1、TTL電平和CMOS電平總結TTL電平和CMOS電平總結1，TTL電平：輸出高電平2.4V,輸出低電平=2.0V，輸入低電平=0.8V，噪聲容限是0.4V。2，CMOS電平：1邏輯電平電壓接近于電源電壓，0邏輯電平接近于0V。而且具有很寬的噪聲容限。3，電平轉換電路：因為TTL和COMS的高低電平的值不一樣（ttl 5vcmos 3.3v），所以互相連接時需要電平的轉換4，OC門，即集電極開路門電路，OD門，即漏極開路門電路，必須外界上拉電阻和電源才能將開關電平作為高低電平用。否則它一般只作為開關大電壓和大電流負載，所以又叫做驅動門電路。5，TTL和COMS電路比較： 1）TTL電路是電流控制

2、器件，而coms電路是電壓控制器件。 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，頻率越高，芯片集越熱，這是正常現象。 3）COMS電路的鎖定效應： COMS電路由于輸入太大的電流，內部的電流急劇增大，除非切斷電源，電流一直在增大。這種效應就是鎖定效應。當產生鎖定效應時，COMS的內部電流能達到40mA以上，很容易燒毀芯片。防御措施： 1）在輸入端和輸出端加鉗位電路，使輸入和輸出不超過規定電壓。 2）芯片的電源輸入端加去耦電路，防止VDD端出現瞬間的高壓。

3、3）在VDD和外電源之間加限流電阻，即使有大的電流也不讓它進去。 4）當系統由幾個電源分別供電時，開關要按下列順序：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；關閉時，先關閉輸入信號和負載的電源，再關閉COMS電路的電源。6，COMS電路的使用注意事項 1）COMS電路時電壓控制器件，它的輸入總抗很大，對干擾信號的捕捉能力很強。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）輸入端接低內阻的信號源時，要在輸入端和信號源之間要串聯限流電阻，使輸入的電流限制在1mA之內。 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，

4、應該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（輸入端帶電阻特殊情況的處理）： 1）懸空時相當于輸入端接高電平。因為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10K電阻后再輸入低電平，輸入端出呈現的是高電平而不是低電平。因為由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，串聯電阻再大的話輸入端就一直呈現高電平。這個一定要注意。COMS門電路就不用考慮這些了。8，TTL電路有集電極

5、開路OC門，MOS管也有和集電極對應的漏極開路的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？那是因為當三極管截止的時候，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/驅動器、電平轉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別？ TTL集成電路中，輸出有接

6、上拉三極管的輸出叫做圖騰柱輸出，沒有的叫做OC門。因為TTL就是一個三級關，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要了解邏輯電平的內容，首先要知道以下幾個概念的含義： 1：輸入高電平（Vih）：保證邏輯門的輸入為高電平時所允許的最小輸入高電平，當輸入電平高于Vih時，則認為輸入電平為高電平。 2：輸入低電平（Vil）：保證邏輯門的輸入為低電平時所允許的最大輸入低電平，當輸入電平低于Vil時，則認為輸入電平為低電平。 3：輸出高電平（Voh）：保證邏輯門的輸出為高電平時的輸出電平的最小值，邏輯門的輸出為高電平時的電平值都必須大于此Voh。

7、 4：輸出低電平（Vol）：保證邏輯門的輸出為低電平時的輸出電平的最大值，邏輯門的輸出為低電平時的電平值都必須小于此Vol。 5：閥值電平(Vt)：數字電路芯片都存在一個閾值電平，就是電路剛剛勉強能翻轉動作時的電平。它是一個界于Vil、Vih之間的電壓值，對于CMOS電路的閾值電平，基本上是二分之一的電源電壓值，但要保證穩定的輸出，則必須要求輸入高電平 Vih，輸入低電平對于一般的邏輯電平，以上參數的關系如下：Voh Vih Vt Vil Vol。 6：Ioh：邏輯門輸出為高電平時的負載電流（為拉電流）。 7：Iol：邏輯門輸出為低電平時的負載電流（為灌電流）。 8：Iih：邏輯門輸入為高電平

