摘 要： 本文对常用数字集成电路做了简单的分类，简要说明了TTL和CMOS集成电路的使用注意事项，并着重从电压匹配与电流匹配这一角度，对TTL和CMOS集成电路相互间的接口转换技术进行了研究。
关键词： 数字集成电路 电压匹配 接口技术
一、引言
当今社会是数字化的社会，数字集成电路具有可靠性高、静态功耗小、工作速度高、寿命长和低成本等优点，因此它在通信、电力、自动化设备和家用电器等诸多方面得到了广泛应用。目前数字集成电路种类繁多，不同类型的集成电路在连接时，如果逻辑电平不匹配，且考虑到负载能力的限制，那么中间就需要串入接口电路，否则将引起逻辑混乱，甚至损坏集成芯片。因此，为了更好地使用数字集成电路，就有必要对其具体使用方法和接口技术要有一定的认识。
二、数字集成电路的分类
按照电路结构的不同，数字集成电路可分为两大类：一类是双极型集成电路，采用晶体管作为开关元件，管内有电子和空穴两种极性的载流子参与导电；另一类采用绝缘栅场效应晶体管作开关元件，称为MOS（Metal Oxide Semiconductor）集成电路。这种管子内部只有一种载流子，即电子或空穴参与导电，故又称单极型集成电路。下面我对这两种类型的数字集成电路予以简要说明。
（一）双极型集成电路
TTL电路（Transistor-Transistor Logic即晶体管――晶体管逻辑电路）也称为TL，是目前双极型数字集成电路中应用得最多的一种。它具有较快的开关速度、较强的抗干扰能力，以及足够大的输出幅度，且带负载能力也比较强，所以得到了最为广泛的应用［１］。
在双极型数字集成电路中，除了TTL电路以外，还有高阈值逻辑（High Threshold Logic，简称HTL）、二极管―三极管逻辑（Diode-Transistor Logic，简称DTL）、发射极耦合逻辑（Emitter Coupled Logic，简称ECL）和集成注入逻辑（Integrated Injection Logic，简称IL）等几种逻辑电路。其中较为常用是ECL电路，其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。
（二）MOS集成电路
MOS数字集成电路是指只有一种载流子参与导电的电路，其中只有电子参与导电的称为NMOS电路；只有空穴参与导电的称为PMOS电路；如果是用NMOS及PMOS复合起来构成的互补（Complementary）MOS集成电路，则称为CMOS电路。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数字集成电路与TTL数字集成电路相比，有许多优点，如工作电源电压范围宽，静态功耗低，抗干扰能力强，输入阻抗高，成本低，等等。因而，CMOS数字集成电路得到了广泛的应用。
三、CMOS电路和TTL电路的使用注意事项
由于CMOS与TTL数字集成电路有其各自的工作特点，因此在应用数字集成电路时对其要有正确的使用方法。下面我就对CMOS与TTL相应使用事项作以简要说明。
（一）CMOS电路的使用知识
1.输入电路的静电保护
CMOS电路的输入端设置了保护电路，给使用者带来很大方便。但是，这种保护还是有限的。CMOS电路的输入阻抗高，极易产生感应较高的静电电压，从而击穿MOS管栅极极薄的绝缘层，造成器件的永久损坏。为避免静电损坏，应注意以下几点。
（1）所有与CMOS电路直接接触的工具、仪表等必须可靠接地。
（2）存储和运输CMOS电路，最好采用金属屏蔽层做包装材料。
2.多余的输入端不能悬空
输入端悬空极易产生感应较高的静电电压，造成器件的永久损坏。对多余的输入端，可以按功能要求接电源或接地，或者与其他输入端并联使用。
（二）TTL电路的使用知识
1.多余输入端处理方法
（1）与其他输入端并联使用。
（2）将不用的输入端按照电路功能要求接电源或接地。比如将与门、与非门的多余输入端接电源，将或门、或非门的多余输入端接地。
2.电路的抗干扰处理
（1）在每一块插板的电源线上，并接几十μF的低频去耦电容和0.01―0.047μF的高频去耦电容，以防止TTL电路的动态尖峰电流产生的干扰。
（2）整机装置应有良好的接地系统［２］。
四、常用数字集成电路接口技术
在数字系统设计中，往往由于工作速度或者功耗指标的要求，需要采用多种逻辑器件混合使用，而由于每种器件的电压和电流参数各不相同，因此需要采用接口电路来连接不同类型的集成电路。如TTL和CMOS电路需要采用接口电路一般要考虑两个问题：一是要求电平匹配，即驱动门要为负载门提供符合标准的输出高电平和低电平；二是要求电流匹配，即驱动门要为负载门提供足够大的驱动电流。下面我就CMOS电路和TTL电路之间的接口问题加以分析［３］。
（一）TTL门驱动CMOS门
1.电平不匹配2.电流匹配
因为CMOS输入电流几乎为零，所以TTL驱动CMOS在电流的兼容性上不存在问题。
3.解决电平不匹配问题的方法
（1）外接上拉电阻在TTL门电路的输出端外接一个上拉电阻R5V。（如图1所示）
图1 TTL驱动CMOS接口电路
（2）选用电平转换电路（如CC40109）
若电源电压不一致时可选用电平转换电路。CMOS电路的电源电压可选3―18V；而TTL电路的电源电压只能为5V。
（3）采用TTL的OC门实现电平转换。
若电源电压不一致时也可选用OC门实现电平转换。
（二）CMOS门驱动TTL门
1.电平匹配
CMOS门电路作为驱动门，U.8V。电平匹配是符合要求的。
2.电流不匹配
由于TTL门电路的低电平输入电，而CMOS门电路的低电平输出电流远小于1.6mA，因此电流不匹配，需要加接口电路。
3.解决电流匹配问题的方法
（1）选用CMOS缓冲器：比如，CC4049的驱动电流可达4mA，完全可以满足TTL输入电流的要求。（如图2所示）
图2 CMOS驱动TTL接口电路
（2）选用高速CMOS系列产品：如选用CMOS的54HC/74HC系列产品可就以直接驱动TTL电路。
（3）CMOS电路并联驱动TTL，这种方法只允许在CMOS为同一集成芯片时使用。
五、结语
在数字电路或数字系统的设计中，常常需要根据设计指标对工作速度或功耗的要求选用不同类型的数字集成电路。因此不同类型的集成电路在混合使用时，要根据其相应引脚的逻辑电平和带负载能力采用相应的接口电路，这样才能确保电路逻辑准确、性能可靠。
参考文献：
［1］阎石.数字电子技术基础（第五版）［M］.北京：高等教育出版社，2006.5.
［2］侯伯享.数字系统设计［M］.西安：西安电子科技大学出版社，2004.1.
［3］孙余凯，项绮明.数字集成电路基础与应用［M］.北京：电子工业出版社，2006.2.
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