IC số là gì? Tìm hiểu về cấu tạo và ứng dụng IC số trong điện tử

IC số hay IC logic còn được gọi là IC kỹ thuật số nó chỉ hoạt động ở một vài trạng thái hoặc mức logic xác định. Vậy cụ thể thế nào cùng tìm hiểu qua bài viết dưới đây bạn nhé.

IC số được hiểu như thế nào ?

IC ѕố còn được gọi là IC kỹ thuật ѕố, chỉ hoạt động ở một ᴠài mức hoặc trạng thái хác định, thaу ᴠì hoạt động trên một phạm ᴠi biên độ tín hiệu liên tục. Cấu tạo cơ bản của IC ѕố là các cổng logic. Các cổng logic hoạt động ᴠới dữ liệu nhị phân, tức là các tín hiệu chỉ có hai trạng thái khác nhau, trạng thái thấp (logic 0) ᴠà trạng thái cao (logic 1). Một trong hai mức điện áp này được quy định trong hệ thống logic gọi là một bit. Khi chúng ta quy ước một trong hai mức trên mức nào dương hơn là 1 và mức kia là 0, ta có hệ thống logic dương ngược lại là logic âm.

IC logic được chia ra thành nhiều họ: RTL, DTL, TTL, ECL, CMOS. Trong đó họ TTL được dùng phổ biến nhất.

Những đặc trưng của IC số

a/ Hệ số chịu tải:

Hệ số chịu tải là số cổng nhiều nhất có thể mắc đồng thời ở lối ra của cổng đã cho. Hệ số chịu tải càng lớn thì khả năng logic của mạch càng cao.

b/ Hệ số ghép mạch lối vào:

Hệ số ghép mạch lối vào tức là lối vào cực đại của cổng đã cho.

c/ Thời gian trễ

Tức là thời gian cần thiết để truyền xung qua mạch

d/ Tốc độ chuyển mạch

Còn gọi là độ tác động nhanh của vi mạch. Có thể chia ra các loại tốc độ chuyển mạch như sau:

• Loại tốc độ cực nhanh: ttb ≤ 5 nsec
• Loại nhanh: ttb = 5 ÷ 10 nsec
• Loại trung bình: ttb = 10 ÷ 100 nsec
• Loại chậm: ttb ≥ 100 nsec

e/ Thời gian đóng mạch

Là khoảng thời gian kể từ lúc lối vào đạt một giá trị nào đó trên mức 0 cho đến lúc lối ra đạt một giá trị nào đó dưới mức 1.

f/ Thời gian ngắt mạch

Là khoảng thời gian kể từ lúc lối vào đạt một giá trị nào đó dưới mức 1 cho đến lúc lối ra đạt giá trị nào đó trên mức 0.

g/ Công suất tiêu thụ:

Yếu tố này phụ thuộc vào tín hiệu đặt lên nó.

h/ Tốc độ hoạt động

Phụ thuộc vào thời gian cần thiết để truyền xung qua mạch truyền đạt.

i/ Yêu cầu về nguồn:

Nguồn cần đạt các yêu cầu về tính đa dạng, về khả năng tích hợp, về giá thành, về chế tạo, và dễ phối hợp với vi mạch công nghệ khác.

Một số lưu ý khi sử dụng IC số:

Một thiết bị sẽ sử dụng nhiều loại, nhiều họ IC số khác nhau, với các tham số của các IC này cũng rất khác nhau. Để thiết bị được sử dụng lâu bền, hoạt động ổn định ta cần chú ý khi phối ghép các IC số với nhau. Trong thực tế sử dụng, việc dư thừa do một số cổng logic trong IC số không được sử dụng đến là điều không tránh khỏi. Việc dư thừa này sẽ gây trở ngại cho hoạt động của toàn hệ thống. Để xử lý trở ngại này ta có các cách sau:

• Ta nối đầu vào thừa đến +VCC, VDD, hoặc -VCC, VSS sao cho chức năng logic ban đầu của cổng vẫn không thay đổi.
• Nối các đầu vào của các cổng thừa đến +VCC, VDD, hoặc -VCC, VSS sao cho đầu ra của nó luôn ở trở thành logic cao H, nghĩa là làm cho việc tiêu thụ công suất ít đi. Cách làm này, ngoài việc giảm công suất tiêu thụ của IC số, đồng thời chống nhiễu cho toàn hệ thống.