8、時的電流（為灌電流）。 9：Iil：邏輯門輸入為低電平時的電流（為拉電流）。門電路輸出極在集成單元內不接負載電阻而直接引出作為輸出端，這種形式的門稱為開路門。開路的TTL、CMOS、ECL門分別稱為集電極開路（OC）、漏極開路（OD）、發射極開路（OE），使用時應審查是否接上拉電阻（OC、OD門）或下拉電阻（OE門），以及電阻阻值是否合適。對于集電極開路（OC）門，其上拉電阻阻值RL應滿足下面條件：（1）：RL （VCCVol）/（Iolm*Iil）其中n：線與的開路門數；m：被驅動的輸入端數。常用的邏輯電平邏輯電平：有TTL、CMOS、LVTTL、ECL、PECL、GTL；RS232、RS4

9、22、LVDS等。其中TTL和CMOS的邏輯電平按典型電壓可分為四類：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邏輯電平是通用的邏輯電平。3.3V及以下的邏輯電平被稱為低電壓邏輯電平，常用的為LVTTL電平。低電壓的邏輯電平還有2.5V和1.8V兩種。ECL/PECL和LVDS是差分輸入輸出。RS-422/485和RS-232是串口的接口標準，RS-422/485是差分輸入輸出，RS-232是單端輸入輸出。TTL和CMOS的邏輯電平關系圖21：TTL和CMOS的邏輯電平圖上圖為5V TTL邏輯電平、5V CMOS邏輯電平、L

10、VTTL邏輯電平和LVCMOS邏輯電平的示意圖。5V TTL邏輯電平和5V CMOS邏輯電平是很通用的邏輯電平，注意他們的輸入輸出電平差別較大，在互連時要特別注意。另外5V CMOS器件的邏輯電平參數與供電電壓有一定關系，一般情況下，VohVcc-0.2V，Vih0.7Vcc；Vol0.1V，Vil0.3Vcc；噪聲容限較TTL電平高。JEDEC組織在定義3.3V的邏輯電平標準時，定義了LVTTL和LVCMOS邏輯電平標準。LVTTL邏輯電平標準的輸入輸出電平與5V TTL邏輯電平標準的輸入輸出電平很接近，從而給它們之間的互連帶來了方便。LVTTL邏輯電平定義的工作電壓范圍是3.03.6V。L

11、VCMOS邏輯電平標準是從5V CMOS邏輯電平關注移植過來的，所以它的Vih、Vil和Voh、Vol與工作電壓有關，其值如上圖所示。LVCMOS邏輯電平定義的工作電壓范圍是2.73.6V。5V的CMOS邏輯器件工作于3.3V時，其輸入輸出邏輯電平即為LVCMOS邏輯電平，它的Vih大約為0.7VCC2.31V左右，由于此電平與LVTTL的Voh（2.4V）之間的電壓差太小，使邏輯器件工作不穩定性增加，所以一般不推薦使用5V CMOS器件工作于3.3V電壓的工作方式。由于相同的原因，使用LVCMOS輸入電平參數的3.3V邏輯器件也很少。JEDEC組織為了加強在3.3V上各種邏輯器件的互連和3.

12、3V與5V邏輯器件的互連，在參考LVCMOS和LVTTL邏輯電平標準的基礎上，又定義了一種標準，其名稱即為3.3V邏輯電平標準，其參數如下：圖22：低電壓邏輯電平標準從上圖可以看出，3.3V邏輯電平標準的參數其實和LVTTL邏輯電平標準的參數差別不大，只是它定義的Vol可以很低（0.2V），另外，它還定義了其Voh最高可以到VCC-0.2V，所以3.3V邏輯電平標準可以包容LVCMOS的輸出電平。在實際使用當中，對LVTTL標準和3.3V邏輯電平標準并不太區分，某些地方用LVTTL電平標準來替代3.3V邏輯電平標準，一般是可以的。JEDEC組織還定義了2.5V邏輯電平標準，如上圖所示。另外，還

