TTL和CMOS的区别

mellifluous

1. TTL

TTL集成电路的主要形式为晶体管-晶体管逻辑门(Transistor-Transistor Logic gate)，TTL大部分采用5V电源。

输出高电平Uoh和输出低电平Uol
' ~7 Q  P7 D6 W& M1 p     UOH ≥ 2.4V,   UOL ≤ 0.4V
9 _" u& ~8 ~, T& j0 o' h     在室温下，一般输出高电平为3.5V
! L% E4 t& j: R. y2 R& B' r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

7 \8 p$ G, h7 a3 x( z

因为2.4V与5V之间还有很大空闲，对改善噪声容限并没什么好处，又会白白增大系统功耗，还会影响速度。所以后来就把一部分“砍”掉了。也就是后面的LVTTL。
! E" R3 u+ j! q! N# b' n　　LVTTL又分3.3V、2.5V以及更低电压的LVTTL(LowVoltage TTL)。

) |' f& @- t1 R6 s5 a9 \

　　   3.3V LVTTL：Vcc：3.3V；VOH>=2.4V；VOL<=0.4V；VIH>=2V；VIL<=0.8V。

9 ^4 l, C0 W) N  x; e
8 P  p. H0 O( D1 O3 r0 d  ]( e. [

　　   2.5V LVTTL：Vcc：2.5V；VOH>=2.0V；VOL<=0.2V；VIH>=1.7V；VIL<=0.7V。
3 `4 Z$ x% N% s+ E; A1 Q3 a　　更低的LVTTL不常用。多用在处理器等高速芯片，使用时查看芯片手册就OK了。      

6 I. P/ x9 I  D/ Z6 T
! U( j' _* k+ }: T8 o3 `3 m2 e2. CMOS
  t% i  M; f4 D2 v$ W8 D
$ G  L4 \" ?% O$ \' l) v  f: Q

CMOS电路是PMOS+NMOS，场效应管结构电压控制器件，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# p4 J- o9 g8 c6 _& f$ V
6 V/ i) B: d- l0 V; w     UIh ≥ 0.7VCC,   UIL ≤ 0.3VCC   (VCC为电源电压，GND为地)
3 M$ j8 m9 e8 i5 Q4 E  t# L从上面可以看出:
) Q- K" n9 d' a/ `7 i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。

) O8 }# k7 u# ~3 }. A- K/ V' PCMOS相对TTL有了更大的噪声容限，输入阻抗远大于TTL输入阻抗。为了与3.3V LVTTL直接互相驱动，出现了LVCMOS。　　　　
9 b# m- i+ s( \. N      3.3V LVCMOS：Vcc：3.3V；VOH>=3.2V；VOL<=0.1V；VIH>=2.0V；VIL<=0.7V。% y/ M/ d9 |; x& K) ]4 [
/ Q; e- [0 z$ T　　2.5V LVCMOS：Vcc：2.5V；VOH>=2V；VOL<=0.1V；VIH>=1.7V；VIL<=0.7V。; y' b: p, t4 i
3. TTL 与 COMS
  r2 ~# Z7 T& a$ U& g3 S9 z: @- S% {% G( n3 h6 T, [, N
5 F- E" ^) L+ d4 T( F

TTL电路是电流控制器件，而CMOS电路是电压控制器件。

0 k! _, |9 c* A9 z2 [, M' _8 g

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。

) \! g. f- j) {9 ?
' f7 N6 w. w. W& }. f

8 u8 H4 T/ V6 k1 @% @0 G8 r7 V1 r
! r! M/ J# {8 s4 t

COMS电路的使用注意事项

9 E" y- W: ]* L! S) x7 [

1）COMS电路是电压控制器件，它的输入阻抗很大，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，给它一个固定的电平。

2）COMS电路的闩锁效应：

9 f1 j% e1 S5 \
" ]& ]0 |. o: k# Y$ J0 s# s

CMOS结构内部寄生有可控硅结构，当输入或输入管脚高于VCC一定值(比如一些芯片是0.7V)时，电流足够大的话，内部电流急剧增大，除非切断电源，电流一直在增大（寄生的三极管处于正偏状态），引起闩锁效应，导致芯片的烧毁。当产生锁定效应时，COMS的内部电流能达到40mA以上，很容易烧毁芯片；

    防御措施：

  [  o' p! x3 o" C* C( I! ^

               a.在输入端和输出端加钳位电路，使输入和输出不超过不超过规定电压；

" h& L% k7 N, }# y
" f) {$ K3 n8 `; k9 k

               b.芯片的电源输入端加去耦电路，防止VDD端出现瞬间的高压；

5 }! B- S3 {! T" o& I

               c.在VDD和外电源之间加限流电阻，即使有大的电流也不让它进去；

               d.当系统由几个电源分别供电时，开关要按下列顺序：开启时，先开启COMS电路的电源，再开启输入信号和负载的电源；关闭时，先关闭输入信号和负载的电源，再关闭COMS电路电源；

7 Z4 v: @9 o" ]% P6 ?
& x, U/ V0 v, }+ p7 V1 I* F  m

3）由于TTL器件内部输入保护电路中的钳位二极管电流容量有限，一般为1mA，因此输入端接低内阻的信号源时，在输入端和信号源之间要串联限流电阻，

限制

输入的电流在1mA之内；

8 y, W3 C: g' a8 l8 K/ F( b

4）当接长信号传输线时，在COMS电路端接匹配电阻；

5）当输入端接大电容时，应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；

6）COMS的输入电流超过1mA，就有可能烧坏COMS。（所以上拉一般是10k）

& O0 j) W8 P2 a1 a

/ B2 W/ A9 l$ c, e+ h" w' v
+ L: ^! a% w! X( BTTL门电路中输入端负载特性(输入端带电阻特殊情况的处理)：
) B0 Q" [, Z9 M7 I" I( x

1）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；

8 V! s! J. F- y* ~. K

2）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；

) _" U) @5 Y7 r4 c5 u
6 Z6 j" Y& }8 V

3）TTL门电路的输入端通过一电阻接地，当该电阻小于1KΩ时，该输入端相当于接低电平；当该电阻大于几KΩ时，该输入端相当于接高电平。

' c) H; ]. j) l2 k' S. s' D4. OC门与OD门
9 B  N) O% Q; N# V# `! ^2 b" r7 U/ q
. @% B6 x1 B1 a

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。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。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。

( x  Z3 A! k1 b, \0 N1 u