CMOS电平和TTL电平

1万 · 2012-12-23 17:49

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<Vil，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。

1万 · 2012-12-23 17:50

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。

2万 · 2012-12-23 17:51

应该是
当5V供电时，输出高电平在4.6以上，低电平在0.05V以下；输入在3.5V以上为高电平，1.5V以下为低电平。

1万 · 2012-12-23 17:51

哦，哈哈，对

1万 · 2012-12-23 17:53

楼主总结的？赞一个！

2万 · 2012-12-23 17:54

嗯，确实不错，收藏啦

只看该作者 · 2012-12-23 17:56

学习一下这些都是面试经常用到的

只看该作者 · 2012-12-23 18:16

呵呵这些都是硬件工程师必备的

只看该作者 · 2012-12-23 18:20

常用的就是ttl和cmos

只看该作者 · 2012-12-23 18:27

很好，谢谢分享

只看该作者 · 2012-12-23 19:05

422的输出比较特别

只看该作者 · 2012-12-23 19:10

422 485都是差分输入的

只看该作者 · 2012-12-24 10:35

但却很不错的，我收下了，这方面的还不错的

只看该作者 · 2012-12-24 17:23

74LS47也是OC的，把负载LED灯当成集电极电阻

1万 · 2012-12-24 18:03

呵呵这是最基的比较多呵呵本的知识作为硬件工程师很多时候需要用到这些理论哦呵呵数字电路在实现逻辑功能时

2万 · 2012-12-24 22:26

讲解的很详细呀

1万 · 2012-12-27 10:32

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。
这个蛮重要的啊，一切的转换都是围绕这个来做的