电平分类及区别.docx
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电平分类及区别
电平分类及区别 2010-03-2811:
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最近做一个设计的管脚约束，要设置端口标准，涉及到各种电平标准：
TTL和LVTTL的转换电平是相同的,TTL产生于1970年代初,当时逻辑电路的电源电压标准只有5V一种,TTL的高电平干扰容限比低电平干扰容限大.CMOS在晚十几年后才形成规模生产,转换电平是电源电压的一半.1990年代才产生了3.3V/2.5V等不同的电源标准,于是重新设计了一部分TTL电路成为LVTTL.
下面总结一下各电平标准。
和新手以及有需要的人共享一下^_^.
现在常用的电平标准有TTL、CMOS、LVTTL、LVCMOS、ECL、PECL、LVPECL、RS232、RS485等，还有一些速度比较高的LVDS、GTL、PGTL、CML、HSTL、SSTL等。
下面简单介绍一下各自的供电电源、电平标准以及使用注意事项。
TTL：
Transistor-TransistorLogic三极管结构。
Vcc：
5V；VOH>=2.4V；VOL<=0.5V；VIH>=2V；VIL<=0.8V。
因为2.4V与5V之间还有很大空闲，对改善噪声容限并没什么好处，又会白白增大系统功耗，还会影响速度。
所以后来就把一部分“砍”掉了。
也就是后面的LVTTL。
LVTTL又分3.3V、2.5V以及更低电压的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不常用就先不讲了。
多用在处理器等高速芯片，使用时查看芯片手册就OK了。
TTL使用注意：
TTL电平一般过冲都会比较严重，可能在始端串22欧或33欧电阻；TTL电平输入脚悬空时是内部认为是高电平。
要下拉的话应用1k以下电阻下拉。
TTL输出不能驱动CMOS输入。
CMOS：
ComplementaryMetalOxideSemiconductorPMOS+NMOS。
Vcc：
5V；VOH>=4.45V；VOL<=0.5V；VIH>=3.5V；VIL<=1.5V。
相对TTL有了更大的噪声容限，输入阻抗远大于TTL输入阻抗。
对应3.3VLVTTL，出现了LVCMOS，可以与3.3V的LVTTL直接相互驱动。
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结构内部寄生有可控硅结构，当输入或输入管脚高于VCC一定值（比如一些芯片是0.7V）时，电流足够大的话，可能引起闩锁效应，导致芯片的烧毁。
ECL：
EmitterCoupledLogic发射极耦合逻辑电路
逻辑电平种类
一、逻辑电平的一些基本概念
要了解逻辑电平的内容，首先要知道以下几个概念的含义：
1、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。
2、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。
3、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。
4、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。
5、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 对于一般的逻辑电平，以上参数的关系如下：
Voh>Vih>Vt>Vil>Vol。
6、Ioh：
逻辑门输出为高电平时的负载电流（为拉电流）。
7、Iol：
逻辑门输出为低电平时的负载电流（为灌电流）。
8、Iih：
逻辑门输入为高电平时的电流（为灌电流）。
9、Iil：
逻辑门输入为低电平时的电流（为拉电流）。
10、OC、OD、OE门
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门称为集电极开路（OC）；
开路的CMOS门称为漏极开路（OD）；
开路的ECL门称为发射极开路（OE）；
开路门使用时必须外接上拉电阻（OC、OD门）或下拉电阻（OE门），才能将它们的开关电平作为高低电平用，否则它们只为大电压和大电流负载提供开关，所以又叫做驱动门电路。
对于集电极开路（OC）门，其上拉电阻阻值RL应满足下面条件：
RL<（VCC－Voh）/（n*Ioh＋m*Iih）
RL>（VCC－Vol）/（Iol＋m*Iil）
其中n表示线与的开路门数；m表示被驱动的输入端数。
11、图腾柱
TTL集成电路中，输出有接上拉三极管的输出叫做图腾柱输出，没有的叫做OC门。
因为TTL就是一个三级管开关，图腾柱也就是两个三级管推挽相连。
所以推挽就是图腾。
一般图腾式输出，高电平400uA，低电平8mA
二、逻辑电平分类
