常用的电平转换方案

常用的电平转换方案
1，TTL电平(什么是TTL电平)：
输出高电平>2.4V,输出低电平<0.4V。

在室温下，一般输出高电平是3.5V，输出低电平是0.2V。

最小输入高电平和低电平：输入高电平>=2.0V，输入低电平<=0.8V，噪声容限是0.4V。

2，CMOS电平：
1逻辑电平电压接近于电源电压，0逻辑电平接近于0V。

而且具有很宽的噪声容限。

3，电平转换电路：
因为TTL和COMS的高低电平的值不一样（ttl 5v<＝＝>cmos 3.3v），所以互相连接时需要电平的转换：就是用两个电阻对电平分压，没有什么高深的东西。

哈哈
4，OC门，即集电极开路门电路，OD门，即漏极开路门电路，必须外界上拉电阻和电源才能将开关电平作为高低电平用。

否则它一般只作为开关大电压和大电流负载，所以又叫做驱动门电路。

5，TTL和COMS电路比较：
1）TTL电路是电流控制器件，而coms电路是电压控制器件。

2）TTL电路的速度快，传输延迟时间短(5-10ns)，但是功耗大。

COMS电路的速度慢，传输延迟时间长(25-50n s),但功耗低。

COMS电路本身的功耗与输入信号的脉冲频率有关，频率越高，芯片集越热，这是正常现象。

3）COMS电路的锁定效应：
COMS电路由于输入太大的电流，内部的电流急剧增大，除非切断电源，电流一直在增大。

这种效应就是锁定效应。

当产生锁定效应时，COMS的内部电流能达到40mA以上，很容易烧毁芯片。

防御措施：1）在输入端和输出端加钳位电路，使输入和输出不超过不超过规定电压。

2）芯片的电源输入端加去耦电路，防止VDD端出现瞬间的高压。

3）在VDD和外电源之间加线流电阻，即使有大的电流也不让它进去。

4）当系统由几个电源分别供电时，开关要按下列顺序：开启时，先开启COMS电路得电源，再开启输入信号和负载的电源；关闭时，先关闭输入信号和负载的电源，再关闭COMS电路的电源。

6，COMS电路的使用注意事项
1）COMS电路时电压控制器件，它的输入总抗很大，对干扰信号的捕捉能力很强。

所以，不用的管脚不要悬空，要接上拉电阻或者下拉电阻，给它一个恒定的电平。

2）输入端接低内组的信号源时，要在输入端和信号源之间要串联限流电阻，使输入的电流限制在1mA之内。

3）当接长信号传输线时，在COMS电路端接匹配电阻。

4）当输入端接大电容时，应该在输入端和电容间接保护电阻。

电阻值为R=V0/1mA.V0是外界电容上的电压。

5）COMS的输入电流超过1mA，就有可能烧坏COMS。

7，TTL门电路中输入端负载特性（输入端带电阻特殊情况的处理）：
1）悬空时相当于输入端接高电平。

因为这时可以看作是输入端接一个无穷大的电阻。

2）在门电路输入端串联10K电阻后再输入低电平，输入端出呈现的是高电平而不是低电平。

因为由TTL门电路的输入端负载特性可知，只有在输入端接的串联电阻小于910欧时，它输入来的低电平信号才能被门电路识别出来，串联电阻再大的话输入端就一直呈现高电平。

这个一定要注意。

COMS门电路就不用考虑这些了。

8，TTL电路有集电极开路OC门，MOS管也有和集电极对应的漏极开路的OD门，它的输出就叫做开漏输出。

OC门在截止时有漏电流输出，那就是漏电流，为什么有漏电流呢？那是因为当三机管截止的时候，它的基极电流约等于0，但是并不是真正的为0，经过三极管的集电极的电流也就不是真正的0，而是约0。

而这个就是漏电流。

开漏输出：OC门的输出就是开漏输出；OD门的输出也是开漏输出。

它可以吸收很大的电流，但是不能向外输出的电流。

所以，为了能输入和输出电流，它使用的时候要跟电源和上拉电阻一齐用。

OD门一般作为输出缓冲/驱动器、电平转换器以及满足吸收大负载电流的需要。

9，什么叫做图腾柱，它与开漏电路有什么区别？
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
1.常用的电平转换方案
(1) 晶体管+上拉电阻法
就是一个双极型三极管或 MOSFET，C/D极接一个上拉电阻到正电源，输入电平很灵活，输出电平大致就是正电源电平。

(2) OC/OD 器件+上拉电阻法
跟 1) 类似。

适用于器件输出刚好为 OC/OD 的场合。

(3) 74xHCT系列芯片升压 (3.3V→5V)
凡是输入与 5V TTL 电平兼容的 5V CMOS 器件都可以用作 3.3V→5V 电平转换。

——这是由于 3.3V CMOS 的电平刚好和5V TTL电平兼容（巧合），而 CMOS 的输出电平总是接近电源电平的。

廉价的选择如 74xHCT(HCT/AHCT/VHCT/AHCT1G/VHCT1G/...) 系列(那个字母 T 就表示 TTL 兼容)。

(4) 超限输入降压法 (5V→3.3V, 3.3V→1.8V, ...)
凡是允许输入电平超过电源的逻辑器件，都可以用作降低电平。

这里的“超限”是指超过电源，许多较古老的器件都不允许输入电压超过电源，但越来越多的新器件取消了这个限制(改变了输入级保护电路)。

例如，74AHC/VHC 系列芯片，其 datasheets 明确注明“输入电压范围为0~5.5V”，如果采用 3.3V 供电，就可以实现 5V→3.3V 电平转换。

