Dr.-Ing. habil. Eberhard Kühn

Handbuch TTLr und CMOS-Schaltungen

4., stark bearbeitete Auflage

Hüthig Buch Verlag Heidelberg

Inhaltsverzeichnis Vorwort

V

Formelzeichen und Abkürzungen

XI

1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9

Systematik der integrierten Schaltungen Unterteilung nach Herstellungstechnologien Unterteilung nach Schaltungstechnologien Unterteilung nach Anzahl der integrierten Bauelemente Unterteilung nach Schaltzeiten (Schaltgeschwindigkeit) Unterteilung nach Temperaturbereichen Unterteilung nach Gehäusen Unterteilung nach Schaltungsfunktionen Unterteilung nach Einsatzgebieten Unterteilung nach universeller Verwendbarkeit

1 1 4 10 11 12 13 22 22 23

2 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6

Gatter Allgemeines Logische Funktionen und Schaltungssymbole Wirkungsweise des NAND-Gatters Äquivalente Schaltungen Spezielle Gatterfunktionen Typenübersicht und Pinbelegung von TTL- und CMOS-Gatterschaltungen

28 28 28 30 31 32 37

3 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5

Flipflops RS-Flipflop Flipflop als Latch JK-Flipflop D-Flipflop Typenübersicht und Pinbelegung von TTL- und CMOS-Flipflopschaltungen

54 55 56 57 62

4 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6

Übersichten: TTL- und CMOS-Schaltungen Typenvergleich TTL- und CMOS-Schaltungen TTL-Baureihen (Übersicht) Entwicklung und allgemeine Eigenschaften der TTL-Baureihen Kenndaten der TTL-Baureihen CMOS-Baureihen Kenndaten der CMOS-Baureihen

72 72 72 73 80 80 84

5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6

Statische Eigenschaften von TTL-Schaltungen Signalpegel Kennwerte und Grenzwerte Schaltungen der NAND-Gatter Ausgangsstufen von TTL-Schaltungen Übertragungskennlinie Eingangskennlinie

85 85 86 88 91 97 99

63

VIII

Inhaltsverzeichnis

5.7 5.8 5.9 5.10

Ausgangskennlinie Eingangs- und Ausgangsströme Lastfaktor Parallelschaltung von OC-Ausgängen

102 105 107 109

6 6.1 6.2 6.3 6.4 6.5 6.6 6.7 6.8

Dynamische Eigenschaften von TTL-Schaltungen Definition der Schaltzeiten Verzögerungszeit Speisestrom und Verlustleistung Maximale Lastkapazität Unbenutzte Eingänge Mindeststeilheit von Impulsflanken Ersatzlast TTL-FAST-Baureihe 74F

113 113 115 120 126 127 129 131 131

7 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 7.6

Störeinflüsse bei TTL-Schaltungen Allgemeines über Störungen Statischer Störabstand Dynamischer Störabstand Störungen durch Leitungsreflexionen Störungen durch Erd- und Speisespannungsleitungen Störungen durch Überkopplung

136 136 137 138 140 146 152

8 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9 8.10 8.11 8.12 8.13

CMOS-Schaltungen (4000 B-Reihen) Allgemeine Eigenschaften Kennwerte JEDEC-Standard Schaltungsaufbau CMOS-Eingänge Übertragungskennlinie Ausgangskennlinie Verzögerungszeiten Impulsflanken Speisestrom und Verlustleistung Störsicherheit Pegelanpassung CMOS-TTL Praktische Hinweise

154 154 156 156 160 166 170 173 177 179 181 186 188 190

9 9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 9.8 9.9

High-speed- und Advanced-CMOS-Schaltungen Allgemeine 74HC-Eigenschaften Übertragungskennlinie (74HC-Reihe) Ausgangskennlinie (74HC-Reihe) Verzögerungszeit und Impulsflanke (74HC-Reihe) Speisestrom und Leistungsaufnahme (74HC-Reihe) Pegelanpassung High-speed-CMOS-TTL Allgemeine 74AC-Eigenschaften Übertragungskennlinie (74AC-Reihe) Ausgangskennlinie (74AC-Reihe)

191 192 195 196 199 201 202 203 206 207

Inhaltsverzeichnis

IX

9.10 9.11

Verzögerungszeit und Impulsflanke (74AC-Reihe) Speisestrom und Leistungsaufnahme (74AC-Reihe)

