拓展进阶：各种门电路的接口设计

在数字电路或系统的设计中，往往由于工作速度或功耗指标等要求，需要采用多种逻辑器件混合使用，如TTL和CMOS器件同时使用。无论是用TTL驱动CMOS，还是用CMOS驱动TTL，由于每种器件的电压和电流参数各不相同，因此需要考虑两者之间是否能够完成兼容，若不能兼容则要采用接口电路。两种不同类型的逻辑电路的连接，需要考虑的主要是电平是否兼容和带负载能力两方面，即驱动门必须能为负载门提供符合标准的高、低电平和足够的驱动电流，即必须同时满足下列公式：

其中，n和m分别为负载电流中IIH和IIL的个数。

1.TTL电路驱动CMOS电路

用TTL电路驱动CMOS电路，由于CMOS电路是电压驱动的，所需电流很小，因此驱动电流没有问题，主要看电平关系。当TTL电路驱动4000系列和HC系列CMOS电路时，如果电源电位VCC与VDD均为5V，则TTL电路输出电平VOH≥2.4V、VOL≤0.5V，而CMOS电路输入电压VIL≤1.5V、VIH≥3.5V，所以满足低电平电压的输出输入关系，而不满足高电平电压的输出输入关系。因此，除TTL输出高电平与CMOS输入高电平接口上可能存在问题外，其余都是兼容的。为此，可在TTL的输出端与电源之间接一上拉电阻R，将TTL输出高电平提高到3.5V以上，如图1-30(a)所示。

图1-30 TTL电路驱动CMOS电路

当TTL电路和CMOS电路采用不同的电源电压时，如果在CMOS(4000系列)的电源电压较高时，可采用OC门进行电平转换，如图1-30(b)所示。还可以采用专用的电平转换电路(如CC4502、CC40109等)，能够满足后面CMOS电路对输入高、低电平的要求，如图1-30(c)所示。

2.CMOS电路驱动TTL电路

当CMOS电路驱动TTL电路时，由于CMOS驱动电流小，因此对TTL电路的驱动能力有限。所以用CMOS驱动TTL，主要考虑电流问题。由于TTL的IIL电流较大，式(1-11)一般不能满足，这就要求CMOS在VOL时，提供较大的吸收电流。实现CMOS驱动TTL、扩大CMOS电路输出低电平时带灌电流负载的能力，常用以下几种方法。

(1)将同一封装内的CMOS门电路并联使用，如图1-31所示。

图1-31 门电路并联使用

(2)利用专用的CMOS接口电路，如采用CC4009六反相缓冲/变换器、CC4010六同相缓冲/变换器等接口电路。图1-32所示为CC4010的引脚图和典型的应用电路。

图1-32 CC4010引脚图和典型应用电路(www.xing528.com)

(3)除了使用专用接口电路外，还可以用三极管驱动的方法，如图1-33所示。

图1-33 晶体三极管驱动接口电路

(4)74HC/74HCT可直接驱动74LSTTL，不用作电平、电流转换。

3.数字电路的功率接口

集成电路在使用时，往往前级要连接它的源电路，后级要连接它的负载电路，即它们要带动其前后级负载工作，如图1-34(a)所示。由于标准的TTL、CMOS的拉电流、灌电流是比较小的，如果负载所需的拉电流、灌电流很大，则数字集成电路不能提供;如果源电路提供所需用的拉电流、灌电流也很大，则数字集成电路同样不能提供，整个系统就不能工作。上述问题中，只要在数字集成电路和源电路之间增加缓冲器，并且在数字集成电路和负载电路之间增加驱动即可，如图1-34(b)所示。

图1-34 数字集成电路功率接口示意图

在TTL系列集成电路中，常用的功率接口电路有：74LS07(六同向缓冲/驱动器)、74LS06(六反向缓冲/驱动器)、74LS37(四2输入与非与门缓冲器)、74LS38(四2输入与非门缓冲器OC)等。

缓冲/驱动器一般都比具有相同逻辑功能的标准器件电流大。例如，同是四2输入与非门，74LS00是一般的与非门，而74LS37是作为缓冲/驱动器的与非门。同样在4000CMOS系列集成电路中也有缓冲器，如4009B(六反相缓冲器)、4010B(六同相缓冲器)、4049B(六反相缓冲器)、4050B(六同相缓冲器)。

图1-35 74LS06驱动LED示意图

当数字集成电路的输出需要大电流时，首先要考虑采用同系列的缓冲/驱动器来提供大电流。

例如，在图1-35所示的电路中，发光二极管LED需25mA电流，由于74LS06的IOL=40mA，当A点为高电平时，使B点为低电平从而使LED导通发光。而74LSTTL系列的其他反相器均不能提供这么大的电流。

当数字集成电路的输出要驱动高电压、大电流显示屏、继电器、步进电机等，就必须用大功率接口集成电路，如75系列、ULN系列等，甚至大功率的晶体管等。