Phân loại IC số và một số IC số thông dụng

Một số IC số thông dụng, thường gặp trong các mạch số mà khi thực hiện các bài tập thường sử dụng là:

IC logic loại TTL/LS

Tổng quan

Trước khi tìm hiểu cấu trúc của mạch TTL cơ bản, ta xét một số mạch điện cũng có khả năng thực hiện chức năng logic như các cổng logic trong vi mạch TTL:

• Cổng DR

– Cổng RTL

– Cổng NAND DTL

– Mạch ở hình trên hoạt động như một cổng AND. Chỉ khi cả hai đầu A và B đều nối với nguồn, tức là để mức cao, thì cả hai diode sẽ ngắt, do đó áp đầu ra Y sẽ phải ở mức cao. Ngược lại, khi có bất cứ một đầu vào nào ở mức thấp thì sẽ có diode dẫn, áp trên diode còn 0,6 hoặc 0,7V do đó ngõ ra Y sẽ ở mức thấp.

Đây là mạch thực hiện chức năng của một cổng logic bằng cách sử dụng trạng thái ngắt dẫn của transistor. Hai ngõ vào là A và B còn ngõ ra là Y. Mạch phân cực từ hai đầu A, B để Q hoạt động ở trạng thái ngắt và dẫn bão hoà

• Cho A = 0, B = 0 Þ Q ngắt, Y = 1
• A = 0, B = 1 Þ Q dẫn bão hoà, Y = 0
• A = 1, B = 0 Þ Q dẫn bão hoà, Y = 0
• A = 1, B = 1 Þ Q dẫn bão hoà, Y = 0

Có thể tóm tắt lại hoạt động của mạch qua bảng sau:

Ta thấy mạch thực hiện chức năng như một cổng logic NOR vì có cấu tạo ở ngõ vào là điện trở, ngõ ra là transistor nên mạch NOR trên được xếp vào dạng mạch RTL.

Ở hình trên, nếu mạch chỉ có một ngõ vào A thì sẽ có cổng NOT, còn khi thêm một tầng transistor trước ngõ ra thì sẽ có cổng OR.

Khi thay hai R bằng hai diode ở ngõ vào ta có cổng logic loại DTL:

– Khi A ở thấp, B ở thấp hay cả 2 ở thấp thì diode dẫn làm transistor ngắt thì ngõ ra Y ở cao.

– Khi A và B đều ở cao thì cả hai diode ngắt => Q dẫn => Y ra ở thấp.

Rõ ràng đây chính là 1 cổng NAND dạng DTL (diode ở đầu vào và transistor ở đầu ra)

Các mạch RTL, DTL đều có khả năng thực hiện chức năng logic nhưng chỉ được sử dụng ở dạng đơn lẻ không được tích hợp thành IC chuyên dùng. Nguyên nhân là ngoài chức năng logic cần phải đảm bảo, người ta còn quan tâm tới những yếu tố khác như : Tốc độ chuyển mạch, tổn hao năng lượng khi mạch hoạt động, khả năng giao tiếp và thúc tải, thúc mạch khác, khả năng chống nhiễu không mong muốn xâm nhập vào mạch, làm sai mức logic. Chính vì thế mạch TTL đã ra đời để thay thế cho các mạch loại RTL, DTL. Mạch TTL ngoài transistor ngõ ra như ở các mạch trước thì còn sử dụng cả các transistor đầu vào, thêm một số cách nối đặc biệt khác, vì thế đã đảm bảo được nhiều yếu tố đề ra. Sâu đây là cấu trúc của một mạch logic TTL cơ bản :

Mạch này hoạt động như một cổng NAND.

