我应该使用 CMOS 还是 TTL?

电器工程 数字逻辑 设计 CMOS ttl 逻辑级
2022-01-11 01:26:44

现在,我知道这个问题已经被问了很多次了,以至于我好像在拖钓,但我必须指出,我在任何地方都找不到这个问题的正确答案

所以是的,CMOS和TTL是不同的。逻辑电平、速度、驱动电流、功耗等。

我想知道的是,从设计师的角度来看,它们有什么不同。

对于这个问题,我将设计一台小型计算机,例如 Z80 或 6502 或 8080 或其他任何计算机。让我们使用 HCMOS 和 LSTTL 作为我们的示例。

实际上,它真的有区别吗?

时钟速率足够低,因此门延迟不是问题。我会用交流电源给它供电,所以电源不是问题。我会坚持一个逻辑系列或另一个,所以兼容性不是问题。那么选择其中一个而不是另一个的动机是什么?

假设我想让这个设备尽可能可靠另外,我想让这个设备可以修复。

那么我应该使用哪个逻辑系列?

我说的是产品寿命。我应该坚持使用一种类型的 IC,因为它们更可靠吗?这些设备的 MBTF 是多少?

此外,如果他们在几年内停止制造其中一些 IC 怎么办?例如,如果你有一台摩托罗拉 ECL 系列计算机,如果一个 IC 坏了,你就不走运了。您将不得不自己动手或寻找一些旧的稀有 IC。我听说 74xx 系列中的大型 FIFO、PROM 和 SRAM 也已停产。因此,如果出现问题,我希望能够购买现成的零件并修复它。

4个回答

几个论点:

  • 对于 HC 和 HCT,扇出(在较低频率下)基本上是无限的,对于 LS,它是 IIRC 10(还是 20)?
  • HC 和 HCT 系列比 LS 更新,所以我敢打赌,它们的寿命会比 LS 长
  • HC 和 HCT 使用的电流比 LS 少得多(可能除了一些以非常高的频率开关的门),这简化了设计和布局。HC 和 HCT 还需要更少的电源去耦
  • 检查逻辑电平,并选择最佳匹配:HC 或 HCT。LS 只给你一种选择。
  • 上次我检查时,HC/HCT 比 LS 有更多选择

让我添加两个支持 LS 的(弱)论点:

  • 输入可以保持打开状态(它们会很高)
  • 更强大的 ESD 防护

我假设您在谈论“胶合逻辑”,并且您不是试图用逻辑芯片构建 CPU。

我认为你最好使用流行类型的 HC CMOS 芯片,因为它们可能在几年后仍然可用。4000 系列 CMOS 在低电压下运行时速度太慢,并且 LS TTL 越来越少,具有较低的扇入,如果您想混合系列,则需要使用 HCT CMOS,因为输出摆幅与 HC CMOS 不兼容。

您可能不关心功耗,但我们大多数人都关心,如果我们不使用 LS TTL 进行设计,它会比其他方式更快消失。

无论如何,如果您使用 74HC CMOS,您可能会在 CMOS、LS TTL 和更现代的逻辑系列(如 VHC CMOS)中找到引脚兼容的部件。您可以限制您的设计以允许使用其中任何一个。例如,可能使用的部件是'573 锁存器。您可以允许使用 74LS573、74HC573、74VHC573、74HCT573 以及可能的其他产品。全部将在 5V 电压下运行。

您可以查看分销商的库存并了解哪些零件即将出货。如果他们还没有过渡到 RoHS 和/或 SMT,你就知道他们是死板,而且如果除了专门生产过时零件的工厂以外,其他工厂的库存很低或根本不存在,他们可能和走了。

我最喜欢的 5V 胶合逻辑系列是 HCT,原因很简单,兼容性。

您可以很高兴地从 5V TTL、5V CMOS 或 3.3V CMOS 馈送它的输入,它的输出既有驱动 TTL 部件的驱动强度,也有驱动 5V 传统 CMOS 部件的电压电平。

每个人都忘记了一件重要的事情:更现代的逻辑系列可能具有相同的逻辑级别,但它们的切换速度比旧的逻辑系列快得多如果您的电路板不是为应对如此快速的切换而设计的,那么一旦您开始将旧芯片换成更新、更快的逻辑等效芯片,它要么完全停止工作,要么工作不稳定。

因此,在进行设计时,您不仅必须指定特定的逻辑功能逻辑电平,还必须指定特定的开关速度(上升和下降时间),并且您应该使用最慢的和最慢的时间来验证您的设计的性能。最快的开关设备。您还应该确定哪些设备组合对时序至关重要:例如,快速设备的输出可能会违反慢速设备的输入保持时间。

仅仅因为逻辑线以 100kHz 的频率切换并不意味着它是一个慢速信号。如果您使用的逻辑系列在 10ns 内转换输出,则需要相应地处理它,否则事情将根本不可靠。

您还应该为过时的大型设备包做好准备:移动设备中有卷,而那里的一切都是微小的如今,不使用 DIP 已成定局。即使是已有数十年历史的 SO 对于某些逻辑设备来说也不是很有未来感。您需要设计您的电路板,以使 SMT 设备有足够的间隙和热释放来进行返工。没有热空气返修站的可修复性可能不是一个可以实现的目标。

您需要在选择包装时考虑寿命。您可能需要规划适配器板,以使未来的封装适应您的设计。这对于 DIP 来说很容易,对于 SMT 封装来说,任何小于 SO 的东西都很难,你必须回流安装适配器,并且间隙是一个大问题。

趋势似乎是单/双栅极器件很流行,并且是多源的。因此,有时使用单/双包而不是“通常的”四重/十六进制包可能会更好。

如果您希望将来使用具有合理可靠性的适配器板,您可能希望提前考虑至少两个选项:

  1. 从较小的设备到 SO 足迹的齿形终端适配器,
  2. BGA 适配器从较小的 CS 或 BGA 设备到较大的 BGA 占用空间。