Chương 5 Giao tiếp giữa TTL-CMOS

Cũng giống như ở trường hợp trên, nếu ra mức thấp thì TTL có thể thúc trựctiếp CMOS nhưng nếu ra mức cao VOH(TTL) chỉ có 2,7V đến 5V thì chắc chắnkhông thể thúc được CMOS vì khoảng áp này rơi vào vùng bất định của ngõ vàoCMOS. Ta cũng phải dùng điện trở kéo lên, có thể dùng TTL ngõ ra cực thu để hởcho trường hợp này.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chương 5 Giao tiếp giữa TTL-CMOS Baøi giaûng Vi maïch CHƯƠNG 5 GIAO TIẾP GIỮA CMOS & TTL5.1 GIAO TIẾP GIỮA CÁC CỔNG LOGIC VỚI NHAU 5.1.1 Giữa TTL với TTL Do cùng loại nên chúng đương nhiên có thể mắc nối trực tiếp với nhau. Dòng trung bình để đảm bảo mức điện áp vào, ra ở mức cao hay thấp cho phép thì: IOH = 400uA còn IIH = 40uA khi ra mức cao. IOL = 16mA còn IIL = 16mA khi ra mức thấp. Như vậy 1 cổng TTL có thể thúc được khoảng dưới 10 cổng logic cùng loại. Ở đây chỉ xét tính tương đối do TTL có nhiều loại nên khả năng thúc tải (tính số toả ra) cũng khác nhau như loại ALS có thể thúc được tới 20 cổng 74ALS khác. Để biết chính xác hơn có thể dựa vào thông số của dòng vào và ra của IC trong số tay tra cứu IC để tính toán. 5.1.2 Giữa TTL với CMOS họ 74HC, 74HCT Ở mức thấp TTL có thể thúc được CMOS do VOLmax(TTL)< VILmax(CMOS) và IOLmax(TTL) > IILmax(CMOS). Ở mức cao TTL không thể thúc được CMOS do áp mức cao của TTL có khi chỉ còn 2,5 V trong khi CMOS chỉ chấp nhận áp mức cao không dưới 3,5V. nếu nối mạch thì hoạt động có thể sai logic. Có 1 cách để khắc phục là dùng điện trở kéo lên ở ngõ ra của cổng TTL. Khi đó, qua điện trở R này, dòng từ nguồn sẽ nâng dòng vào CMOS nhờ đó áp ra mức cao TTL sẽ không quá thấp, CMOS sẽ hiểu được. Chẳng hạn một cổng 74LS01 có IOLmax = 8mA, VOLmax = 0,3V thúc một cổng 74HC00 có VIHmin = 3,5V, IIHmin = 1uA. Khi 74LS01 ở mức thấp 0,3V thì nó sẽ nhận dòng hết mức là 8mA được cấp thông qua điện trở kéo lên (trong khi dòng IIHmin chỉ có dưới 1uA rất nhỏ), thế thì sẽ phải cần điện trở kéo lên có giá trị nhỏ nhất Rmin. Còn khi ở mức cao 3,5V 74LS01 nhận dòng 100uA và 74HC00 nhận dòng 1uA. Vậy khi này điện trở kéo lên sẽ phải có giá trị max để hạn lại dòng cho 2 cổng Chöông 5: Giao tieáp giöõa TTL vaø CMOS 71 Baøi giaûng Vi maïch Khi Rmax thì công suất tiêu tán max sẽ nhỏ nhất. Tụ C = 15pF được thêm vào để khi đang ở mức thấp 0,3V mà chuyển lênmức cao thì tụ sẽ nạp cho áp lên 3,5V để CMOS “hiểu”. Hình 5.1 Giao tiếp giữa TTL với CMOS5.1.3 TTL thúc CMOS có áp nguồn cao hơn 5V Cũng giống như ở trường hợp trên, nếu ra mức thấp thì TTL có thể thúc trựctiếp CMOS nhưng nếu ra mức cao VOH(TTL) chỉ có 2,7V đến 5V thì chắc chắnkhông thể thúc được CMOS vì khoảng áp này rơi vào vùng bất định của ngõ vàoCMOS. Ta cũng phải dùng điện trở kéo lên, có thể dùng TTL ngõ ra cực thu để hởcho trường hợp này.5.1.4 Giao tiếp CMOS-CMOS Với cùng điện thế cấp, một cổng CMOS có thể thúc cho rất nhiều cổng cùngloại CMOS vì dòng cấp khoảng 0,5 đến 5mA trong khi dòng nhận rất nhỏ (dưới1uA). Tuy