逻辑电平有TTL、CMOS、LVTTL、LVCMOS、ECL、PECL、LVDS、GTL、BTL、ETL、GTLP、RS232、RS422、RS485等。
缩写与英文对照如下：
TTL：
Transistor-TransistorLogic
CMOS：
ComplementaryMetalOxideSemicondutor
LVTTL：
LowVoltageTTL
LVCMOS：
LowVoltageCMOS
ECL：
EmitterCoupledLogic，
PECL：
Pseudo/PositiveEmitterCoupledLogic
LVDS：
LowVoltageDifferentialSignaling
GTL：
GunningTransceiverLogic
BTL：
BackplaneTransceiverLogic
ETL：
enhancedtransceiverlogic
GTLP：
GunningTransceiverLogicPlus
三、常用逻辑电平分类
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（5VTTL和5VCMOS）、3.3V系列、2.5V系列和1.8V系列。
*5VTTL和5VCMOS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。
四、其它电平标准
JEDEC组织在定义3.3V的逻辑电平标准时,定义了LVTTL和LVCMOS逻辑电平标准。
LVTTL逻辑电平标准的输入输出电平与5VTTL逻辑电平标准的输入输出电平很接近,从而给它们之间的互连带来了方便。
LVTTL逻辑电平定义的工作电压范围是3.0－3.6V。
LVCMOS逻辑电平标准是从5VCMOS逻辑电平关注移植过来的,所以它的Vih、Vil和Voh、Vol与工作电压有关。
LVCMOS逻辑电平定义的工作电压范围是2.7－3.6V。
5V的CMOS逻辑器件工作于3.3V时,其输入输出逻辑电平即为LVCMOS逻辑电平,它的Vih大约为0.7×VCC＝2.31V左右,由于此电平与LVTTL的Voh（2.4V）之间的电压差太小,使逻辑器件工作不稳定性增加,所以一般不推荐使用5VCMOS器件工作于3.3V电压的工作方式。
由于相同的原因,使用LVCMOS输入电平参数的3.3V逻辑器件也很少。
JEDEC组织为了加强在3.3V上各种逻辑器件的互连和3.3V与5V逻辑器件的互连,在参考LVCMOS和LVTTL逻辑电平标准的基础上,又定义了一种标准,其名称即为3.3V逻辑电平标准。
3.3V逻辑电平标准的参数其实和LVTTL逻辑电平标准的参数差别不大,只是它定义的Vol可以很低（0.2V）,另外,它还定义了其Voh最高可以到VCC-0.2V,所以3.3V逻辑电平标准可以包容LVCMOS的输出电平。
在实际使用当中,对LVTTL标准和3.3V逻辑电平标准并不太区分,某些地方用LVTTL电平标准来替代3.3V逻辑电平标准,一般是可以的。
低电压的逻辑电平还有1.8V、1.5V、1.2V的逻辑电平。
关于逻辑电平的详细分类
逻辑电平
逻辑电平简介
逻辑电平有：
TTL、CMOS、LVTTL、LVCMOS、ECL、PECL、LVDS、GTL、BTL、ETL、GTLP；RS232、RS422、RS485等。
图1－1：
常用逻辑系列器件
TTL：
Transistor-TransistorLogic
CMOS：
ComplementaryMetalOxideSemicondutor
LVTTL：
LowVoltageTTL
LVCMOS：
LowVoltageCMOS
ECL：
EmitterCoupledLogic，
PECL：
Pseudo/PositiveEmitterCoupledLogic
LVDS：
LowVoltageDifferentialSignaling
GTL：
GunningTransceiverLogic
BTL：
BackplaneTransceiverLogic
ETL：
enhancedtransceiverlogic
GTLP：
GunningTransceiverLogicPlus
TI的逻辑器件系列有：
74、74HC、74AC、74LVC、74LVT等
S-SchottkyLogic
LS-Low-PowerSchottkyLogic
CD4000-CMOSLogic4000
AS-AdvancedSchottkyLogic
74F-FastLogic
ALS-AdvancedLow-PowerSchottkyLogic
HC/HCT-High-SpeedCMOSLogic
BCT-BiCMOSTechnology
AC/ACT-AdvancedCMOSLogic
FCT-FastCMOSTechnology
ABT-AdvancedBiCMOSTechnologyBi（铋）
LVT-Low-VoltageBiCMOSTechnology
LVC-LowVoltageCMOSTechnology
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