• Hai ngõ vào A và B được đặt ở cực phát của transistor Q1
• Hai diode mắc ngược từ 2 ngõ vào xuống mass dùng để giới hạn xung âm ngõ vào, nếu có, giúp bảo vệ các mối nối BE của Q1
• Ngõ ra cổng NAND được lấy ở giữa 2 transistor Q3 và Q4, sau diode D0
• Q4 và D0 được thêm vào để hạn dòng cho Q3 khi nó dẫn bão hoà đồng thời làm giảm mất mát năng lượng toả ra trên R4 (trường hợp không có Q4,D0) khi Q3 dẫn.
• Điận áp cấp cho mạch này cũng như các mạch TTL khác thường là 5V.

Tên gọi và các series thông dụng

Các loai IC TTL có nhiều tên gọi khác nhau, nhưng thông dụng nhất là hai dòng 74 và 54 (theo chuẩn của hãng TI phổ biến từ năm 1964). Hai dòng IC này có chức năng đều giống như nhau, chỉ khác nhau ở điểm nhiệt độ hoạt động. Với dòng 74 (thông thường) nhiệt độ hoạt động tốt nhất là khoảng 0oC đến 70oC. Còn với dòng 54 (dùng trong quân sự) nhiệt độ hoạt động tốt là từ -55oC đến 125oC. Các series thông dụng bao gồm các dòng sau:

• Tiêu chuẩn (Standard) mang tên 74
• Công suất thấp (Low Power) mang tên 74L
• Công suất cao (High Power) mang tên 74H
• Schottky công suất thấp (Low Power Schottky) mang tên 74LS
• Schottky công suất thấp nâng cấp so LS (Advanced Low Power Schottky) mang tên 74ALS
• Schottky (Advanced Schottky) mang tên 74AS
• Schottky công suất nhanh (Fast Schottky) mang tên 74F
• Điện áp của các dòng này Vdd = 5V

Phân loại các series

TTL bắt đầu bằng mã số 54 hoặc 74. Mã số 54 được dùng trong quân sự hay công nghệ cao nên không trình bày, ở đây chỉ nói đến mã số 74 dùng trong dân sự hay thương mại. Theo công nghệ chế tạo, các loại 74 khác nhau bao gồm:

TTL loại thường 74XX

Loại này được ra đời sớm nhất, từ năm 1964. Đây là sản phẩm của tập đoàn Texas Instruments và còn sử dụng cho đến ngày nay. Nó dung hoà giữa tốc độ chuyển mạch và mất mát năng lượng (công suất tiêu tán). Nền tảng bên trong mạch thường là loại ngõ ra cột chạm. Một số kí hiệu cho cổng logic loại này như 7400 là IC chứa 4 cổng NAND 2 ngõ vào, 7404 là 6 cổng đảo,… Chú ý là khi tra IC, ngoài mã số chung đầu là 74, 2 số sau chỉ chức năng logic, còn có một số chữ cái đứng trước mã 74 dùng để chỉ tên nhà sản xuất như SN là của Texas Instrument, DM là của National Semiconductor,…

TTL công suất thấp 74LXX và TTL công suất cao 74HXX

Loại 74LXX có công suất tiêu tán giảm 10 lần so với loại thường và tốc độ chuyển mạch cũng giảm đi 10 lần. Còn loại 74HXX thì tốc độ gấp đôi loại thường và công suất cũng tăng gấp đôi. Ngày nay người ta không còn dùng hai loại này nữa, và chúng được thay thế bằng công nghệ schottky hoặc công nghệ CMOS.

TTL schottky 74SXX và 74LSXX

Hai loại này được sử dụng công nghệ schottlky nhằm tăng tốc độ chuyển mạch. Với loại 74LSXX, điện trở phân cực được giảm xuống đáng kể so với loại 74SXX để giảm công suất tiêu tán của mạch. 74LSXX được coi là CHỦ LỰC của họ TTL trong những năm 1980 và vẫn rất phổ dụng cho tới ngày nay mặc dù không còn là loại tốt.

