Bài tập lớn cáu trúc điện từ tìm hiểu về 2 họ ICTTL và cmos và các kết nối 2 họ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THƠNG

co

ng

.c

om

***

an

BÀI TẬP LỚN

on

g

th

Mơn: Cấu kiện điện tử

và các cách kết nối 2 họ IC đó

cu

u

du

Chủ đề: Tìm hiểu về 2 họ IC TTL và CMOS

Sinh viên thực hiện: Lương Văn Minh
Mã số sinh viên

: 20152445

Lớp

: Điện tử 06 – K60

Hà Nội, 2017

CuuDuongThanCong.com

/>

MỤC LỤC

1. Tìm hiểu về họ IC TTL

01

2. Tìm hiểu về họ IC CMOS

05

3. Kết nối 2 họ IC

12

Kết nối TTL – TTL

12

3.2.

Kết nối TTL – CMOS

12

3.3.

Kết nối CMOS – TTL

13

3.4.

Kết nối CMOS – CMOS

cu

u

du

on

g

th

an

co

ng

.c

om

3.1.

CuuDuongThanCong.com

/>
13


1. TÌM HIỂU VỀ HỌ IC TTL:
Transistor-transistor logic (viết tắt: TTL) là một lớp mạch kỹ thuật số được
xây dựng từ các transistor lưỡng cực (BJT) và một số điện trở phụ trợ. Tên gọi
transistor-transistor logic là do cả hai chức năng cổng logic, ví dụ AND, và chức năng
khuếch đại được các transistor thực hiện.
TTL nổi bật là lớp IC được sử dụng rộng rãi đến ngày nay trong nhiều ứng
dụng như máy tính, điều khiển cơng nghiệp, thiết bị kiểm tra và đo đạc, điện tử tiêu

dùng,...

ng

.c

om

Trước khi đi vào cấu trúc của mạch TTL cơ bản, xét một số mạch điện cũng
có khả năng thực hiện chức năng logic như các cổng logic trong vi mạch TTL:

co

Hình 1: Cổng DR

th

an

Mạch ở hình 1 hoạt động như một cổng AND. Thật vậy, chỉ khi cả hai đầu A
và B đều nối với nguồn, tức là để mức cao thì cả hai diode sẽ ngắt, do đó đầu ra Y sẽ
phải ở mức cao. Ngược lại, khi có bất cứ một đầu vào nào ở mức thấp thì sẽ có diode
dẫn, điện áp trên diode cịn 0.6 – 0.7 V, do đó ngõ ra Y sẽ ở mức thấp.

cu

u

du

on

g

Tiếp theo ta xét đến một mạch thực hiện chức năng của một cổng logic bằng
cách sử dụng trạng thái ngắt dẫn của transistor (hình 2)

Hình 2: Cổng RTL
Hai ngõ vào là A và B, ngõ ra là Y.
Phân cực từ hai đầu A, B để Q hoạt động ở trạng thái ngắt và dẫn bão hòa.
Cho A=0, B=0 => Q ngắt, Y=1
A=0, B=1 => Q dẫn bão hòa, Y=0
A=1, B=0 => Q dẫn bão hòa, Y=0
A=1, B=1 => Q dẫn bão hòa, Y=0
Nghiệm lại thấy mạch thực hiện chức năng như một cổng logic NOR.
1

CuuDuongThanCong.com

/>

Vì có cấu tạo ở ngõ vào là điện trở (resistor), ngõ ra là transistor nên mạch
NOR trên được xếp vào dạng RTL.
Với mạch ở hình 2, nếu mạch chỉ có một ngõ vào A thì ta sẽ có cổng NOT,
cịn khi thêm một tầng transistor trước ngõ ra thì sẽ có cổng OR.

