[分享] TTL和CMOS器件的分类及使用注意事项

逻辑器件的分类方法有很多，下面以逻辑器件的功能、工艺特点和逻辑电平等方法来进行简单描述。
1：TTL和CMOS器件的功能分类
    按功能进行划分，逻辑器件可以大概分为以下几类： 门电路和反相器、选择器、译码器、计数器、寄存器、触发器、锁存器、缓冲驱动器、收发器、总线开关、背板驱动器等。
1)门电路和反相器
逻辑门主要有与门74X08、与非门74X00、或门74X32、或非门74X02、异或门74X86、反相器74X04等。
2)选择器
选择器主要有2-1、4-1、8-1选择器74X157、74X153、74X151等。
3)编/译码器
编/译码器主要有2/4、3/8和4/16译码器74X139、74X138、74X154等。
4)计数器
计数器主要有同步计数器74X161和异步计数器74X393等。
5)寄存器
寄存器主要有串-并移位寄存器74X164和并-串寄存器74X165等。
6)触发器
触发器主要有J-K触发器、带三态的D触发器74X374、不带三态的D触发器74X74、施密特触发器等。
7)锁存器
锁存器主要有D型锁存器74X373、寻址锁存器74X259等。
8)缓冲驱动器
缓冲驱动器主要有带反向的缓冲驱动器74X240和不带反向的缓冲驱动器74X244等。
9)收发器
收发器主要有寄存器收发器74X543、通用收发器74X245、总线收发器等。
10)总线开关
总线开关主要包括总线交换和通用总线器件等。
11)背板驱动器
背板驱动器主要包括TTL或LVTTL电平与GTL/GTL+（GTLP）或BTL之间的电平转换器件。
2：TTL和MOS逻辑器件的工艺分类特点
    按工艺特点进行划分，逻辑器件可以分为Bipolar、CMOS、BiCMOS等工艺，其中包括器件系列有：
Bipolar（双极）工艺的器件有： TTL、S、LS、AS、F、ALS。
CMOS工艺的器件有： HC、HCT、CD40000、ACL、FCT、LVC、LV、CBT、ALVC、AHC、AHCT、CBTLV、AVC、GTLP。
BiCMOS工艺的器件有： BCT、ABT、LVT、ALVT。
3：TTL和CMOS逻辑器件的电平分类特点
TTL和CMOS的电平主要有以下几种：5VTTL、5VCMOS（Vih≥0.7*Vcc，Vil≤0.3*Vcc）、3.3V电平、2.5V电平等。
5V的逻辑器件
5V器件包含TTL、S、LS、ALS、AS、HCT、HC、BCT、74F、ACT、AC、AHCT、AHC、ABT等系列器件
3.3V及以下的逻辑器件
包含LV的和V 系列及AHC和AC系列，主要有LV、AHC、AC、ALB、LVC、ALVC、LVT等系列器件。
具体情况可以参考下图：

图1：TI公司的逻辑器件示例图
4：包含特殊功能的逻辑器件
A．总线保持功能（Bus hold）
    由内部反馈电路保持输入端最后的确定状态，防止因输入端浮空的不确定而导致器件振荡自激损坏；输入端无需外接上拉或下拉电阻，节省PCB空间，降低了器件成本开销和功耗。ABT、LVT、ALVC、ALVCH、ALVTH、LVC、GTL系列器件有此功能。命名特征为附加了“H”如：74ABTH16244。
  