13、有一種2.5V CMOS邏輯電平標準，它與上圖的2.5V邏輯電平標準差別不大，可兼容。低電壓的邏輯電平還有1.8V、1.5V、1.2V的邏輯電平。TTL和CMOS邏輯器件邏輯器件的分類方法有很多，下面以邏輯器件的功能、工藝特點和邏輯電平等方法來進行簡單描述。TTL和CMOS器件的功能分類按功能進行劃分，邏輯器件可以大概分為以下幾類：門電路和反相器、選擇器、譯碼器、計數器、寄存器、觸發器、鎖存器、緩沖驅動器、收發器、總線開關、背板驅動器等。1：門電路和反相器邏輯門主要有與門74X08、與非門74X00、或門74X32、或非門74X02、異或門74X86、反相器74X04等。2：選擇器選擇器主要有

14、2-1、4-1、8-1選擇器74X157、74X153、74X151等。3：編/譯碼器編/譯碼器主要有2/4、3/8和4/16譯碼器74X139、74X138、74X154等。4：計數器計數器主要有同步計數器74X161和異步計數器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：觸發器觸發器主要有J-K觸發器、帶三態的D觸發器74X374、不帶三態的D觸發器74X74、施密特觸發器等。7：鎖存器鎖存器主要有D型鎖存器74X373、尋址鎖存器74X259等。8：緩沖驅動器緩沖驅動器主要有帶反向的緩沖驅動器74X240和不帶反向的緩沖驅動器74X

15、244等。9：收發器收發器主要有寄存器收發器74X543、通用收發器74X245、總線收發器等。10：總線開關總線開關主要包括總線交換和通用總線器件等。11：背板驅動器背板驅動器主要包括TTL或LVTTL電平與GTL/GTL+（GTLP）或BTL之間的電平轉換器件。TTL和CMOS邏輯器件的工藝分類特點按工藝特點進行劃分，邏輯器件可以分為Bipolar、CMOS、BiCMOS等工藝，其中包括器件系列有：Bipolar（雙極）工藝的器件有：TTL、S、LS、AS、F、ALS。CMOS工藝的器件有：HC、HCT、CD40000、ACL、FCT、LVC、LV、CBT、ALVC、AHC、AHCT、CB

16、TLV、AVC、GTLP。BiCMOS工藝的器件有：BCT、ABT、LVT、ALVT。TTL和CMOS邏輯器件的電平分類特點TTL和CMOS的電平主要有以下幾種：5VTTL、5VCMOS（Vih0.7*Vcc，Vil0.3*Vcc）、3.3V電平、2.5V電平等。5V的邏輯器件5V器件包含TTL、S、LS、ALS、AS、HCT、HC、BCT、74F、ACT、AC、AHCT、AHC、ABT等系列器件3.3V及以下的邏輯器件包含LV的和V系列及AHC和AC系列，主要有LV、AHC、AC、ALB、LVC、ALVC、LVT等系列器件。具體情況可以參考下圖：圖31：TI公司的邏輯器件示例圖包含特殊功能的

17、邏輯器件A總線保持功能（Bus hold）由內部反饋電路保持輸入端最后的確定狀態，防止因輸入端浮空的不確定而導致器件振蕩自激損壞；輸入端無需外接上拉或下拉電阻，節省PCB空間，降低了器件成本開銷和功耗，見圖63。ABT、LVT、ALVC、ALVCH、ALVTH、LVC、GTL系列器件有此功能。命名特征為附加了“H”如：74ABTH16244。圖32：總線保持功能圖 圖33：串行阻尼電阻圖B串聯阻尼電阻（series damping resistors）輸出端加入串聯阻尼電阻可以限流，有助于降低信號上沖/下沖噪聲，消除線路振鈴，改善信號質量。如圖64所示。具有此特征的ABT、LVC、LVT、AL

