMOS的逻辑电平图
上图为5V TTL逻辑电平、5V CMOS逻辑电平、LVTTL逻辑电平和LVCMOS逻辑电平的示意图。
5V TTL逻辑电平和5V CMOS逻辑电平是很通用的逻辑电平,注意他们的输入输出电平差别较大,在互连时要特别注意。
另外5V CMOS器件的逻辑电平参数与供电电压有一定关系,一般情况下,Voh≥Vcc-0.2V,Vih≥0.7Vcc;Vol≤0. 1V,Vil≤0.3Vcc;噪声容限较TTL电平高。
JEDEC组织在定义3. 3V的逻辑电平标准时,定义了LVTTL和LVCMOS逻辑电平标准。
LVTTL逻辑电平标准的输入输出电平与5V TTL逻辑电平标准的输入输出电平很接近,从而给它们之间的互连带来了方便。 LVTTL逻辑电平定义的工作电压范围是3.0-3.6V。
LVCM OS逻辑电平标准是从5V CMOS逻辑电平关注移植过来的,所以它的Vih、Vil和Voh、Vo l与工作电压有关,其值如上图所示。LVCMOS逻辑电平定义的工作电压范围是2.7-3.6V。 < br />5V的CMOS逻辑器件工作于3.3V时,其输入输出逻辑电平即为LVCMOS逻辑电平,它的Vih大约为0.7×VCC=2.31V左右,由于此电平与LVTTL的Vo h(2.4V)之间的电压差太小,使逻辑器件工作不稳定性增加,所以一般不推荐使用5V CMOS器件工作于3.3V电压的工作方式。由于相同的原因,使用LVCMOS输入电平参数的3.3V 逻辑器件也很少。
JEDEC组织为了加强在3.3V上各种逻辑器件的互连和3.3V 与5V逻辑器件的互连,在参考LVCMOS和LVTTL逻辑电平标准的基础上,又定义了一种标准,其名称即为3.3V逻辑电平标准,其参数如下:
图2-2:低电压逻辑电平标准
从上图可以看出,3.3V逻辑电平标准的参数其实和LVTTL逻辑电平标准的参数差别不大,只是它定义的Vol可以很低(0.2V),另外,它还定义了其Voh最高可以到VCC-0.2V,所以3.3V逻辑电平标准可以包容LVCMOS的输出电平。在实际使用当中,对LVTTL标准和3.3V逻辑电平标准并不太区分,某些地方用LVTTL电平标准来替代3. 3V逻辑电平标准,一般是可以的。
JEDEC组织还定义了2.5V逻辑电平标准,如上图所示。另外,还有一种2.5V CMOS逻辑电平标准,它与上图的2.5V逻辑电平标准差别不大,可兼容。
低电压的逻辑电平还有1.8V、1.5V、1.2V的逻辑电平。
、TTL和CMOS逻辑器件
逻辑器件的分类方法有很多,下面以逻辑器件的功能、工艺特点和逻辑电平等方法来进行简单描述。
:TTL和CMO S器件的功能分类
按功能进行划分,逻辑器件可以大概分为以下几类: 门电路和反相器、选择器、译码器、计数器、寄存器、触发器、锁存器、缓冲驱动器、收发器、总线开关、背板驱动器等。
1:门电路和反相器
逻辑门主要有与门74X08、与非门74X0 0、或门74X32、或非门74X02、异或门74X86、反相器74X04等。
2:选择器 选择器主要有2-1、4-1、8-1选择器74X157、74X153、74X151等。
3: 编/译码器
编/译码器主要有2/4、3/8和4/16译码器74X139、 74X138、74X154等。
4:计数器
计数器主要有同步计数器74 X161和异步计数器74X393等。
5:寄存器
寄存器主要有串-并移位寄存器74X164和并-串寄存器74X165等。
6:触发器
触发器主要有J-K触发器、带三态的D触发器74X374、不带三态的D触发器74X74、施密特触发器等。
7:锁存器
锁存器主要有D型锁存器74X373、寻址锁存器74X25 9等。
8:缓冲驱动器
缓冲驱动器主要有带反向的缓冲驱动器74X24 0和不带反向的缓冲驱动器74X244等。
9:收发器
收发器主要有寄存器收发器74X543、通用收发器74X245、总线收发器等。
10:总线开关 < br />总线开关主要包括总线交换和通用总线器件等。
11:背板驱动器
背板驱动器主要包括TTL或LVTTL电平与GTL/GTL+(GTLP)或BTL之间的电平转换器件。
:TTL和CMOS逻辑器件的工艺分类特点
按工艺特点进行划分,逻辑器件可以分为Bipolar、CMOS、BiCMOS等工艺,其中包括器件系列有:
Bi polar(双极)工艺的器件有: TTL、S、LS、AS、F、ALS。
CMOS工艺的器件有: HC、HCT、CD40000、ACL、FCT、LVC、LV、CBT、ALVC、AHC、AH CT、CBTLV、AVC、GTLP。
BiCMOS工艺的器件有: BCT、ABT、LVT、ALV T。
:TTL和CMOS逻辑器件的电平分类特点
TTL和CMOS的电平主要有以下几种:5VTTL、5VCMOS(Vih≥0.7*Vcc,Vil≤0.3*Vcc)、3. 3V电平、2.5V电平等。
5V的逻辑器件