图2：总线保持功能图                                       图3：串行阻尼电阻图
B．串联阻尼电阻（series damping resistors）
    输出端加入串联阻尼电阻可以限流，有助于降低信号上冲/下冲噪声，消除线路振铃，改善信号质量。具有此特征的ABT、LVC、LVT、ALVC系列器件在命名中加入了“2”或“R”以示区别，如ABT162245，ALVCHR162245。对于单向驱动器件，串联电阻加在其输出端，命名如SN74LVC2244；对于双向的收发器件，串联电阻加在两边的输出端，命名如SN74LVCR2245。
C．上电/掉电三态（PU3S，Power up/power down 3-state）
    即热拔插性能。上电/掉电时器件输出端为三态，Vcc阀值为2.1V；应用于热拔插器件/板卡产品，确保拔插状态时输出数据的完整性。多数ABT、LVC、LVT、LVTH系列器件有此特征。
D．ABT 器件（Advanced BiCMOS Technology）
    结合了CMOS器件(如HC/HCT、LV/LVC、ALVC、AHC/AHCT)的高输入阻抗特性和双极性器件(Bipolar，如TTL、LS、AS、ALS)输出驱动能力强的特点。包括ABT、LVT、ALVT等系列器件，应用于低电压，低静态功耗环境。
E．Vcc/GND对称分布
    16位Widebus器件的重要特征，对称配置引脚，有利于改善噪声性能。AHC/AHCT、AVT、AC/ACT、CBT、LVT、ALVC、LVC、ALB系列16位Widebus器件有此特征。
F．分离轨器件（Split-rail）
    即双电源器件，具有两种电源输入引脚VccA和VccB，可分别接5V或3.3V电源电压。如ALVC164245、LVC4245等，命名特征为附加了“4”。
5：逻辑器件的使用指南
多余不用输入管脚的处理
    在多数情况下，集成电路芯片的管脚不会全部被使用。例如74ABT16244系列器件最多可以使用16路I/O管脚，但实际上通常不会全部使用，这样就会存在悬空端子。所有数字逻辑器件的无用端子必须连接到一个高电平或低电平，以防止电流漂移（具有总线保持功能的器件无需处理不用输入管脚）。究竟上拉还是下拉由实际器件在何种方式下功耗最低确定。 244、16244经测试在接高电平时静态功耗较小，而接地时静态功耗较大，故建议其无用端子处理以通过电阻接电源为好，电阻值推荐为1～10K。
选择板内驱动器件的驱动能力，速度，不能盲目追求大驱动能力和高速的器件，应该选择能够满足设计要求，同时有一定的余量的器件，这样可以减少信号过冲，改善信号质量。 并且在设计时必须考虑信号匹配。
在对驱动能力和速度要求较高的场合，如高速总线型信号线，可使用ABT、LVT系列。板间接口选择ABT16244/245或LVTH16244/245，并在母板两端匹配，在不影响速度的条件下与母板接口尽量串阻，以抑制过冲、保护器件，典型电阻值为10- 200Ω左右，另外，也可以使用并接二级管来进行处理，效果也不错，如1N4148等（抗冲击较好）。
在总线达到产生传输线效应的长度后，应考虑对传输线进行匹配，一般采用的方式有始端匹配、终端匹配等。
    始端匹配是在芯片的输出端串接电阻，目的是防止信号畸变和地弹反射，特别当总线要透过接插件时，尤其须做始端匹配。 内部带串联阻尼电阻的器件相当于始端匹配，由于其阻值固定，无法根据实际情况进行调整，在多数场合对于改善信号质量收效不大，故此不建议推荐使用。始端匹配推荐电阻值为10～51 Ω，在实际使用中可根据IBIS模型模拟仿真确定其具体值。
    由于终端匹配网络加重了总线负载，所以不应该因为匹配而使Buffer的实际驱动电流大于驱动器件所能提供的最大Source、Sink电流值。
应选择正确的终端匹配网络，使总线即使在没有任何驱动源时，其线电压仍能保持在稳定的高电平。
要注意高速驱动器件的电源滤波。如ABT、LVT系列芯片在布线时，建议在芯片的四组电源引脚附近分别接0.1 μ或0.01 μ电容。
可编程器件任何电源引脚、地线引脚均不能悬空；在每个可编程器件的电源和地间要并接0.1uF的去耦电容，去耦电容尽量靠近电源引脚，并与地形成尽可能小的环路。
收发总线需有上拉电阻或上下拉电阻，保证总线浮空时能处于一个有效电平，以减小功耗和干扰。
373/374/273等器件为工作可靠，锁存时钟输入建议串入10－200欧电阻。
时钟、复位等引脚输入往往要求较高电平，必要时可上拉电阻。
注意不同系列器件是否有带电插拔功能及应用设计中的注意事项。
注意电平接口的兼容性。 选用器件时要注意电平信号类型，对于有不同逻辑电平互连的情况，请遵守本规范的相应的章节的具体要求。
在器件工作过程中，为保证器件安全运行，器件引脚上的电压及电流应严格控制在器件手册指定的范围内。逻辑器件的工作电压不要超出它所允许的范围。
逻辑器件的输入信号不要超过它所能允许的电压输入范围，不然可能会导致芯片性能下降甚至损坏逻辑器件。
对开关量输入应串电阻，以避免过压损坏。
对于带有缓冲器的器件不要用于线性电路，如放大器。