知识扫盲_常用电平标准（TTL、CMOS、LVTTL、LVCMOS、ECL、PECL、LVPECL、RS232）
比較高的LVDS、GTL、PGTL、CML、HSTL、SSTL等。下面簡(jiǎn)單介紹一下各自的供電電源、電平標(biāo)準(zhǔn)以及使用
注意事項(xiàng)。?
TTL：Transistor-Transistor Logic 三極管結(jié)構(gòu)。?
Vcc：5V；VOH>=2.4V；VOL<=0.5V；VIH>=2V；VIL<=0.8V。?
因?yàn)?.4V與5V之間還有很大空閑，對(duì)改善噪聲容限并沒(méi)什么好處，又會(huì)白白增大系統(tǒng)功耗，還會(huì)影響速度。
所以后來(lái)就把一部分“砍”掉了。也就是后面的LVTTL。?
LVTTL又分3.3V、2.5V以及更低電壓的LVTTL(Low Voltage TTL)。?
3.3V LVTTL：?
Vcc：3.3V；VOH>=2.4V；VOL<=0.4V；VIH>=2V；VIL<=0.8V。?
2.5V LVTTL：?
Vcc：2.5V；VOH>=2.0V；VOL<=0.2V；VIH>=1.7V；VIL<=0.7V。?
更低的LVTTL不常用就先不講了。多用在處理器等高速芯片，使用時(shí)查看芯片手冊(cè)就OK了。?
TTL使用注意：TTL電平一般過(guò)沖都會(huì)比較嚴(yán)重，可能在始端串22歐或33歐電阻； TTL電平輸入腳懸空時(shí)是
內(nèi)部認(rèn)為是高電平。要下拉的話應(yīng)用1k以下電阻下拉。TTL輸出不能驅(qū)動(dòng)CMOS輸入。?
CMOS：Complementary Metal Oxide Semiconductor PMOS+NMOS。?
Vcc：5V；VOH>=4.45V；VOL<=0.5V；VIH>=3.5V；VIL<=1.5V。?
相對(duì)TTL有了更大的噪聲容限，輸入阻抗遠(yuǎn)大于TTL輸入阻抗。對(duì)應(yīng)3.3V LVTTL，出現(xiàn)了LVCMOS，可以與3.3V
的LVTTL直接相互驅(qū)動(dòng)。?
3.3V LVCMOS：?
Vcc：3.3V；VOH>=3.2V；VOL<=0.1V；VIH>=2.0V；VIL<=0.7V。?
2.5V LVCMOS：?
Vcc：2.5V；VOH>=2V；VOL<=0.1V；VIH>=1.7V；VIL<=0.7V。?
CMOS使用注意：CMOS結(jié)構(gòu)內(nèi)部寄生有可控硅結(jié)構(gòu)，當(dāng)輸入或輸入管腳高于VCC一定值(比如一些芯片是0.7V)
時(shí)，電流足夠大的話，可能引起閂鎖效應(yīng)，導(dǎo)致芯片的燒毀。?
ECL：Emitter Coupled Logic 發(fā)射極耦合邏輯電路(差分結(jié)構(gòu))?
Vcc=0V；Vee：-5.2V；VOH=-0.88V；VOL=-1.72V；VIH=-1.24V；VIL=-1.36V。?
速度快，驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)，噪聲小，很容易達(dá)到幾百M(fèi)的應(yīng)用。但是功耗大，需要負(fù)電源。為簡(jiǎn)化電源，出現(xiàn)了
PECL(ECL結(jié)構(gòu)，改用正電壓供電)和LVPECL。?
PECL：Pseudo/Positive ECL?
Vcc=5V；VOH=4.12V；VOL=3.28V；VIH=3.78V；VIL=3.64V?
LVPELC：Low Voltage PECL?
Vcc=3.3V；VOH=2.42V；VOL=1.58V；VIH=2.06V；VIL=1.94V?
ECL、PECL、LVPECL使用注意：不同電平不能直接驅(qū)動(dòng)。中間可用交流耦合、電阻網(wǎng)絡(luò)或?qū)Ｓ眯酒M(jìn)行轉(zhuǎn)換。
以上三種均為射隨輸出結(jié)構(gòu)，必須有電阻拉到一個(gè)直流偏置電壓。(如多用于時(shí)鐘的LVPECL：直流匹配時(shí)用
130歐上拉，同時(shí)用82歐下拉；交流匹配時(shí)?
