電路入門小常識：電路概念之——TTL與CMOS集成電路

集成電路(integrated circuit)是一種微型電子器件或部件。采用一定的工藝，把一個(gè)電路中所需的晶體管、二極管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起，制作在一小塊或幾小塊半導(dǎo)體晶片或介質(zhì)基片上，然后封裝在一個(gè)管殼內(nèi)，成為具有所需電路功能的微型結(jié)構(gòu);其中所有元件在結(jié)構(gòu)上已組成一個(gè)整體，使電子元件向著微小型化、低功耗和高可靠性方面邁進(jìn)了一大步。它在電路中用字母“IC”表示。集成電路發(fā)明者為杰克·基爾比(基于硅的集成電路)和羅伯特·諾伊思(基于鍺的集成電路)。當(dāng)今半導(dǎo)體工業(yè)大多數(shù)應(yīng)用的是基于硅的集成電路。目前應(yīng)用最廣泛的數(shù)字電路是TTL電路和CMOS電路。

1、TTL電路

TTL電路以雙極型晶體管為開關(guān)元件，所以又稱雙極型集成電路。雙極型數(shù)字集成電路是利用電子和空穴兩種不同極性的載流子進(jìn)行電傳導(dǎo)的器件。

它具有速度高(開關(guān)速度快)、驅(qū)動能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但其功耗較大，集成度相對較低。

根據(jù)應(yīng)用領(lǐng)域的不同，它分為54系列和74系列，前者為軍品，一般工業(yè)設(shè)備和消費(fèi)類電子產(chǎn)品多用后者。74系列數(shù)字集成電路是國際上通用的標(biāo)準(zhǔn)電路。其品種分為六大類：74××(標(biāo)準(zhǔn))、74S××(肖特基)、74LS××(低功耗肖特基)、74AS××(先進(jìn)肖特基)、74ALS××(先進(jìn)低功耗肖特基)、74F××(高速)、其邏輯功能完全相同。

2、 CMOS電路

MOS電路又稱場效應(yīng)集成電路，屬于單極型數(shù)字集成電路。單極型數(shù)字集成電路中只利用一種極性的載流子(電子或空穴)進(jìn)行電傳導(dǎo)。它的主要優(yōu)點(diǎn)是輸入阻抗高、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)且適合大規(guī)模集成。特別是其主導(dǎo)產(chǎn)品CMOS集成電路有著特殊的優(yōu)點(diǎn)，如靜態(tài)功耗幾乎為零，輸出邏輯電平可為VDD或VSS，上升和下降時(shí)間處于同數(shù)量級等，因而CMOS集成電路產(chǎn)品已成為集成電路的主流之一。

其品種包括4000系列的CMOS電路以及74系列的高速CMOS電路。其中74系列的高速CMOS電路又分為三大類：HC為CMOS工作電平;HCT為TTL工作電平(它可與74LS系列互換使用);HCU適用于無緩沖級的CMOS電路。74系列高速CMOS電路的邏輯功能和引腳排列與相應(yīng)的74LS系列的品種相同，工作速度也相當(dāng)高，功耗大為降低。74系列可以說是我們平時(shí)接觸的最多的芯片，74系列中分為很多種，而我們平時(shí)用得最多的應(yīng)該是以下幾種：74LS，74HC，74HCT這三種

輸入電平 輸出電平

74LS TTL電平 TTL電平

74HC COMS電平 COMS電平

74HCT TTL電平 COMS電平另外，隨著推出BiCMOS集成電路，它綜合了雙極和MOS集成電路的優(yōu)點(diǎn)，普通雙極型門電路的長處正在逐漸消失，一些曾經(jīng)占主導(dǎo)地位的TTL系列產(chǎn)品正在逐漸退出市場。CMOS門電路不斷改進(jìn)工藝，正朝著高速、低耗、大驅(qū)動能力、低電源電壓的方向發(fā)展。BiCMOS集成電路的輸入門電路采用CMOS工藝，其輸出端采用雙極型推拉式輸出方式，既具有CMOS的優(yōu)勢，又具有雙極型的長處，已成為集成門電路的新寵。

3、 CMOS集成電路的性能及特點(diǎn)

功耗低

CMOS集成電路采用場效應(yīng)管，且都是互補(bǔ)結(jié)構(gòu)，工作時(shí)兩個(gè)串聯(lián)的場效應(yīng)管總是處于一個(gè)管導(dǎo)通另一個(gè)管截止的狀態(tài)，電路靜態(tài)功耗理論上為零。實(shí)際上，由于存在漏電流，CMOS電路尚有微量靜態(tài)功耗。單個(gè)門電路的功耗典型值僅為20mW，動態(tài)功耗(在1MHz工作頻率時(shí))也僅為幾mW。

工作電壓范圍寬

CMOS集成電路供電簡單，供電電源體積小，基本上不需穩(wěn)壓。國產(chǎn)CC4000系列的集成電路，可在3~18V電壓下正常工作。

邏輯擺幅大

CMOS集成電路的邏輯高電平"1"、邏輯低電平"0"分別接近于電源高電位VDD及電源低電位VSS。當(dāng)VDD=15V，VSS=0V時(shí)，輸出邏輯擺幅近似15V。因此，CMOS集成電路的電壓利用系數(shù)在各類集成電路中指標(biāo)是較高的。

抗干擾能力強(qiáng)

CMOS