.c

om

Bây giờ, để có cổng logic loại DTL, ta thay hai điện trở R bằng hai diode ở
ngõ vào (hình 3)

ng

Hình 3: Cổng NAND DTL

co

Khi A=0, B=0 => diode dẫn làm transistor ngắt => Y=1
Khi A=0, B=1 => diode dẫn làm transistor ngắt => Y=1

an

Khi A=1, B=0 => diode dẫn làm transistor ngắt => Y=1

th

Khi A=1, B=1 => cả hai diode ngắt làm transistor dẫn => Y=0

g

Rõ ràng đây là 1 cổng NAND dạng DTL (diode-transistor logic)

du

on

Ta thấy các mạch RTL, DTL ở trên đều có khả năng thực hiện chức năng logic
nhưng chỉ được sử dụng ở dạng đơn lẻ khơng được tích hợp thành IC chun dùng vì

ngồi chức năng logic cịn cần phải đảm bảo các yếu tố khác như:

u

- Tốc độ chuyển mạch: mạch chuyển mạch nhanh và hoạt động được ở tần số
cao không?

cu

- Tổn hao năng lượng khi mạch hoạt động: mạch nóng, tiêu tán mất năng lượng
dưới dạng nhiệt
- Khả năng giao tiếp và thúc tải, thúc mạch khác.
- Khả năng chống các loại nhiễu không mong muốn xâm nhập vào mạch, làm
sai mức logic.
Chính vì thế mạch TTL đã ra đời, thay thế cho các mạch loại RTL, DTL. Mạch
TTL ngoài transistor ngõ ra như ở các mạch trước thì nó cịn sử dụng cả các transistor
đầu vào, thêm một số cách nối đặc biệt khác, nhờ đó đã đảm bảo được nhiều yếu tố
đã đề ra. Hình 4 là cấu trúc của một mạch logic TTL cơ bản :

2

CuuDuongThanCong.com

/>

om

Hình 4: Cổng NAND TTL

.c

Mạch này hoạt động như một cổng NAND.

ng

Hai ngõ vào A và B được đặt cực phát của transistor Q1 (đây là transistor có
nhiều cực phát có cấu trúc mạch tương đương như hình bên)

co

Hai diode mắc ngược từ hai ngõ vào xuống mass dùng để giới hạn xung âm
ngõ vào, nếu có, giúp bảo vệ các mối nối BE của Q1.

th

an

Ngõ ra của cổng NAND được lấy ra ở giữa hai transistor Q3 và Q4, sau diode
D0. Q4 và D0 được thêm vào để hạn dịng cho Q3 khi nó dẫn bão hịa đồng thời giảm
mất mát năng lượng tỏa ra trên R4 (trường hợp khơng có Q4, D0) khi Q3 dẫn.
Điện áp cấp cho mạch này cũng như các mạch TTL khác thường luôn chuẩn

g

là 5V.

on

Mạch này hoạt động như sau:

du

Khi A ở mức 0, B ở mức 0 hay cả A và B ở mức 0 thì Q1 dẫn, phân cực mạch
để sụt áp trên Q1 nhỏ sao cho Q2 không đủ dẫn, kéo theo Q3 ngắt.

cu

u

Như vậy, nếu có tải ở ngồi thì dịng sẽ đi qua Q4, D0 ra tải xuống mass. Dịng
này gọi là dịng ra mức cao khí hiệu là IOH
Giả sử tải là một điện trở 3k9 thì dòng là:
I OH 

VCC  VCE  VD 0 5  0.2  0.8

 1mA
R
3k 9

Khi cả A và B đều ở mức 1, nên khơng thể có dịng ra A và B được, dòng từ
nguồn VCC sẽ qua R1, mối nối BC của Q1 thúc vào cực B là Q2 dẫn bão hòa.
Nếu mắc tải từ nguồn VCC tới ngõ ra Y thì dịng sẽ đổ qua tải, qua R3 làm nó
dẫn bão hịa ln. Ngõ ra sẽ ở mức thấp vì điện áp ra chính là áp VCE của Q3 (khoảng
0.2 – 0.5 V tùy dòng qua tải). Lúc này ta có dịng ra mức thấp kí hiệu là IOL.
Ví dụ nếu tải là 470 Ohm thì dịng là:
I OL 