(5) 专用电平转换芯片
最著名的就是 164245，不仅可以用作升压/降压，而且允许两边电源不同步。

这是最通用的电平转换方案，但是也是很昂贵的(俺前不久买还是￥45/片，虽是零售，也贵的吓人)，因此若非必要，最好用前两个方案。

(6) 电阻分压法
最简单的降低电平的方法。

5V电平，经1.6k+3.3k电阻分压，就是3.3V。

(7) 限流电阻法
如果嫌上面的两个电阻太多，有时还可以只串联一个限流电阻。

某些芯片虽然原则上不允许输入电平超过电源，但只要串联一个限流电阻，保证输入保护电流不超过极限(如 74HC 系列为 20mA)，仍然是安全的。

(8) 无为而无不为法
只要掌握了电平兼容的规律。

某些场合，根本就不需要特别的转换。

例如，电路中用到了某种 5V 逻辑器件，其输入是 3.3V 电平，只要在选择器件时选择输入为 TTL 兼容的，就不需要任何转换，这相当于隐含适用了方法3)。

(9) 比较器法
算是凑数，有人提出用这个而已，还有什么运放法就太恶搞了。

2. 电平转换的“五要素”
(1) 电平兼容
解决电平转换问题，最根本的就是要解决逻辑器件接口的电平兼容问题。

而电平兼容原则就两条：
VOH > VIH
VOL < VIL
再简单不过了！当然，考虑抗干扰能力，还必须有一定的噪声容限：
|VOH-VIH| > VN+
|VOL-VIL| > VN-
其中，VN+和VN-表示正负噪声容限。

只要掌握这个原则，熟悉各类器件的输入输出特性，可以很自然地找到合理方案，如前面的方案(3)(4)都是正确利用器件输入特性的例子。

(2) 电源次序
多电源系统必须注意的问题。

某些器件不允许输入电平超过电源，如果没有电源时就加上输入，很可能损坏芯片。

这种场合性能最好的办法可能就是方案(5)——164245。

如果速度允许，方案(1)(7)也可以考虑。

(3) 速度/频率
某些转换方式影响工作速度，所以必须注意。

像方案(1)(2)(6)(7)，由于电阻的存在，通过电阻给负载电容充电，必然会影响信号跳沿速度。

为了提高速度，就必须减小电阻，这又会造成功耗上升。

这种场合方案(3)(4)是比较理想的。

(4) 输出驱动能力
如果需要一定的电流驱动能力，方案(1)(2)(6)(7)就都成问题了。

这一条跟上一条其实是一致的，因为速度问题的关键就是对负载电容的充电能力。

(5) 路数
某些方案元器件较多，或者布线不方便，路数多了就成问题了。

例如总线地址和数据的转换，显然应该用方案(3)(4)，采用总线缓冲器芯片(245,541,16245...)，或者用方案(5)。

如果只有一两个信号要转换，弄个16245固然罗嗦，就是74AHC04之类的SO-14的芯片，也嫌大了，这是可以考虑 TI 或 Onsemi 的单/双门逻辑系列，如 74AHC1G04, 74AHCT1G04...可以节省板面积、优化布线。

(6) 成本&供货
前面说的164245就存在这个问题。

“五要素”冒出第6个，因为这是非技术因素，而且太根本了，以至于可
以忽略。

对TTL电平来说，主要是用在VDD=5V时，其定义一般位VH=2.4V, VL=0.4V.注意其高低电平的定义是常数，就是说不论电源是5V还是3V，高低电平是确定的。

（其高低电平的的中间线为1.4V,不随VDD变化而变化）
对CMOS电平来说，其定义一般为VH=80%VDD（或70%VDD），VL=20%VDD（30%VDD）。

他的高低电平是跟VDD有关的，是个百分比关系。

其高低电平的的中间线为50%VDD,随VDD变化而变化。

TTL电平：
输出高电平 〉2.4V 输出低电平 〈0.4V
在室温下，一般输出高电平是3.5V 输出低电平是0.2V。

最小输入高电平和低电平
输入高电平 〉=2.0V 输入低电平 《=0.8V
它的噪声容限是0.4V.
CMOS电平：
1逻辑电平电压接近于电源电压，0逻辑电平接近于0V。

