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逻辑门器件替代选型

逻辑门是数字电路的基本组成单元,之所以叫逻辑“门”电路,“门”通常会让我们联想到“打开”和“关闭”两种状态,当某个逻辑关系电路有信号输出时,可以理解为“门”打开,没有信号输出时,相当于“门”关闭,因此称呼“门电路”可以很形象的概括其特点。
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逻辑门器件替代选型

逻辑门是数字电路的基本组成单元,之所以叫逻辑“门”电路,“门”通常会让我们联想到“打开”和“关闭”两种状态,当某个逻辑关系电路有信号输出时,可以理解为“门”打开,没有信号输出时,相当于“门”关闭,因此称呼“门电路”可以很形象的概括其特点。
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技术详情

一、逻辑门电路简介


数字电路是现代电子技术的核心基础,广泛应用在计算机、通信、控制等领域。数字电路具备电路结构简单,稳定可靠、功耗低的优点,在传输信号时只需传递高/低两个电平值,因此抗干扰能力强,数字电路不仅可以完成数值运算,还能进行逻辑运算和判断。

 

图1:基础逻辑门


逻辑门是数字电路的基本组成单元,之所以叫逻辑“门”电路,“门”通常会让我们联想到“打开”和“关闭”两种状态,当某个逻辑关系电路有信号输出时,可以理解为“门”打开,没有信号输出时,相当于“门”关闭,因此称呼“门电路”可以很形象的概括其特点。逻辑门的基本逻辑包括“与,或,非”三种,各种复杂的逻辑关系都可以由这三个基本逻辑来构成,只不过组成成分,方式更加多样化。

图2:常用逻辑门


从逻辑门电路的生产工艺上看,可以分为两大类:分立元件门电路和应用集成电路工艺制成的集成门电路。同型号的74系列、74HC系列、74LS系列芯片,逻辑功能上是一样的。

图3:逻辑门电路实现方式


74系列逻辑器件从问世的40多年以来,虽然一直受到来自可编程器件和系统级芯片的激烈竞争,但依然有一定的市场需求。它们通常能以高效和高性价比的方案来处理与显示的接口、在电路板或背板上传送信号、处理多信号位操作、信号屏蔽、启动芯片等类似问题。


二、逻辑门电路分类


2.1 按半导体工艺分类

可以分为Bipolar、CMOS、BiCMOS等工艺:

(1)Bipolar(双极工艺):TTL、S、LS、AS、F、ALS;

(2)CMOS工艺:HC、HCT、CD4000、ACL、FCL、LVC、LV、CBT、ALVC、AHC、AHCT、CBTLV、AVC、GTLP;

(3)BiCMOS工艺:BCT、ABT、LVT、ALVT。


2.2 按逻辑电平分类

可以分为5V TTL、5V CMOS(Vih≥0.7Vcc,Vil≤0.3Vcc)、3.3V、2.5V、1.8V、1.5V、1.2V等电平:

(1)5V的逻辑器件,包括TTL、S、LS、ALS、AS、HCT、HC、BCT、74F、ACT、AC、AHCT、AHC、ABT等系列;

(2)3.3V及以下的逻辑器件,包括LV、AHC、AC、ALB、LVC、ALVC、LVT等系列。


2.3 按功能分类

(1)逻辑门电路:与门74X08,与非门74X00、或与门74X02、异或门74X86、反相器74X04;

(2)反相器:将输入信号的相位反转180度,应用在摸拟电路,如音频放大,时钟振荡器等;

(3)选择器:主要有2-1(74X157)、4-1(74X153)、8-1(74X151);

(4)译码器:主要有2/4(74X139)、3/8(74X138)、4/16(74X154);

(5)计数器:主要有同步计数器74X161,异步就是好奇74X393;

(6)寄存器:主要有串-并移位寄存器74X164和并-串寄存器74X165;

(7)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;

(8)锁存器:主要有D型锁存器74X373,寻址锁存器74X259;

(9)缓冲驱动器:主要有带方向的缓冲驱动器(74X240)和不带反向的缓冲驱动器(74X244);

