逻辑IC芯片
本文章介绍了逻辑IC芯片分类、逻辑电平分类以及逻辑器件主要事项
透辑C用于连接不同的LS芯片和电路板,它们还用于对逻电路进行微小的修改和测整,例p增加信号驱动能力(即冲信号)、塑造信号波形、调整信号输出时序以及对系统进行较小的更改。
一、逻辑芯片分类
(1)功能分类
多个制造商都可以增供基本逻辑门作为行业标准IC,它们在功能和引脚上均兼容。 这些IC被称为标准逻辑IC,除了一些小封装之外,不同制造商的标准逻辑IC都采用引脚兼容的封装。具有相同功能编号的标准逻将IC提供系统的功能和引脚分配。
(2)制造工艺分类
标准逻辑IC根据其结构(即使用的制造工艺)分为以下具有不同电气特性的类型。目前最为常用的是就兼具低功耗和低成本特点的CMOS逻辑IC。
TTL (晶体管-晶体管逻辑)
- 最初被广泛用作标准逻辑IC的双极逻辑;
- 相比CMOS逻辑IC,提供更高的电流驱动能力和运行速度,但消耗更多的功率;
CMOS逻辑(CMOS: 互补MOSFET)
- 结合p沟道和n沟道MOSFET,实现比TTL更低的功耗;
- 最初比TTL慢,但由于精细的晶圆制造工艺,现在提供比TTL更高的运行速度;
BiCMOS逻辑(双极CMOS)
- 输入级和逻辑电路采用CMOS工艺以降低功耗,输出级采用双极晶体管以提高电流驱动能力;
- MOS双极组合制造工艺复杂,成本高;
(3)逻辑电平
二、逻辑电平
常用的逻辑电平有TTL和CMOS,是硬件数字电路设计中最常见的两种逻辑电平,LVTTL和LVCMOS是它们的低电平版本,其他的高速电平大多都衍生自 TTL和CMOS。
- 输入高电平 (Vih): 保证逻辑门的输入为高电平时所允许的最小输入高电平,当输入电平高于Vih时,则认为输入电平为高电平。
- 输入低电平(Vil):保证逻辑门的输入为低电平时所允许的最大输入低电平,当输入电平低于Vil时,则认为输入电平为低电平。
- 输出高电平 (Voh):保证逻辑门的输出为高电平时的输出电平的最小值,逻辑门的输出为高电平时的电平值都必须大于此Voh。
- 输出低电平(Vol):保证逻辑门的输出为低电平时的输出电平的最大值,逻辑门的输出为低电平时的电平值都必须小于此Vol。
- 阀值电平(Vt): 数字电路芯片都存在一个值电平,就是电路刚刚勉强能翻转动作时的电平。它是一个界于Vil、Vih之间的电压值,对于CMOS电路的阅值电平,基本上是二分之一的电源电压值,但要保证稳定的输出,则必须要求输入高电平> Vih,输入低电平<Vil,而如果输入电平在阙值上下,也就是Vil~Vih这个区域,电路的输出会处于不稳定状态。 对于一般的逻辑电平,以上参数的关系如下: Voh > Vih > V Vi > Vol。
- loh: 逻辑门输出为高电平时的负载电流 (为拉电流)。
- lol:逻辑门输出为低电平时的负载电流(为灌电流)。
- lih: 逻辑门输入为高电平时的电流 (为灌电流)。
- lil:逻辑门输入为低电平时的电流 (为拉电流)。
门电路输出极在集成单元内不接负载电阻而直接引出作为输出端,这种形式的门称为开路门。开路的TTL、CMOS、ECL门分别称为集电极开路(OC)、漏极开路(OD)、发射极开路(OE) ,使用时应审查是否接上拉电阻(OC、OD门) 或下拉电阻(OE门),以及电阻阻值是否合适。对于集电极开路(OC)门,其上拉电阻阻值RL应满足下面条件:
- RL< (VCC-Voh)/(n*loh+m*lih)拉电流尽可能大;
- RL> (VCC-Vol) /(lol+m*lil)灌电流尽可能小;
其中n:线与的开路门数;m:被驱动的输入端数。
两个逻辑器件互连条件
条件一:发送方Voh大于接收方Vih。
条件二:发送方Vol小于接收方Vil。
上表中打钩(√)的表示逻辑电平直接互连没有问题,打星号()的表示要做特别处理。
三、逻辑器件主要事项
1、与或非门和三态输出逻辑器件不能直接线与在一起,电路会发生短路。
当上方推挽的NMOS导通,PMOS截止,连接到电源;下方推挽的NMOS截止,PMOS导通连接到地,如果两路推挽电路输出线与造成短路,烧毁芯片。逻辑芯片正确线与方式:输入与输出都并联。
2、未使用的逻辑器件引脚不能浮空
通常而言,所有未使用的输入端都应连接到Vcc或GND。由于CMOS逻辑具有非常高的输入阻抗,任何开放的输入端都可能由于周围电场的影响而导致错误的输出值。此外,直通电流可能会在Vcc和GND的中点流动,从而导致电流增加,并且在最坏的情况下会导致器件损坏。除非数据手册中另有说明,否则所有不具有总线保持能力的输入端。都要接上下拉。
3、在输入端并联钳位二极管
在输入侧插入二极管以进行ESD防护。如果施加的电压高于Vcc或IC关断时施加电压,则输入端和电源之间的二极管可能会导通。在本例中,IC可能会被产生的大电流破坏。通过使用具有输入容限功能的IC,即输入端和电源之间无二极管的IC,可以防止器件损坏。
4、局部掉电功能设计时,注意不同模块之间漏电流
两模块之间存在连接,当VCC1模块断电,VCC2模块工作,VCC2的电流可能会跑到VCC1模块,VCC2的电流通过VCC1模块的二极管进入VCC1电源,从而造成VCC1电源被污染,造成部分功能出错。
为降低功耗,具有两个电压范围(V和V2)的系统可以提供局部掉电模式,在该模式下,其中由Vcc1运行的子系统将被关团。假设在电压范围Vcc1使用74VHC系列。74VHC系列在输出端和电源之间有一个非预期的生二极管,因此,当Vcc2>Vcc1,该生二极管导通,在这种情况下,可能被产生的大电流破坏。使用既没有输入也没有输出生二极管的IC(如74VHCT74LCX74VCX系列)可以防止件损坏,这些系列报供掉电保护。
5、开关噪声:信号反射\振铃现象,过冲,下冲,回沟现象
降低开关噪声的对策:
(1)分别增加和减小Vcc和GND钱的宽度和长度,以减小它们的电感
(2)将旁路电容器放置在CMOS逻辑IC的Vcc和GND引脚之间并尽可能使其靠近(参见下图)。
(3)在门输出端添加一个阻尼电阻器.
(4)未使用的门输入端应连接到Vc或GND。
6、注意IC芯片输入最小驱动电流
总线保持电路具有以下两个电气特性:
- 1)输出:总线保持电流指可供给器件或总线的最小电流;
- 2) 输入:改变总线保持电路中保持的状态所需的最小过驱动电流。
- 3.6V拉电流与灌电流都需要500uA才能完成芯片逻辑电平翻转。
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