CMOS集成电路设计(二):接口电路详解

2013-07-16 21:21:38来源: 互联网

一、CMOS集成电路驱动其它器件

  1.CMOS-TTL集成电路的接口

  由于TTL的低电平输入电流1.6mA,而CMOS的低电平输出电流只有1.5mA,因而一般都得加一个接口电路。这里介绍一种采用单电源的接口电路。在附图1中,门II起接口电路的作用,是CMOS集成电路缓冲/电平变换器,起缓冲驱动或逻辑电平变换的作用,具有较强的吸收电流的能力,可直接驱动TTL集成电路,因而连接简便。但是,使用时需要注意相位问题。电路中CC4049是六反相缓冲/变换器,而CC4050是六同相缓冲/变换器。

  CMOS-TTL集成电路的接口

  2.CMOS-HTL集成电路的接口

  HTL集成电路是标准的工业集成电路,具有较高的抗干扰性能。由于CMOS集成电路的工作电压很宽,因而可与HTL集成电路共用+15V电源。此时,两者之间的VOH、VOL及IIH、IIL均互相满足,不必另设接口电路,直接相连即可,连接电路见附图2。

  
  3.CMOS-ECL集成电路的接口

  ECL集成电路是一种非饱和型的数字逻辑电路。其工作速度居所有逻辑电路之首。ECL采用负电源供电。CMOS集成电路驱动ECL集成电路可使用单电源工作,如附图3所示。ECL集成电路加-5.2V工作电压,CMOS的VDD接地,VSS接至-5.2V。以ECL集成电路CE10102为例,(CE10102内部包括4个2输入或非门),流入ECL的输入高电平电流IIH为265uA,输入高电平电压VIH为-1.105V, 在单电源下CMOS电路可以满足ECL集成电路的输入需要。

  

  4.CMOS-NMOS集成电路的接口

  NMOS集成电路是N沟道MOS电路,NMOS集成电路的输入阻抗很高,基本上不需要吸收电流,因此,CMOS与NMOS集成电路连接时不必考虑电流的负载问题。

  NMOS集成电路大多采用单组正电源供电,并且以5V为多。CMOS集成电路只要选用与NMOS集成电路相同的电源,就可与NMOS集成电路直接连接。不过,从NMOS到CMOS直接连接时,由于NMOS输出的高电平低于CMOS集成电路的输入高电平,因而需要使用一个(电位)上拉电阻R,如图4所示,R的取值一般选用2~100KΩ。

  

5.CMOS-PMOS集成电路的接口

  PMOS集成电路是一种适合在低速、低频领域内应用的器件。PMOS集成电路采用-24V电压供电。如图5所示的CMOS-PMOS接口电路采用两种电源供电。采用直接接口方式,一般CMOS的电源电压选择在10~12V就能满足PMOS对输入电平的要求。

  

  6.CMOS-工业控制电路的接口

  工业控制电路是工业控制系统中常用的电路,多采用24V工作电压。图6示出了CMOS电路与工业控制电路的连接方法。图中R1是晶体三极管VT的基极偏流电阻,VT的作用是把CMOS电路较低的逻辑高电平拉到24V,使两者构成良好的连接。

  

  7.CMOS-晶体三极管VT的接口

  图7a是CMOS集成电路驱动晶体三极管的接口。晶体三极管VT采用共发射极形式连接R1是VT的负载电阻,R1是VT的基极偏流电阻,R1的大小由公式R1=(VOH-VBH)β/IL决定。式中IL为负载电流。使用时应先根据VL和IL来选定VC,然后估算IB(IB=IL/β)是否在CMOS集成电路的驱动能力之内。如超出,可换用β值更高的晶体三极管或达林顿管,如图7b所示。晶体三极管VT按IL选定,IB=IL/(β1*β2),电阻R1的取值为:R1=(VOH -1.4)/(IB + 1.4/R2),式中R2是为改善电路的开关特性而引入的,其值一般取为4?10KΩ。

  CMOS-晶体三极管VT的接口

  8.CMOS-发光二极管LED的接口

  发光二极管(LED)具有高可靠性、低功耗、长寿命等多项重要特性。是与CMOS集成电路配合使用的最佳终端显示器件之一。发光效率较高的LED可由CMOS集成电路直接驱动,特别当VDD=10~18V时,绝大多数的LED能够有足够的亮度。应当说明,用CMOS集成电路驱动LED应串入限流电阻,因为当VDD=10V时,其输出短路电流可达20mA左右,若不加适当的限流保护,极易导致LED或CMOS集成电路损坏。图8a是CMOS集成电路输出低电平点亮LED的电路,电阻R可通过公式:R=(VDD-VOL-VLED)/ILED求出。图8b是CMOS集成电路输出高电平点亮LED的电路,电阻R的数值通过公式:R=(VOH-VLED)/ILED求出。式中VLED和分别是LED的工作电压和工作电流。

  

  如果在低电源电压下工作的CMOS集成电路要驱动LED,或者使用负载能力较差的COOO系列CMOS集成电路驱动LED,均可能难以使LED发出足够明亮的光。解决办法是加一级晶体管驱动电路,以获得足够的驱动能力。

  9.CMOS-可控硅VS的接口

  一般中、小功率可控硅的触发电流约在10mA以下,故多数CMOS集成电路能够直接驱动可控硅。具体电路如图9所示。若需要更大的驱动电流,可改为CMOS缓冲器(例如CC4041)或缓冲/驱动器(例如CC40107),也可加一级晶体三极管电路。

  

关键字:CMOS  集成电路  接口电路

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2013/0716/article_18928.html
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