209 212

10

Impulsgeneratoren

214

10.1 10.2 10.3 10.4

Impulsgeneratoren mit TTL-Schaltungen Impulsgeneratoren mit CMOS-Schaltungen Taktgeber Typenübersicht und Pinbelegung von Oszillatorschaltungen

214 217 219 222

11

Spezielle Schaltungsfunktionen

224

11.1 11.2 11.3 11.4 11.5 11.6 11.7 11.8

Monoflops Schmitt-Trigger Prellfreier Schalter Flankentriggerung Impulsausblendung Flankenversteilerung Impulsverzögerung Typenübersicht und Pinbelegung von Monoflop- und Schmitt-TriggerSchaltungen

224 228 230 230 231 231 232 235

12

Zähler und Teiler

237

12.1 12.2 12.3 12.4 12.5 12.6 12.7 12.8 12.9 12.10 12.11

Allgemeine Merkmale Unterschied zwischen Zähler und Teiler Codes von Zählern Synchrone Zähler Asynchrone Zähler Dezimal- oder dekadische Zähler Vorwärts- und Rückwärtszähler Ringzähler und Johnson-Zähler Praktische Zählerschaltungen Eigenschaften von TTL-Zählerschaltungen Typenübersicht und Pinbelegung von Zählerschaltungen

237 240 241 252 255 262 262 264 267 268 286

13

Schieberegister

294

13.1 13.2 13.3 13.4 13.5

Allgemeine Merkmale Ansteuerbedingungen Serielle und parallele Eingabe/Ausgabe Rechts- und Rechts/Links-Schieberegister Typenübersicht und Pinbelegung von Schieberegisterschaltungen

294 296 297 299 301

14

Decodierer

306

14.1 14.2 14.3 14.4 14.5 14.6

Allgemeine Begriffe Prinzip der Decodierung Decodierschaltungen für 2- bis 6stellige Codewörter Praktische Forderungen Umcodierer Typenübersicht und Pinbelegung von Decodierschaltungen

306 307 308 312 315 320

X

Inhaltsverzeichnis

15 15.1 15.2

Multiplexer Wirkungsweise Typenübersicht und Pinbelegung von Multiplexerschaltungen

326 326 327

16 16.1 16.2 16.3 16.4

Addierer Addition bei verschiedenen Codes Halbaddierer Volladdierer Typenübersicht und Pinbelegung von Addiererschaltungen

333 333 337 338 340

17 17.1 17.2 17.3 17.4

Programmierbare integrierte Schaltungen (PLDs) Allgemeine Eigenschaften PROM-Schaltungen PAL-Schaltungen EPLD-Schaltungen

344 344 345 348 351

18 18.1 18.2 18.3 18.4 18.5 18.6 18.7 18.8 18.9 18.10

Stromtreiber Interfaceschaltungen Allgemeine Eigenschaften Ausgangsstufen für Treiber Gesteuerte Konstantstromquelle Treiber für TTL-Eingänge (Buffer) Treiber für CMOS-Eingänge (Buffer) Treiber für allgemeine Anwendungen Treiber mit Stromaufnahme (Sink-Strom) Treiber mit Stromabgabe (Source-Strom) Typenübersicht und Pinbelegung von Stromtreiber- und BufferSchaltungen (mit TP- und OC-Ausgang)

356 356 356 357 360 362 363 363 364 369

Leitungstreiber und -empfänger Leitungen zur Impulsübertragung Sammelleitung (Bus) Leitungsanpassung Unsymmetrische Leitungen Symmetrische Leitungen Störsicherheit Standards für Leitungen und Bussysteme (Schnittstellen) Typenübersicht und Pinbelegung von Leitungstreiber- und -empfängerschaltungen

379 379 384 390 393 405 412 415 418

Langsame störsichere Logikbaureihen HIOO-Baureihe FZlOO-Baureihe

440 441 443

19 19.1 19.2 19.3 19.4 19.5 19.6 19.7 19.8 20 20.1 20.2

370

Anhang I

TTL- und CMOS-Schaltungen der Baureihen 74 (Typenspektrum)

446

II

CMOS-Schaltungen der Baureihen 4000 (Typenspektrum)

469

Literaturverzeichnis

475

Stichwortverzeichnis

477