VCC  VCE 5  0.3


 10mA
R
470

3

CuuDuongThanCong.com

/>

Vậy mạch logic ở trên có chức năng hoạt động như một cổng NAND 2 ngõ
vào.
Nếu để hở hai ngõ vào A và B thì Q1 vẫn ngắt, Q2 vẫn dẫn, kéo theo Q3 dẫn
khi có tải ngồi tức là ngõ ra Y vẫn ở mức 1, do đó giống như trường hợp ngõ A và
B nối lên mức 1.
Nếu A và B nối chung với nhau hay Q1 chỉ có 1 cực phát thì mạch NAND
chuyển thành mạch NOT.
* Quy mơ tích hợp:

on

g

th

an

co

ng

.c

om

Các mạch cổng logic như trên được tích hợp lại thành một mạch tổ hợp bán
dẫn rất rất nhỏ và được đặt vào giữa một vỏ bọc, có dây kim loại nối ra ngồi các
chân. Thường thì với mạch cổng NAND như ở trên sẽ có bốn mạch như thế được tích
hợp trong một vỏ bọc, chúng thuộc loại tích hợp cỡ nhỏ: small scale integration (SSI),
một số IC đặc biệt có số cổng lớn hơn một chút hay quy mơ phức tạp hơn nên thuộc
loại tích hợp cỡ vừa: medium scale integration (MSI). Khi nằm trong IC tích hợp, sự
sắp xếp mạch và các chân ra vào cho loại cổng chuẩn này (ví dụ với loại cổng NAND)
sẽ là:

du

Hình 5: Minh họa một IC cổng NAND

cu

u

Có nhiều mạch khác sẽ tích hợp nhiều cổng hơn và tất nhiên thành phần chính
của những mạch này sẽ là các transistor và quy mơ tích hợp có thể từ hàng trăm đến
hàng trăm triệu transistor trên một phiến bán dẫn, chỉ được đặt trong một vỏ bọc
không lớn quá vài xen ti mét vuông. Chẳng hạn:
Các mạch chuyển đổi mã, dồn tách kênh, mạch logic và số học thuộc loại tích
hợp cỡ vừa, một số là loại tích hợp cỡ lớn : large scale integration (LSI) vì cấu trúc
mạch gồm khoảng từ 12 đến 100 cổng cơ bản (MSI) hay 100 đến 1000 cổng cơ bản
(LSI)

Các mạch nhớ, vi điều khiển, vi xử lí, lập trình có thể tích hợp từ hàng ngàn
đến hàng triệu cổng logic trong nó và được xếp vào loại tích hợp cỡ rất lớn (VLSI)
siêu lớn (ULSI).

4

CuuDuongThanCong.com

/>

2. TÌM HIỂU VỀ HỌ IC CMOS:
Cơng nghệ MOS (Metal Oxide Semiconductor - kim loại oxit bán dẫn) có tên
gọi xuất xứ từ cấu trúc MOS cơ bản của một điện cực nằm trên lớp oxit cách nhiệt,
dưới lớp oxit là đế bán dẫn. Transistor trong công nghệ MOS là transistor hiệu ứng
trường, gọi là MOSFET (metal oxide silicon field effect transistor). Có nghĩa điện
trường ở phía điện cực kim loại của lớp oxit cách nhiệt có ảnh hưởng đến điện trở
của đế. Phần nhiều IC số MOS được thiết kế hết bằng MOSFET, không cần đến linh
kiện nào khác.

an

co

ng

.c

om

Ưu điểm chính của MOSFET là dễ chế tạo, phí tổn thấp, kích thước nhỏ, tiêu

hao rất ít điện năng. Kĩ thuật làm IC MOS chỉ rắc rối bằng 1/3 kĩ thuật làm IC lưỡng
cực (TTL, ECL,...). Thêm vào đó, thiết bị MOS chiếm ít chỗ trên chip hơn so với
BJT, thông thường, mỗi MOSFET chỉ cần 1 mi li vuông diện tích chip, trong khi BJT
địi hỏi khoảng 50 mi li vuông. Quan trọng hơn, IC số MOS thường không dùng các
thành phần điện trở trong IC, vốn chiếm quá nhiều diện tích chip trong IC lưỡng cực.
Vì vậy, IC MOS có thể dung nạp nhiều phần tử mạch trên 1 chip đơn hơn so với IC
lưỡng cực. Bằng chứng là ta sẽ thấy MOS dùng nhiều trong vi mạch tích hợp cỡ LSI,
VLSI hơn hẳn TTL. Mật độ tích hợp cao của IC MOS làm chúng đặc biết thích hợp
cho các IC phức tạp, như chip vi xử lí và chip nhớ. Sửa đổi trong công nghệ IC MOS
đã cho ra những thiết bị nhanh hơn 74, 74LS của TTL, với đặc điểm điều khiển dòng
gần như nhau. Do vậy, thiết bị MOS đặc biệt là CMOS đã đã được sử dụng khá rộng
rãi trong mạch MSI mặc dù tốc độ có thua các IC TTL cao cấp và dễ bị hư hỏng do
bị tĩnh điện.