(10)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;

(11)总线开关:主要包括总线交换和通用总线器件;

(12)背板驱动器:主要包括TTL或LVTTL电平与GTL/GTL+或BTL之间的电平转换器件。


2.4 74系列逻辑门系列的特点

(1)74:早期产品,目前仍在使用,逐渐被淘汰;

(2)74H:74的改进型,属于高速TTL产品,其与非门传输时间达到10ns左右,但是电路静态功耗较大,逐渐被淘汰;

(3)74S:TTL的高速型肖特基系列,采用抗饱和肖特基二极管,速度较高但是品种较少,非主流;

(4)74LS:LS是低功耗肖特基,速度比HC系列的略快,属于TTL类的主要产品系列,工作于5V电压,品种和参加非常多,性价比高,在中小规模电路中应用普遍,LS输入开路为高电平,LS 输入端没有上拉或下拉要求,输出端体现下拉强上拉弱。

(5)74HC:HC是高速CMOS标准逻辑电路系列,具有与74LS-系列同等工作度和CMOS固有的低功耗和宽电源电压范围(2V~6V),HC的输入电阻很高,开路状态下电平不定,因此输入端要求有上下拉电阻来确定空置时的电平,电阻取值范围1K~10KΩ;

(6)74HCT:输入输出与LS系列兼容,但是功耗低;

(7)74AS:是74S的后继产品,速度进一步提升到1.5ns,因此也成为“先进超高速肖特基”系列;

(8)74ALS:“先进的低功耗肖特基”系列,属于74LS系列的后继产品,工作频率可达50MHz,典型速度4ns,典型功耗1mW,但是价格较高;

(9)其他:74F采用高速肖特基电路,74AC是带缓冲功能的逻辑门。


2.5 特殊逻辑器件

(1)总线保持功能,由内部反馈电路保持输入端最后的确定状态,无需外接上拉或下拉电阻,防止因为输入端浮空的不确定导致器件损坏;

-》ABT、LVT、ALVC、ALVCH、ALVTH、LVC、GTL系列器件有此功能,命名特征附加了H,例如:74ABTH16244;

(2)串联阻尼电阻,输出端加入串联电阻可以限流,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;

-》ABT、LVC、LVT、ALVC系列,在命名中加入“2”或“R”,以示区别,例如ABT162245,ALVCHR162245;

(3)上电/掉电三态(即热插拔性能),在上电和掉电时器件输出端为三态,应用于热插拔器件产品,确保输出数据的完整性,多数ABT、LVC、LVT、LVTH系列器件有此特征;

(4)ABT器件,结合了CMOS器件的高速路阻抗和双极型器件输出驱动能力强的特点,应用于低电压、低静态功耗环境。包括ABT、LVT、ALVT等系列器件;

(5)Vcc/GND对称分布:16位Widebus器件,如果对称布置引脚,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;

(6)分离轨器件,即双电源器件,具备两个电源输入引脚,可以分别接5V和3.3V电源,如ALVC164245、LVC4245等,命名特征为附加了“4”。


2.6 应用注意事项


在实际使用中,TTL和CMOS不同的逻辑电平会影响逻辑门的通用性,LS是TTL电平,其低电平和高电平分别为0.8和V2.4,而CMOS在工作电压为5V时分别为0.3V和3.6V,所以CMOS可以驱动TTL,但反过来不行。如果输入电压(包括电压过冲)超过器件管脚所能承受的最大电压,可能会损坏器件。


另外要关注驱动能力不同,一般门电路的扇入系数为1-5,最多不超过8。扇出系数这反映逻辑门驱动负载能力,大多数TTL门电路扇出系数为10,驱动器可达25-30。CMOS门电路的直流扇出能力通常可以达到1000,但是对交流信号的扇出能力则与信号频率有关,由负载电容决定。如果门电路的驱动能力不足可能会带来隐患,在电源波动或受到干扰时造成数据传输错误。


