各種電平標準

本文格式為Word版，下載可任意編輯——各種電平標準

常用電平介紹

DDR內(nèi)存采用的是支持2.5V電壓的SSTL2標準

而對于比較老一些的SDRAM內(nèi)存來說它支持的則是3.3V的LVTTL標準.

現(xiàn)在常用的電平標準有TTL、CMOS、LVTTL、LVCMOS、ECL、PECL、LVPECL、RS232、RS485等，還有一些速度比較高的LVDS、GTL、PGTL、CML、HSTL、SSTL等。下面簡單介紹一下各自的供電電源、電平標準以及使用本卷須知。

TTL：Transistor-TransistorLogic三極管結(jié)構(gòu)。

Vcc：5V；VOH=2.4V；VOL=0.5V；VIH=2V；VIL=0.8V。

由于2.4V與5V之間還有很大空閑，對改善噪聲容限并沒什么好處，又會白白增大系統(tǒng)功耗，還會影響速度。所以后來就把一部分“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(LowVoltageTTL)。

3.3VLVTTL：Vcc：3.3V；VOH=2.4V；VOL=0.4V；VIH=2V；VIL=0.8V。

2.5VLVTTL：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，使用時查看芯片手冊就OK了。

TTL使用注意：TTL電平一般過沖都會比較嚴重，可能在始端串22歐或33歐電阻；TTL電平輸入腳懸空時是內(nèi)部認為是高電平。要下拉的話應(yīng)用1k以下電阻下拉。TTL輸出不能驅(qū)動CMOS輸入。

CMOS：ComplementaryMetalOxideSemiconductorPMOS+NMOS。

Vcc：5V；VOH=4.45V；VOL=0.5V；VIH=3.5V；VIL=1.5V。

相對TTL有了更大的噪聲容限，輸入阻抗遠大于TTL輸入阻抗。對應(yīng)3.3VLVTTL，出現(xiàn)了LVCMOS，可以與3.3V的LVTTL直接相互驅(qū)動。

3.3VLVCMOS：Vcc：3.3V；VOH=3.2V；VOL=0.1V；VIH=2.0V；VIL=0.7V。2.5VLVCMOS：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)，當輸入或輸入管腳高于VCC一定

常用電平介紹

值(譬如一些芯片是0.7V)時，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：EmitterCoupledLogic發(fā)射極耦合規(guī)律電路(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)動能力強，噪聲小，很簡單達到幾百M的應(yīng)用。但是功耗大，需要負電源。為簡化電源，出現(xiàn)了PECL(ECL結(jié)構(gòu)，改用正電壓供電)和LVPECL。

PECL：Pseudo/PositiveECL

Vcc=5V；VOH=4.12V；VOL=3.28V；VIH=3.78V；VIL=3.64V

LVPELC：LowVoltagePECL

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。中間可用交流耦合、電阻網(wǎng)絡(luò)或?qū)Ｓ眯酒M行轉(zhuǎn)換。以上三種均為射隨輸出結(jié)構(gòu)，必需有電阻拉到一個直流偏置電壓。(如多用于時鐘的LVPECL：直流匹配時用130歐上拉，同時用82歐下拉；交流匹配時用82歐上拉，同時用130歐下拉。但兩種方式工作后直流電平都在1.95V左右。)

前面的電平標準擺幅都比較大，為降低電磁輻射，同時提高開關(guān)速度又推出LVDS電平標準。

LVDS：LowVoltageDifferentialSignaling

差分對輸入輸出，內(nèi)部有一個恒流源3.5-4mA，在差分線上改變方向來表示0和1。通過外部的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：可以達到600M以上，PCB要求較高，差分線要求嚴格等長，差最好不超過10mil(0.25mm)。100歐電阻離接收端距離不能超過500mil，最好控制在300mil以內(nèi)。

