電路入門小常識：電路概念之——TTL與CMOS集成電路

集成電路(integrated circuit)是一種微型電子器件或部件。采用一定的工藝，把一個電路中所需的晶體管、二極管、電阻、電容和電感等元件及布線互連一起，制作在一小塊或幾小塊半導體晶片或介質(zhì)基片上，然后封裝在一個管殼內(nèi)，成為具有所需電路功能的微型結(jié)構(gòu);其中所有元件在結(jié)構(gòu)上已組成一個整體，使電子元件向著微小型化、低功耗和高可靠性方面邁進了一大步。它在電路中用字母“IC”表示。集成電路發(fā)明者為杰克·基爾比(基于硅的集成電路)和羅伯特·諾伊思(基于鍺的集成電路)。當今半導體工業(yè)大多數(shù)應用的是基于硅的集成電路。目前應用最廣泛的數(shù)字電路是TTL電路和CMOS電路。

1、TTL電路

TTL電路以雙極型晶體管為開關元件，所以又稱雙極型集成電路。雙極型數(shù)字集成電路是利用電子和空穴兩種不同極性的載流子進行電傳導的器件。

它具有速度高(開關速度快)、驅(qū)動能力強等優(yōu)點，但其功耗較大，集成度相對較低。

根據(jù)應用領域的不同，它分為54系列和74系列，前者為軍品，一般工業(yè)設備和消費類電子產(chǎn)品多用后者。74系列數(shù)字集成電路是國際上通用的標準電路。其品種分為六大類：74××(標準)、74S××(肖特基)、74LS××(低功耗肖特基)、74AS××(先進肖特基)、74ALS××(先進低功耗肖特基)、74F××(高速)、其邏輯功能完全相同。

2、 CMOS電路

MOS電路又稱場效應集成電路，屬于單極型數(shù)字集成電路。單極型數(shù)字集成電路中只利用一種極性的載流子(電子或空穴)進行電傳導。它的主要優(yōu)點是輸入阻抗高、功耗低、抗干擾能力強且適合大規(guī)模集成。特別是其主導產(chǎn)品CMOS集成電路有著特殊的優(yōu)點，如靜態(tài)功耗幾乎為零，輸出邏輯電平可為VDD或VSS，上升和下降時間處于同數(shù)量級等，因而CMOS集成電路產(chǎn)品已成為集成電路的主流之一。

其品種包括4000系列的CMOS電路以及74系列的高速CMOS電路。其中74系列的高速CMOS電路又分為三大類：HC為CMOS工作電平;HCT為TTL工作電平(它可與74LS系列互換使用);HCU適用于無緩沖級的CMOS電路。74系列高速CMOS電路的邏輯功能和引腳排列與相應的74LS系列的品種相同，工作速度也相當高，功耗大為降低。74系列可以說是我們平時接觸的最多的芯片，74系列中分為很多種，而我們平時用得最多的應該是以下幾種：74LS，74HC，74HCT這三種

輸入電平 輸出電平

74LS TTL電平 TTL電平

74HC COMS電平 COMS電平

74HCT TTL電平 COMS電平另外，隨著推出BiCMOS集成電路，它綜合了雙極和MOS集成電路的優(yōu)點，普通雙極型門電路的長處正在逐漸消失，一些曾經(jīng)占主導地位的TTL系列產(chǎn)品正在逐漸退出市場。CMOS門電路不斷改進工藝，正朝著高速、低耗、大驅(qū)動能力、低電源電壓的方向發(fā)展。BiCMOS集成電路的輸入門電路采用CMOS工藝，其輸出端采用雙極型推拉式輸出方式，既具有CMOS的優(yōu)勢，又具有雙極型的長處，已成為集成門電路的新寵。

3、 CMOS集成電路的性能及特點

功耗低

CMOS集成電路采用場效應管，且都是互補結(jié)構(gòu)，工作時兩個串聯(lián)的場效應管總是處于一個管導通另一個管截止的狀態(tài)，電路靜態(tài)功耗理論上為零。實際上，由于存在漏電流，CMOS電路尚有微量靜態(tài)功耗。單個門電路的功耗典型值僅為20mW，動態(tài)功耗(在1MHz工作頻率時)也僅為幾mW。

工作電壓范圍寬

CMOS集成電路供電簡單，供電電源體積小，基本上不需穩(wěn)壓。國產(chǎn)CC4000系列的集成電路，可在3~18V電壓下正常工作。

邏輯擺幅大

CMOS集成電路的邏輯高電平"1"、邏輯低電平"0"分別接近于電源高電位VDD及電源低電位VSS。當VDD=15V，VSS=0V時，輸出邏輯擺幅近似15V。因此，CMOS集成電路的電壓利用系數(shù)在各類集成電路中指標是較高的。

抗干擾能力強

CMOS