th

Mạch số dùng MOSFET được chia thành 3 nhóm là:

on

g

- PMOS dùng MOSFET kênh P
- NMOS dùng MOSFET kênh N

du

- CMOS (MOS bù) dùng cả 2 MOSFET kênh P và N

cu

u

Các IC số PMOS và NMOS có mật độ đóng gói lớn hơn (nhiều transistor trong
1 chip hơn) và do đó kinh tế hơn CMOS. NMOS có mật độ đóng gói gần gấp đơi
PMOS. Ngoài ra, NMOS cũng nhanh gần gấp 2 lần PMOS nhờ dữ kiện các điện tử
tự do là những hạt tải dịng trong NMOS, cịn các lỗ trống (điện tích dương chuyển
động chậm hơn) là hạt tải dòng cho PMOS. CMOS rắc rối nhất và có mật độ đóng
gói thấp nhất trong các họ MOS, nhưng nó có điểm mạnh là tốc độ cao hơn và công
suất tiêu thụ thấp hơn. IC NMOS và CMOS được dùng rộng rãi trong lĩnh vực kĩ
thuật số, nhưng IC PMOS khơng cịn góp mặt trong các thiết kế mới nữa. Tuy nhiên
MOSFET kênh P vẫn rất quan trọng bởi vì chúng được dùng trong mạch CMOS.
Trước khi đi vào công nghệ CMOS ta hãy tìm hiểu qua về NMOS. Cũng cần
phải biết rằng PMOS tương ứng cũng giống hệt NMOS, chỉ khác ở chiều điện áp.

5

CuuDuongThanCong.com

/>

Hình 6 là cấu tạo của 1 cổng NOT loại NMOS cơ bản:

om

Hình 6: Cấu tạo của 1 cổng NOT loại NMOS

.c

Mạch gồm 2 MOSFET: Q2 làm chuyển mạch còn Q1 làm tải cố định và luôn

dẫn, điện trở của Q1 khoảng 100 kΩ

ng

Ngõ vào mạch dặt ở cực G của Q2, còn ngõ ra lấy ở điểm chung của cực S Q1
và cực D Q2. Nguồn phân cực cho mạch giả sử dụng nguồn 5V.

co

Khi Vin = 5V, ngõ vào ở mức 1 kích cho Q2 dẫn, cầu phân áp giữa RQ1 và RQ2
cho phép áp ra còn khoảng 0.05 V tức là ngõ ra ở mức 0.

th

an

Khi Vin= 0V, ngõ vào ở mức 0, Q2 ngắt, trở trên nó khá lớn, cầu phân áp giữa
RQ1 và RQ2 sẽ đặt áp ngõ ra xấp xỉ nguồn, tức là ngõ ra ở mức 1.

du

on

g

Vậy hoạt động của mạch giống như một cổng NOT. Cổng NOT được xem là
mạch cơ bản nhất của công nghệ MOS. Nếu ta thêm Q3 mắc nối tiếp và giống với
Q2 thì ta sẽ được cổng NAND. Nếu ta mắc Q3 song song và giống với Q2 thì ta sẽ
được cổng NOR. Cổng AND và cổng OR được tạo ra bằng cách thêm cổng NOT ở
ngõ ra của cổng NAND và cổng NOR vừa được tạo ra.

cu

u

Như đã nói ở trước, NMOS khơng phải để tạo ra các cổng mà thường dùng để
xây dựng mạch tổ hợp, mạch tuần tự quy mô thường cỡ MSI trở lên, nhưng tất cả
những mạch đó về cơ bản vẫn chỉ là tổ hợp của các mạch cổng logic được kể ra ở
đây.
* Một số đặc điểm của NMOS:
- Tốc độ chuyển mạch: chậm hơn so với loại TTL do điện trở đầu vào khá cao
đồng thời bị ảnh hưởng bởi tải dung tính mà nó thúc. Giới hạn nhiễu khoảng 1.5V
với nguồn 5V và sẽ tăng tỉ lệ khi nguồn cấp tăng. Như vậy là tính kháng nhiễu kém
hơn TTL.
- Hệ số tải: về lý thuyết là rất lớn do trở đầu vào của mạch rất lớn. Tuy nhiên,
nếu tần số hoạt động càng cao (trên 100kHz) thì điện dung sinh ra có thể làm suy
giảm thời gian chuyển mạch kéo theo giảm khả năng giao tiếp tải. So với TTL thì
NMOS vẫn có hệ số tải cao hơn hẳn trung bình là 50 cổng cùng loại.