用82歐上拉，同時(shí)用130歐下拉。但兩種方式工作后直流電平都在1.95V左右。)?
前面的電平標(biāo)準(zhǔn)擺幅都比較大，為降低電磁輻射，同時(shí)提高開(kāi)關(guān)速度又推出LVDS電平標(biāo)準(zhǔn)。?
LVDS：Low Voltage Differential Signaling?
差分對(duì)輸入輸出，內(nèi)部有一個(gè)恒流源3.5-4mA，在差分線上改變方向來(lái)表示0和1。通過(guò)外部的100歐匹配電
阻(并在差分線上靠近接收端)轉(zhuǎn)換為±350mV的差分電平。?
LVDS使用注意：可以達(dá)到600M以上，PCB要求較高，差分線要求嚴(yán)格等長(zhǎng)，差最好不超過(guò)10mil(0.25mm)。
100歐電阻離接收端距離不能超過(guò)500mil，最好控制在300mil以內(nèi)。? 下面的電平用的可能不是很多，篇幅關(guān)系，只簡(jiǎn)單做一下介紹。如果感興趣的話可以聯(lián)系我。?
CML：是內(nèi)部做好匹配的一種電路，不需再進(jìn)行匹配。三極管結(jié)構(gòu)，也是差分線，速度能達(dá)到3G以上。只能
點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸。?
GTL：類似CMOS的一種結(jié)構(gòu)，輸入為比較器結(jié)構(gòu)，比較器一端接參考電平，另一端接輸入信號(hào)。1.2V電源供
電。?
Vcc=1.2V；VOH>=1.1V；VOL<=0.4V；VIH>=0.85V；VIL<=0.75V?
PGTL/GTL+：?
Vcc=1.5V；VOH>=1.4V；VOL<=0.46V；VIH>=1.2V；VIL<=0.8V?
HSTL是主要用于QDR存儲(chǔ)器的一種電平標(biāo)準(zhǔn)：一般有V¬CCIO=1.8V和V¬¬CCIO=1.5V。和上面的
GTL相似，輸入為輸入為比較器結(jié)構(gòu)，比較器一端接參考電平(VCCIO/2)，另一端接輸入信號(hào)。對(duì)參考電平
要求比較高(1%精度)。?
SSTL主要用于DDR存儲(chǔ)器。和HSTL基本相同。V¬¬CCIO=2.5V，輸入為輸入為比較器結(jié)構(gòu)，比較器一
端接參考電平1.25V，另一端接輸入信號(hào)。對(duì)參考電平要求比較高(1%精度)。?
HSTL和SSTL大多用在300M以下。?
RS232和RS485基本和大家比較熟了，只簡(jiǎn)單提一下：?
RS232采用±12-15V供電，我們電腦后面的串口即為RS232標(biāo)準(zhǔn)。+12V表示0，-12V表示1。可以用MAX3232
等專用芯片轉(zhuǎn)換，也可以用兩個(gè)三極管加一些外圍電路進(jìn)行反相和電壓匹配。?
RS485是一種差分結(jié)構(gòu)，相對(duì)RS232有更高的抗干擾能力。傳輸距離可以達(dá)到上千米
TTL和CMOS電平總結(jié)
1，TTL電平(什么是TTL電平)：
?