下面的電平用的可能不是好多，篇幅關(guān)系，只簡單做一下介紹。假使感興趣的話可以聯(lián)系我。

CML：是內(nèi)部做好匹配的一種電路，不需再進行匹配。三極管結(jié)構(gòu)，也是差分線，速度能達到3G以上。只能點對點傳輸。

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。1.2V電源供電。

Vcc=1.2V；VOH=1.1V；VOL=0.4V；VIH=0.85V；VIL=0.75V

常用電平介紹

PGTL/GTL+：

Vcc=1.5V；VOH=1.4V；VOL=0.46V；VIH=1.2V；VIL=0.8V

HSTL是主要用于QDR存儲器的一種電平標準：一般有Vnot;CCIO=1.8V和Vnot;not;CCIO=1.5V。和上面的GTL相像，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。對參考電平要求比較高(1%精度)。

SSTL主要用于DDR存儲器。和HSTL基本一致。Vnot;not;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。對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，只簡單提一下：

RS232采用12-15V供電，我們電腦后面的串口即為RS232標準。+12V表示0，-12V表示1。可以用MAX3232等專用芯片轉(zhuǎn)換，也可以用兩個三極管加一些外圍電路進行反相和電壓匹配。

RS485是一種差分結(jié)構(gòu)，相對RS232有更高的抗干擾能力。傳輸距離可以達到上千米。

1，TTL電平(什么是TTL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規(guī)律電平電壓接近于電源電壓，0規(guī)律電平接近于0V。而且具有很寬的噪聲容限。

3，電平轉(zhuǎn)換電路：

由于TTL和COMS的高低電平的值不一樣（ttl5v＝＝cmos3.3v），所以相互連接時需要電平的轉(zhuǎn)換：就是用兩個電阻對電平分壓，沒有什么高深的東西。哈哈

4，OC門，即集電極開路門電路，OD門，即漏極開路門電路，必需外界上拉電阻和電源才能將開關(guān)電平作為高低電平用。否則它一般只作為開關(guān)大電壓和大電流負載，所以又叫做驅(qū)動門電路。

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。

常用電平介紹

2）TTL電路的速度快，傳輸延遲時間短(5-10ns)，但是功耗大。COMS電路的速度慢，傳輸延遲時間長(25-50ns),但功耗低。COMS電路本身的功耗與輸入信號的脈沖頻率有關(guān)，頻率越高，芯片集越熱，這是正?，F(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)。當產(chǎn)生鎖定效應(yīng)時，COMS的內(nèi)部電流能達到40mA以上，很簡單燒毀芯片。

防衛(wèi)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不超過規(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去。

4）當系統(tǒng)由幾個電源分別供電時，開關(guān)要按以下順序：開啟時，先開啟COMS電路得電源，再開啟輸入信號和負載的電源；關(guān)閉時，先關(guān)閉輸入信號和負載的電源，再關(guān)閉COMS電路的電源。

6，COMS電路的使用本卷須知

1）COMS電路時電壓控制器件，它的輸入總抗很大，對干擾信號的捕獲能力很強。所以，不用的管腳不要懸空，要接上拉電阻或者下拉電阻，給它一個恒定的電平。

2）輸入端接低內(nèi)組的信號源時，要在輸入端和信號源之間要串聯(lián)限流電阻，使輸入的電流限制在1mA之內(nèi)。

3）當接長信號傳輸線時，在COMS電路端接匹配電阻。

4）當輸入端接大電容時，應(yīng)當在輸入端和電容間接保護電阻。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1mA，就有可能燒壞COMS。

7，TTL門電路中輸入端負載特性（輸入端帶電阻特別狀況的處理）：

1）懸空時相當于輸入端接高電平。由于這時可以看作是輸入端接一個無窮大的電阻。

2）在門電路輸入端串聯(lián)10K電阻后再輸入低電平，輸入端出浮現(xiàn)的是高電平而不是低電平。由于由TTL門電路的輸入端負載特性可知，只有在輸入端接的串聯(lián)電阻小于910歐時，它輸入來的低電平信號才能被門電路識別出來，串聯(lián)電阻再大的話輸入端就一直浮現(xiàn)高電平。這個一定要注意。COMS門電路就不用考慮這些了。