6

CuuDuongThanCong.com

/>

- Công suất tiêu tán: Đây là ưu điểm nổi bật của logic MOS. Chính nhờ ưu
điểm này mà CMOS có thể tích hợp cỡ LSI và VLSI, nơi mà nhiều cổng, nhiều flip
flop, nhiều mạch khác được tích hợp trong một chíp mà khơng sinh ra nhiệt lớn làm
hỏng chip.
* CMOS:

an

co

ng

.c

om

CMOS (Complementary MOS) có cấu tạo kết hợp cả PMOS và NMOS trong
cùng 1 mạch nhờ đó tận dụng được các thế mạnh của cả 2 loại, nói chung là nhanh
hơn đồng thời mất mát năng lượng còn thấp hơn so với khi dùng rời từng loại một.
Cấu tạo cơ bản nhất của CMOS cũng là một cổng NOT gồm một transistor NMOS
và một transistor PMOS như hình 7.

th

Hình 7: Cấu tạo của một cổng loại CMOS

g

Hoạt động của mạch cũng tương tự như ở NMOS.

du

on

Khi ngõ vào (nối chung cực cổng 2 transistor) ở mức 1 thì chỉ có Q1 dẫn mạnh

do đó áp ra lấy từ điểm chung của 2 cực máng của 2 transistor sẽ xấp xỉ 0V nên ngõ
ra ở mức 0.

cu

u

Khi ngõ vào ở mức 0 thì Q1 sẽ ngắt cịn Q2 dẫn mạnh, áp ra xấp xỉ nguồn nên
ngõ ra ở mức 1.
Để ý là khác với cổng NOT của NMOS, ở đây 2 transistor khơng dẫn cùng
một lúc nên khơng có dịng điện từ nguồn đổ qua 2 transistor xuống mass nhờ đó
cơng suất tiêu tán gần như bằng 0. Tuy nhiên, khi 2 transistor đang chuyển mạch và
khi có tải thì sẽ có dịng điện chảy qua một hay cả 2 transistor nên khi này công suất
tiêu tán lại tăng lên.
Trên nguyên tắc cổng NOT, cũng giống như trước bằng cách mắc song song
hay nối tiếp thêm transistor ta có thể thực hiện được các cổng logic khác (hình 8).
Chẳng hạn mắc chồng 2 NMOS và mắc song song 2 PMOS ta được cổng NAND.
Còn khi mắc chồng 2 PMOS và mắc song song 2 NMOS ta được cổng NOR.

7

CuuDuongThanCong.com

/>

om

Hình 8: Cách mắc các cổng

.c

* Đặc tính kĩ thuật:

co

ng

- Công suất tiêu tán: Khi mạch CMOS ở trạng thái tĩnh (khơng chuyển mạch)
thì cơng suất tiêu tán PD của mạch rất nhỏ. Tuy nhiên PD sẽ gia tăng đáng kể khi cổng
CMOS phải chuyển mạch nhanh.

cu

u

du

on

g

th

an

Lý do có điều này là vì khi chuyển mạch cả 2 transistor đều dẫn khiến dòng bị
hút mạnh để cấp cho phụ tải là các điện dung (sinh ra các xung nhọn làm biên độ của
dịng bị đẩy lên có khi cỡ 5mA và thời gian tồn tại khoảng 20 đến 30 ns). Tần số
chuyển mạch càng lớn thì sinh ra nhiều xung nhọn làm I càng tăng kéo theo P tăng
theo. P ở đây chính là cơng suất động lưu trữ ở điện dung tải. Điện dung ở đây bao

gồm các điện dung đầu vào kết hợp của bất kỳ tải nào đang được kích thích và điện
dung đầu ra riêng của thiết bị.

