CMOS电平和TTL电平

2019-04-14 21:42发布

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CMOS电平和TTL电平：CMOS逻辑电平范围比较大，范围在3～15V，比如4000系列（4011与非门），当5V供电时，输出在4.6以上为高电平，输出在0.05V以下为低电平。输入在3.5V以上为高电平，输入在1.5V以下为低电平。而对于TTL芯片，供电范围在0～5V，常见都是5V，如74系列5V供电，输出在2.7V以上为高电平，输出在 0.5V以下为低电平，输入在2V以上为高电平，在0.8V以下为低电平。因此，CMOS电路与TTL电路就有一个电平转换的问题，使两者电平域值能匹配。有关逻辑电平的一些概念 ：要了解逻辑电平的内容，首先要知道以下几个概念的含义：
输入高电平（Vih）：保证逻辑门的输入为高电平时所允许的最小输入高电平，当输入电平高于Vih时，则认为输入电平为高电平。
输入低电平（Vil）：保证逻辑门的输入为低电平时所允许的最大输入低电平，当输入电平低于Vil时，则认为输入电平为低电平。
输出高电平（Voh）：保证逻辑门的输出为高电平时的输出电平的最小值，逻辑门的输出为高电平时的电平值都必须大于此Voh。
输出低电平（Vol）：保证逻辑门的输出为低电平时的输出电平的最大值，逻辑门的输出为低电平时的电平值都必须小于此Vol。
阀值电平(Vt)：数字电路芯片都存在一个阈值电平，就是电路刚刚勉强能翻转动作时的电平。它是一个界于Vil、Vih之间的电压值，对于CMOS电路的阈值电平，基本上是二分之一的电源电压值，但要保证稳定的输   出，则必须要求输入高电平> Vih，输入低电平，而如果输入电平在阈值上下，也就是Vil～Vih这个区域，电路的输出会处于不稳定状态。 对于一般的逻辑电平，以上参数的关系如下：Voh > Vih > Vt > Vil > Vol
Ioh：逻辑门输出为高电平时的负载电流（为拉电流）。(拉和灌是站在外围电路的角度上考虑的)
Iol：逻辑门输出为低电平时的负载电流（为灌电流）。
Iih：逻辑门输入为高电平时的电流（为灌电流）。
Iil：逻辑门输入为低电平时的电流（为拉电流）。
门电路输出极在集成单元内不接负载电阻而直接引出作为输出端，这种形式的门称为开路门。开路的TTL、CMOS、ECL门分别称为集电极开路（OC）、漏极开路（OD）、发射极开路（OE），使用时应审查是否接上拉电阻（OC、OD门）或下拉电阻（OE门），以及电阻阻值是否合适。对于集电极开路（OC）门，其上拉电阻阻值RL应满足下面条件：
（1）RL < （VCC－Voh）/（n*Ioh＋m*Iih）
（2）RL > （VCC－Vol）/（Iol＋m*Iil）      其中n：线与的开路门数；m：被驱动的输入端数。

常用的逻辑电平有TTL、CMOS、LVTTL、ECL、PECL、GTL；RS232、RS422、LVDS等。其中TTL和CMOS的逻辑电平按典型电压可分为四类：5V系列（5V TTL和5V CMOS）、3.3V系列，2.5V系列和1.8V系列。
5V TTL和5V CMOS逻辑电平是通用的逻辑电平。
3.3V及以下的逻辑电平被称为低电压逻辑电平，常用的为LVTTL电平。
低电压的逻辑电平还有2.5V和1.8V两种。
ECL/PECL和LVDS是差分输入输出。
RS-422/485和RS-232是串口的接口标准，RS-422/485是差分输入输出，RS-232是单端输入输出。
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OC门，又称集电极开路（漏极开路）与非门门电路，Open Collector（Open Drain）。为什么引入OC门？实际使用中,有时需要两个或两个以上与非门的输出端连接在同一条导线上，将这些与非门上的数据（状态电平）用同一条导线输送出去。因此，需要一种新的与非门电路--OC门来实现“线与逻辑”。OC门主要用于3个方面：
实现与或非逻辑，用做电平转换，用做驱动器。由于OC门电路的输出管的集电极悬空，使用时需外接一个上拉电阻Rp到电源VCC。OC门使用上拉电阻以输出高电平，此外为了加大输出引脚的驱动能力，上拉电阻阻值的选择原则，从降低功耗及芯片的灌电流能力考虑应当足够大；从确保足够的驱动电流考虑应当足够小。
线与逻辑，即两个输出端（包括两个以上）直接互连就可以实现“AND”的逻辑功能。在总线传输等实际应用中需要多个门的输出端并联连接使用，而一般TTL门输出端并不能直接并接使用，否则这些门的输出管之间由于低阻抗形成很大的短路电流（灌电流），而烧坏器件。在硬件上，可用OC门或三态门（ST门）来实现。 用OC门实现线与，应同时在输出端口应加一个上拉电阻。
三态门（ST门）主要用在应用于多个门输出共享数据总线，为避免多个门输出同时占用数据总线，这些门的使能信号（EN）中只允许有一个为有效电平（如高电平），由于三态门的输出是推拉式的低阻输出，且不需接上拉（负载）电阻，所以开关速度比OC门快，常用三态门作为输出缓冲器。

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