18、VC系列器件在命名中加入了“2”或“R”以示區別，如ABT162245，ALVCHR162245。對于單向驅動器件，串聯電阻加在其輸出端，命名如SN74LVC2244；對于雙向的收發器件，串聯電阻加在兩邊的輸出端，命名如SN74LVCR2245。C上電/掉電三態（PU3S，Power up/power down 3-state）即熱拔插性能。上電/掉電時器件輸出端為三態，Vcc閥值為2.1V；應用于熱拔插器件/板卡產品，確保拔插狀態時輸出數據的完整性。多數ABT、LVC、LVT、LVTH系列器件有此特征。DABT器件（Advanced BiCMOS Technology）結合了CMOS器件(如

19、HC/HCT、LV/LVC、ALVC、AHC/AHCT)的高輸入阻抗特性和雙極性器件(Bipolar，如TTL、LS、AS、ALS)輸出驅動能力強的特點。包括ABT、LVT、ALVT等系列器件，應用于低電壓，低靜態功耗環境。EVcc/GND對稱分布16位Widebus器件的重要特征，對稱配置引腳，有利于改善噪聲性能。AHC/AHCT、AVT、AC/ACT、CBT、LVT、ALVC、LVC、ALB系列16位Widebus器件有此特征。F分離軌器件（Split-rail）即雙電源器件，具有兩種電源輸入引腳VccA和VccB，可分別接5V或3.3V電源電壓。如ALVC164245、LVC4245等，

20、命名特征為附加了“4”。邏輯器件的使用指南1：多余不用輸入管腳的處理在多數情況下，集成電路芯片的管腳不會全部被使用。例如74ABT16244系列器件最多可以使用16路I/O管腳，但實際上通常不會全部使用，這樣就會存在懸空端子。所有數字邏輯器件的無用端子必須連接到一個高電平或低電平，以防止電流漂移（具有總線保持功能的器件無需處理不用輸入管腳）。究竟上拉還是下拉由實際器件在何種方式下功耗最低確定。244、16244經測試在接高電平時靜態功耗較小，而接地時靜態功耗較大，故建議其無用端子處理以通過電阻接電源為好，電阻值推薦為110K。2：選擇板內驅動器件的驅動能力，速度，不能盲目追求大驅動能力和高速的

21、器件，應該選擇能夠滿足設計要求，同時有一定的余量的器件，這樣可以減少信號過沖，改善信號質量。并且在設計時必須考慮信號匹配。3：在對驅動能力和速度要求較高的場合，如高速總線型信號線，可使用ABT、LVT系列。板間接口選擇ABT16244/245或LVTH16244 /245，并在母板兩端匹配，在不影響速度的條件下與母板接口盡量串阻，以抑制過沖、保護器件，典型電阻值為10- 200左右，另外，也可以使用并接二級管來進行處理，效果也不錯，如1N4148等（抗沖擊較好）。4：在總線達到產生傳輸線效應的長度后，應考慮對傳輸線進行匹配，一般采用的方式有始端匹配、終端匹配等。始端匹配是在芯片的輸出端串接電阻

22、，目的是防止信號畸變和地彈反射，特別當總線要透過接插件時，尤其須做始端匹配。內部帶串聯阻尼電阻的器件相當于始端匹配，由于其阻值固定，無法根據實際情況進行調整，在多數場合對于改善信號質量收效不大，故此不建議推薦使用。始端匹配推薦電阻值為1051 ，在實際使用中可根據IBIS模型模擬仿真確定其具體值。由于終端匹配網絡加重了總線負載，所以不應該因為匹配而使Buffer的實際驅動電流大于驅動器件所能提供的最大Source、Sink電流值。應選擇正確的終端匹配網絡，使總線即使在沒有任何驅動源時，其線電壓仍能保持在穩定的高電平。5：要注意高速驅動器件的電源濾波。如ABT、LVT系列芯片在布線時，建議在芯片

23、的四組電源引腳附近分別接0.1 或0.01 電容。6：可編程器件任何電源引腳、地線引腳均不能懸空；在每個可編程器件的電源和地間要并接0.1uF的去耦電容，去耦電容盡量靠近電源引腳，并與地形成盡可能小的環路。7：收發總線需有上拉電阻或上下拉電阻，保證總線浮空時能處于一個有效電平，以減小功耗和干擾。8：373/374/273等器件為工作可靠，鎖存時鐘輸入建議串入10200歐電阻。9：時鐘、復位等引腳輸入往往要求較高電平，必要時可上拉電阻。10：注意不同系列器件是否有帶電插拔功能及應用設計中的注意事項，在設計帶電插拔電路時請參考公司的單板帶電插拔設計規范。11：注意電平接口的兼容性。選用器件時要注意

