TTL和CMOS的比较-良许Linux教程网

TTL集成电路，全名为晶体管-晶体管逻辑门，是一种广泛应用的电子组件，其主要特点是采用5V的供电电压。该电路的输出电平分为两种：高电平和低电平。通常情况下，高电平的输出值应不低于2.4V，一般可达到3.5V；而低电平的输出值则应不高于0.4V。对于输入电平，要求高电平不低于2.0V，低电平不超过0.8V。

在TTL电路中，噪声容限是衡量电路抗干扰能力的一个重要参数，其计算方法是取高电平和低电平噪声容限中的较小值。具体来说，高电平噪声容限是输出高电平的最小值减去输入高电平的最小值，而低电平噪声容限则是输入低电平的最大值减去输出低电平的最大值。

随着技术的发展，传统的TTL电路在某些应用场景下的噪声容限和功耗表现并不理想。为此，开发出了低电压版本的TTL，即LVTTL。LVTTL有多个不同的电压等级，包括3.3V、2.5V等，这些低电压TTL不仅能够减少系统的功耗，提高电路的速度，还能在一定程度上提升噪声容限。例如，3.3V的LVTTL中，高电平输出不低于2.4V，低电平输出不超过0.4V；高电平输入不低于2V，而低电平输入不超过0.8V。而在2.5V的LVTTL中，这些参数分别为高电平输出不低于2.0V、低电平输出不超过0.2V、高电平输入不低于1.7V、低电平输入不超过0.7V。对于更低电压等级的LVTTL，虽然不太常见，但在高速芯片等特定应用中仍有其独特的价值。使用这些低电压TTL时，建议详细查阅相关芯片的技术手册，以确保正确应用。

2. CMOS

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
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。

CMOS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。

3.3V LVCMOS：Vcc：3.3V；VOH>=3.2V；VOL=2.0V；VIL

2.5V LVCMOS：Vcc：2.5V；VOH>=2V；VOL=1.7V；VIL

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：

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：

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；

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；

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；

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；

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）

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）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；

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；

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。

4. OC门与OD门

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。

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