TTL電平信號(hào)被利用的最多是因?yàn)橥ǔ?shù)據(jù)表示采用二進(jìn)制規(guī)定，+5V等價(jià)于邏輯“1”，0V等價(jià)于邏輯“0”，這被稱做TTL（晶體管-晶體管邏輯電平）信號(hào)系統(tǒng)，這是計(jì)算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部各部分之間通信的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。
TTL電平信號(hào)對(duì)于計(jì)算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸是很理想的，首先計(jì)算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸對(duì)于電源的要求不高以及熱損耗也較低，另外TTL電平信號(hào)直接與集成電路連接而不需要價(jià)格昂貴的線路驅(qū)動(dòng)器以及接收器電路；再者，計(jì)算機(jī)處理器控制的設(shè)備內(nèi)部的數(shù)據(jù)傳輸是在高速下進(jìn)行的，而TTL接口的操作恰能滿足這個(gè)要求。TTL型通信大多數(shù)情況下，是采用并行數(shù)據(jù)傳輸方式，而并行數(shù)據(jù)傳輸對(duì)于超過(guò)10英尺的距離就不適合了。這是由于可靠性和成本兩面的原因。因?yàn)樵诓⑿薪涌谥写嬖谥嗪筒粚?duì)稱的問(wèn)題，這些問(wèn)題對(duì)可靠性均有影響。?TTL電路不使用的輸入端懸空為高電平。
?
輸出高電平>2.4V,輸出低電平<0.4V。在室溫下，一般輸出高電平是3.5V，輸出低電平是0.2V。最小輸入高電平和低電平：輸入高電平>=2.0V，輸入低電平<=0.8V，噪聲容限是0.4V。
?
?
2，CMOS電平：
1邏輯電平電壓接近于電源電壓，0邏輯電平接近于0V。而且具有很寬的噪聲容限。?CMOS電路輸出高電平約為0.9Vcc，而輸出低電平約為?0.1Vcc。
CMOS電路不使用的輸入端不能懸空，會(huì)造成邏輯混亂。
另外，CMOS集成電路電源電壓可以在較大范圍內(nèi)變化，因而對(duì)電源的要求不像TTL集成電路那樣嚴(yán)格。
?
?
3，電平轉(zhuǎn)換電路： 因?yàn)門(mén)TL和COMS的高低電平的值不一樣（ttl 5v<＝＝>cmos 3.3v），所以互相連接時(shí)需要電平的轉(zhuǎn)換：就是用兩個(gè)電阻對(duì)電平分壓，沒(méi)有什么高深的東西。哈哈
?
?
4，OC門(mén)，又稱集電極開(kāi)路與非門(mén)門(mén)電路，Open Collector（Open Drain）。實(shí)際使用中,有時(shí)需要兩個(gè)或兩個(gè)以上與非門(mén)的輸出端連接在同一條導(dǎo)線上，將這些與非門(mén)上的數(shù)據(jù)（狀態(tài)電平）用同一條導(dǎo)線輸送出去。因此，需要一種新的與非門(mén)電路--OC門(mén)來(lái)實(shí)現(xiàn)“線與邏輯”。
OC門(mén)主要用于3個(gè)方面：
1、實(shí)現(xiàn)與或非邏輯，用做電平轉(zhuǎn)換，用做驅(qū)動(dòng)器。由于OC門(mén)電路的輸出管的集電極懸空，使用時(shí)需外接一個(gè)上拉電阻Rp到電源VCC。OC門(mén)使用上拉電阻以輸出高電平，此外為了加大輸出引腳的驅(qū)動(dòng)能力，上拉電阻阻值的選擇原則，從降低功耗及芯片的灌電流能力考慮應(yīng)當(dāng)足夠大；從確保足夠的驅(qū)動(dòng)電流考慮應(yīng)當(dāng)足夠小。
2、線與邏輯，即兩個(gè)輸出端（包括兩個(gè)以上）直接互連就可以實(shí)現(xiàn)“AND”的邏輯功能。在總線傳輸?shù)葘?shí)際應(yīng)用中需要多個(gè)門(mén)的輸出端并聯(lián)連接使用，而一般TTL門(mén)輸出端并不能直接并接使用，否則這些門(mén)的輸出管之間由于低阻抗形成很大的短路電流（灌電流），而燒壞器件。在硬件上，可用OC門(mén)或三態(tài)門(mén)（ST門(mén)）來(lái)實(shí)現(xiàn)。 用OC門(mén)實(shí)現(xiàn)線與，應(yīng)同時(shí)在輸出端口應(yīng)加一個(gè)上拉電阻。
3、三態(tài)門(mén)（ST門(mén)）主要用在應(yīng)用于多個(gè)門(mén)輸出共享數(shù)據(jù)總線，為避免多個(gè)門(mén)輸出同時(shí)占用數(shù)據(jù)總線，這些門(mén)的使能信號(hào)（EN）中只允許有一個(gè)為有效電平（如高電平），由于三態(tài)門(mén)的輸出是推拉式的低阻輸出，且不需接上拉（負(fù)載）電阻，所以開(kāi)關(guān)速度比OC門(mén)快，常用三態(tài)門(mén)作為輸出緩沖器。
?
