TTL、CMOS、LVTTL、LVCMOS等常见的电平标准

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。本文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。 ### 常见电平标准概述 随着电子技术的发展，不同的电平标准被设计出来以适应各种应用场景的需求。本文将详细介绍几种常见的电平标准：TTL（Transistor-Transistor Logic）、CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）、LVTTL（Low Voltage TTL）、LVCMOS（Low Voltage CMOS）等，并探讨它们的供电电源、电平标准以及使用时需要注意的事项。 ### 1. TTL (Transistor-Transistor Logic) #### 1.1 供电电源与电平标准 - **供电电压**：Vcc = 5V - **输出高电平**：VOH >= 2.4V - **输出低电平**：VOL <= 0.5V - **输入高电平**：VIH >= 2V - **输入低电平**：VIL <= 0.8V #### 1.2 使用注意事项 - **过冲问题**：由于TTL电平的过冲现象较为严重，可以在信号线路的始端串联一个22Ω或33Ω的电阻来减缓这个问题。 - **输入状态**：当TTL电平的输入脚处于悬空状态时，默认会被视为高电平，若需要将其设置为低电平，则需要使用1kΩ以下的电阻将其下拉至地。 - **兼容性问题**：TTL电平输出不能直接驱动CMOS输入，需要通过适当的转换电路实现。 ### 2. LVTTL (Low Voltage Transistor-Transistor Logic) LVTTL是为了适应低电压应用而发展起来的标准，主要有3.3V、2.5V等版本。 #### 2.1 3.3V LVTTL - **供电电压**：Vcc = 3.3V - **输出高电平**：VOH >= 2.4V - **输出低电平**：VOL <= 0.4V - **输入高电平**：VIH >= 2V - **输入低电平**：VIL <= 0.8V #### 2.2 2.5V LVTTL - **供电电压**：Vcc = 2.5V - **输出高电平**：VOH >= 2.0V - **输出低电平**：VOL <= 0.2V - **输入高电平**：VIH >= 1.7V - **输入低电平**：VIL <= 0.7V ### 3. CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) #### 3.1 供电电源与电平标准 - **供电电压**：Vcc = 5V - **输出高电平**：VOH >= 4.45V - **输出低电平**：VOL <= 0.5V - **输入高电平**：VIH >= 3.5V - **输入低电平**：VIL <= 1.5V #### 3.2 使用注意事项 - **闩锁效应**：CMOS内部存在可控硅结构，当输入电压高于Vcc一定值时，可能会引发闩锁效应，损坏芯片。因此，需要确保输入电压不要超出规定的范围。 - **输入阻抗**：CMOS的输入阻抗远大于TTL，这使得它更加适合于高速信号的传输。 ### 4. LVCMOS (Low Voltage CMOS) 为了与LVTTL兼容，开发出了LVCMOS。 #### 4.1 3.3V LVCMOS - **供电电压**：Vcc = 3.3V - **输出高电平**：VOH >= 3.2V - **输出低电平**：VOL <= 0.1V - **输入高电平**：VIH >= 2.0V - **输入低电平**：VIL <= 0.7V #### 4.2 2.5V LVCMOS - **供电电压**：Vcc = 2.5V - **输出高电平**：VOH >= 2.0V - **输出低电平**：VOL <= 0.1V - **输入高电平**：VIH >= 1.7V - **输入低电平**：VIL <= 0.7V ### 5. ECL (Emitter Coupled Logic) ECL是一种基于发射极耦合的逻辑电路，具有较高的速度和较强的驱动能力。 #### 5.1 供电电源与电平标准 - **供电电压**：Vcc = 0V，Vee = -5.2V - **输出高电平**：VOH = -0.88V - **输出低电平**：VOL = -1.72V - **输入高电平**：VIH = -1.24V - **输入低电平**：VIL = -1.36V #### 5.2 使用注意事项 - **电源需求**：ECL需要负电源供电，对于某些应用来说可能不够方便。 - **电平转换**：与其他电平标准之间不能直接驱动，需要通过专门的电路或芯片进行转换。 ### 6. PECL (Pseudo/Positive Emitter Coupled Logic) 和 LVPECL (Low Voltage PECL) 为了简化电源供应，PECL和LVPECL应运而生。 #### 6.1 PECL - **供电电压**：Vcc = 5V - **输出高电平**：VOH = 4.12V - **输出低电平**：VOL = 3.28V - **输入高电平**：VIH = 3.78V - **输入低电平**：VIL = 3.64V #### 6.2 LVPECL - **供电电压**：Vcc = 3.3V - **输出高电平**：VOH = 2.42V - **输出低电平**：VOL = 1.58V - **输入高电平**：VIH = 2.06V - **输入低电平**：VIL = 1.94V ### 7. LVDS (Low Voltage Differential Signaling) LVDS是一种采用差分信号传输的电平标准，能够显著降低电磁辐射，提高开关速度。 #### 7.1 供电电源与电平标准 - **信号幅度**：±350mV - **驱动方式**：内部含有一个恒流源，通过改变方向表示0和1 - **匹配电阻**：外部100Ω #### 7.2 使用注意事项 - **PCB布局**：使用LVDS时，PCB设计要求较高，特别是对差分线的等长要求非常严格。 - **匹配电阻位置**：100Ω的匹配电阻距离接收端的距离不宜超过500mil，最佳控制在300mil以内。 ### 结论 本文详细介绍了TTL、CMOS、LVTTL、LVCMOS、ECL、PECL、LVPECL以及LVDS等几种常见电平标准的特点、适用场景及使用注意事项。通过了解这些标准，可以帮助工程师们在设计电子系统时做出更合理的选择。此外，随着技术的进步，新的电平标准和技术仍在不断出现和发展，工程师们需要持续关注和学习最新的技术和标准。