Kỹ thuật số - Chương 3 Giao tiếp giữa các họ vi mạch số pot

1
Kỹ Thuật Số
Kỹ Thuật Số
2
Chương 3
Giao tiếp giữa các họ
vi mạch số
3

Các thông số kỹ thuật cơ bản của IC

Các họ vi mạch số

So sánh đặc tính của các vi mạch họ TTL và CMOS

Cách giao tiếp giữa IC họ TTL và CMOS.
4
3.1
3.1
Các thông số kỹ thuật cơ bản của IC
Các thông số kỹ thuật cơ bản của IC

V
IH
(Điện áp vào mức cao): là mức điện áp thấp nhất cho mức
logic 1 ở ngõ vào.

V
IL
(Điện áp vào mức thấp): là mức điện áp cao nhất cho mức
logic 0 ở ngõ vào.


V
OH
(Điện áp ra mức cao): là mức điện áp thấp nhất tại ngõ ra
của mạch logic ở trạng thái logic 1.

V
OL
(Điện áp ra mức thấp): là mức điện áp cao nhất tại ngõ ra
của mạch logic ở trạng thái logic 0.
Các thông số về điện áp
Các thông số về điện áp
5
3.1
3.1
Các thông số kỹ thuật cơ bản của IC
Các thông số kỹ thuật cơ bản của IC

I
IH
(Dòng điện vào mức cao): là dòng điện chảy vào ngõ vào khi
ngõ vào được đặt ở V
IH

I
IL
(Dòng điện vào mức thấp): là dòng điện chảy vào ngõ vào khi
ngõ vào được đặt ở V
IL


I
OH
(Dòng điện ra mức cao): là dòng điện chảy ra khỏi ngõ ra ở
trạng thái logic 1 khi ngõ ra có tải.

I
OL
(Dòng điện ra mức thấp): là dòng điện chảy ra khỏi ngõ ra ở
trạng thái logic 0 khi ngõ ra có tải.
Các thông số về dòng điện
Các thông số về dòng điện
6
3.1
3.1
Các thông số kỹ thuật cơ bản của IC
Các thông số kỹ thuật cơ bản của IC

Số lượng lớn nhất các ngõ vào tiêu chuẩn mà một ngõ ra có thể
lái trực tiếp. Nếu số ngõ vào được gánh nhiều hơn giá trị này thì
điện áp của mức logic không còn được đảm bảo.
Fan-out (Hệ số tải)
Fan-out (Hệ số tải)
7

t
PLH
: thời gian trễ khi mạch chuyển từ trạng thái logic 0→1

t
PHL

: thời gian trễ khi mạch chuyển từ trạng thái logic 1→0

Ví dụ: dạng sóng ở ngõ vào và ra của một cổng NOT:
Trễ truyền đạt
Trễ truyền đạt
3.1
3.1
Các thông số kỹ thuật cơ bản của IC
Các thông số kỹ thuật cơ bản của IC
Ngoõ vaøo
Ngoõ ra
0
1
t
PHL
t
PLH
1
0
8

Các trường từ và điện ký sinh có thể cảm ứng các điện áp trên
các dây nối giữa các mạch logic. Các tín hiệu không mong muốn
này được gọi là nhiễu và có thể làm cho điện áp tại ngõ vào mạch
logic nằm ngoài vùng làm việc, tạo ra tín hiệu không mong muốn.

Độ miễn nhiễu của một
họ logic cho biết khả năng
loại trừ điện áp nhiễu tại
ngõ vào. Giá trị đo được

của độ miễn nhiễu gọi là
lề nhiễu.
Độ miễn nhiễu:
Độ miễn nhiễu:
3.1
3.1
Các thông số kỹ thuật cơ bản của IC
Các thông số kỹ thuật cơ bản của IC
9

Là họ vi mạch số phổ biến nhất.

Cấp điện +5V.

Mật độ tích hợp nhỏ và trung bình.

Công suất tiêu thụ lớn.

Dễ sử dụng

Giá thành thấp
Đặc tính:
Đặc tính:
3.2
3.2
Họ vi mạch TTL
Họ vi mạch TTL
10

Ngõ ra cực chạm (Totem-pole)

Phân loại TTL theo ngõ ra:
Phân loại TTL theo ngõ ra:
3.2
3.2
Họ vi mạch TTL
Họ vi mạch TTL
11

Ngõ ra cực thu hở (Open Collector)
Phân loại TTL theo ngõ ra:
Phân loại TTL theo ngõ ra:
3.2
3.2
Họ vi mạch TTL
Họ vi mạch TTL
12

Ngõ ra 3 trạng thái (Three-State)
Phân loại TTL theo ngõ ra:
Phân loại TTL theo ngõ ra:
3.2
3.2
Họ vi mạch TTL
Họ vi mạch TTL
13
Các loại vi mạch số họ TTL:
Các loại vi mạch số họ TTL:
3.2
3.2
Họ vi mạch TTL

Họ vi mạch TTL
Kí hiệu Loại
74/54 TTL tiêu chuẩn
74/54L Low-power (TTL công suất thấp)
74/54S Schottky
74/54LS Low-power Schottky (TTL Schottky công suất thấp)
74/54AS Advanced Schottky (TTL Schottky cải tiến)
74/54ALS Advanced Low-power Schottky (TTL Schottky công suất thấp cải tiến)
74/54F Fast (TTL tốc độ cao)
14

Cấp điện từ +3V ÷ +18VDC (Riêng họ 74HC và 74HCT chỉ
dùng nguồn +5VDC).

Công suất tiêu thụ nhỏ.

Mật độ tích hợp trung bình.