?
OD門(mén)，即漏極開(kāi)路門(mén)電路open-drain，必須外界上拉電阻和電源才能將開(kāi)關(guān)電平作為高低電平用。否則它一般只作為開(kāi)關(guān)大電壓和大電流負(fù)載，所以又叫做驅(qū)動(dòng)門(mén)電路。開(kāi)漏形式的電路有以下幾個(gè)特點(diǎn)：
1.利用外部電路的驅(qū)動(dòng)能力，減少I(mǎi)C內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)。 或驅(qū)動(dòng)比芯片電源電壓高的負(fù)載.
2.可以將多個(gè)開(kāi)漏輸出的Pin，連接到一條線上。通過(guò)一只上拉電阻，在不增加任何器件的情況下，形成“與邏輯”關(guān)系。這也是I2C，SMBus等總線判斷總線占用狀態(tài)的原理。如果作為圖騰輸出必須接上拉電阻。接容性負(fù)載時(shí)，下降延是芯片內(nèi)的晶體管，是有源驅(qū)動(dòng)，速度較快；上升延是無(wú)源的外接電阻，速度慢。如果要求速度高電阻選擇要小，功耗會(huì)大。所以負(fù)載電阻的選擇要兼顧功耗和速度。
3.可以利用改變上拉電源的電壓，改變傳輸電平。例如加上上拉電阻就可以提供TTL/CMOS電平輸出等。
4.開(kāi)漏Pin不連接外部的上拉電阻，則只能輸出低電平。一般來(lái)說(shuō)，開(kāi)漏是用來(lái)連接不同電平的器件，匹配電平用的。
5.正常的CMOS輸出級(jí)是上、下兩個(gè)管子，把上面的管子去掉就是OPEN-DRAIN了。這種輸出的主要目的有兩個(gè)：電平轉(zhuǎn)換和線與。
?
6.由于漏級(jí)開(kāi)路，所以后級(jí)電路必須接一上拉電阻，上拉電阻的電源電壓就可以決定輸出電平。這樣你就可以進(jìn)行任意電平的轉(zhuǎn)換了。
7.線與功能主要用于有多個(gè)電路對(duì)同一信號(hào)進(jìn)行拉低操作的場(chǎng)合，如果本電路不想拉低，就輸出高電平，因?yàn)镺PEN-DRAIN上面的管子被拿掉，高電平是靠外接的上拉電阻實(shí)現(xiàn)的。（而正常的CMOS輸出級(jí)，如果出現(xiàn)一個(gè)輸出為高另外一個(gè)為低時(shí)，等于電源短路。）
?
8.OPEN-DRAIN提供了靈活的輸出方式，但是也有其弱點(diǎn)，就是帶來(lái)上升沿的延時(shí)。因?yàn)樯仙厥峭ㄟ^(guò)外接上拉無(wú)源電阻對(duì)負(fù)載充電，所以當(dāng)電阻選擇小時(shí)延時(shí)就小，但功耗大；反之延時(shí)大功耗小。所以如果對(duì)延時(shí)有要求，則建議用下降沿輸出。
?
?