5V器件包含TTL、S、LS、 ALS、AS、HCT、HC、BCT、74F、ACT、AC、AHCT、AHC、ABT等系列器件
3.3V及以下的逻辑器件
包含LV的和V 系列及AHC和AC系列,主要有L V、AHC、AC、ALB、LVC、ALVC、LVT等系列器件。
具体情况可以参考下图:
图3-1:TI公司的逻辑器件示例图
:包含特殊功能的逻辑器件
A.总线保持功能(Bus hold)
由内部反馈电路保持输入端最后的确定状态,防止因输入端浮空的不确定而导致器件振荡自激损坏;输入端无需外接上拉或下拉电阻,节省PCB空间,降低了器件成本开销和功耗,见图6-3。ABT、LVT、ALVC、ALVCH、 ALVTH、LVC、GTL系列器件有此功能。 命名特征为附加了“H& rdquo;如:74ABTH16244。
图3-2:总线保持功能图 图3-3:串行阻尼电阻图
B.串联阻尼电阻(series damping res istors)
输出端加入串联阻尼电阻可以限流,有助于降低信号上冲/下冲噪声,消除线路振铃,改善信号质量。如图6-4所示。具有此特征的ABT、LVC、LVT、ALVC系列器件在命名中加入了“2”或“R”以示区别,如ABT 162245,ALVCHR162245。对于单向驱动器件,串联电阻加在其输出端,命名如SN74LVC2244;对于双向的收发器件,串联电阻加在两边的输出端,命名如SN74LVCR224 5。
C.上电/掉电三态(PU3S,Power up/power down 3-state)
即热拔插性能。上电/掉电时器件输出端为三态,Vcc阀值为2.1V;应用于热拔插器件/板卡产品,确保拔插状态时输出数据的完整性。多数ABT、LVC、LVT、LVTH系列器件有此特征。
D.ABT 器件(Advanced BiCMOS Technology)
结合了CMOS器件(如HC/HCT、LV/LVC、ALVC、AHC/AHCT)的高输入阻抗特性和双极性器件(Bipolar,如TTL、LS、AS、ALS)输出驱动能力强的特点。包括ABT、L VT、ALVT等系列器件,应用于低电压,低静态功耗环境。
E.Vcc/GND对称分布
16位Widebus器件的重要特征,对称配置引脚,有利于改善噪声性能。AHC /AHCT、AVT、AC/ACT、CBT、LVT、ALVC、LVC、ALB系列 16位Widebus器件有此特征。
F.分离轨器件(Split-rail) < br />即双电源器件,具有两种电源输入引脚VccA和VccB,可分别接5V或3 .3V电源电压。如ALVC164245、LVC4245等,命名特征为附加了&ld quo;4”。
逻辑器件的使用指南
1:多余不用输入管脚的处理
在多数情况下,集成电路芯片的管脚不会全部被使用。例如74ABT16244系列器件最多可以使用16路I/O管脚,但实际上通常不会全部使用,这样就会存在悬空端子。所有数字逻辑器件的无用端子必须连接到一个高电平或低电平,以防止电流漂移(具有总线保持功能的器件无需处理不用输入管脚)。究竟上拉还是下拉由实际器件在何种方式下功耗最低确定。 244、16244经测试在接高电平时静态功耗较小,而接地时静态功耗较大,故建议其无用端子处理以通过电阻接电源为好,电阻值推荐为1~10K。
2:选择板内驱动器件的驱动能力,速度,不能盲目追求大驱动能力和高速的器件,应该选择能够满足设计要求,同时有一定的余量的器件,这样可以减少信号过冲,改善信号质量。 并且在设计时必须考虑信号匹配。
3:在对驱动能力和速度要求较高的场合,如高速总线型信号线,可使用ABT、LVT系列。板间接口选择ABT16244/2 45或LVTH16244/245,并在母板两端匹配,在不影响速度的条件下与母板接口尽量串阻,以抑制过冲、保护器件,典型电阻值为10- 200Ω左右,另外,也可以使用并接二级管来进行处理,效果也不错,如1N4148等(抗冲击较好)。 4:在总线达到产生传输线效应的长度后,应考虑对传输线进行匹配,一般采用的方式有始端匹配、终端匹配等。
始端匹配是在芯片的输出端串接电阻,目的是防止信号畸变和地弹反射,特别当总线要透过接插件时,尤其须做始端匹配。 内部带串联阻尼电阻的器件相当于始端匹配,由于其阻值固定,无法根据实际情况进行调整,在多数场合对于改善信号质量收效不大,故此不建议推荐使用。始端匹配推荐电阻值为10~51 Ω,在实际使用中可根据 IBIS模型模拟仿真确定其具体值。
由于终端匹配网络加重了总线负载,所以不应该因为匹配而使Buffer的实际驱动电流大于驱动器件所能提供的最大Source、 Sink电流值。
应选择正确的终端匹配网络,使总线即使在没有任何驱动源时,其线电压仍能保持在稳定的高电平。
5:要注意高速驱动器件的电源滤波。如ABT、L VT系列芯片在布线时,建议在芯片的四组电源引脚附近分别接0.1 μ或0.01 μ电容。 |
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