TTL shorttky tiên tiến 74ASXX và 74ALSXX

Hai loại này được phát triển từ 74SXX và 74LSXX và có thêm nhiều sửa đổi mới trong mạch nên có nhiều đặc điểm nổi bật hơn hẳn các loại trước.

• Có hoạt động logic và chân ra khá giống như các loại trước
• Dập dao động trên đường dẫn tốt hơn
• Khả năng chống nhiễu và ổn định cao hơn trong suốt cả khoảng nhiệt độ chạy
• Dòng ngõ vào giảm đi đến một nửa
• Sức thúc tải tăng gấp đôi
• Tần số hoạt động tăng lên trong khi đó công suất tiêu tán lại giảm xuống

Baotriso1 thấy điểm mạnh của nó thì có nhiều nhưng giá thành lại khá cao, nên chưa được dùng rộng rãi bằng 74LSXX, nên thường được dùng trong máy vi tính hay các ứng dụng đòi hỏi tần số cao.

TTL nhanh 74FXX

Đây là loại TTL mới nhất, được sử dụng kĩ thuật làm mạch tích hợp kiểu mới với mục đích giảm bớt điện dung giữa các linh kiện hòng rút ngắn thời gian trễ do truyền, tăng tốc độ chuyển mạch. Loại này do hãng Motorola sản xuất và được dùng trong máy vi tính nơi cần tốc độ rất rất nhanh.

Bảng so sánh một số thông số chất lượng của các loại TTL kể trên:

Dưới đây là bảng tóm tắt các thông số điện thế và dòng điện ở ngõ vào và ngõ ra của các loại TTL kể trên:

IC logic loại CMOS

Tổng quan

Công nghệ MOS (Metal Oxide Semiconductor-kim loại oxit bán dẫn) là tên gọi có xuất xứ từ cấu trúc MOS cơ bản của một điện cực nằm trên lớp oxit cách nhiệt, còn dưới lớp oxit là đế bán dẫn. Transistor trong công nghệ MOS là trường ở phía điện cực kim loại của lớp oxit cách nhiệt có ảnh hưởng transistor hiệu ứng trường, gọi là MOSFET (metal oxide silicon field effect transistor) có nghĩa điện đến điện trở của đế. Phần lớn IC số MOS được thiết kế bằng MOSFET, không cần đến linh kiện nào khác.

Ưu điểm lớn nhất của MOSFET là dễ chế tạo, phí tổn thấp, cỡ nhỏ, và tiêu hao rất ít điện năng. Kĩ thuật làm IC MOS ít rắc rối hơn, chỉ bằng 1/3 kĩ thuật làm IC lưỡng cực (TTL, ECL,…). Bên cạnh đó, thiết bị MOS chiếm ít chỗ trên chip hơn so với BJT. Thông thường, mỗi MOSFET chỉ cần 1 mi li mét vuông chip, trong khi đó BJT cần khoảng 50 mi li mét vuông. Hơn thế, IC số MOS thường không dùng các thành phần điện trở trong IC, vì nó chiếm quá nhiều diện tích chip trong IC lưỡng cực.

So với IC lưỡng cực thì IC MOS có thể dung nạp nhiều phần tử mạch trên 1 chip đơn hơn. Bằng chứng cho thấy là IC MOS dùng nhiều trong vi mạch tích hợp cỡ LSI, VLSI hơn hẳn TTL. Mật độ tích hợp cao của IC MOS là đặc điểm khiến chúng thích hợp cho các IC phức tạp, như chip vi xử lí và chip nhớ. Những thay đổi trong công nghệ IC MOS đã tạo ra những thiết bị nhanh hơn 74, 74LS của TTL, với đặc điểm điều khiển dòng gần như nhau. Vì vậy, thiết bị MOS đặc biệt là CMOS được sử dụng khá rộng rãi trong mạch MSI cho dù tốc độ có thua các IC TTL cao cấp và cũng dễ bị hư hỏng do bị tĩnh điện.