5，TTL和COMS電路比較：
1）TTL電路是電流控制器件，而coms電路是電壓控制器件。
2）TTL電路的速度快，傳輸延遲時(shí)間短(5-10ns)，但是功耗大。COMS電路的速度慢，傳輸延遲時(shí)間長(zhǎng)(25-50ns),但功耗低。COMS電路本身的功耗與輸入信號(hào)的脈沖頻率有關(guān)，頻率越高，芯片集越熱，這是正常現(xiàn)象。
3）COMS電路的鎖定效應(yīng)：
COMS電路由于輸入太大的電流，內(nèi)部的電流急劇增大，除非切斷電源，電流一直在增大。這種效應(yīng)就是鎖定效應(yīng)。當(dāng)產(chǎn)生鎖定效應(yīng)時(shí)，COMS的內(nèi)部電流能達(dá)到40mA以上，很容易燒毀芯片。
防御措施：?1）在輸入端和輸出端加鉗位電路，使輸入和輸出不超過(guò)不超過(guò)規(guī)定電壓。
2）芯片的電源輸入端加去耦電路，防止VDD端出現(xiàn)瞬間的高壓。
3）在VDD和外電源之間加線流電阻，即使有大的電流也不讓它進(jìn)去。
4）當(dāng)系統(tǒng)由幾個(gè)電源分別供電時(shí)，開(kāi)關(guān)要按下列順序：開(kāi)啟時(shí)，先開(kāi)啟COMS電路得電源，再開(kāi)啟輸入信號(hào)和負(fù)載的電源；關(guān)閉時(shí)，先關(guān)閉輸入信號(hào)和負(fù)載的電源，再關(guān)閉COMS電路的電源。
?
?
6，COMS電路的使用注意事項(xiàng)
1）COMS電路時(shí)電壓控制器件，它的輸入總抗很大，對(duì)干擾信號(hào)的捕捉能力很強(qiáng)。所以，不用的管腳不要懸空，要接上拉電阻或者下拉電阻，給它一個(gè)恒定的電平。
2）輸入端接低內(nèi)組的信號(hào)源時(shí)，要在輸入端和信號(hào)源之間要串聯(lián)限流電阻，使輸入的電流限制在1mA之內(nèi)。
3）當(dāng)接長(zhǎng)信號(hào)傳輸線時(shí)，在COMS電路端接匹配電阻。
4）當(dāng)輸入端接大電容時(shí)，應(yīng)該在輸入端和電容間接保護(hù)電阻。電阻值為R=V0/1mA.V0是外界電容上的電壓。
5）COMS的輸入電流超過(guò)1mA，就有可能燒壞COMS。
?
?
7，TTL門(mén)電路中輸入端負(fù)載特性（輸入端帶電阻特殊情況的處理）：
1）懸空時(shí)相當(dāng)于輸入端接高電平。因?yàn)檫@時(shí)可以看作是輸入端接一個(gè)無(wú)窮大的電阻。
2）在門(mén)電路輸入端串聯(lián)10K電阻后再輸入低電平，輸入端出呈現(xiàn)的是高電平而不是低電平。因?yàn)橛蒚TL門(mén)電路的輸入端負(fù)載特性可知，只有在輸入端接的串聯(lián)電阻小于910歐時(shí)，它輸入來(lái)的低電平信號(hào)才能被門(mén)電路識(shí)別出來(lái)，串聯(lián)電阻再大的話輸入端就一直呈現(xiàn)高電平。這個(gè)一定要注意。COMS門(mén)電路就不用考慮這些了。
?
?
8，TTL電路有集電極開(kāi)路OC門(mén)，MOS管也有和集電極對(duì)應(yīng)的漏極開(kāi)路的OD門(mén)，它的輸出就叫做開(kāi)漏輸出。OC門(mén)在截止時(shí)有漏電流輸出，那就是漏電流，為什么有漏電流呢？那是因?yàn)楫?dāng)三機(jī)管截止的時(shí)候，它的基極電流約等于0，但是并不是真正的為0，經(jīng)過(guò)三極管的集電極的電流也就不是真正的?0，而是約0。而這個(gè)就是漏電流。開(kāi)漏輸出：OC門(mén)的輸出就是開(kāi)漏輸出；OD門(mén)的輸出也是開(kāi)漏輸出。它可以吸收很大的電流，但是不能向外輸出的電流。所以，為了能輸入和輸出電流，它使用的時(shí)候要跟電源和上拉電阻一齊用。OD門(mén)一般作為輸出緩沖/驅(qū)動(dòng)器、電平轉(zhuǎn)換器以及滿足吸收大負(fù)載電流的需要。
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的知识扫盲_常用电平标准（TTL、CMOS、LVTTL、LVCMOS、ECL、PECL、LVPECL、RS232）的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問(wèn)題。
- 上一篇： 第二章：第二三节数据重构
- 下一篇： 蛮力法分硬币问题 c++ cpp