在上一期《数字电路之如雷贯耳的“逻辑电路”》中我们了解了基本的逻辑电路，本期讲解数字 IC 的基础和组合电路。

什么是数字集成电路 IC

数字集成电路是指集成了一个或多个门电路的半导体元器件。数字集成电路种类众多，根据用途不同可分为如下几类：

◇ 微处理器（microcomputer）：进行各种处理的集成电路；

◇ 存储器：记录数据的集成电路；

◇ 标准逻辑 IC：通过集成电路的组合实现各类功能的逻辑电路；

◇ 专用逻辑 IC：特定用途集成电路，允许用户设计自己专用的逻辑电路。

“标准逻辑 IC”是将逻辑电路的基本要素和可共通使用的功能集合于一体的小规模集成电路，是构成逻辑电路的基本要素。本期将着重讲解标准逻辑 IC，学习数字 IC 的知识。

数字 IC 和标准逻辑 IC

标准逻辑 IC 的种类约有 600 多种，有最单纯的逻辑电路 IC，也有高功能的、含有逻辑运算的 IC，大致可分为 TTL 集成电路与 CMOS 集成电路两种。

◇ TTL（Transistor-Transistor Logic）IC：电路的主要部分由双极性晶体管构成，工作电压为 5V。

◇ CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）IC：电路的主要部分由 P 沟道和 N 沟道的 MOSFET 构成，工作电压范围比较大。

图 1　TTL IC

数字 IC 之间传递信号时，需要规定信号的“高（High）”“低（Low）”逻辑以及与其对应的电压，这种与逻辑对应的电压称为逻辑电平。不同的逻辑电平将无法传输信号，还有可能损坏集成电路。

在 TTL IC 中，判断标准如下：

◇ 输入信号时，2.0V 以上为“高（High）”，0.8V 以下为“低（Low）”；

◇ 输出信号时，0.4V 以下为“低（Low）”，2.4V 以上为“高（High）”。

TTL IC 就是根据规定的 TTL 接口标准制作的，该标准规定了输入输出电压与逻辑之间的关系，因此在 TTL IC 之间传递信号时不需要考虑逻辑电平的问题。但 CMOS IC 拥有许多系列，各个系列的逻辑电平各不相同，有时还会根据电源电压发生变化，因此需要根据逻辑电平进行连接。

图 2　CMOS IC

注意误操作和扇出

在连接标准逻辑 IC 时，需要考虑一个输出最大可连接的 IC 数量。在 TTL IC 中，可连接 IC 的数量受到输出电流的限制，我们把允许连接的 IC 上限个数称为扇出。只要想起 TTL IC 是由双极性晶体管构成的，就能容易地想象出开关切换时是需要电流的。TTL IC 的扇出可以通过输出电流除以输入电流来求出（图 3）；需要注意的是，如果连接的 IC 个数超过扇出数，将无法保证输出的逻辑电平。

图 3　TTL IC 的扇出

由于 CMOS IC 的输入引脚中几乎没有电流，因此无法根据电流计算其扇出数，而需要根据负载容量计算（图 4）。在 CMOS IC 的数据表中，通过传播延迟时间的测量方法明确记载了负载容量；如超过负载容量，传播延迟时间将变长，可能引起误操作，需要注意。

图 4　CMOS IC 的扇出

输出线之间连接：漏极开路

漏极开路是指不能输出高电平（High）的 FET（如图 A 右图）。在漏极开路的电路中，不存在通常 CMOS IC 输出段（如图 A 左图）中与 VCC 相连的 MOSFET，所以无法输出高电平，只能输出 Low 或高阻抗（此时输出端和电路是断开的，是一个无法输出电流和电压的状态）。在高阻抗的情况下，由于输出不稳定，因此需要通过电阻和电源相连，把输出端固定在 High 电平下使用，该电阻称为上拉电阻。由于上拉电阻连接的电压不需要与电源电压相同，因此可以连接逻辑电平不同的 IC。

图 A　CMOS 输出与漏极开路输出