Hình 9: Ảnh hưởng của tải điện dung
- Tốc độ chuyển mạch (tần số chuyển mạch): Cũng giống như các mạch TTL,
mạch CMOS cũng phải có trì hỗn truyền để thực hiện chuyển mạch. Nếu trì hỗn
này làm tPH bằng nửa chu kì tín hiệu vào thì dạng xung vng sẽ trở thành xung tam
giác khiến mạch có thể mất tác dụng logic.
Tuy nhiên tốc độ chuyển mạch của CMOS thì nhanh hơn hẳn loại TTL do
điện trở đầu ra thấp ở mỗi trạng thái. Tốc độ chuyển mạch sẽ tăng lên khi tăng nguồn
nhưng điều này cũng sẽ làm tăng cơng suất tiêu tán, ngồi ra nó cũng còn ảnh hưởng
bởi tải điện dung.
8

CuuDuongThanCong.com

/>

Giới hạn tốc độ chuyển mạch cho phép làm nên tần số chuyển mạch tối đa
được tính dựa trên tPH.
Bảng sau cho phép so sánh fmax của một số loại cổng NAND loại TTL với
CMOS

om

- Điện áp vào và ra của các loại CMOS:

cu

u

du

on

g

th

an

co

ng

.c

Cũng giống như bên TTL về kí hiệu, tên gọi nhưng ở bên CMOS có phức tạp
hơn do nguồn ni cho các loại IC thì khác nhau, ta chỉ có thể rút ra tương đối ở điều
kiện nguồn Vdd = 5V. Hình và bảng ở dưới nêu ra các thông số áp ra và vào. Riêng
loại 74HCT là CMOS tốc độ cao tương thích với TTL nên thông số cũng giống như
bên TTL.

9

CuuDuongThanCong.com

/>

- Dòng điện ngõ vào và ngõ ra:

Bảng so sánh dòng vào ra của một số loại CMOS với một số loại TTL

om

Nói chung ta quan tâm đến dịng ra nhiều hơn vì đó là dịng ra tối đa cho phép
mà vẫn đảm bảo các mức logic ra đúng như ở phần trên. Còn các áp ra cũng chỉ quan
tâm khi tính đến việc giao tiếp cổng khác loại khác áp ni.

co

ng

.c

- 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 dòng vào rất rất nhỏ nên số toả ra
rất lớn. Nhưng mỗi cổng CMOS có điện dung ngõ vào thường cũng khoảng 5pF nên
khi có nhiều cổng tải mắc song song số điện dung tăng lên làm tốc độ chuyển mạch
chậm lại khiến số toả ra ở tần số thấp (dưới 1MHz) là vài chục, còn ở tần số cao số
tạo ra giảm chỉ cịn dưới 10.
* Các IC cổng logic:

cu

u

du

on

g

th

an

Có rất nhiều IC loại CMOS có mã số và chức năng logic tương tự như các IC
TTL chẳng hạn bên TTL IC 4 cổng NAND 2 ngõ vào là 7400, 74LS00, 74AS00,...
thì bên CMOS cũng tương tự có 74C00, 74HC/HCT00, 74AC11000,... Tuy nhiên
khơng phải tất cả bên TTL có thì bên CMOS cũng có. CMOS cũng có những loại
riêng, chẳng hạn với cổng nảy schmitt trigger ngoài 74HC/HCT14 gồm 6 cổng NOT,
74HC/HCT132 gồm 4 cổng NAND 2 ngõ vào cịn có 4014, 4534 cũng gồm 6 cổng
NOT, 4093 cũng gồm 4 cổng NAND 2 ngõ vào; hay 4066 là cổng truyền 2 chiều số
tương tự vv...

