BÀI 05 : HỌ VI MẠCH TTL – CMOS
3. Giao tiếp TTL và CMOS
0,1 Dịng điện ngõ vào và ngõ ra
Bảng so sánh dịng vào ra của một sớ loại CMOS với một sớ loại TTL
Loại 74 74LS 74LS 4000 74HC(T) IIH IIL IOH IOL 40 -1,6 400 -16000 20 400 400 8000 20 100 400 8000 <1 <1 -500 500 <1 <1 -4000 4000
Nĩi chung ta quan tâm đến dịng ra nhiều hơn vì đĩ là dịng ra max cho phép mà vẫn đảm bảo các mức logic ra đúng như ở phần trên. Cịn các áp ra cũng chỉ quan tâm khi tính đến việc giao tiếp cổng khác loại khác áp nuơi.
Hệ số tải
Dịng ra của các CMOS khá lớn trong lúc điện trở vào của các CMOS lại rất lớn (thường khoảng 1012 ohm) tức dịng vào rất rất nhỏ nên sớ toả ra rất lớn. Nhưng mỗi cổng CMOS cĩ điện dung ngõ vào thường cũng khoảng 5pF nên khi cĩ nhiều cổng tải mắc song song sớ điện dung tăng lên làm tớc độ chuyển mạch chậm lại khiến sớ toả ra ở tần sớ thấp (dưới 1MHz) là vài chục, cịn ở tần sớ cao sớ tạo ra giảm chỉ cịn dưới 10.
Tính kháng nhiễu
Về đặc tính chuyển (trạng thái) nĩi chung các loại CMOS đều chuyển trạng thái khá dứt khốt trừ loại 4000A bởi vì chúng cĩ tầng đệm ở trước ngõ ra
Về giới hạn nhiễu nĩi chung là tớt hơn các loại TTL. Tớt nhất là loại 4000A,B. Giới hạn nhiễu sẽ cịn tớt hơn nếu ta tăng nguồn nuơi lớn hơn 5V, tuy nhiên lúc này tổn hao cũng vì thế tăng theo. Cách tính lề nhiễu mức cao và mức thấp vẫn như trước, tức là:
VNH = VOH(min) – VIH(min) VNL = VIL(max) – VIH(max)
3. Giao tiếp TTL và CMOS3.1. TTL kích thích CMOS 3.1. TTL kích thích CMOS
3.1.1. Giữa TTL với CMOS họ 74HC, 74HCT
Ở mức thấp TTL cĩ thể thúc được CMOS do VOLmax(TTL)< VILmax(CMOS) và
IOLmax(TTL) > IILmax(CMOS)
Ở mức cao TTL khơng thể thúc được CMOS do áp mức cao của TTL cĩ khi chỉ cịn 2,5 V trong khi CMOS chỉ chấp nhận áp mức cao khơng dưới 3,5V. nếu nới mạch thì hoạt động cĩ thể sai logic.
114
Cĩ 1 cách để khắc phục là dùng điện trở kéo lên ở ngõ ra của cổng TTL. Khi đĩ, qua điện trở R này, dịng từ nguồn sẽ nâng dịng vào CMOS nhờ đĩ áp ra mức cao TTL sẽ khơng quá thấp, CMOS sẽ hiểu được.
Chẳng hạn một cổng 74LS01 cĩ IOLmax = 8mA, VOLmax = 0,3V thúc một cổng
74HC00 cĩ VIHmin = 3,5V, IIHmin = 1uA.
Khi 74LS01 ở mức thấp 0,3V thì nĩ sẽ nhận dịng hết mức là 8mA được cấp thơng qua điện trở kéo lên (trong khi dịng IIHmin chỉ cĩ dưới 1uA rất nhỏ), thế thì sẽ phải cần điện trở kéo lên cĩ giá trị nhỏ nhất Rmin.
min 5 0.3 587,5 8 V V R mA − = =
Cịn khi ở mức cao 3,5V 74LS01 nhận dịng 100μA và 74HC00 nhận dịng 1μA. Vậy khi này điện trở kéo lên sẽ phải cĩ giá trị max để hạn lại dịng cho 2 cổng :
max 5 3.3 15 100 1 V V R K A A − = = −
Khi Rmax đạt giá trị lớn nhất thì cơng suất tiêu tán max sẽ nhỏ nhất
Tụ C = 15pF được thêm vào để khi đang ở mức thấp 0,3V mà chuyển lên mức cao thì tụ sẽ nạp cho áp lên 3,5V để CMOS “hiểu”
Hình 8.19: Giao tiếp giữa TTL với CMOS
3.1.2 TTL thúc CMOS cĩ áp nguồn cao hơn 5V
Cũng giớng như ở trường hợp trên, nếu ra mức thấp thì TTL cĩ thể thúc trực tiếp CMOS nhưng nếu ra mức cao VOH(TTL) chỉ cĩ 2,7V đến 5V thì chắc chắn khơng thể thúc được CMOS vì khoảng áp này rơi vào vùng bất định của ngõ vào CMOS. Ta cũng phải dùng điện trở kéo lên, cĩ thể dùng TTL ngõ ra cực thu để hở cho trường hợp
này.
3.2. CMOS kích thích TTL
Khi thúc tải ở mức cao thường VOH(CMOS) > VIH(TTL) cịn dịng nhận IIH(TTL)
chỉ vài chục uA nên CMOS cĩ thể thúc nhiều tải TTL. Khi thúc TTL ở mức thấp thì rất phức tạp tuỳ loại. CMOS cũ (4000) khơng thúc được TTL.
CMOS mới (74HC) thì cĩ thể, sớ cổng thúc được tuỳ thuộc VOL(CMOS) > VIL(TTL) và dịng tổng ngõ ra (CMOS) phải lớn hơn tổng các dịng ngõ vào IIL của các tải TTL.
Như vậy, việc giao tiếp các cổng với nhau cũng rất đa dạng tuỳ thuộc yêu cầu người sử dụng. Một vấn đề khác cũng cần phải quan tâm là các IC giao tiếp nhau chung nguồn cấp hay giao tiếp cùng khoảng mức áp sẽ đảm bảo hoạt động hơn. Vì vậy cĩ một sớ IC đã được sản xuất để phục vụ cho việc chuyển mức điện áp giao tiếp giữa CMOS với TTL hay CMOS 4000 với CMOS 74HC.
115