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技术详情

一、逻辑门电路简介

数字电路是现代电子技术的核心基础，广泛应用在计算机、通信、控制等领域。数字电路具备电路结构简单，稳定可靠、功耗低的优点，在传输信号时只需传递高/低两个电平值，因此抗干扰能力强，数字电路不仅可以完成数值运算，还能进行逻辑运算和判断。

图1：基础逻辑门

逻辑门是数字电路的基本组成单元，之所以叫逻辑“门”电路，“门”通常会让我们联想到“打开”和“关闭”两种状态，当某个逻辑关系电路有信号输出时，可以理解为“门”打开，没有信号输出时，相当于“门”关闭，因此称呼“门电路”可以很形象的概括其特点。逻辑门的基本逻辑包括“与，或，非”三种，各种复杂的逻辑关系都可以由这三个基本逻辑来构成，只不过组成成分，方式更加多样化。

图2：常用逻辑门

从逻辑门电路的生产工艺上看，可以分为两大类：分立元件门电路和应用集成电路工艺制成的集成门电路。同型号的74系列、74HC系列、74LS系列芯片，逻辑功能上是一样的。

图3：逻辑门电路实现方式

74系列逻辑器件从问世的40多年以来，虽然一直受到来自可编程器件和系统级芯片的激烈竞争，但依然有一定的市场需求。它们通常能以高效和高性价比的方案来处理与显示的接口、在电路板或背板上传送信号、处理多信号位操作、信号屏蔽、启动芯片等类似问题。

二、逻辑门电路分类

2.1 按半导体工艺分类

可以分为Bipolar、CMOS、BiCMOS等工艺：

（1）Bipolar（双极工艺）：TTL、S、LS、AS、F、ALS；

（2）CMOS工艺：HC、HCT、CD4000、ACL、FCL、LVC、LV、CBT、ALVC、AHC、AHCT、CBTLV、AVC、GTLP；

（3）BiCMOS工艺：BCT、ABT、LVT、ALVT。

2.2 按逻辑电平分类

可以分为5V TTL、5V CMOS（Vih≥0.7Vcc，Vil≤0.3Vcc）、3.3V、2.5V、1.8V、1.5V、1.2V等电平：

（1）5V的逻辑器件，包括TTL、S、LS、ALS、AS、HCT、HC、BCT、74F、ACT、AC、AHCT、AHC、ABT等系列；

（2）3.3V及以下的逻辑器件，包括LV、AHC、AC、ALB、LVC、ALVC、LVT等系列。

2.3 按功能分类

（1）逻辑门电路：与门74X08，与非门74X00、或与门74X02、异或门74X86、反相器74X04；

（2）反相器：将输入信号的相位反转180度，应用在摸拟电路，如音频放大，时钟振荡器等；

（3）选择器：主要有2-1（74X157）、4-1（74X153）、8-1（74X151）；

（4）译码器：主要有2/4（74X139）、3/8（74X138）、4/16（74X154）；

（5）计数器：主要有同步计数器74X161，异步就是好奇74X393；

（6）寄存器：主要有串-并移位寄存器74X164和并-串寄存器74X165；

（7）触发器：主要有J-K触发器，带三态的D触发器（74X374），不带三态的D触发器（74X74），施密特触发器等；

（8）锁存器：主要有D型锁存器74X373，寻址锁存器74X259；

（9）缓冲驱动器：主要有带方向的缓冲驱动器（74X240）和不带反向的缓冲驱动器（74X244）；

（10）收发器：主要有寄存器收发器（74X543），通用收发器74X245，总线收发器等；

（11）总线开关：主要包括总线交换和通用总线器件；

（12）背板驱动器：主要包括TTL或LVTTL电平与GTL/GTL+或BTL之间的电平转换器件。

2.4 74系列逻辑门系列的特点

（1）74：早期产品，目前仍在使用，逐渐被淘汰；

（2）74H：74的改进型，属于高速TTL产品，其与非门传输时间达到10ns左右，但是电路静态功耗较大，逐渐被淘汰；

（3）74S：TTL的高速型肖特基系列，采用抗饱和肖特基二极管，速度较高但是品种较少，非主流；

（4）74LS：LS是低功耗肖特基，速度比HC系列的略快，属于TTL类的主要产品系列，工作于5V电压，品种和参加非常多，性价比高，在中小规模电路中应用普遍，LS输入开路为高电平，LS 输入端没有上拉或下拉要求，输出端体现下拉强上拉弱。