常用電平介紹

8，TTL電路有集電極開路OC門，MOS管也有和集電極對應(yīng)的漏極開路的OD門，它的輸出就叫做開漏輸出。OC門在截止時有漏電流輸出，那就是漏電流，為什么有漏電流呢？那是由于當三機管截止的時候，它的基極電流約等于0，但是并不是真正的為0，經(jīng)過三極管的集電極的電流也就不是真正的0，而是約0。而這個就是漏電流。開漏輸出：OC門的輸出就是開漏輸出；OD門的輸出也是開漏輸出。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，它使用的時候要跟電源和上拉電阻一齊用。OD門一般作為輸出緩沖/驅(qū)動器、電平轉(zhuǎn)換器以及滿足吸收大負載電流的需要。

9，什么叫做圖騰柱，它與開漏電路有什么區(qū)別？

TTL集成電路中，輸出有接上拉三極管的輸出叫做圖騰柱輸出，沒有的叫做OC門。由于TTL就是一個三級關(guān)，圖騰柱也就是兩個三級管推挽相連。所以推挽就是圖騰。一般圖騰式輸出，高電平400UA，低電平8MA

1.常用的電平轉(zhuǎn)換方案

(1)晶體管+上拉電阻法

就是一個雙極型三極管或MOSFET，C/D極接一個上拉電阻到正電源，輸入電平很靈活，輸出電平大致就是正電源電平。

(2)OC/OD器件+上拉電阻法

跟1)類似。適用于器件輸出剛好為OC/OD的場合。

(3)74xHCT系列芯片升壓(3.3V→5V)

凡是輸入與5VTTL電平兼容的5VCMOS器件都可以用作3.3V→5V電平轉(zhuǎn)換。

——這是由于3.3VCMOS的電平剛好和5VTTL電平兼容（巧合），而CMOS的輸出電平總是接近電源電平的。

廉價的選擇如74xHCT(HCT/AHCT/VHCT/AHCT1G/VHCT1G/...)系列(那個字母T就表示TTL兼容)。

(4)超限輸入降壓法(5V→3.3V,3.3V→1.8V,...)

凡是允許輸入電平超過電源的規(guī)律器件，都可以用作降低電平。

這里的“超限〞是指超過電源，大量較古老的器件都不允許輸入電壓超過電源，但越來越多的新器件取消了這個限制(改變了輸入級保護電路)。

例如，74AHC/VHC系列芯片，其datasheets明確注明“輸入電壓范圍為0~5.5V〞，假使采用3.3V供電，就可以實現(xiàn)5V→3.3V電平轉(zhuǎn)換。

常用電平介紹

(5)專用電平轉(zhuǎn)換芯片

最著名的就是164245，不僅可以用作升壓/降壓，而且允許兩邊電源不同步。這是最通用的電平轉(zhuǎn)換方案，但是也是很昂貴的(俺前不久買還是￥45/片，雖是零售，也貴的嚇人)，因此若非必要，最好用前兩個方案。

(6)電阻分壓法

最簡單的降低電平的方法。5V電平，經(jīng)1.6k+3.3k電阻分壓，就是3.3V。

(7)限流電阻法

假使嫌上面的兩個電阻太多，有時還可以只串聯(lián)一個限流電阻。某些芯片雖然原則上不允許輸入電平超過電源，但只要串聯(lián)一個限流電阻，保證輸入保護電流不超過極限(如74HC系列為20mA)，依舊是安全的。

(8)無為而無不為法

只要把握了電平兼容的規(guī)律。某些場合，根本就不需要特別的轉(zhuǎn)換。例如，電路中用到了某種5V規(guī)律器件，其輸入是3.3V電平，只要在選擇器件時選擇輸入為TTL兼容的，就不需要任何轉(zhuǎn)換，這相當于隱含適用了方法3)。

(9)比較器法

算是湊數(shù)，有人提出用這個而已，還有什么運放法就太惡搞了。

2.電平轉(zhuǎn)換的“五要素〞

(1)電平兼容

解決電平轉(zhuǎn)換問題，最根本的就是要解決規(guī)律器件接口的電平兼容問題。而電平兼容原則就兩條：

VOHVIH

VOLVIL

再簡單不過了！當然，考慮抗干擾能力，還必需有一定的噪聲容限：

|VOH-VIH|VN+

|VOL-VIL|VN-

常用電平介紹

其中，VN+和VN-表示正負噪聲容限