推拉式电路

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1、推挽式电路是由一对互补的晶体管组成的，其中P型管源极接电源，N型管源极接地，两 管漏极接在一起作为输出。输出0时，N管导通，P管关闭，输出被拉低；输出1时，N管 关闭，P管导通，输出被拉高。因为无论输出是0还是1都是由晶体管“拉”出来的，而漏极 开路的电路，输出1是靠上拉电阻“拉”出来的，而一般的上拉电阻都在几十K以上，晶体管 的“拉”能力要比电阻强得多，所以推挽电路驱动能力强。不过漏极开路的电路，输出0时也是由N管拉低的，驱动能力同样很强。 因为晶体管的导通电阻很小，所以输出电阻会接近于零推挽式电路的动态功耗设计者经常仅仅根据所接负载的直流输入电流要求，冒险使推拉输出电路的负载达到它的 最大

2、直流扇出能力。特别是当设计CMOS总线时这一想法尤其具有诱惑力，因为此时理论 上的扇出能力是无限的。实际上重负载的总路线结构会带来两个缺点，上升时间将会减慢， 而且驱动器件的功耗将会提高。下例是一个重负载CMOS总线的实际上升时间和功耗计算的例子。例：CMOS总线的性能我们正为一台并行计算机的共享存储器子系统构造一个大型总线，如图2.8所示。总线连接着20个小的CPU，其中任何一个都可能存取这个8位的随机访问存储器（RAM）。整个系统装配在一个大的电路板上。该总线是通过阻抗可控的50欧印刷电路走线来实现的，走线长度为10IN。图2.8显示出总线的传播长度远远小于74HCT640门电路上的上升时

3、间，因此在总线的两端都没有使 用端接器。L6ns近远小于74HCTW的上升时间.所以不需要端接器图Z8共享存储器总线根据直流扇出系数，我们预期每个总路线驱动器应该能够很容易地驱动其他20个电路。 已知每个收发器的最大传播延迟为9NS，我们计划使总线运行在30NS的周期上（33MHZ）。为了检验这一设计，计算出每一条印刷线路负载电容，并分别与三态输出的驱动阻抗相 比较，计算出总线的RC上升时间。最后计算每个驱动器内的功耗。负载电路当每个驱动器转换到关闭（OFF）状态时，仍然存在负载电容。每个驱动器的这一I/O 负载电容在手册中都被制造商标明为10PF。我们有20个负载，所以负载电容总共为200P

4、F。 加上底板印刷线路的电容2PF/IN，可以得到：C皿嘏=（10 pF/驱动器）x （20个驱动器）十（2 pF/in） x （10 in）=220 pF74HCT640的输出电阻在SIGNETICS的高速CMOS数据手册上列出了以下指标（两个驱动晶体管中上端的 情况是最差的）：VCC=4.5VVOH=3.84VI 输出=6.0MAHCT总线驱动器上端的输出电阻:阮=llOQRC上升时间当输出从低电平转换到高电平时，充电时间常数约等于驱动器输出电阻乘以输出负载电 容。TRC=（110 欧）*（220PF）=24NS数值TRC是输出端电压从低电压从低电平状态升至高电平的63%时所需的时间。升至

5、 高电平的90%时所需的时间是TRC的两倍多一点。一个简单RC电路的1090%上升时间 是RC乘积的2.2倍:2.2Trc 53 ns多么令人惊奇！我们本以为驱动器的最大传播迟为9NS，而实际的延迟变成了 53NS！如果该总线运行在33MHZ上，数据信号在下一比特到来前将没有足够的时间上升或下降到 满幅值。我们把总线频率降至16MH乙以便让数据单元获得更多的间隔时间。每个驱动器的功耗VCC=5.5V （最差的情况时的供电电压）C=220PF （负载电容）F时钟=16MHZ （降低后的时钟频率）F数据=8MHZ （最差的数据周期，是时钟频率的1 /2）计算每个驱动器的功耗：尸眼酬x lOfi）

6、x （220 x 10 ”）x （5.5） J 0.053 W再乘以单个器件封装内的驱动器数目8,即可得到一个封闭器件的总功耗：P 总=8*0.053=0.424W一片20个引脚的塑料封装芯片消耗的能量还会更多。上面例子中的总线设计是不切实 际的，因为上升时间太慢，并且驱动器的功耗太高。我们必须将该总线的工作频率降低到16MHZ以下推拉输出电路中的静态功耗时间：2010-06-12 04:22:16来源：电子发烧友作者：一旦推拉输出电路完全转换，静态功耗等于源电流乘以导通臂上的剩余电压。我们将分别计算出LO 和HI状态下的功率，然后取二者的平均值。图2.6说明了理想的TT驱动器在LO和HI状态

7、下的功耗。对于标准的TTL器件，Q2处于饱和状 态时的压降VLO固定在大约0.3V。肖特基TTL逻辑电路的低电平输出略高，负载上的电压大约为0.4V。 在HI状态下，压降（VCCVHI）由Q1的VBE和正向偏置二极管D1箝位，约为1.4V，注意，Q1不会 进入饱和状态，因为它的基极电压绝不会上升到高于它的集电极电压。肖特基TTL器件驱动电路中总的静 态功耗平均值近似为：0.4 7 + 1.07耳车=二一农往L0状思下的耗为：女为。W的的祁电您,豹为0.3-54 V在如仗嘉下的期耗弟产兰Wcr-%Mm为0判0的压降.约为L4M地 图丸6 TTL推拉输出电路的静毒功乾CMOS驱动器更类似于图2.7

8、所示的电路。从CMOS器件的数据手册中通常可以查出输出电压与对 应输出电流的数字指标，计算出RA和RB的值，如下例所示。例：CMOS驱动器的输出阻抗SINETICS公司的HCT产品产列的标准输出驱动器在4.5V电源电压时，有以下各项参数：VOL (IO=4.0MA)在25C时的典型值0.15在40C85C时的最大值 0.33VOH (IO = -4.0MA)在25C时的典型值为4.32在40C-85C时的最小值为 3.84vcc在L（堆恚下的功艳为-盹靖住H状态下的电耗为F = & !i+彷岑遍f珏WZniE妒 A地图7 CMOS推按输出屯踏的静恋功耗在电流为4MA时，低电平状态下的压降范围为

9、0.150.33V。因此低电平状态的阻抗范围为：R低电平状态典型值=0.15/0.004 = 37欧R低电平状态最大值=0.33/0.004=83欧在电流为4MA时，高电平状态下4.5V电源与输出电压间的压降范围为0.180.66V。因此高电平 状态的阻抗范围为：R高电平状态典型值=0.18/0.004=45欧R高电平状态最大值=0.66/0.004=165欧在不同的电源电压下，CMOS驱动器的输出电阻变化很大，这一结果通常出现在HC （不是HCT） 逻辑器件的指标中，HC的工作电压可以在26V间的任一电压上。当在较高的工作电压时，HC系列的输 出电阻变小。因此，HC逻辑电路在高电压下运行得更快。CMOS器件驱动电路的总的静态功耗近似为：心注意，这里的输出电流项是平方形式。