Mạch số dùng MOSFET được chia thành 3 nhóm là: PMOS dùng MOSFET kênh P, NMOS dùng MOSFET kênh N tăng cường và CMOS (MOS bù) dùng cả 2 thiết bị kênh P và kênh N.

Các IC số PMOS và NMOS có mật độ đóng gói lớn hơn (nhiều transistor trong 1 chip hơn) nên kinh tế hơn CMOS. NMOS có mật độ đóng gói gần gấp đôi PMOS. Hơn thế, NMOS cũng nhanh gần gấp đôi PMOS, nhờ lí do các điện tử tự do là những hạt tải dòng trong NMOS, còn các lỗ trống (điện tích dương chuyển động chậm hơn) là hạt tải dòng cho PMOS.

CMOS rắc rối nhất và có mật độ đóng gói thấp nhất trong các họ MOS, nhưng điểm mạnh của nó là tốc độ cao hơn và công suất tiêu thụ lại thấp hơn. IC NMOS và CMOS được dùng rộng rãi trong các lĩnh vực kĩ thuật số, nhưng IC PMOS lại không còn góp mặt trong các thiết kế mới nữa. Mặc dù vậy MOSFET kênh P vẫn rất quan trọng vì nó được dùng trong mạch CMOS.

Để biết về công nghệ CMOS ta tìm hiểu qua về NMOS và cần phải biết rằng PMOS tương ứng cũng giống hệt NMOS, nó chỉ khác ở chiều điện áp.

Cấu tạo của 1 cổng NO loại NMOS cơ bản như hình dưới:

Mạch gồm 2 MOSFET: Q2 làm chuyển mạch, Q1 làm tải cố định và luôn dẫn, điện trở của Q1 khoảng tầm 100 kW

Ngõ vào mạch được đặt ở cực G của Q2, còn ngõ ra lấy ở điểm chung của cực S Q1 và cực D Q2. Nguồn phân cực cho mạch giả sử dùng là 5V.

Khi Vin = 5 V, ngõ vào mức cao kích cho Q2 dẫn, trở trên Q2 còn khoảng 1K cầu phân áp giữa RQ1 và RQ2 cho phép áp ra khoảng 0,05V nghĩa là ngõ ra ở mức thấp.

Khi Vin = 0V, ngõ vào ở mức thấp, Q2 ngắt; trở khá lớn khoảng 1010 ohm. Cầu phân áp RQ1 và RQ2 sẽ đặt áp ngõ ra tương đương xấp xỉ nguồn, nghĩa là ngõ ra ở mức cao.

Điều đó chứng tỏ mạch hoạt động như một cổng NOT. Cổng NOT là mạch cơ bản nhất của công nghệ MOS. Nếu ta thêm Q3 mắc nối tiếp và giống với Q2 thì sẽ có cổng NAND. Nếu ta mắc Q3 song song và giống với Q2 thì sẽ tạo ra cổng NOR. Cổng AND và cổng OR được tạo ra bằng việc thêm cổng NOT ở ngõ ra của cổng NAND và cổng NOR vừa được tạo ra. Như đã nói, NMOS không phải để tạo ra các cổng mà dùng để xây dựng mạch tổ hợp, mạch tuần tự quy mô thường cỡ MSI trở lên, tuy nhiên tất cả những mạch đó về cơ bản cũng chỉ là tổ hợp của các mạch cổng logic được kể ra ở đây.

Cấu tạo của CMOS

CMOS (Complementary MOS) kết hợp cả PMOS và NMOS trong cùng 1 mạch, vì thế nó tận dụng được các thế mạnh của cả 2 loại, tức là nhanh hơn và đồng thời mất mát năng lượng còn thấp hơn so với khi dùng rời từng loại một. Cấu tạo cơ bản nhất của CMOS là một cổng NOT gồm một transistor NMOS và một transistor PMOS như hình:

Khi ngõ vào (nối chung cực cổng 2 transistor) ở cao thì chỉ có Q1 dẫn mạnh nên áp ra lấy từ điểm chung của 2 cực máng của 2 transistor sẽ xấp xỉ bằng 0V do đó ngõ ra ở thấp.