而且具有很宽的噪声容限。

电平转换电路：因为TTL和COMS的高低电平的值不一样（ttl 5v《＝＝》cmos 3。

3v），所以互相连接时需要电平的转换：就
是用两个电阻对电平分压，没有什么高深的东西。

OC门，即集电极开路门电路，它必须外界上拉电阻和电源才能将开关电平作为高低电平用。

否则它一般只作为开关大电压和
大电流负载，所以 又叫做驱动门电路。

TTL和COMS电路比较：
1、TTL电路是电流控制器件，而coms电路是电压控制器件。

2、TTL电路的速度快，传输延迟时间短(5-10ns)，但是功耗大。

COMS电路的速度慢，传输延迟时间长(25--50ns),但功耗低。

COMS电路本身的功耗与输入信号的脉冲频率有关，频率越高，芯片集越热，这是正常现象。

3、COMS电路的锁定效应：
COMS电路由于输入太大的电流，内部的电流急剧增大，除非切断电源，电流一直在增大。

这种效应就是锁定效应。

当产生
锁定效应时，COMS的内部电流能达到40mA以上，很容易烧毁芯片。

防御措施：
(1)、在输入端和输出端加钳位电路，使输入和输出不超过不超过规定电压。

(2)、芯片的电源输入端加去耦电路，防止VDD端出现瞬间的高压。

(3)、在VDD和外电源之间加线流电阻，即使有大的电流也不让它进去。

(4)、当系统由几个电源分别供电时，开关要按下列顺序：开启时，先开启COMS电路得电源，再开启输入信号和负载的电
源；关闭时，先关闭输入信号和负载的电源，再关闭COMS电路的电源。

4、COMS电路的使用注意事项
(1)、COMS电路时电压控制器件，它的输入总抗很大，对干扰信号的捕捉能力很强。

所以，不用的管脚不要悬空，要接上拉
电阻或者下拉电阻，给它一个恒定的电平。

(2)、输入端接低内组的信号源时，要在输入端和信号源之间要串联限流电阻，使输入的电流限制在1mA之内。

(3)、当接长信号传输线时，在COMS电路端接匹配电阻。

(4)、当输入端接大电容时，应该在输入端和电容间接保护电阻。

电阻值为R=V0/1mA.V0是外界电容上的电压。

(5)、COMS的输入电流超过1mA，就有可能烧坏COMS。

5、TTL门电路中输入端负载特性（输入端带电阻特殊情况的处理）：
1、悬空时相当于输入端接高电平。

因为这时可以看作是输入端接一个无穷大的电阻。

2、在门电路输入端串联10K电阻后再输入低电平，输入端出呈现的是高电平而不是低电平。

因为由TTL门电路的输入端负载
特性可知，只有在输入端接的串联电阻小于910欧时，它输入来的低电平信号才能被门电路识别出来，串联电阻再大的话输入
端就一直呈现高电平。

这个一定要注意。

COMS门电路就不用考虑这些了。

6、TTL电路有集电极开路OC门，MOS管也有和集电极对应的漏极开路的OD门，它的输出就叫做开漏输出。

OC门在截止时有漏电流输出，那就是漏电流，为什么有漏电流呢？那是因为当三机管截止的时候，它的基极电流约等于
0，但是并不是真正的为0，经过三极管的集电极的电流也就不是真正的0，而是约0。

而这个就是漏电流。

开漏输出：OC门的输出就是开漏输出；OD门的输出也是开漏输出。

它可以吸收很大的电流，但是不能向外输出的电流。

所
以，为了能输入和输出电流，它使用的时候要跟电源和上拉电阻一齐用。

OD门一般作为输出缓冲/驱动器、电平转换器以及满足吸收大负载电流的需要。

7、什么叫做图腾柱，它与开漏电路有什么区别？
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 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
TTL电平（L电平：小于等于0.8V ；H电平：大于等于2V）
COMS电平（L电平：小于等于0.3Vcc ；H电平：大于等于0.7Vcc）
CMOS 器件不用的输入端必须连到高电平或低电平, 这是因为 CMOS 是高输入阻抗器件, 理想状态是没有输入电流
的. 如果不用的输入引脚悬空, 很容易感应到干扰信号, 影响芯片的逻辑运行, 甚至静电积累永久性的击穿这个输入端, 造成芯片失效.
另外, 只有 4000 系列的 CMOS 器件可以工作在 15伏电源下, 74HC, 74HCT 等都只能工作在 5伏电源下, 现在已经有工作在 3伏和 2.5伏电源下的 CMOS 逻辑电路芯片了.
CMOS电平和TTL电平: CMOS电平电压范围在3～15V，比如4000系列当5V供电时，输出在4.6以上为高电平，输出在0.05V以下为低电平。

输入在3.5V以上为高电 平，输入在1.5V以下为低电平。

而对于TTL芯片，供电范围在0～5V，常见都是5V，如74系列5V供电，输出在2.7V以上为高电平，输出在 0.5V以下为低电平，输入在2V以上为高电平，在0.8V以下为低电平。

因此，CMOS电路与TTL电路就有一个电平转换的问题，使两者电平域值能匹 配。

有关逻辑电平的一些概念 ：
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<Vil，而如果输入电平在阈值上下，也就是Vil～Vih这个区域，电路的输出会处于不稳定状态。

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（5V TTL和5V CMOS）、3.3V系列，2.5V系列和1.8V 系列。

·5V TTL和5V CMOS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。