基于CMOS集成電路的單電源接口電路設計

由于TTL的低電平輸入電流1.6mA，而CMOS的低電平輸出電流只有1.5mA，因而一般都得加一個接口電路。這里介紹一種采用單電源的接口電路。在附圖1中，門II起接口電路的作用，是CMOS集成電路緩沖/電平變換器，起緩沖驅(qū)動或邏輯電平變換的作用，具有較強的吸收電流的能力，可直接驅(qū)動TTL集成電路，因而連接簡便。但是，使用時需要注意相位問題。電路中CC4049是六反相緩沖/變換器，而CC4050是六同相緩沖/變換器。

2.CMOS-HTL集成電路的接口

HTL集成電路是標準的工業(yè)集成電路，具有較高的抗干擾性能。由于CMOS集成電路的工作電壓很寬，因而可與HTL集成電路共用+15V電源。此時，兩者之間的VOH、VOL及IIH、IIL均互相滿足，不必另設接口電路，直接相連即可，連接電路見附圖2。

3.CMOS-ECL集成電路的接口

ECL集成電路是一種非飽和型的數(shù)字邏輯電路。其工作速度居所有邏輯電路之首。ECL采用負電源供電。CMOS集成電路驅(qū)動ECL集成電路可使用單電源工作，如附圖3所示。ECL集成電路加-5.2V工作電壓，CMOS的VDD接地，VSS接至-5.2V。以ECL集成電路CE10102為例，(CE10102內(nèi)部包括4個2輸入或非門)，流入ECL的輸入高電平電流IIH為265uA，輸入高電平電壓VIH為-1.105V， 在單電源下CMOS電路可以滿足ECL集成電路的輸入需要。

4.CMOS-NMOS集成電路的接口

NMOS集成電路是N溝道MOS電路，NMOS集成電路的輸入阻抗很高，基本上不需要吸收電流，因此，CMOS與NMOS集成電路連接時不必考慮電流的負載問題。

NMOS集成電路大多采用單組正電源供電，并且以5V為多。CMOS集成電路只要選用與NMOS集成電路相同的電源，就可與NMOS集成電路直接連接。不過，從NMOS到CMOS直接連接時，由于NMOS輸出的高電平低于CMOS集成電路的輸入高電平，因而需要使用一個(電位)上拉電阻R，如圖4所示，R的取值一般選用2~100KΩ。

5.CMOS-PMOS集成電路的接口

PMOS集成電路是一種適合在低速、低頻領域內(nèi)應用的器件。PMOS集成電路采用-24V電壓供電。如圖5所示的CMOS-PMOS接口電路采用兩種電源供電。采用直接接口方式，一般CMOS的電源電壓選擇在10~12V就能滿足PMOS對輸入電平的要求。[!--empirenews.page--]

6.CMOS-工業(yè)控制電路的接口

工業(yè)控制電路是工業(yè)控制系統(tǒng)中常用的電路，多采用24V工作電壓。圖6示出了CMOS電路與工業(yè)控制電路的連接方法。圖中R1是晶體三極管VT的基極偏流電阻，VT的作用是把CMOS電路較低的邏輯高電平拉到24V，使兩者構(gòu)成良好的連接。

7.CMOS-晶體三極管VT的接口

圖7a是CMOS集成電路驅(qū)動晶體三極管的接口。晶體三極管VT采用共發(fā)射極形式連接R1是VT的負載電阻，R1是VT的基極偏流電阻，R1的大小由公式R1=(VOH-VBH)β/IL決定。式中IL為負載電流。使用時應先根據(jù)VL和IL來選定VC，然后估算IB(IB=IL/β)是否在CMOS集成電路的驅(qū)動能力之內(nèi)。如超出，可換用β值更高的晶體三極管或達林頓管，如圖7b所示。晶體三極管VT按IL選定，IB=IL/(β1*β2)，電阻R1的取值為：R1=(VOH -1.4)/(IB + 1.4/R2)，式中R2是為改善電路的開關(guān)特性而引入的，其值一般取為4～10KΩ。

8.CMOS-發(fā)光二極管LED的接口

發(fā)光二極管(LED)具有高可靠性、低功耗、長壽命等多項重要特性。是與CMOS集成電路配合使用的最佳終端顯示器件之一。發(fā)光效率較高的LED可由CMOS集成電路直接驅(qū)動，特別當VDD=10~18V時，絕大多數(shù)的LED能夠有足夠的亮度。應當說明，用CMOS集成電路驅(qū)動LED應串入限流電阻，因為當VDD=10V時，其輸出短路電流可達20mA左右，若不加適當?shù)南蘖鞅Ｗo，極易導致LED或CMOS集成電路損壞。圖8a是CMOS集成電路輸出低電平點亮LED的電路，電阻R可通過公式：R=(VDD-VOL-VLED)/ILED求出。圖8b是CMOS集成電路輸出高電平點亮LED的電路，電阻R的數(shù)值通過公式：R=(VOH-VLED)/ILED求出。式中VLED和分別是LED的工作電壓和工作電流。

如果在低電源電壓下工作的CMOS集成電路要驅(qū)動LED，或者使用負載能力較差的COOO系列CMOS集成電路驅(qū)動LED，均可能難以使LED發(fā)出足夠明亮的光。解決辦法是加一級晶體管驅(qū)動電路，以獲得足夠的驅(qū)動能力。

9.CMOS-可控硅VS的接口

一般中、小功率可控硅的觸發(fā)電流約在10mA以下，故多數(shù)CMOS集成電路能夠直接驅(qū)動可控硅。具體電路如圖9所示。若需要更大的驅(qū)動電流，可改為CMOS緩沖器(例如CC4041)或緩沖/驅(qū)動器(例如CC40107)，也可加一級晶體三極管電路。