TTL 与 CMOS

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1. TTL

TTL集成电路的主要型式为晶体管-晶体管逻辑门(Transistor-Transistor Logic gate)，TTL采用5V电源。

输出高电平Uoh和输出低电平Uol
     UOH ≥ 2.4V,   UOL ≤ 0.4V
     在室温下，一般输出高电平为3.5V
输入高电平Uih和输入低电平Uil
     UIH ≥ 2.0V,    UIL ≤ 0.8V
噪声容限0.4V
      噪声容限计算：噪声容限=min{高电平噪声容限，低电平噪声容限}
      高电平噪声容限=最小输出高电平电压-最小输入高电平电压
      低电平噪声容限=最大输入低电平电压-最大输出低电平电压

2. CMOS

CMOS电路是电压控制器件，输入电阻极大，对于干扰信号十分敏感，因此不用的输入端不应开路，接到地或者电源上。CMOS电路的优点是噪声容限较宽，静态功耗很小。CMOS采用5~15V电源, 另外, 只有 4000 系列的 CMOS 器件可以工作在15V电源下, 74HC, 74HCT 等都只能工作在 5V电源下, 现在已经有工作在 3V和 2.5V电源下的 CMOS 逻辑电路芯片了.

输出高电平Uoh和输出低电平Uol
     UOH ≈ VCC,       UOL ≈ GND
输入高电平Uih和输入低电平Uil
     UIh ≥ 0.7VCC,   UIL ≤ 0.3VCC   (VCC为电源电压，GND为地)
从上面可以看出:
在同样5V电源电压情况下，COMS电路可以直接驱动TTL，因为CMOS的输出高电平VCC=5V大于2.0V,输出低电平GND=0V小于0.8V；而TTL电路则不能直接驱动CMOS电路，TTL的输出高电平为大于2.4V，如果落在2.4V～3.5V之间，则CMOS电路就不能检测到高电平，低电平小于0.4V满足要求，所以在TTL电路驱动COMS电路时需要加上拉电阻。如果出现不同电压电源的情况，也可以通过上面的方法进行判断

3. TTL 与 COMS

TTL电路是电流控制器件，而CMOS电路是电压控制器件。

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。

COMS电路的使用注意事项

1) COMS电路时电压控制器件，它的输入总抗很大，对干扰信号的捕捉能力很强。所以，不用的管脚不要悬空，要接上拉电阻或者下拉电阻，给它一个恒定的电平。
2) 输入端接低内阻的信号源时，要在输入端和信号源之间要串联限流电阻，使输入的电流限制在1mA之内。
3) 当接长信号传输线时，在COMS电路端接匹配电阻。
4) 当输入端接大电容时，应该在输入端和电容间接保护电阻。电阻值为R=V0/1mA.V0是外界电容上的电压。
5) COMS的输入电流超过1mA，就有可能烧坏COMS。

TTL门电路中输入端负载特性(输入端带电阻特殊情况的处理)：
1)悬空时相当于输入端接高电平。因为这时可以看作是输入端接一个无穷大的电阻。
2)在门电路输入端串联10K电阻后再输入低电平，输入端出呈现的是高电平而不是低电平。因为由TTL门电路的输入端负载特性可知，只有在输入端接的串联电阻小于910欧 时，它输入来的低电平信号才能被门电路识别出来，串联电阻再大的话输入端就一直呈现高电平。这个一定要注意。COMS门电路就不用考虑这些了。

4. OC门与OD门

OC（Open Collector）门，即集电极开路门电路(Open Collector)；OD(Open Drain)门，即漏极开路门电路。必须外接上拉电阻和电源才能将开关电平作为高低电平用。

TTL电路有集电极开路OC门，MOS管也有和集电极对应的漏极开路的OD门，它的输出就叫做开漏输出。OC门在截止时有漏电流输出，那就是漏电流，为什么有漏电流呢?那是因为当三极管截止的时候，它的基极电流约等于0，但是并不是真正的为0，经过三极管的集电极的电流也就不是真正的 0，而是约0。而这个就是漏电流。

开漏输出：OC门的输出就是开漏输出;OD门的输出也是开漏输出。它可以吸收很大的电流，但是不能向外输出的电流。所以，为了能输入和输出电流，它使用的时候要跟电源和上拉电阻一齐用。OD门一般作为输出缓冲/驱动器、电平转换器以及满足吸收大负载电流的需要。

为什么引入OC门?
实际使用中,有时需要两个或两个以上与非门的输出端连接在同一条导线上，将这些与非门上的数据(状态电平)用同一条导线输送出去。因此，需要一种新的与非门电路–OC门来实现“线与逻辑”。

5. 混用时注意事项

1. TTL电平器件可以直驱3.3V CMOS电平器件，反之亦然。

2. 5.5V CMOS可以直驱TTL电路，而TTL驱动5V CMOS时需加上拉电阻。

解释：

TTL输出级使用NOT电路，如下图所示：

当A=L时，Q1导通 =》 Q2截止 =》Q3导通，Q4截止 =》 Y = H ，电压相当于Vcc - VR3 - VQ3 - VD2 ≥ 2.4V(TTL标准)

当A=H时，Q1截止 =》 Q2导通 =》Q3截止，Q4导通 =》 Y = L ，电压相当于VQ4

若在输出端加入上拉电阻，输出为高时Q3、D2均截止输出电平为接近VCC，如下图：