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)。
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
·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。
一个有关于电压的标准
相对于内存而言
DDR内存采用的是支持2.5V电压的SSTL2标准
而对于比较老一些的SDRAM内存来说它支持的则是3.3V的LVTTL标准.
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。
(VIH是指高电平的电压值,VIL是指第一个输入电压信号)
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(差分结构)
Vcc=0V;Vee:
-5.2V;VOH=-0.88V;VOL=-1.72V;VIH=-1.24V;VIL=-1.36V。
速度快,驱动能力强,噪声小,很容易达到几百M的应用。
但是功耗大,需要负电源。
为简化电源,出现了PECL(ECL结构,改用正电压供电)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:
不同电平不能直接驱动。
中间可用交流耦合、电阻网络或专用芯片进行转换。
以上三种均为射随输出结构,必须有电阻拉到一个直流偏置电压。
(如多用于时钟的LVPECL:
直流匹配时用130欧上拉,同时用82欧下拉;交流匹配时用82欧上拉,同时用130欧下拉。
但两种方式工作后直流电平都在1.95V左右。
)
前面的电平标准摆幅都比较大,为降低电磁辐射,同时提高开关速度又推出LVDS电平标准。
LVDS:
LowVoltageDifferentialSignaling
差分对输入输出,内部有一个恒流源3.5-4mA,在差分线上改变方向来表示0和1。
通过外部的100欧匹配电阻(并在差分线上靠近接收端)转换为±350mV的差分电平。
LVDS使用注意:
可以达到600M以上,PCB要求较高,差分线要求严格等长,差最好不超过10mil(0.25mm)。
100欧电阻离接收端距离不能超过500mil,最好控制在300mil以内。
下面的电平用的可能不是很多,篇幅关系,只简单做一下介绍。
如果感兴趣的话可以联系我。
CML:
是内部做好匹配的一种电路,不需再进行匹配。
三极管结构,也是差分线,速度能达到3G以上。
只能点对点传输。
GTL:
类似CMOS的一种结构,输入为比较器结构,比较器一端接参考电平,另一端接输入信号。
1.2V电源供电。
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存储器的一种电平标准:
一般有V¬CCIO=1.8V和V¬¬CCIO=1.5V。
和上面的GTL相似,输入为比较器结构,比较器一端接参考电平(VCCIO/2),另一端接输入信号。
对参考电平要求比较高(1%精度)。
SSTL主要用于DDR存储器。
和HSTL基本相同。
V¬¬CCIO=2.5V,输入为比较器结构,比较器一端接参考电平1.25V,另一端接输入信号。
对参考电平要求比较高(1%精度)。
HSTL和SSTL大多用在300M以下。
RS232和RS485基本和大家比较熟了,只简单提一下:
RS232采用±12-15V供电,我们电脑后面的串口即为RS232标准。
+12V表示0,-12V表示1。
可以用MAX3232等专用芯片转换,也可以用两个三极管加一些外围电路进行反相和电压匹配。
RS485是一种差分结构,相对RS232有更高的抗干扰能力。
传输距离可以达到上千米
TTL和CMOS逻辑器件
逻辑器件的分类方法有很多,下面以逻辑器件的功能、工艺特点和逻辑电平等方法来进行简单描述。
:
TTL和CMOS器件的功能分类
按功能进行划分,逻辑器件可以大概分为以下几类:
门电路和反相器、选择器、译码器、计数器、寄存器、触发器、锁存器、缓冲驱动器、收发器、总线开关、背板驱动器等。
1:
门电路和反相器
逻辑门主要有与门74X08、与非门74X00、或门74X32、或非门74X02、异或门74X86、反相器74X04等。
2:
选择器
选择器主要有2-1、4-1、8-1选择器74X157、74X153、74X151等。
3:
编/译码器
编/译码器主要有2/4、3/8和4/16译码器74X139、74X138、74X154等。
4:
计数器
计数器主要有同步计数器74X161和异步计数器74X393等。
5:
寄存器
寄存器主要有串-并移位寄存器74X164和并-串寄存器74X165等。
6:
触发器
触发器主要有J-K触发器、带三态的D触发器74X374、不带三态的D触发器74X74、施密特触发器等。
7:
锁存器
锁存器主要有D型锁存器74X373、寻址锁存器74X259等。
8:
缓冲驱动器
缓冲驱动器主要有带反向的缓冲驱动器74X240和不带反向的缓冲驱动器74X244等。
9:
收发器
收发器主要有寄存器收发器74X543、通用收发器74X245、总线收发器等。
10:
总线开关
总线开关主要包括总线交换和通用总线器件等。
11:
背板驱动器
背板驱动器主要包括TTL或LVTTL电平与GTL/GTL+(GTLP)或BTL之间的电平转换器件。
:
TTL和CMOS逻辑器件的工艺分类特点
按工艺特点进行划分,逻辑器件可以分为Bipolar、CMOS、BiCMOS等工艺,其中包括器件系列有:
Bipolar(双极)工艺的器件有:
TTL、S、LS、AS、F、ALS。
CMOS工艺的器件有:
HC、HCT、CD40000、ACL、FCT、LVC、LV、CBT、ALVC、AHC、AHCT、CBTLV、AVC、GTLP。
BiCMOS工艺的器件有:
BCT、ABT、LVT、ALVT。
:
TTL和CMOS逻辑器件的电平分类特点
TTL和CMOS的电平主要有以下几种:
5VTTL、5VCMOS(Vih≥0.7*Vcc,Vil≤0.3*Vcc