1、TTL 与 CMOS 集成电路目前应用最广泛的数字电路是 TTL 电路和 CMOS 电路。1、TTL 电路TTL 电路以双极型晶体管为开关元件，所以又称双极型集成电路。双极型数字集成电路是利用电子和空穴两种不同极性的载流子进行电传导的器件。它具有速度高（开关速度快）、驱动能力强等优点，但其功耗较大，集成度相对较低。根据应用领域的不同，它分为 54 系列和 74 系列，前者为军品，一般工业设备和消费类电子产品多用后者。74 系列数字集成电路是国际上通用的标准电路。其品种分为六大类：74（标准）、74S（肖特基）、74LS（低功耗肖特基）、74AS（先进肖特基）、74ALS（先进低功耗肖特基）、7
2、4F（高速）、其逻辑功能完全相同。2、 CMOS 电路MOS 电路又称场效应集成电路，属于单极型数字集成电路 。单极型数字集成电路中只利用一种极性的载流子（电子或空穴）进行电传导。它的主要优点是输入阻抗高、功耗低、抗干扰能力强且适合大规模集成。特别是其主导产品 CMOS 集成电路有着特殊的优点，如静态功耗几乎为零，输出逻辑电平可为 VDD 或 VSS，上升和下降时间处于同数量级等，因而 CMOS 集成电路产品已成为集成电路的主流之一。其品种包括 4000 系列的 CMOS 电路以及 74 系列的高速 CMOS 电路。其中 74系列的高速 CMOS 电路又分为三大类：HC 为 CMOS 工作电平
3、；HCT 为 TTL工作电平（它可与 74LS 系列互换使用）；HCU 适用于无缓冲级的 CMOS 电路。74 系列高速 CMOS 电路的逻辑功能和引脚排列与相应的 74LS 系列的品种相同，工作速度也相当高，功耗大为降低。74 系列可以说是我们平时接触的最多的芯片，74 系列中分为很多种，而我们平时用得最多的应该是以下几种：74LS，74HC，74HCT 这三种输入电平 输出电平74LS TTL 电平 TTL 电平74HC COMS 电平 COMS 电平74HCT TTL 电平 COMS 电平另外，随着推出 BiCMOS 集成电路，它综合了双极和 MOS 集成电路的优点，普通双极型门电路的长
4、处正在逐渐消失，一些曾经占主导地位的 TTL 系列产品正在逐渐退出市场。CMOS 门电路不断改进工艺，正朝着高速、低耗、大驱动能力、低电源电压的方向发展。BiCMOS 集成电路的输入门电路采用 CMOS 工艺，其输出端采用双极型推拉式输出方式，既具有 CMOS 的优势，又具有双极型的长处，已成为集成门电路的新宠。3、 CMOS 集成电路的性能及特点功耗低CMOS 集成电路采用场效应管，且都是互补结构，工作时两个串联的场效应管总是处于一个管导通另一个管截止的状态，电路静态功耗理论上为零。实际上，由于存在漏电流，CMOS 电路尚有微量静态功耗。单个门电路的功耗典型值仅为20mW，动态功耗（在 1M
5、Hz 工作频率时）也仅为几 mW。工作电压范围宽CMOS 集成电路供电简单，供电电源体积小，基本上不需稳压。国产 CC4000 系列的集成电路，可在 318V 电压下正常工作。逻辑摆幅大CMOS 集成电路的逻辑高电平“1“、逻辑低电平“0“分别接近于电源高电位 VDD 及电源低电位 VSS。当 VDD=15V，VSS=0V 时，输出逻辑摆幅近似 15V。因此，CMOS集成电路的电压利用系数在各类集成电路中指标是较高的。抗干扰能力强CMOS 集成电路的电压噪声容限的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将成比例增加。对于 VDD=15V
6、的供电电压（当 VSS=0V 时），电路将有 7V 左右的噪声容限。输入阻抗高CMOS 集成电路的输入端一般都是由保护二极管和串联电阻构成的保护网络，故比一般场效应管的输入电阻稍小，但在正常工作电压范围内，这些保护二极管均处于反向偏置状态，直流输入阻抗取决于这些二极管的泄露电流，通常情况下，等效输入阻抗高达 1031011，因此 CMOS 集成电路几乎不消耗驱动电路的功率。温度稳定性能好由于 CMOS 集成电路的功耗很低，内部发热量少，而且，CMOS 电路线路结构和电气参数都具有对称性，在温度环境发生变化时，某些参数能起到自动补偿作用，因而 CMOS 集成电路的温度特性非常好。一般陶瓷金属封装
7、的电路，工作温度为-55 +125；塑料封装的电路工作温度范围为-45 +85。扇出能力强扇出能力是用电路输出端所能带动的输入端数来表示的。由于 CMOS 集成电路的输入阻抗极高，因此电路的输出能力受输入电容的限制，但是，当 CMOS 集成电路用来驱动同类型，如不考虑速度，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、辐射对其导电性能的影响都有限，因而特别适用于制作航天及核实验设备。可控性好CMOS 集成电路输出波形的上升和下降时间可以控制，其输出的上升和下降时间的典型值为电路传输延迟时间的 125%140%
8、。接口方便因为 CMOS 集成电路的输入阻抗高和输出摆幅大，所以易于被其他电路所驱动，也容易驱动其他类型的电路或器件。+TTLTransistor-Transistor Logic 三极管三极管逻辑MOSMetal-Oxide Semiconductor 金属氧化物半导体晶体管CMOSComplementary Metal-Oxide Semiconductor 互补型金属氧化物半导体晶体管+Q：为什么 BJT 比 CMOS 速度要快?A：很多人只知道 BJT 比 CMOS 快，但不知道为什么。主要是受迁移率的影响。以 NPN 管和 NMOS 为例，BJT 中的迁移率是体迁移率，大约为 135
9、0cm2/vs。NMOS 中是半导体表面迁移率，大约在 400-600cm2/vs。所以 BJT 的跨导要高于 MOS 的，速度快于 MOS。这也是 NPN（NMOS）比PNP（PMOS）快的原因。NPN 比 PNP 快也是因为载流子迁移率不同，NPN 中的基区少子是电子，迁移率大（1350 左右）；PNP 的基区少子是空穴（480 左右）。所以同样的结构和尺寸的管子，NPN 比 PNP 快。所以在双极工艺中，是以作 NPN 管为主，PNP 都是在兼容的基础上做出来的。MOS 工艺都是以 N 阱 PSUB 工艺为主，这种工艺可做寄生的 PNP 管，要做 NPN 管就要是 P 阱 NSUB 工艺
10、。BJT 是之所以叫 bipolar，是因为基区中既存在空穴又存在电子，是两种载流子参与导电的；而 MOS 器件的反形层中只有一种载流子参与导电。但并不是因为两种载流子导电总的迁移率就大了。而且情况可能恰恰相反。因为载流子的迁移率是与温度和掺杂浓度有关的。半导体的掺杂浓度越高，迁移率越小。而在 BJT 中，少子的迁移率起主要作用。NPN 管比 PNP 管快的原因是 NPN 的基子少子是电子，PNP 的是空穴，电子的迁移率比空穴大。NMOS 比 PMOS 快也是这个原因。而 NPN 比 NMOS 快的原因是 NPN 是体器件，其载流子的迁移率是半导体内的迁移率；NMOS 是表面器件，其载流子的迁移率是表面迁移率（因为反形层是在栅氧下的表面形成的）。而半导体的体迁移率大于表面迁移率。