逻辑门器件的时延特性也要关注,在对高速信号进行电平转换时,需要充分考虑时序容限,不然可能会导致时序出现问题。


三,芯智云城推广物料品牌


3.1 中微爱芯

 

无锡中微爱芯电子有限公司成立于2004年,是一家以集成电路设计、测试、应用、方案、销售和服务为主的高新技术企业,是工信部认定的国家规划布局内的集成电路设计企业。拥有CMOS、BICMOS 、BIPOLAR设计能力。产品已形成MCU、LCD显示、LED显示、通用逻辑、驱动、运放、电源、音响、遥控器、通信、配套等多个系列几百个品种,覆盖家电、物联网、音视频电子、汽车、工控、通信等多个领域。


 

图4:中微爱芯逻辑器件系列


(1)HC/HCT是高速CMOS逻辑器件,具有广泛的应用。HC系列逻辑电路工作电压范围为2-6V,HCT系列逻辑电路兼容TTL,工作电压范围为4.5-5.5V。所有的HC/HCT逻辑电路提供8mA的平衡输出,典型传输延迟为9ns,工作温度在-40~+105℃范围内。应用领域:工业设备、消费电子、计算机周边


(2)74AHC/AHCT是先进高速CMOS逻辑器件,在HC/HCT系列逻辑电路的基础上进行了改进,在混合电压应用中具有过压容限输入。AHC逻辑电路工作电压范围为2-6V,AHCT系列逻辑电路兼容TTL,工作电压范围为4.5-5.5V。所有的AHC/AHCT逻辑电路提供8mA的平衡输出,典型传输延迟为5ns,工作温度在-40~+105℃范围内。应用领域:工业设备、消费电子、计算机周边、通信


(3)LV系列逻辑电提供宽电源电压:1.0到5.5V,可靠性高。LV电路完全兼容TTL输入电平,在高速下平衡了传输延迟,LV系列电路与HC(T)管脚兼容,工作在-40 ~+105 ℃温度范围内。应用领域:工业控制、电池备份系统、数据处理设备、汽车电子


(4)LVC系列逻辑电路工作在1.2到3.6V。LVC系列逻辑电路具有24mA的平衡输出驱动负载能力,3.5ns的典型传输延迟以及一些特殊功能,非常适合并行接口应用。工作温度在-40~+105℃范围内。应用领域:机顶盒、平板电视、工作站、电信网络设备、总线接口、计算机周边


(5)LVT系列逻辑电路兼有CMOS电路的低功耗、低噪声优点和双极电路的高速、高驱动能力优点 。LVT系列电路在宽温范围内具有很高的静态和动态稳定性,工作电压为2.7-3.6V,支持热插拔。输出驱动电流高达64mA,典型传输延迟2ns。LVT系列电路工作在-40 ~+105。应用领域:背板驱动、工作站、电信网络设备、总线接口、计算机周边


(6)AVC是先进的超低工作电压的CMOS逻辑电路。AVC电路典型传输延迟为1.5ns,是工业应用中最快的逻辑电路之一。AVC系列电路工作在-40~+105 °温度范围内。应用领域:高端工作站/服务器和PC、


(7)AUP系列是便携式应用的行业标准逻辑电路。采用CMOS工艺,动态和静态功耗低。AUP系列兼容3.6V,可选低三态输入,带有电流关断功能,适合1.8/3.3混合电压及部分掉电应用。AUP系列电路工作在1.1-3.6V,满足工业和汽车的工作温度要求。应用领域:手机、平板、数码相机、媒体播放器、便携医疗设备、汽车内存接口、数据通信、手持低功耗设备


(8)4000系列采用CMOS工艺的数字集成电路,具有电压应用范围宽、输入阻抗高等特点。应用领域:医疗仪器、工业应用、消费电子


(9)电平转换芯片具有驱动能力强、高性能、小封装等特点,用于多种通信接口,兼容推挽输出和开漏输出架构。应用领域:医疗仪器、工业应用、消费电子


图5:中微爱芯逻辑器件主要应用领域汇总


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