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如何實(shí)現(xiàn)TTL和CMOS之間的電平轉(zhuǎn)換

454398 ? 來源:網(wǎng)絡(luò)整理 ? 作者:佚名 ? 2019-11-08 10:51 ? 次閱讀

步驟1:TTL集成電路

如何實(shí)現(xiàn)TTL和CMOS之間的電平轉(zhuǎn)換

TTL IC - 雙極邏輯系列的成員 - 最初是在1960年代開發(fā)的并由晶體管制成,因此名為 Transistor-Transistor Level(TTL)器件。最初的產(chǎn)品線是74xx系列,后來被性能更好的TTL設(shè)備所取代,例如 74LSxx , 74ALSxx 和 74Fxx 系列。 LS是低功率肖特基,ALS是高級(jí)LS ,F(xiàn)是 Fast 。 TTL系列產(chǎn)品經(jīng)過了周到的改進(jìn),首先是74H,它提供了原始74xx系列速度的兩倍,但功耗卻超過了兩倍。接下來的改進(jìn)是74L,它增加了所有內(nèi)部電阻,導(dǎo)致功耗的凈改善,但增加了傳播延遲。

74S系列的一個(gè)關(guān)鍵改進(jìn)是將肖特基二極管放置在基極 - 集電極結(jié)點(diǎn)上晶體管電容效應(yīng)降低,速度提高了5倍,功耗增加了約2倍。上面提到的74LSxx線是從該系列中得出的,并且功耗降低了大約1/3。 74ALSxx進(jìn)一步提高了性能?;谛录夹g(shù)的74F系列減少了傳播延遲,甚至進(jìn)一步縮小了IC的尺寸。

步驟2:CMOS集成電路

有一種替代TTL IC大約在同一時(shí)間開發(fā),這些類型的IC被稱為CMOS(互補(bǔ)MOSFET),因?yàn)樗褪褂昧烁咦杩筂OSFET。 MOS電路的高阻抗大大降低了電路的功耗。這些CMOS系列被稱為4000系列,并具有4019和4027等名稱。

CMOS線還具有較寬的工作電壓范圍(3V至18V),并且對(duì)電壓的特定要求意味著HIGH和LOW,用于輸入和輸出到其他集成電路或數(shù)字電路(稍后將介紹)。 4000系列雖然能夠提供更大的功率要求,但卻比TTL產(chǎn)品要慢得多,并且特別容易受到靜電放電的影響,很容易被靜電損壞。

CMOS系列取得了一些進(jìn)展。 74Cxx系列與同名的TTL IC(即74138 = 74C138)引腳兼容。此外,后來又推出了74HC和74HCTxx系列的CMOS IC。這條高速CMOS(HC)線路也與TTL系列引腳兼容,但仍使用與之前CMOS電路相同的電壓供應(yīng)和邏輯電壓設(shè)置。 74HCTxx系列是高速CMOS,但與TTL對(duì)應(yīng)電壓兼容。最后,開發(fā)了“高級(jí)CMOS” 74ACxx系列,其處理速度可與74F TTL生產(chǎn)線相媲美。

今天,您選擇的主要依據(jù)是設(shè)計(jì)的可用性,成本和電壓要求。但是,如果您“混合和匹配” CMOS和TTL IC,則仍然存在兼容性問題,因?yàn)槊總€(gè)邏輯系列都定義了高電壓和低電壓,并且它們通常不兼容,只是重疊很小。這對(duì)我們意味著什么?我們可能會(huì)很幸運(yùn),但這沒有任何意義,但是對(duì)于我們大多數(shù)人來說,這意味著我們必須以某種方式進(jìn)行設(shè)計(jì),以在稱為“電壓電平轉(zhuǎn)換”的過程中匹配每個(gè)邏輯系列的邏輯電壓要求,或只是級(jí)別轉(zhuǎn)移。

第3步:?jiǎn)栴}定義:等級(jí)轉(zhuǎn)換

每個(gè)邏輯系列定義了它認(rèn)為高或低的適當(dāng)閾值。這個(gè)選擇有些武斷,他們確實(shí)做到了。通常,LOW是幅度為零到一伏的信號(hào)。 HIGH變化最大,是我們當(dāng)前電平轉(zhuǎn)換驚愕的原因。 TTL系列允許將2V - 5V的差值計(jì)為高電平,并將HIGH的輸出閾值定義為2.7V至5V。在CMOS系列中,想要定義HIGH的輸入必須在3.5V和5V之間。但是TTL只需要帶2.7V,差不多有幾伏特對(duì)TTL有效,對(duì)CMOS無效。這是一個(gè)TTL芯片想要發(fā)送高電平并在某個(gè)模糊范圍內(nèi)的某個(gè)地方,這個(gè)范圍對(duì)于CMOS HIGH無效但是對(duì)于TTL。

答案是電平轉(zhuǎn)換。這是主動(dòng)將信號(hào)電壓調(diào)低或調(diào)高以匹配目標(biāo)IC的行為。我發(fā)現(xiàn)最有用的是從3.3V信號(hào)轉(zhuǎn)換到5V。

