基于CMOS集成电路的单电源接口电路设计

由于TTL的低电平输入电流1.6mA，而CMOS的低电平输出电流只有1.5mA，因而一般都得加一个接口电路。这里介绍一种采用单电源的接口电路。在附图1中，门II起接口电路的作用，是CMOS集成电路缓冲/电平变换器，起缓冲驱动或逻辑电平变换的作用，具有较强的吸收电流的能力，可直接驱动TTL集成电路，因而连接简便。但是，使用时需要注意相位问题。电路中CC4049是六反相缓冲/变换器，而CC4050是六同相缓冲/变换器。
　　

　　2．CMOS-HTL集成电路的接口
　　HTL集成电路是标准的工业集成电路，具有较高的抗干扰性能。由于CMOS集成电路的工作电压很宽，因而可与HTL集成电路共用+15V电源。此时，两者之间的VOH、VOL及IIH、IIL均互相满足，不必另设接口电路，直接相连即可，连接电路见附图2。
　　

　　3．CMOS-ECL集成电路的接口
　　ECL集成电路是一种非饱和型的数字逻辑电路。其工作速度居所有逻辑电路之首。ECL采用负电源供电。CMOS集成电路驱动ECL集成电路可使用单电源工作，如附图3所示。ECL集成电路加-5.2V工作电压，CMOS的VDD接地，VSS接至-5.2V。以ECL集成电路CE10102为例，（CE10102内部包括4个2输入或非门），流入ECL的输入高电平电流IIH为265uA，输入高电平电压VIH为-1.105V， 在单电源下CMOS电路可以满足ECL集成电路的输入需要。
　

　　4．CMOS-NMOS集成电路的接口
　　NMOS集成电路是N沟道MOS电路，NMOS集成电路的输入阻抗很高，基本上不需要吸收电流，因此，CMOS与NMOS集成电路连接时不必考虑电流的负载问题。
　　NMOS集成电路大多采用单组正电源供电，并且以5V为多。CMOS集成电路只要选用与NMOS集成电路相同的电源，就可与NMOS集成电路直接连接。不过，从NMOS到CMOS直接连接时，由于NMOS输出的高电平低于CMOS集成电路的输入高电平，因而需要使用一个（电位）上拉电阻R，如图4所示，R的取值一般选用2~100KΩ。
　

　　5．CMOS-PMOS集成电路的接口
　　PMOS集成电路是一种适合在低速、低频领域内应用的器件。PMOS集成电路采用-24V电压供电。如图5所示的CMOS-PMOS接口电路采用两种电源供电。采用直接接口方式，一般CMOS的电源电压选择在10~12V就能满足PMOS对输入电平的要求。
　　

　　6.CMOS-工业控制电路的接口
　　工业控制电路是工业控制系统中常用的电路，多采用24V工作电压。图6示出了CMOS电路与工业控制电路的连接方法。图中R1是晶体三极管VT的基极偏流电阻，VT的作用是把CMOS电路较低的逻辑高电平拉到24V，使两者构成良好的连接。
　

　　7．CMOS-晶体三极管VT的接口
　　图7a是CMOS集成电路驱动晶体三极管的接口。晶体三极管VT采用共发射极形式连接R1是VT的负载电阻，R1是VT的基极偏流电阻，R1的大小由公式R1=（VOH-VBH）β/IL决定。式中IL为负载电流。使用时应先根据VL和IL来选定VC，然后估算IB（IB=IL/β）是否在CMOS集成电路的驱动能力之内。如超出，可换用β值更高的晶体三极管或达林顿管，如图7b所示。晶体三极管VT按IL选定，IB=IL/（β1*β2），电阻R1的取值为：R1=（VOH -1.4）/（IB + 1.4/R2），式中R2是为改善电路的开关特性而引入的，其值一般取为4～10KΩ。
　

　　8．CMOS-发光二极管LED的接口
　　发光二极管（LED）具有高可靠性、低功耗、长寿命等多项重要特性。是与CMOS集成电路配合使用的终端显示器件之一。发光效率较高的LED可由CMOS集成电路直接驱动，特别当VDD=10~18V时，绝大多数的LED能够有足够的亮度。应当说明，用CMOS集成电路驱动LED应串入限流电阻，因为当VDD=10V时，其输出短路电流可达20mA左右，若不加适当的限流保护，极易导致LED或CMOS集成电路损坏。图8a是CMOS集成电路输出低电平点亮LED的电路，电阻R可通过公式：R=（VDD-VOL-VLED）/ILED求出。图8b是CMOS集成电路输出高电平点亮LED的电路，电阻R的数值通过公式：R=（VOH-VLED）/ILED求出。式中VLED和分别是LED的工作电压和工作电流。
　　如果在低电源电压下工作的CMOS集成电路要驱动LED，或者使用负载能力较差的COOO系列CMOS集成电路驱动LED，均可能难以使LED发出足够明亮的光。解决办法是加晶体管驱动电路，以获得足够的驱动能力。
　

　　9．CMOS-可控硅VS的接口
　　一般中、小功率可控硅的触发电流约在10mA以下，故多数CMOS集成电路能够直接驱动可控硅。具体电路如图9所示。若需要更大的驱动电流，可改为CMOS缓冲器（例如CC4041）或缓冲/驱动器（例如CC40107），也可加晶体三极管电路。