Khi ngõ vào ở thấp thì Q1 sẽ ngắt còn Q2 dẫn mạnh, áp ra xấp xỉ nguồn, tức là ngõ ra ở mức cao.

Ta thấy là khác với cổng NOT của NMOS, ở đây 2 transistor không dẫn cùng lúc nên sẽ không có dòng điện từ nguồn đổ qua 2 transistor xuống mass vì thế  công suất tiêu tán gần như bằng 0. Tuy nhiên, khi 2 transistor đang chuyển mạch và khi có tải thì sẽ có dòng điện chảy qua một hoặc cả 2 transistor nên lúc này công suất tiêu tán lại tăng lên.

Trên nguyên tắc cổng đảo, bằng cách mắc song song hay nối tiếp thêm transistor ta có thể thực hiện được các cổng logic khác. Chẳng hạn mắc chồng 2 NMOS và mắc song song 2 PMOS ta được cổng NAND. Còn khi mắc chồng 2 PMOS và mắc song song 2 NMOS ta được cổng NOR.

Phân loại IC logic CMOS

Có nhiều loại IC logic CMOS có cách đóng vỏ (package) và chân ra giống như các IC loại TTL. Các IC có quy mô tích hợp nhỏ SSI vỏ DIP (dual inline package) có hai hàng chân thẳng hàng 14 hay 16 được dùng khá phổ biến.

CMOS cũ họ 4000, 4500

Hãng RCA của Mỹ đã sản xuất ra loại CMOS đầu tiên lấy tên CD4000A. Về sau RCA được cải tiến để cho ra loạt CD4000B có thêm tầng đệm ra, tiếp theo hãng lại bổ sung thêm loạt CD4500, CD4700.

Hãng Motorola (Mỹ) sau đó cũng cho ra loạt CMOS MC14000, MC14000B, MC14500 có sự tương thích với sản phẩm cũ của RCA.

Đặc điểm chung của loạt này là :

• Điện áp nguồn cung cấp từ khoảng 3V đến 18V mà phổ biến nhất là từ 5 đến 15 V.
• Có công suất tiêu hao nhỏ
• Riêng loại 4000B có thêm tầng đệm ra nên dòng ra lớn hơn, kháng nhiễu tốt hơn và tốc độ cũng nhanh hơn loại 4000A trước đó.
• Các loại trên về tốc độ thì khá chậm và dòng cũng nhỏ hơn nhiều so với các loại TTL và CMOS khác. Vì thế chúng không được sử dụng rộng rãi ở các thiết kế hiện đại.

CMOS loại 74CXX

Là loại CMOS được sản xuất có sự tương thích với các loại TTL về nhiều mặt như: chức năng, chân ra nhưng nguồn nuôi thì rộng hơn. Các đặc tính của loại này có tốt hơn loại CMOS trước đó một chút; tuy nhiên nó lại ít được sử dụng do đã có nhiều loại CMOS sau đó thay thế là loại CMOS tốc độ cao 74HCXX và 74HCTXX được phát triển từ 74CXX.

74HCXX có dòng ra lớn và tốc độ cũng nhanh hơn hẳn 74CXX, tốc độ của nó tương đương với loại 74LSXX, nhưng công suất tiêu tán lại thấp hơn. Nguồn cho nó từ 2V đến 6V.

Còn 74HCTXX chính là 74HCXX tương thích với TTL nhiều hơn như nguồn vào gần giống TTL: 4,5V đến 5,5V vì thế 74HCTXX có thể thay thế trực tiếp cho 74LSXX và giao tiếp với các loại TTL rất bình thường.

Ngày nay 74HC và 74HCT là các loại CMOS hay dùng nhất mà lại có thể thay thế trực tiếp cho loại TTL thông dụng.

