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信号转换


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数字集成电路的分类

按照开关元件的不同，数字集成电路可以分为两大类：一类是双极型集成电路，采用晶体管作为开关元件，管内参与导电的有电子和空穴两种极性的载流子。另一类采用绝缘栅场效应晶体管作开关元件，称为金属氧化物半导体（Metal-oxide Semiconductor，MOS）集成电路。这种管子内部只有一种载流子——电子或空穴参与导电，故又称单极型集成电路。

晶体管-晶体管逻辑电路（Transistor-Transistor Logic，TTL）是目前双极型数字集成电路中用得最多的一种。它具有比较快的开关速度、比较强的抗干扰能力以及足够大的输出幅度，并且带负载能力也比较强，所以得到了最为广泛的应用。在双极型数字集成电路中，除了TTL电路以外，还有二极管-三极管逻辑（Diode-Transistor Logic，DTL）、高阈值逻辑（High Threshold Logic，HTL）、发射极耦合逻辑（Emitter Coupled Logic，ECL）和集成注入逻辑（Integrated Injection Logic，IL）等几种逻辑电路。

ECL电路中的三极管工作在非饱和状态，是一种非饱和电路，有极高的工作速度，此外它还具有输出阻抗低，带负载能力强，电路内部开关噪声低，使用方便灵活等优点。它的主要缺点是：噪声容限低，电路功耗大，输出电平的稳定性较差。目前ECL电路主要用于高速、超高速数字系统中。

按照所用MOS管类型的不同，可分为3种：由PMOS管构成的PMOS集成电路；由NMOS管构成的NMOS集成电路；由PMOS管和NMOS管构成的互补（Complementary）MOS集成电路，简称CMOS。PMOS和NMOS组件中各只含有一种MOS管，习惯上称它们为MOS集成电路，以与CMOS集成电路相区别。

PMOS集成电路问世较早，但由于其速度低，现已很少使用；NMOS集成电路速度稍高，且直流电源电压较低，在工艺上可以制造出开启电压较低的器件，故NMOS集成电路仍在使用中。CMOS电路由于其静态功耗极低，工作速度较高，抗干扰能力强，故被广泛采用。

常用电平接口技术

虽然TTL电路具有很多优点，但它毕竟不能满足生产中不断提出来的各种特殊要求，例如高速、高抗干扰、低功耗等，因而在工程中还经常用到ECL、CMOS等数字集成电路。在微机测控系统中，习惯于用TTL电路作为基本电路元件，根据需要可能采用CMOS、ECL等芯片，因此存在TTL电路与这些数字电路的接口问题。

ECL的特点是速度快，但抗干扰性能差，功耗也高；TTL的应用广泛，成本低廉，有许多种类可供选择；CMOS功耗最低，抗干扰性能优良，不仅适用于中、小规模集成电路，而且在大规模集成组件中应用也很普遍。

下面讨论TTL与ECL和CMOS之间的电平转换接口。

TTL与ECL电平转换接口

ECL电路电压一般为-5.2V（CE10K系列），逻辑高电平输出为VOH=-0.9V，低电平为-1.75V；对CE100K系列电源电压为-4.5V，输出高电平为VOH=-0.955V，低电平VOL=-1.705V。

（1）TTL→ECL转换。利用集成芯片CE1024即可完成TTL到ECL的电平转换。它有一个公共的选通脉冲输入端B，若B为低电平，ECL的所有Y为低电平，

为高电平。

（2）ECL→TTL转换。CE10125为四ECL—TTL电平转换器，它的输入与ECL电平兼容，具有差分输入和抑制±1V共态干扰输入能力，输出是TTL电平。如果有某路不用时，须将其一个输入端接到VBB端上，以保证电路的工作稳定性。

在小型系统中，ECL和TTL可能均使用+5V电源，此时需用分立元件来实现接口。

TTL与CMOS电平转换接口

CMOS反相器当其使用电源电压为5V时，输出低电平电压最大值为0.05V，高电平最小值为4.95V，输出低电平电流最小为0.5mA，高电平电流最小为-0.5mA；对于带缓冲门的CMOS电路，当供电电源电压为5V时，VIL≤1.5V，VIH≥3.5V。而对于不带缓冲门的CMOS电路，VIL≤1V，VIH≥4V。

（1）TTL→CMOS转换。由于TTL电路输出高电平的规范值为2.4V，在电源电压为5V时，CMOS电路输入高电平VIH≥3.5V。这样就造成了TTL与CMOS电路接口上的困难。解决的办法是在TTL电路输出端与电源之间接一上拉电阻R。上拉电阻R的取值由TTL的高电平输出漏电流IOH来决定，不同系列的TTL应选用不同的R值。一般有：

.74系列，4.7kΩ≥R≥390Ω。

.74H系列，4.7kΩ≥R≥270Ω。

.74L系列，27kΩ≥R≥1.5kΩ。

.74LS系列，12kΩ≥R≥820Ω。

如果CMOS电路的电源电压高于TTL电路的电源电压。同时CMOS电路应使用具有电平移位功能的电路，如CC4504、CC40109及BH017等，至于CMOS电路的电源电压可在5～15V范围内任意选定。

（2）CMOS→TTL转换。关于CMOS到TTL的接口，由于TTL电路输入短路电流较大，就要求CMOS电路在VOL为0.5V时能给出足够的驱动电流，因此需使用CC4049、CC4050等作为接口器件。


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