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3.6 逻辑门电路使用中的几个实际问题
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3.6 逻辑门电路使用中的几个实际问题
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历史上的今天
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逻辑门电路使用中的几个实际问题
逻辑门电路使用中的几个实际问题
　　以上讨论了几种逻辑门电路特别是重点地讨论了 TTL和CMOS两种电路。在具体的应用中可以根据要求来选用何种器件。器件的主要技术参数有传输延迟时间、功耗、噪声容限，带负载能力等，据此可以正确地选用一种器件或两种器件混用。下面对几个实际问题，如不同门电路之间的接口技术，门电路与负载之间的匹配等进行讨论。
一、各种门电路之间的接口问题
　　在数字电路或系统的设计中，往往由于工作速度或者功耗指标的要求，需要采用多种逻辑器件混合使用 ，例如，TTL和CMOS两种器件都要使用。由前面几节的讨论已知，每种器件的电压和电流参数各不相同，因而需要采用接口电路，一般需要考虑下面三个条件： 　　1.驱动器件必须能对负载器件提供灌电流最大值。　　2.驱动器件必须对负载器件提供足够大的拉电流。　　3.驱动器件的输出电压必须处在负载器件所要求的输入电压范围，包括高。低电压值。　　其中条件１和２，属于门电路的扇出数问题，已在第四节作过详细的分析。条件３属于电压兼容性的问题。其余如噪声容限、输入和输出电容以及开关速度等参数在某些设计中也必须予以考虑。　　下面分别就CMOS门驱动TTL 门或者相反的两种情况的接口问题进行分析。
1.CMOS门驱动TTL门
　　在这种情况下，只要两者的电压参数兼容，不需另加接口电路，仅按电流大小计算出扇出数即可。　　下图表示CMOS门驱动TTL门的简单电路 。当CMOS门的输出为高电平时，它为TTL负载提供拉电流，反之则提供灌电流。
例2.9.1——74HC00与非门电路用来驱动一个基本的TTL反相器和六个74LS门电路。试验算此时的CMOS门电路是否过载？解：　　（1）查相关手册得接口参数如下：一个基本的TTL门电路，IIL＝1.6mA，六个74LS门的输入电流IIL＝6×0.4mA＝2.4mA。总的输入电流IIL(total)＝1.6mA＋2.4mA＝4mA。　　（2）因74HC00门电路的IOL＝IIL＝4mA，所驱动的TTL门电路未过载。
2. TTL门驱动CMOS门
　　此时TTL为驱动器件，CMOS为负载器件。由手册可知，当TTL输入为低电平时 ，它的输出电压参数与CMOS HC的输入电压参数是不兼容的。例如，LSTTL的VOH(min)为2.7V，而HC CMOS的VIH(min)为3.5V。为了克服这一矛盾，常采用如上图所示的接口措施。由图可知，用上拉电阻Rp接到VDD可将TTL的输出高电平电压升到约5V，上拉电阻的值取决于负载器件的数目以及TTL和CMOS的电流参数。　　当TTL驱动CMO——HCT时，由于电压参数兼容 ，不需另加接口电路。基于这一情况，在数字电路设计中 ，也常用CMOS——HCT当作接口器件，以免除上拉电阻。
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逻辑门电路使用中的几个实际问题 3.6.1
各种门电路之间的接口问题 3.6.2
门电路带负载时的接口问题 1)驱动器件的输出电压必须处在负载器件所要求的输入电压范围，包括高、低电压值（属于电压兼容性的问题）。 在数字电路或系统的设计中，往往将TTL和CMOS两种器件混合使用，以满足工作速度或者功耗指标的要求。由于每种器件的电压和电流参数各不相同，因而在这两种器件连接时，要满足驱动器件和负载器件以下两个条件： 2)驱动器件必须对负载器件提供足够大的拉电流和灌电流（属于门电路的扇出数问题）； 3.6.1
各种门电路之间的接口问题 v O v I 驱动门
V OH ( min ) v O
V OL ( max )
V IH ( min ) V IL ( max )
负载器件所要求的输入电压 VOH(min)
VIH(min) VOL(max)
VIL(max) 灌电流 IIL IOL IIL 拉电流 IIH IOH IIH 1 0 1 1 1 … 1 n个 0 1 1 1 0 … 1 n个 对负载器件提供足够大的拉电流和灌电流
IIH(total) IOL(max)
IIL(total) 驱动电路必须能为负载电路提供足够的驱动电流
负载电路 1、）VOH(min)
VIH(min) 2、）VOL(max)
VIL(max) 4、）IOL(max)
IIL(total) 驱动电路必须能为负载电路提供合乎相应标准的高、低电平
IIH(total) 3、） 2、 CMOS门驱动TTL门 VOH（min)=4.9V
VOL(max) =0.1V TTL门（74系列）：
VIL(max )=
0.8V IOH（max)=-0.51mA IIH（max)=20?A VOH(min)
VIH(min) VOL(max)
VIL(max) 带拉电流负载 输出、输入电压 带灌电流负载? CMOS门(4000系列）： IOL（max)=0.51mA IIL（max)=-0.4mA， IOH(max) ≥
IIH(total) 例
用一个74HC00与非门电路驱动一个74系列TTL反相器和六个74LS系列逻辑门电路。试验算此时的CMOS门电路是否过载？ VOH（min)=3.84V，
VOL(max) =0.33V IOH（max)=-4mA IOL（max)=4mA
74HC00： IIH（max)=004mA IIL（max)=1.6mA 74系列： VIH（min)=2V，
VIL(max) =0.8V & 1 1 1 … CMOS门 74系列 74LS系列 74LS系列 IIL（max)=-0.4mA， IIH（max)=0.02mA， VOH(min)
VIH(min) VOL(max)
VIL(max) 总的输入电流IIL(total)=1.6mA+6?0.4mA=4mA 灌电流情况
拉电流情况
IOH(max)=4mA 74系列反相器:
IIH(max)=0.04mA 74LS门：
IIH(max)=0.02mA 总的输入电流 IIH(total)=0.04mA+6?0.02mA=0.16mA
IOL(max)=4mA 74系列反相器:
IIL(max)=1.6mA 74LS门：
IIL(max)=0.4mA 驱动电路能为负载电路提供足够的驱动电流 & 1 1 1 … CMOS门
74系列 74LS系列 3. TTL门驱动CMOS门(如74HC ） VOH(min)=2.7V
VIH(min)为3.5V TTL（74LS
CMOS（74HC）： 式2、3、4、都能满足，但式1 VOH(min)
≥VIH(min)不满足 （ IO ：TTL输出级T3截止管的漏电流）
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