（5）74HC：HC是高速CMOS标准逻辑电路系列，具有与74LS-系列同等工作度和CMOS固有的低功耗和宽电源电压范围（2V~6V），HC的输入电阻很高，开路状态下电平不定，因此输入端要求有上下拉电阻来确定空置时的电平，电阻取值范围1K~10KΩ；

（6）74HCT：输入输出与LS系列兼容，但是功耗低；

（7）74AS：是74S的后继产品，速度进一步提升到1.5ns，因此也成为“先进超高速肖特基”系列；

（8）74ALS：“先进的低功耗肖特基”系列，属于74LS系列的后继产品，工作频率可达50MHz，典型速度4ns，典型功耗1mW，但是价格较高；

（9）其他：74F采用高速肖特基电路，74AC是带缓冲功能的逻辑门。

2.5 特殊逻辑器件

（1）总线保持功能，由内部反馈电路保持输入端最后的确定状态，无需外接上拉或下拉电阻，防止因为输入端浮空的不确定导致器件损坏；

-》ABT、LVT、ALVC、ALVCH、ALVTH、LVC、GTL系列器件有此功能，命名特征附加了H，例如：74ABTH16244；

（2）串联阻尼电阻，输出端加入串联电阻可以限流，有助于降低信号上冲/下冲噪声，消除线路振铃，改善信号质量；

-》ABT、LVC、LVT、ALVC系列，在命名中加入“2”或“R”,以示区别，例如ABT162245，ALVCHR162245；

（3）上电/掉电三态（即热插拔性能）,在上电和掉电时器件输出端为三态，应用于热插拔器件产品，确保输出数据的完整性，多数ABT、LVC、LVT、LVTH系列器件有此特征；

（4）ABT器件，结合了CMOS器件的高速路阻抗和双极型器件输出驱动能力强的特点，应用于低电压、低静态功耗环境。包括ABT、LVT、ALVT等系列器件；

（5）Vcc/GND对称分布：16位Widebus器件，如果对称布置引脚，有利于改善噪声性能，AHC/AHCT、AVT、AC/ACT、CBT、LVT、ALVC、LVC、ALB系列16位Widebus器件有此特征；

（6）分离轨器件，即双电源器件，具备两个电源输入引脚，可以分别接5V和3.3V电源，如ALVC164245、LVC4245等，命名特征为附加了“4”。

2.6 应用注意事项

在实际使用中，TTL和CMOS不同的逻辑电平会影响逻辑门的通用性，LS是TTL电平，其低电平和高电平分别为0.8和V2.4，而CMOS在工作电压为5V时分别为0.3V和3.6V，所以CMOS可以驱动TTL，但反过来不行。如果输入电压（包括电压过冲）超过器件管脚所能承受的最大电压，可能会损坏器件。

另外要关注驱动能力不同，一般门电路的扇入系数为1-5，最多不超过8。扇出系数这反映逻辑门驱动负载能力，大多数TTL门电路扇出系数为10，驱动器可达25-30。CMOS门电路的直流扇出能力通常可以达到1000，但是对交流信号的扇出能力则与信号频率有关，由负载电容决定。如果门电路的驱动能力不足可能会带来隐患，在电源波动或受到干扰时造成数据传输错误。