Loại CMOS tiên tiến 74AC, 74ACT

Loại này được chế tạo với nhiều cải tiến cũng giống như bên TTL. Nó hơn hẳn các loại trước đó như: cấu trúc mạch và chân ra được sắp xếp hợp lí giúp giảm những ảnh hưởng giữa các đường tín hiệu vào ra nên chân ra của 2 loại này khác với chân ra của TTL. Việc kháng nhiễu, trì hoãn truyền, tốc độ đồng hồ tối đa đều hơn hẳn loại 74HC, 74HCT.

Kí hiệu của chúng cũng hơi khác một chút như 74AC11004 là tương ứng với 74HC04. 74ACT11293 là tương ứng với 74HCT293.

Tuy nhiên hạn chế của loại này là giá thành chưa hợp lí.

Loại CMOS tốc độ cao FACT

Là sản phẩm của hãng Fairchild, loại này có tính năng vượt trội hơn các sản phẩm tương ứng đã có.

Loại CMOS tốc độ cao tiên tiến 74AHC, 74AHCT

Đây là sản phẩm mới được cải tiến từ loại 74HC và 74HCT, chúng tận dụng được cả 2 ưu điểm lớn nhất của TTL là tốc độ cao và của CMOS là tiêu tán thấp, vì vậy có thể thay thế trực tiếp cho 74HC và 74HCT.

Bảng sau so sánh công suất tiêu tán và trì hoãn truyền của các loại TTL và CMOS ở nguồn cấp điện 5V.

Một số loại hay dùng

4011 là loại chứa 4 cổng NAND và được sử dụng rất rộng rãi trong thiết kế mạch số. Chức năng của nó tương tự 7400/74SL00. Nguồn cung cấp Ucc = +3V ÷ 15V. Các chân không sử dụng thì phải nối vào chân 7 (ground) hoặc 14 (Ucc).

4049 là loại chứa 6 cổng NO. Bên cạnh các ứng dụng đảo tín hiệu logic và phối ghép CMOS – TTL, nó được dùng trong các bộ dao động và phát xung. Nguồn cung cấp Ucc = +3V ÷ 15V

Giao tiếp giữa các cổng logic với nhau

Giao tiếp giữa TTL với TTL

Vì cùng loại nên đương nhiên chúng có thể mắc nối trực tiếp với nhau. Dòng trung bình để đảm bảo mức điện áp vào, ra ở mức cao hay thấp cho phép.

Khi ra mức cao thì IOH = 400uA còn IIH = 40uA

Khi ra mức thấp thì IOL = 16mA còn IIL = 16mA

Qua đó ta thấy 1 cổng TTL có thể thúc được khoảng dưới 10 cổng logic cùng loại. Ở đây ta chỉ xét đến tính tương đối do TTL có nhiều loại nên khả năng thúc tải (tính số toả ra) cũng khác nhau như loại ALS có thể thúc được tới 20 cổng 74ALS khác. Để biết được chính xác hơn, ta có thể dựa vào thông số của dòng vào và ra của IC trong sổ tay tra cứu IC để tính.