nhiên nếu tần số hoạt động càng cao thì khả năng thúc tải sẽ càng giảmđi (có khi chỉ còn dưới 10 cổng). Lý do là ở tần số cao, các điện dung ngõ vào củacác cổng tải sẽ làm tăng công suất tiêu tán và trì hoãn truyền của mạch.5.1.5 CMOS thúc TTL Khi thúc tải ở mức cao thường VOH(CMOS) > VIH(TTL) còn dòng nhậnIIH(TTL) chỉ vài chục uA nên CMOS có thể thúc nhiều tải TTL. Khi thúc TTL ở mức thấp thì rất phức tạp tuỳ loại. CMOS cũ (4000) không thúc được TTL. CMOS mới (74HC) thì có thể, số cổng thúc được tuỳ thuộc VOL(CMOS) >VIL(TTL) và dòng tổng ngõ ra (CMOS) phải lớn hơn tổng các dòng ngõ vào I IL củacác tải TTL. Như vậy, việc giao tiếp các cổng với nhau cũng rất đa dạng tuỳ thuộc yêucầu người sử dụng. Một vấn đề khác cũng cần phải quan tâm là các IC giao tiếpnhau chung nguồn cấp hay giao tiếp cùng khoảng mức áp sẽ đảm bảo hoạt động Chöông 5: Giao tieáp giöõa TTL vaø CMOS72 Baøi giaûng Vi maïch hơn. Vì vậy có một số IC đã được sản xuất để phục vụ cho việc chuy ển mức điện áp giao tiếp giữa CMOS với TTL hay CMOS 4000 với CMOS 74HC.5.2 GIAO TIẾP GIỮA CỔNG LOGIC VỚI CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN 5.2.1 Giao tiếp với công tắc cơ khí Các công tắc thường sử dụng để đóng mở nguồn cấp tạo trạng thái logic cho cổng nhưng do làm dạng tiếp xúc cơ khí nên khi đóng mở sẽ sinh ra hiện tượng dội. Hình 5.2 Giao tiếp với công tắc cơ khí Với điện gia dụng như đèn quạt thì hiện tượng dội này không ảnh hưởng gì cả vì dội xảy ra rất ngắn chỉ khoảng vài ms, đèn quạt không kịp sáng tắt hay quay dừng hoặc nếu có đi thì mắt cũng không thể thấy được. Nhưng với các vi mạch điện tử, rất nhạy với những thay đổi rất nhỏ và rất nhanh. Ở đây dùng cổng schmitt trigger CMOS để chuyển mạch tín hiệu tạo bởi công tắc. Do khi nhấn công tắc, gây ra dội, công tắc chuyển qua l ại giữa mass và Vcc đưa vào cổng logic, Schmitt trigger rất nhạy khi áp vào lớn hơn hay nhỏ hơn áp ngưỡng của nó thì lập tức áp ra sẽ là mức cao hay mức thấp, mức này cung cấp cho mạch đếm và mạch hiển thị nếu được nối từ mạch đếm sẽ cho số đếm là số lần dội ở công tắc. Hiện tượng này chỉ xảy ra vài chục ms nhưng với mạch logic đôi khi cũng là “nguy hiểm” rồi. Để chống dội ta có thể sử dụng phần cứng hay phần mềm. Chẳng hạn ở bàn phím máy tính đều là các công tắc cơ khí, 1 phần mềm trong máy sẽ dò đọc công tắc đó chuyển tiếp trong một khoảng thời gian ngắn khoảng 20ms, nếu thực sự công tắc được nhấn thì mức logic mới ấn ổn định sau khoảng thời gian dội ấy và phần mềm mới chấp nhận được trạng thái của công tắc. Còn ở đây trình bày cách chống dội bằng tụ và mạch chốt. Chống dội dùng tụ lọc đầu vào Tụ C giá trị khoảng 0,01us được nối ở ngõ vào của cổng logic như hình vẽ. Khi nhấn công tắc, tụ C nạp qua công tắc vào tụ. Tới khi công tắc nhả ra, có hiện tượng dội tụ sẽ xả qua R xuống mass. Thời hằng xả là 100k x 0,01uF = 1ms l ớn hơn chu kì dội tối đa của công tắc chỉ vài trăm ns. Do đó khi này c ổng logic ch ưa Chöông 5: Giao tieáp g ...