Các IC số có mặt trên thị trường bao gồm rất nhiều loại với hình dạng và kích thước khác nhau. Trong đó, thông dụng nhất vẫn là loại có 2 hàng chân hay còn gọi là DIP (dual-in-linepackage) với nhiều kích thước: 14 chân, 16 - 20 - 24 - 28 - 40 và 64 chân.
Kí hiệu tại chân số 1
Hình 1.26. Các hình dạng và kí hiệu chân của IC sổ 14 chân
Các IC thuộc họ TTL và CMOS hiện nay được rất nhiều nhất. Họ TTL bao gồm các loại IC 74xxx được trình bày ở phần trước. Họ CMOS bao gồm 4xxx, 14xxx và 74xCxxx. Trong đó, loại 74HCTXX được thiết kế để tương thích với họ TTL.
1.3.1. Tóm tắt các điểm cần lưu ý khi sử dụng các IC họ TTL và CMOS 1.3.1.1. Nguồn cấp
- Họ TTL: điện áp cấp kí hiệu Vcc = +5V, điện áp cấp tối đa ~7V. Khả năng tải dòng ngõ ra tối đa là 40mA.
- Họ CMOS: nguồn cấp kí hiệu VDD = +3V + 18V. Một vài loại IC CMOS có chân nguồn kí hiệu là Vcc để tương thích khi giao tiếp với các IC họ TTL. Khả năng tải dòng ngõ ra tối đa là 10mA.
1.3.1.2. Điện áp mức logic
- Các mức điện áp logic chung của các IC thuộc họ TTL và CMOS với điện áp nguồn cấp Vcc = +5V được mô tả theo hình bên dưới.
Hình 1.27. Các mức logic họ TTL và họ CMOS với điện áp nguồn 5V
1.3.1.3. Ngõ vào để hở
- Đối với họ TTL: các ngõ này mặc định là mức 1 (nằm trong khoảng 1.4 -H.8V) Tuy nhiên, chúng ta nên kết nối chúng lên nguồn Vcc hoặc đưa xuống mass để tránh các nhiễu có thể xảy ra.
- Đối với họ CMOS: nếu bỏ trống các chân ngõ vào thì có thể sẽ làm nóng IC và có thể dẫn đến hư hỏng.
1.3.2. Các phương thúc kết nối giữa TTL và CMOS
Phương thức kết nối hay phương thức giao tiếp chính là sự kết hợp tải với ngõ ra khi sử dụng các IC có họ đặc tính khác nhau. Chúng ta cần lưu ý các thông số về điện áp và dòng điện để chúng có thể hoạt động tốt. Sau đây là bảng tóm tắt các thông số dòng/áp khi giao tiếp giữa họ CMOS và TTL.
Ngõ vào Ngõ ra
5 V...
Q 5 V ...
Logic 1 5 V
4.95 V
—ớ ằ —X V
1.5 V...
Logic 0 0.05 V
...
0 V
0 V Ngõ vào Ngõ ra
- Dải điện áp họ CMOS rộng hơn nên ta cần lưu ý các mức điện áp logic khi sứ
Hình 1.28. Các mức logic họ CMOS với điện ảp nguồn 10Vvà 15V
Bảng ỉ. 7. Bảng thông số dòng và áp họ CMOS và TTL
Thông số
CMOS TTL
4000B 74HC 74HCT 74 74LS 74AS 74ALS
Cm (min) 3.5 V 3.5 V 2.0 V 2.0 V 2.0 V 2.0 V 2.0 V CiL (max) 1.5 V 1.0 V 0.8 V 0.8 V 0.8 V 0.8 V 0.8 V KOH (min) 4.95V 4.9 V 4.9 V 2.4 V 2.7 V 2.7 V 2.7 V COL (max) 0.05V 0.1 V 0.1 V 0.4 V 0.5 V 0.5 V 0.5 V Zni (max) 1 gA 1 gA 1 gA 4 O' gA 20 gA 200gA 20 gA
ZiL (max) 1 gA 1 gA 1 gA 1.6mA 0.4mA 2 mA lOOgA
ZOH
(max) 0.4mA 4 mA 4 mA 0.4mA 0.4mA 2 mA 400gA
ZOL (max) 0.4mA 4 mA 4 mA 16 mA 8 mA 20 mA 8 mA
1.3.2.1. Trường hợp TTL tải CMOS
Khi giao tiếp các IC với nhau, chúng ta phải đảm bảo khả năng cung đủ cấp dòng và áp cho các tải ở ngõ ra. Trở lại bảng 1.8, ta thấy rằng các giá trị dòng vào các IC họ CMOS có giá trị rất nhỏ so với khả năng cấp dòng ra của họ TTL, vì vậy không có vấn đề gì khi họ TTL cung cấp dòng cho họ CMOS ở ngõ ra.