10

CuuDuongThanCong.com

/>

om
.c
ng
co
an
th
cu

u

du

on

g

Hình 10: Sơ đồ chân của một số IC CMOS

11

CuuDuongThanCong.com

/>

3. KẾT NỐI 2 HỌ IC:
3.1. Kết nối TTL – TTL:
Do cùng loại nên chúng đương nhiên có thể mắc nối trực tiếp với nhau. Dịng
trung bình để đảm bảo mức điện áp vào, ra ở mức cao hay thấp cho phép thì:
IOH = 400µA cịn IIH = 40µA khi ra ở mức 1
IOL = 16mA còn IIL = 16mA khi ra ở mức 0

.c

om

Như vậy 1 cổng TTL có thể thúc được khoảng dưới 10 cổng logic cùng loại.
Ở đây chỉ xét tính tương đối do TTL có nhiều loại nên khả năng thúc tải (tính số toả
ra) cũng khác nhau như loại ALS có thể thúc được tới 20 cổng 74ALS khác. Để biết
chính xác hơn có thể dựa vào thơng số của dịng vào và ra của IC trong số tay tra cứu

IC để tính tốn.
3.2.1. TTL với CMOS họ 74HC, 74HCT:

ng

3.2. Kết nối TTL – CMOS:

co

Ở mức thấp TTL có thể thúc được CMOS do VOLmax(TTL)IOLmax(TTL) > IILmax(CMOS)

g

th

an

Ở mức cao TTL không thể thúc được CMOS do điện áp mức cao của TTL có
khi chỉ còn 2,5 V trong khi CMOS chỉ chấp nhận điện áp mức cao khơng dưới 3,5V.
Nếu nối mạch thì hoạt động có thể sai logic.

du

on

Có một cách để khắc phục là dùng điện trở kéo lên ở ngõ ra của cổng TTL.
Khi đó, qua điện trở R này, dịng từ nguồn sẽ nâng dịng vào CMOS nhờ đó áp ra
mức cao TTL sẽ không quá thấp, CMOS sẽ hiểu được.

cu

u

Chẳng hạn một cổng 74LS01 có IOLmax = 8mA, VOLmax = 0,3V thúc một cổng
74HC00 có VIHmin = 3,5V, IIHmin = 1µA.
Khi 74LS01 ở mức thấp 0,3V thì nó sẽ nhận dịng hết mức là 8mA được cấp
thơng qua điện trở kéo lên (trong khi dịng IIHmin chỉ có dưới 1µA rất nhỏ), nên sẽ cần
có điện trở kéo lên có giá trị nhỏ nhất Rmin.

Còn khi ở mức cao 3,5V 74LS01 nhận dịng 100µA và 74HC00 nhận dịng
1µA. Vậy khi này điện trở kéo lên sẽ phải có giá trị cực đại để hạn lại dịng cho 2
cổng

Khi Rmax thì công suất tiêu tán cực đại sẽ nhỏ nhất.

12

CuuDuongThanCong.com

/>

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 11: Giao tiếp TTL-CMOS
3.2.2. TTL thúc CMOS có áp nguồn cao hơn 5V:

ng

.c

om

Cũng giống như ở trường hợp trên, nếu ra mức thấp thì TTL có thể thúc trực
tiếp CMOS nhưng nếu ra mức cao VOH(TTL) chỉ có 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, có thể dùng TTL ngõ ra cực thu để hở cho trường
hợp này.

co

3.3. Kết nối CMOS – TTL:

an

Khi thúc tải ở mức cao thường VOH(CMOS) > VIH(TTL) còn dòng nhận
IIH(TTL) chỉ vài chục µA nên CMOS có thể thúc nhiều tải TTL.
Khi thúc TTL ở mức thấp thì rất phức tạp tuỳ loại.

th

CMOS cũ (4000) khơng thúc được TTL.

on

g

CMOS mới (74HC) thì có thể thúc được TTL, số cổng thúc được tuỳ thuộc
VOL(CMOS)>VIL(TTL) và dòng tổng ngõ ra (CMOS) phải lớn hơn tổng các dòng

ngõ vào IIL của các tải TTL.

cu

u

du

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 có một số 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.
3.4. Kết nối CMOS – CMOS:
Với cùng điện thế cấp, một cổng CMOS có thể thúc cho rất nhiều cổng cùng
loại CMOS vì dịng cấp khoảng 0,5 đến 5mA trong khi dòng nhận rất nhỏ (dưới 1µA)
Tuy nhiên nếu tần số hoạt động càng cao thì khả năng thúc tải sẽ càng giảm đi
(có khi chỉ còn dưới 10 cổng). Lý do là ở tần số cao, các điện dung ngõ vào của các
cổng tải sẽ làm tăng cơng suất tiêu tán và trì hỗn truyền của mạch.

13

CuuDuongThanCong.com

/>