不要拉我起来!史上最透彻:为什么TTL逻辑驱动CMOS要接上拉电阻

Author: Jackie Long

除了前一节讨论的拉电阻基本使用方法外,上拉电阻也可以提升高电平的电压阈值,以便于前后级信号相匹配,


我们经常会看到网上有这种说法:TTL逻辑电平驱动CMOS逻辑电平时,我们通常会添加一个上拉电阻R1,如下图所示:

不要拉我起来!史上最透彻:为什么TTL逻辑驱动CMOS要接上拉电阻

大多数人会这么想:哦,我知道了,下次如果用TLL逻辑驱动CMOS逻辑的话,我会加个上拉电阻的,But Why?你真的想过其中的原因吗?

我们先来看看TTL电平标准图与CMOS电平标准图,如下图所示:

不要拉我起来!史上最透彻:为什么TTL逻辑驱动CMOS要接上拉电阻

可以看到,TTL逻辑输出的低电平最大值VOLMAX(0.4V)小于CMOS逻辑输入低电平最大值VILMAX(0.3×VCC=1.5V),因此,TTL低电平驱动CMOS逻辑是完全没有问题的,但是TTL逻辑输出的高电平最小值VOHMIN(2.4V)却低于CMOS逻辑输入高电平的最小值VIHMIN(0.7×VCC=3.5V),换言之,CMOS逻辑可能不能够识别TTL逻辑高电平(注意"可能"这两个字)。

那为什么添加上拉电阻后就能够使TTL逻辑可靠驱动CMOS逻辑呢?我们看看TTL逻辑"非"NOT电路的输出结构,如下图的所示:

不要拉我起来!史上最透彻:为什么TTL逻辑驱动CMOS要接上拉电阻

事实上,所有TTL逻辑输出结构都是一致的,TTL逻辑输出为高电平时内部状态如下图所示:

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按照TTL电平标准,输出高电平VOH至少2.4V(VOHMIN=2.4V),换言之,这个输出电压也可能高于或低于CMOS高电平输入识别阈值最小值3.5V(不可靠),而添加上拉电阻后的TTL逻辑电路状态如下图所示:

不要拉我起来!史上最透彻:为什么TTL逻辑驱动CMOS要接上拉电阻

由于上拉电阻R4的存在,使得三极管Q3与二极管D2都处于截止状态,因此输出电平被上拉至5V高电平,妥妥地超过了CMOS逻辑高电平判断阈值的最小值( 3.5V),这样CMOS逻辑电路就能够可靠地进行高电平判断。

但是,反过来CMOS逻辑电平能够可靠地驱动TTL逻辑电平,读者可自行对照两者的逻辑电平标准图就真相大白了。

我们在说某个电阻是上拉电阻或下拉电阻的时候,它其实还同时有限制电流的能力,只不过在使用拉电阻过程中,上拉或下拉的功能占主导地位,也因此而得名,你可以把端接电阻称为上拉电阻或下拉电阻,但你总不会称其为限流电阻吧?下一章我们来详解谈谈限流电阻的使用, Let's Go!


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