Tuy nhiên, khi so sánh các giá trị áp, ta thấy áp Con (min) ở các IC TTL lại quá thấp so với áp yêu cầu của ngõ vào CĩH (min) của 2 dòng CMOS là 4000B và 74HC.
Và như vậy ta phải tăng điện áp ngõ ra họ TTL để tưcmg thích khi giao tiếp giữa các loại IC thuộc dòng này.
Phương pháp thường dùng là treo một điện trở Rp lên nguồn như hình 1.29, nhằm đưa giá trị áp ngõ ra của họ TTL gần giá trị Vcc=+5V khi ở mức cao phù hợp với giá trị áp vào mức cao họ CMOS. Giá trị Rp được tính như ví dụ ở mục 2.4.1 trên (thông thường Rp = 1+10KCT).
Hình 1.29. Điện trở treo khi giao tiếp TTL và tải CMOS
> TTL tải 74HCT
Họ CMOS 74HCT có điện áp tương thích với loại TTL, do đó ta có thể kết nối trực tiếp với nhau. Việc thay thế các IC họ TTL bởi CMOS sẽ giảm đáng kể công suất tiêu thụ của mạch.
> TTL tải CMOS điện áp cao
Trường hợp sử dụng họ CMOS với điện áp lớn, giả sử với VDD = +10V chúng ta có thể sử dụng điện trở treo lên +10V tại ngõ ra TTL {loại 74LSxx) và ngõ vào CMOS (VỉH (mìn) - 7V), với điện áp cấp cho TTL là +5V.
Đối với dòng TTL không sử dụng được điện trở treo, ta có thể sử dụng bộ đệm {Buffer 7407) với ngõ ra hở collector như sau:
CMOS
Hình 1.30. Sử dụng bộ đệm giao tiếp TTL và tải CMOS
Một giải pháp khác là sử dụng bộ chuyển áp (40109) có ngõ vào tương thích TTL và ngõ ra tương thích với CMOS.
Hình 1.3ỉ. Sử dụng bộ đệm giao tiêp TTL và tái CMOS
40109
CMOS
ỉ,3.2.2. Trường hợp CMOS tải TTL
> Đối với ngõ ra CMOS ở mức Cao
Khi ở mức cao, áp và dòng ngõ ra (source current) của các IC họ CMOS có khả năng cung cấp cho họ TTL {xem bảng ỉ. 7).
74HC00
74AS00
Hình ỉ. 3 2. Giao tiếp giữa CMOS và tải TTL
> Đối vói ngõ ra CMOS ở mức Thấp
Theo bảng 1.7, ta thấy các dòng ngõ vào ở trạng thái thấp /1L của họ TTL từ lOOpA + 2mA, đối với họ CMOS 74HC và 74HCT lại có khả năng chịu dòng vào /OL lên tới 4mA. Do đó, dòng vào (sink current) họ CMOS này dáp ứng tốt đối với họ TTL.
Riêng họ CMOS 4000B thì khả năng chịu dòng vào /OL thấp hơn. Vì vậy khi giao tiếp với các dòng TTL như 74 và 74AS thì phải chú ý có đệm ngõ ra hoặc cổng 3 trạng thái.
> Đối vói loại CMOS điện áp lớn
Khi dùng các IC CMOS với điện áp VDD=15V để tải ngõ ra họ TTL, ta phải kết nối bộ đệm với mức logic ở ngõ ra tương thích với mức logic của TTL.
Ví dụ như hình bên dưới.
Hình 1.33. Giao tiêp giữa CMOS áp cao và tái TTL