cmos电路与ttl电路相比较（数字电路中的TTL和CMOS区别）

目前应用最广泛的数字电路是TTL电路和CMOS电路。

晶体管晶体管逻辑晶体管晶体管逻辑

金属氧化物半导体金属氧化物半导体晶体管

互补金属氧化物半导体互补金属氧化物半导体晶体管

一个

TTL电路

TTL电路以双极晶体管(三极管)为开关元件，所以也叫双极集成电路。双极数字集成电路是一种使用两种不同极性的载流子，电子和空穴来导电的器件。

它的优点是速度快(开关速度快)，驱动能力强，但功耗高，集成度比较低。

根据应用领域的不同，可分为54系列和74系列。前者是军工产品，后者多用于一般工业设备和消费电子产品。

74系列数字集成电路是国际标准电路。其品种分为六大类：74(标准)、74S(肖特基)、74LS(低功率肖特基)、74AS(高级肖特基)、74ALS(高级低功率肖特基)、74F(高速)。它们的逻辑功能完全相同。

2

CMOS电路

CMOS电路由绝缘场效应晶体管组成，由于只有一个载流子，所以是单极晶体管集成电路。

其主要优点是输入阻抗高，功耗低，抗干扰能力强，适合大规模集成。尤其是其主导产品CMOS集成电路具有特殊的优势，如静态功耗几乎为零，输出逻辑电平可以是VDD或VSS，上升和下降时间处于同一数量级等。因此，CMOS集成电路产品已经成为集成电路的主流之一。

其品种包括4000系列CMOS电路和74系列高速CMOS电路。其中，74系列高速CMOS电路分为三类：

HC CMOS工作级；

HCT为TTL工作级(可与74LS系列互换使用)；

HCU适用于没有缓冲级的CMOS电路。

74系列高速CMOS电路的逻辑功能和引脚排列与对应的74LS系列相同，工作速度相当高，大大降低了功耗。

74系列可以说是最常用的芯片了。74系列有很多种，最常用的有以下几种：74LS，74HC，74HCT。

另外，随着结合了双极型和MOS集成电路优点的BiCMOS集成电路的推出，普通双极型门电路的优势正在逐渐消失，一些曾经占主导地位的TTL系列产品也在逐渐退出市场。

CMOS门电路正朝着高速、低功耗、大驱动能力、低电源电压的方向发展。BiCMOS IC的输入门采用CMOS工艺，输出采用双极推挽输出模式，兼具CMOS和双极的优点，成为IC的新宠。

三

CMOS集成电路的性能和特性

低功耗

CMOS集成电路采用场效应晶体管，都是互补结构。工作时，两个串联的场效应晶体管始终处于一个晶体管导通，另一个晶体管截止的状态，电路的静态功耗理论上为零。

事实上，由于漏电流，CMOS电路仍然有少量的静态功耗。单个门的典型功耗仅为20mW，动态功耗(1MHz时)仅为几mW。

宽工作电压范围

CMOS IC电源简单，电源体积小，基本不需要稳压。

国产CC4000系列集成电路能在3~18V电压下正常工作。

大逻辑摆幅

CMOS集成电路的逻辑高电平“1”和逻辑低电平“0”分别接近电源高电位VDD和电源低电位VSS。

当VDD=15V且VSS=0V时，输出逻辑摆幅约为15V。所以CMOS集成电路的电压利用系数在各种集成电路中是比较高的。

抗干扰能力强

CMOS集成电路的电压噪声容限典型值为电源电压的45%，保证值为电源电压的30%。

随着电源电压的增加，噪声容限电压的绝对值也会成比例增加。对于VDD=15V的电源电压(当VSS=0V时)，电路将具有大约7V的噪声容限。

高输入

一般CMOS集成电路的输入是由保护二极管和串联电阻组成的保护网络，所以CMOS集成电路的输入电阻比普通场效应晶体管的输入电阻略小。

然而，在正常工作电压范围内，这些保护二极管处于反向偏置状态，DC输入阻抗取决于这些二极管的漏电流。通常等效输入阻抗高达103~1011，所以CMOS集成电路几乎不消耗驱动电路的功率。

良好的温度稳定性。

CMOS IC由于功耗低、内部发热低、电路结构和电参数对称，具有非常好的温度特性，并且在温度环境变化时，部分参数可以自动补偿。

一般陶瓷金属封装的电路工作在-55 ~ 125；塑封电路的工作温度范围为-45 ~ 85。

强大的扇出能力

扇出能力用电路输出可以驱动的输入数量来表示。由于CMOS IC的输入阻抗极高，电路的输出能力受到输入电容的限制。而用CMOS IC驱动同类型时，如果不考虑速度，一般可以驱动50个以上的输入端。

抗辐射能力强

CMOS集成电路中的基本器件是MOS晶体管，属于多数载流子导电器件。

各种射线和辐射对其导电性影响有限，因此特别适合制作航空航天和核实验设备。

可控性好。

CMOS IC输出波形的上升和下降时间是可以控制的，其典型值为电路传输延迟时间的125%~140%。

便捷的界面

CMOS IC输入阻抗高，输出摆幅大，容易被其他电路和其他类型的电路或器件驱动。

为什么BJT比CMOS快？

主要是受机动性的影响。以NPN晶体管和NMOS为例，BJT的迁移率是体迁移率，约为1350 cm2/vs，中间是半导体表面迁移率，约为400-600 cm2/vs，所以BJT的跨导比MOS高，速度比MOS快。这就是为什么NPN(NMOS)比PNP(PMOS)快。

比NPN PNP更快也是由于载流子迁移率不同。NPN中的少数载流子是电子，迁移率大(约1350)。PNP的基本少数载流子是空穴(约480)。因此，对于相同结构和尺寸的管道，NPN比PNP更快。所以在双极工艺中，主要使用NPN管，在兼容的基础上制作PNP。MOS技术主要基于N阱PSUB技术，可以作为寄生PNP晶体管，P阱NSUB技术是制作NPN晶体管的必由之路。

BJT被称为双极型，因为在基区既有空穴又有电子，并且有两种载流子参与传导。而在MOS器件的反型层中，只有一个载流子参与导电。

但这并不是因为这两种载流子的总迁移率很大。

而情况可能恰恰相反。因为载流子的迁移率与温度和掺杂浓度有关。半导体的掺杂浓度越高，迁移率越小。在BJT，少数载流子迁移率起着重要作用。

NPN管之所以比PNP管快，是因为NPN的基区载流子是电子，而PNP的是空穴，电子的迁移率比空穴大。这也是NPN快于NMOS PMOS的原因，而NPN快于NMOS的原因是NPN是体器件，其载流子迁移率就是半导体中的迁移率。NMOS是表面器件，它的载流子迁移率是表面迁移率(因为反型层是在栅氧化层下面的表面上形成的)，而半导体迁移率大于表面迁移率。

原标题：CMOS比TTL强在哪里？

来源：【微信微信官方账号：EDA365】欢迎添加关注！请注明文章出处。