Giữa TTL với CMOS họ 74HC, 74HCT

• Ở mức thấp TTL có thể thúc được CMOS do VOLmax(TTL)< VILmax(CMOS) và IOLmax(TTL) > IILmax(CMOS)
• Ở mức cao TTL không thể thúc được CMOS do áp mức cao của TTL có khi chỉ còn 2,5 V trong khi đó CMOS chỉ chấp nhận áp mức cao không dưới 3,5V. Nếu nối mạch thì hoạt động có thể sai logic, nên có 1 cách để khắc phục điều này là dùng điện trở kéo lên ở ngõ ra của cổng TTL. Khi đó, qua điện trở R này, dòng từ nguồn sẽ nâng dòng vào CMOS nhờ đó áp ra mức cao TTL sẽ không quá thấp, CMOS sẽ hiểu được. Ví dụ một cổng 74LS01 có IOLmax = 8mA, VOLmax = 0,3V thúc một cổng 74HC00 có VIHmin = 3,5V, IIHmin = 1uA. Khi 74LS01 ở mức thấp 0,3V nó sẽ nhận dòng hết mức là 8mA được cấp thông qua điện trở kéo lên (trong khi dòng IIHmin chỉ có dưới 1uA rất nhỏ), điều này sẽ phải cần điện trở kéo lên có giá trị nhỏ nhất Rmin. Còn khi ở mức cao 3,5V 74LS01 nhận dòng 100uA và 74HC00 nhận dòng 1uA. Lúc này điện trở kéo lên sẽ phải có giá trị max để hạn lại dòng cho 2 cổng khi Rmax thì công suất tiêu tán max sẽ nhỏ nhất. Tụ C = 15pF được thêm vào nhằm mục đích khi đang ở mức thấp 0,3V mà chuyển lên mức cao thì tụ sẽ nạp cho áp lên 3,5V để CMOS “hiểu”.

TTL thúc CMOS có áp nguồn cao hơn 5V

Cũng giống như ở trường hợp trên, nếu ra mức thấp thì TTL có thể thúc trực tiếp CMOS còn nếu ra mức cao VOH(TTL) chỉ có 2,7V đến 5V thì sẽ không thể thúc được CMOS do khoảng áp này rơi vào vùng bất định của ngõ vào CMOS. Nên ta phải dùng điện trở kéo lên, có thể dùng TTL ngõ ra cực thu để hở cho trường hợp này.

Giao tiếp CMOS-CMOS

Với cùng điện thế cấp, một cổng CMOS có thể thúc cho rất nhiều cổng cùng loại CMOS vì dòng cấp khoảng 0,5 đến 5mA trong khi dòng nhận rất nhỏ (dưới 1uA). Nhưng nếu tần số hoạt động càng cao thì khả năng thúc tải lại càng giảm đi (có khi chỉ còn dưới 10 cổng). Nguyên nhân là do ở tần số cao, các điện dung ngõ vào của các cổng tải sẽ làm tăng công suất tiêu tán và trì hoãn truyền của mạch điện.

CMOS thúc TTL

Trường hợp thúc tải ở mức cao thường VOH(CMOS) > VIH(TTL) còn dòng nhận IIH(TTL) chỉ vài chục uA thì CMOS có thể thúc nhiều tải TTL. Khi thúc TTL ở mức thấp thì khá phức tạp tuỳ vào loại. CMOS cũ (4000) thì không thúc được TTL. CMOS mới (74HC) thúc được TTL nhưng số cổng thúc được tuỳ thuộc VOL(CMOS) > VIL(TTL) và dòng tổng ngõ ra (CMOS) phải lớn hơn tổng các dòng ngõ vào IIL của các tải TTL. Điều đó cho thấy, việc giao tiếp các cổng với nhau cũng rất đa dạng và tuỳ thuộc yêu cầu người sử dụng. Một vấn đề khác cũng đáng được quan tâm là các IC giao tiếp nhau chung nguồn cấp hay giao tiếp cùng khoảng mức áp sẽ đảm bảo hoạt động tốt hơn. Vì thế có một số IC đã được sản xuất để phục vụ cho việc chuyển mức điện áp giao tiếp giữa CMOS với TTL hay CMOS 4000 với CMOS 74HC.

Chức năng của IC số

IC ѕố được ѕử dụng trong máу tính, mạng máу tính, modem ᴠà bộ đếm tần ѕố. Các уếu tố cơ bản nàу được kết hợp trong thiết kế IC cho máу tính kỹ thuật ѕố ᴠà các thiết bị liên quan nhằm thực hiện các chức năng mong muốn.

Lời kết

Hiện nay, các loại IC số vẫn được sử dụng khá rộng rãi trong các mạch điện, song song với nó là các loại IC nhớ, IC chức năng (IC nguồn), các loai vi điều khiển có thể lập trình được.