基于CMOS集成電路的單電源接口電路設(shè)計(jì)

一、CMOS集成電路驅(qū)動(dòng)其它器件

1．CMOS-TTL集成電路的接口

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(gè)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(mén)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(dòng)或邏輯電平變換的作用，具有較強(qiáng)的吸收電流的能力，可直接驅(qū)動(dòng)TTL集成電路，因而連接簡(jiǎn)便。但是，使用時(shí)需要注意相位問(wèn)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)，兩者之間的VOH、VOL及IIH、IIL均互相滿(mǎn)足，不必另設(shè)接口電路，直接相連即可，連接電路見(jiàn)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(fù)電源供電。CMOS集成電路驅(qū)動(dòng)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(gè)2輸入或非門(mén)），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(mǎn)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(shí)不必考慮電流的負(fù)載問(wèn)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(guò)，從NMOS到CMOS直接連接時(shí)，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(gè)（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(lǐng)域內(nèi)應(yīng)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(mǎn)足PMOS對(duì)輸入電平的要求。

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(dòng)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(fù)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(fù)載電流。使用時(shí)應(yīng)先根據(jù)VL和IL來(lái)選定VC，然后估算IB（IB=IL/β）是否在CMOS集成電路的驅(qū)動(dòng)能力之內(nèi)。如超出，可換用β值更高的晶體三極管或達(dá)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(kāi)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(zhǎng)壽命等多項(xiàng)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(dòng)，特別當(dāng)VDD=10~18V時(shí)，絕大多數(shù)的LED能夠有足夠的亮度。應(yīng)當(dāng)說(shuō)明，用CMOS集成電路驅(qū)動(dòng)LED應(yīng)串入限流電阻，因?yàn)楫?dāng)VDD=10V時(shí)，其輸出短路電流可達(dá)20mA左右，若不加適當(dāng)?shù)南蘖鞅Ｗo(hù)，極易導(dǎo)致LED或CMOS集成電路損壞。圖8a是CMOS集成電路輸出低電平點(diǎn)亮LED的電路，電阻R可通過(guò)公式：R=（VDD-VOL-VLED）/ILED求出。圖8b是CMOS集成電路輸出高電平點(diǎn)亮LED的電路，電阻R的數(shù)值通過(guò)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(dòng)LED，或者使用負(fù)載能力較差的COOO系列CMOS集成電路驅(qū)動(dòng)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(jí)晶體管驅(qū)動(dòng)電路，以獲得足夠的驅(qū)動(dòng)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(dòng)可控硅。具體電路如圖9所示。若需要更大的驅(qū)動(dòng)電流，可改為CMOS緩沖器（例如CC4041）或緩沖/驅(qū)動(dòng)器（例如CC40107），也可加一級(jí)晶體三極管電路。