逻辑门器件的时延特性也要关注，在对高速信号进行电平转换时，需要充分考虑时序容限，不然可能会导致时序出现问题。

三、芯智云城推广物料品牌

3.1 中微爱芯

无锡中微爱芯电子有限公司成立于2004年，是一家以集成电路设计、测试、应用、方案、销售和服务为主的高新技术企业，是工信部认定的国家规划布局内的集成电路设计企业。拥有CMOS、BICMOS 、BIPOLAR设计能力。产品已形成MCU、LCD显示、LED显示、通用逻辑、驱动、运放、电源、音响、遥控器、通信、配套等多个系列几百个品种，覆盖家电、物联网、音视频电子、汽车、工控、通信等多个领域。

图4：中微爱芯逻辑器件系列

（1）HC/HCT是高速CMOS逻辑器件，具有广泛的应用。HC系列逻辑电路工作电压范围为2-6V，HCT系列逻辑电路兼容TTL，工作电压范围为4.5-5.5V。所有的HC/HCT逻辑电路提供8mA的平衡输出，典型传输延迟为9ns，工作温度在-40~+105℃范围内。应用领域：工业设备、消费电子、计算机周边

（2）74AHC/AHCT是先进高速CMOS逻辑器件，在HC/HCT系列逻辑电路的基础上进行了改进，在混合电压应用中具有过压容限输入。AHC逻辑电路工作电压范围为2-6V，AHCT系列逻辑电路兼容TTL，工作电压范围为4.5-5.5V。所有的AHC/AHCT逻辑电路提供8mA的平衡输出，典型传输延迟为5ns，工作温度在-40~+105℃范围内。应用领域：工业设备、消费电子、计算机周边、通信

（3）LV系列逻辑电提供宽电源电压：1.0到5.5V，可靠性高。LV电路完全兼容TTL输入电平，在高速下平衡了传输延迟，LV系列电路与HC(T)管脚兼容，工作在-40 ~+105 ℃温度范围内。应用领域：工业控制、电池备份系统、数据处理设备、汽车电子

（4）LVC系列逻辑电路工作在1.2到3.6V。LVC系列逻辑电路具有24mA的平衡输出驱动负载能力，3.5ns的典型传输延迟以及一些特殊功能，非常适合并行接口应用。工作温度在-40~+105℃范围内。应用领域：机顶盒、平板电视、工作站、电信网络设备、总线接口、计算机周边

（5）LVT系列逻辑电路兼有CMOS电路的低功耗、低噪声优点和双极电路的高速、高驱动能力优点 。LVT系列电路在宽温范围内具有很高的静态和动态稳定性，工作电压为2.7-3.6V，支持热插拔。输出驱动电流高达64mA，典型传输延迟2ns。LVT系列电路工作在-40 ~+105。应用领域：背板驱动、工作站、电信网络设备、总线接口、计算机周边

（6）AVC是先进的超低工作电压的CMOS逻辑电路。AVC电路典型传输延迟为1.5ns，是工业应用中最快的逻辑电路之一。AVC系列电路工作在-40~+105 °温度范围内。应用领域：高端工作站/服务器和PC、

（7）AUP系列是便携式应用的行业标准逻辑电路。采用CMOS工艺，动态和静态功耗低。AUP系列兼容3.6V，可选低三态输入，带有电流关断功能，适合1.8/3.3混合电压及部分掉电应用。AUP系列电路工作在1.1-3.6V，满足工业和汽车的工作温度要求。应用领域：手机、平板、数码相机、媒体播放器、便携医疗设备、汽车内存接口、数据通信、手持低功耗设备

（8）4000系列采用CMOS工艺的数字集成电路，具有电压应用范围宽、输入阻抗高等特点。应用领域：医疗仪器、工业应用、消费电子

（9）电平转换芯片具有驱动能力强、高性能、小封装等特点,用于多种通信接口,兼容推挽输出和开漏输出架构。应用领域：医疗仪器、工业应用、消费电子

图5：中微爱芯逻辑器件主要应用领域汇总