TTL与非门及CMOS门电路.ppt

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。,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,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。,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IIS 1.6mA ， 测试IIS的电路见图3。,图3 短路电流IIS测试电路,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。,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）。,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0.010.1W。 允许电源电压有较大波动。CMOS电路的电源电压范围为315V，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1.56V，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。,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。,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：,表1 TTL及CMOS门电路的主要参数,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 = 2.0 V，CMOS的 UOLmax = 0.1 V，而TTL UIL,max = 0.8 V。 当用TTL驱动CMOS时，TTL的UOL,max = 0.4 V，而CMOS的UIL,max = 1.0 V可以满足需求，但当TTL的 UOH,min =2.4 V时，CMOS的UIH,min = 3.5 V，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：,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,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R,TTL与CMOS门电路的互连：,13,北航电工电子中心,一般要求t 500ns，则由上式可得 Rmax = 8.3K。 综合上述情况，通常R值取3.3 K4.7 K。 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：,14,北航电工电子中心,实验内容,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 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。,15,北航电工电子中心,图 8 CMOS驱动TTL,3.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 9 TTL驱动CMOS,实验内容,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。,图10 CD4007内部电路,实验内容,选作内容： 4. CD4007实验： 内部电路图见图10：,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。,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。,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,20,北航电工电子中心,TTL/CMOS 补充内容,1 LVTTL、LVCMOS 1）3.3V TTL VCC=3.3V VOH=2.4V VOL=2V VIL=2.0V VOL=1.7V VIL=3.2V VOL=2V VIL=2V VOL=1.7V VIL=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VCC 0.7V 以上，电流足够大时，可能引起闩锁效应，导致芯片的损坏。,21,北航电工电子中心,TTL/CMOS 补充内容（续）,2 LVDS low voltage differential signaling LVDS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。,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。,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,24,北航电工电子