步驟4:使用齊納二極管

對(duì)于從5V到3.3V的單向轉(zhuǎn)換,您不會(huì)像使用齊納二極管那樣獲得更簡(jiǎn)單,更直接(也更便宜)的解決方案。找到符合您的電壓要求的齊納二極管,兩個(gè)常見的是1N4733A(5.1V)和1N5226(3.3V)。您需要匹配您的功率;這些是0.5W二極管。通過在齊納二極管之前串聯(lián)一個(gè)負(fù)載電阻,并將齊納二極管接地,可以確保通過齊納二極管的電壓達(dá)到或略低于齊納二極管的齊納電壓(Vz)。齊納二極管。在下面的示例圖片中,您可以看到輸入5V信號(hào)輸出3.18V信號(hào)。

在第二個(gè)示例中,我在從10V降壓后“調(diào)節(jié)”5.1V。請(qǐng)勿將其與恒定電流/電壓調(diào)節(jié)相混淆。這最好用作幾乎沒有負(fù)載的信號(hào)。

步驟5:使用AT晶體管升壓電壓

當(dāng)你有一個(gè)3V高電平輸入并需要將其升壓到5V高電平輸入時(shí),沒有什么比使用晶體管的成本,簡(jiǎn)易性和簡(jiǎn)單性更好。我提供了使用晶體管的兩種不同電路,供您仔細(xì)閱讀。兩者都將升高3.3V至約5V。您可能想要使用電阻值來使您正在使用的晶體管達(dá)到完全飽和。請(qǐng)注意第二個(gè)示例中的分壓器網(wǎng)絡(luò)。我發(fā)現(xiàn)10k歐姆的電阻可以產(chǎn)生最接近5V的最佳值而不會(huì)過去。您的里程可能會(huì)有所不同。

第6步:電平轉(zhuǎn)換:逆變電路

這里的想法是使用以目標(biāo)電壓供電的IC作為信號(hào)幅度升高的源。在這種情況下,我使用了4069六角逆變器IC。您也可以使用74HC04或您選擇的一個(gè)。我使用兩個(gè)逆變器(這個(gè)IC中有六個(gè))來接收信號(hào)并將輸出升壓到IC的Vcc。選擇兩個(gè)反相器是沒有魔術(shù)的:它們反相,所以我希望HIGH輸入保持HIGH輸出而不是反相。

相同的想法可以應(yīng)用于八進(jìn)制和十六進(jìn)制行緩沖區(qū)而不必反相,這是如果您有多個(gè)來自MCU或其他邏輯系列IC的信號(hào)元素并且都應(yīng)用了相同的操作(即,所有信號(hào)元素都被上調(diào)或下調(diào)),則很有用。

步驟7:電平轉(zhuǎn)換:八路總線收發(fā)器

這里的想法與逆變器相同,只是我們沒有反轉(zhuǎn)信號(hào)。我們使用芯片電壓作為輸出的Vcc,因此您可以使用3.3V或5V為其供電,具體取決于您使用的芯片,輸出引腳將在該電壓下供電。換句話說,3.3V IN = 5V OUT,反之亦然。這里的一些IC選項(xiàng)是74 * 241,74 * 244,74 * 245。您也可以使用4050十六進(jìn)制同相緩沖器或您選擇的任何其他緩沖器。在我的例子中,我使用4050.

步驟8:專用IC:CD4504電平轉(zhuǎn)換器

此IC是用于TTL到CMOS和CMOS到CMOS的CMOS六角電壓電平轉(zhuǎn)換器。從數(shù)據(jù)表:

CD4504B十六進(jìn)制電壓電平轉(zhuǎn)換器由六個(gè)電路組成,這些電路將輸入信號(hào)從Vcc邏輯電平轉(zhuǎn)換到Vdd邏輯電平。要將TTL信號(hào)移至CMOS邏輯電平,SELECT輸入處于Vcc HIGH邏輯狀態(tài)。當(dāng)SELECT輸入處于LOW邏輯狀態(tài)時(shí),每個(gè)電路都會(huì)將信號(hào)從一個(gè)CMOS電平轉(zhuǎn)換為另一個(gè)CMOS電平。

請(qǐng)檢查下圖或檢查數(shù)據(jù)手冊(cè)中的引腳排列。基本上,您的待移位信號(hào)可能位于A IN 上,它將被移位并重新放回A OUT 。 B IN 和B OUT 等相同。

步驟9:專用IC:MAXIM MAX3390

使用較低功率的IC和具有較高功率VCC的VCC電源VL。

相應(yīng)地連接信號(hào):

IVL1至OVL1

IVL2至OVCC2

IVL3至OVCC3

IVL4至OVCC4

請(qǐng)記住,以“I”開頭的引腳“是要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的輸入信號(hào)。以字母“ O”開頭的引腳是經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換并準(zhǔn)備好讀取和/或使用的輸出信號(hào)。

步驟10:檢查

為自己嘗試一些這樣的電路,這樣下次你必須考慮混合CMOS和TTL時(shí),電平轉(zhuǎn)換信號(hào)的想法不會(huì)給你帶來麻煩。有時(shí)設(shè)計(jì)或經(jīng)濟(jì)學(xué)需要這種混合,現(xiàn)在混合這兩者不應(yīng)該是任何問題。

責(zé)任編輯:wv

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