TTL和CMOS的比较

一．TTL定义

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

    输出高电平>2.4V,输出低电平<0.4V。在室温下，一般输出高电平是3.5V，输出低电平是0.2V。最小输入高电平和低电平：输入高电平>=2.0V，输入低电平<=0.8V，噪声容限是0.4V。

　　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。
　　LVTTL又分3.3V、2.5V以及更低电压的LVTTL(LowVoltage TTL)。

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

　　   2.5V LVTTL：Vcc：2.5V；VOH>=2.0V；VOL<=0.2V；VIH>=1.7V；VIL<=0.7V。
　　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。            

二．CMOS定义

　  ComplementaryMetal Oxide Semiconductor   PMOS+NMOS，场效应管结构。
　　Vcc：5V；VOH>=4.45V；VOL<=0.5V；VIH>=3.5V；VIL<=1.5V。
　　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。　　　　

      3.3VLVCMOS：Vcc：3.3V；VOH>=3.2V；VOL<=0.1V；VIH>=2.0V；VIL<=0.7V。

　　　2.5V LVCMOS：Vcc：2.5V；VOH>=2V；VOL<=0.1V；VIH>=1.7V；VIL<=0.7V。

三、二者的互连

    因为TTL和COMS的高低电平的值不一样，所以互相连接时需要电平的转换：就是用两个电阻对电平分压，没有什么高深的东西。

    在同样5V电源电压情况下，COMS电路可以直接驱动TTL，因为CMOS的输出高电平大于2.0V,输出低电平小于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。

    而对于LVTTL和LVCOMS,对比可见3.3V LVCMOS可以和3.3V LVTTL或者5V TTL直接互连，2.5V LVCMOS也可以和2.5V LVTTL直接互连。

    如果电路中出现3.3V COMS电路驱动5V CMOS电路的情况，如3.3V单片机去驱动74HC,这种情况有以下几种方法解决，最简单的就是直接将74HC换成74HCT的芯片。因为3.3V CMOS 可以直接驱动5V的TTL电路；或者加电压转换芯片；还有就是把单片机的I/O口设为开漏，然后加上拉电阻到5V，这种情况下得根据实际情况调整电阻的大小，以保证信号的上升沿时间。

四．74系列命名规则

    74系列可以说是我们平时接触的最多的芯片，74系列中分为很多种，而我们平时用得最多的应该是以下几种：74LS，74HC，74HCT这三种，这三种系列在电平方面的区别如下：

    名称                输入电平                  输出电平

    74LS                TTL电平                    TTL电平

    74HC                COMS电平                   COMS电平

    74HCT               TTL电平                    COMS电平

五、TTL和COMS电路比较

     1）TTL电路是电流控制器件，而CMOS电路是电压控制器件。

     2）TTL电路的速度快，传输延迟时间短(5-10ns)，但是功耗大，过冲大。（为什么？）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。

六、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，使输入的电流限制在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。）

七、TTL门电路的输入负载特性  

     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。

八、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。