Tốc độ chuyển trạng thái cao.

Khả năng chống nhiễu tốt.

Khả năng tải (Fan-out) lớn.

Phải nối các chân vi mạch không sử dụng vào 0V hoặc V
DD
,
không được để các chân vào của CMOS hở.
Đặc tính:
Đặc tính:

3.3
3.3
Họ vi mạch CMOS
Họ vi mạch CMOS
15

Ngõ ra thường:
Phân loại CMOS theo ngõ ra:
Phân loại CMOS theo ngõ ra:
3.3
3.3
Họ vi mạch CMOS
Họ vi mạch CMOS
16

Ngõ ra cực máng hở (Open Drain):
Phân loại CMOS theo ngõ ra:
Phân loại CMOS theo ngõ ra:
3.3
3.3
Họ vi mạch CMOS
Họ vi mạch CMOS
17

Ngõ ra 3 trạng thái (Three-State):
Phân loại CMOS theo ngõ ra:
Phân loại CMOS theo ngõ ra:
3.3
3.3
Họ vi mạch CMOS

Họ vi mạch CMOS
18
Các loại vi mạch số họ CMOS:
Các loại vi mạch số họ CMOS:
3.3
3.3
Họ vi mạch CMOS
Họ vi mạch CMOS
Kí hiệu Loại
40/140 CMOS cấp điện từ +3V ÷ +18 VDC
45 CMOS cấp điện từ +3V ÷ +18 VDC
74C CMOS tương thích với TTL (cấp điện +5V)
74HC CMOS tốc độ cao cải tiến từ 74C (cấp điện +5V)
74HCT CMOS tốc độ cao có điện áp tương thích với TTL, có thể được
lái trực tiếp từ ngõ ra của TTL (cấp điện +5V)
19
3.4
3.4
Các thông số cơ bản của họ TTL và CMOS
Các thông số cơ bản của họ TTL và CMOS
Thoâng soá CMOS caáp nguoàn +5V TTL
4000B 74HC 74HCT 74 74LS 74AS 74ALS
V
IH
(min) 3,5V 3,5V 2,0V 2,0V 2,0V 2,0V 2,0V
V
IL
(max) 1,5V 1,0V 0,8V 0,8V 0,8V 0,8V 0,8V
V
OH

(min) 4,95V 4,9V 4,9V 2,4V 2,7V 2,7V 2,7V
V
OL
(max) 0,05V 0,1V 0,1V 0,4V 0,5V 0,5V 0,4V
I
IH
(min) 1µA 1µA 1µA 40µA 20µA 200µA 20µA
I
IL
(max) 1µA 1µA 1µA 1,6mA 0,4mA 2mA 0,1mA
I
OH
(min) 0,4mA 4mA 4mA 0,4mA 0,4mA 2mA 0,4mA
I
OL
(max) 0,4mA 4mA 4mA 16mA 8mA 20mA 8mA
20

Ngõ ra của vi mạch họ TTL nối đến ngõ vào của vi mạch họ
CMOS.

Về dòng: Dòng điện ngõ ra của TTL phải lớn hơn tổng các dòng
điện ngõ vào của CMOS, điều này dễ dàng được thỏa mãn vì dòng
ra của TTL khá cao và dòng vào của CMOS khá nhỏ.

Về áp: Ở mức thấp, áp ra cực đại của TTL nhỏ hơn áp vào cực
đại của CMOS nên sẽ không bị hiểu nhầm mức logic. Tuy nhiên, ở
mức cao, áp ra cực tiểu của TTL lại nhỏ hơn áp vào cực tiểu của
CMOS (đối với họ 4000B và 74HC) nên có thể sẽ làm cho ngõ vào
của CMOS không hiểu được đó là mức logic 1. Để khắc phục việc

hiểu nhầm mức logic thường phải dùng điện trở kéo lên, khi đó áp
ra ở mức cao của TTL sẽ gần bằng 5V.
TTL lái CMOS cấp điện +5V:
TTL lái CMOS cấp điện +5V:
3.5
3.5
Giao tiếp IC
Giao tiếp IC
21
TTL lái CMOS cấp điện +5V:
TTL lái CMOS cấp điện +5V:
3.5
3.5
Giao tiếp IC
Giao tiếp IC
TTL CMOS
R
5V
22
TTL lái CMOS cấp điện lớn hơn+5V:
TTL lái CMOS cấp điện lớn hơn+5V:
3.5
3.5
Giao tiếp IC
Giao tiếp IC

Dùng thêm một cổng đệm cực thu hở và một điện trở kéo lên
TTL
5V
R

12V
CMOS
740 7
23
CMOS cấp điện+5V lái TTL:
CMOS cấp điện+5V lái TTL:
3.5
3.5
Giao tiếp IC
Giao tiếp IC

Ngõ ra vi mạch họ CMOS nối đến ngõ vào của vi mạch họ TTL.

Nếu ngõ ra CMOS ở mức cao hoặc nếu ngõ ra CMOS loại
74HC, 74HCT ở mức thấp thì CMOS có thể lái trực tiếp TTL.

Nếu ngõ ra CMOS loại 4000B ở mức thấp thì dòng không đủ để
kéo tải TTL, do đó phải dùng thêm bộ đệm.
TTL
5V
C MOS
40 50 B
24
CMOS cấp điện lớn hơn+5V lái TTL:
CMOS cấp điện lớn hơn+5V lái TTL:
3.5
3.5
Giao tiếp IC
Giao tiếp IC


Dùng bộ đệm đóng vai trò chuyển mức
TTL
12V 5V
CMOS
40 50 B