24、電平信號類型，對于有不同邏輯電平互連的情況，請遵守本規范的相應的章節的具體要求。12：在器件工作過程中，為保證器件安全運行，器件引腳上的電壓及電流應嚴格控制在器件手冊指定的范圍內。邏輯器件的工作電壓不要超出它所允許的范圍。13：邏輯器件的輸入信號不要超過它所能允許的電壓輸入范圍，不然可能會導致芯片性能下降甚至損壞邏輯器件。14：對開關量輸入應串電阻，以避免過壓損壞。15：對于帶有緩沖器的器件不要用于線性電路，如放大器。TTL、CMOS器件的互連器件的互連總則在公司產品的某些單板上，有時需要在某些邏輯電平的器件之間進行互連。在不同邏輯電平器件之間進行互連時主要考慮以下幾點：1：電平關系，必須保證

25、在各自的電平范圍內工作，否則，不能滿足正常邏輯功能，嚴重時會燒毀芯片。2：驅動能力，必須根據器件的特性參數仔細考慮，計算和試驗，否則很可能造成隱患，在電源波動，受到干擾時系統就會崩潰。3：時延特性，在高速信號進行邏輯電平轉換時，會帶來較大的延時，設計時一定要充分考慮其容限。4：選用電平轉換邏輯芯片時應慎重考慮，反復對比。通常邏輯電平轉換芯片為通用轉換芯片，可靠性高，設計方便，簡化了電路，但對于具體的設計電路一定要考慮以上三種情況，合理選用。對于數字電路來說，各種器件所需的輸入電流、輸出驅動電流不同，為了驅動大電流器件、遠距離傳輸、同時驅動多個器件，都需要審查電流驅動能力：輸出電流應大于負載所需

26、輸入電流；另一方面，TTL、CMOS、ECL等輸入、輸出電平標準不一致，同時采用上述多種器件時應考慮電平之間的轉換問題。我們在電路設計中經常遇到不同的邏輯電平之間的互連，不同的互連方法對電路造成以下影響：對邏輯電平的影響。應保證合格的噪聲容限（VohminVihmin0.4V，VilmaxVolmax 0.4V)，并且輸出電壓不超過輸入電壓允許范圍。對上升/下降時間的影響。應保證Tplh和Tphl滿足電路時序關系的要求和EMC的要求。對電壓過沖的影響。過沖不應超出器件允許電壓絕對最大值，否則有可能導致器件損壞。TTL和CMOS的邏輯電平關系如上述圖所示：圖21：TTL和CMOS的邏輯電平圖；圖

27、22：低電壓邏輯電平標準 3.3V的邏輯電平標準如前面所述有三種，實際的3.3V TTL/CMOS邏輯器件的輸入電平參數一般都使用LVTTL或3.3V邏輯電平標準（一般很少使用LVCMOS輸入電平），輸出電平參數在小電流負載時高低電平可分別接近電源電壓和地電平（類似LVCMOS輸出電平），在大電流負載時輸出電平參數則接近LVTTL電平參數，所以輸出電平參數也可歸入3.3V邏輯電平，另外，一些公司的手冊中將其歸納如LVTTL的輸出邏輯電平，也可以。在下面討論邏輯電平的互連時，對3.3V TTL/CMOS的邏輯電平，我們就指的是3.3V邏輯電平或LVTTL邏輯電平。常用的TTL和CMOS邏輯電平分

28、類有：5V TTL、5V CMOS、3.3V TTL/CMOS、3.3V/5V Tol.、和OC/OD門。其中： 3.3V/5V Tol.是指輸入是3.3V邏輯電平，但可以忍受5V電壓的信號輸入。 3.3V TTL/CMOS邏輯電平表示不能輸入5V信號的邏輯電平，否則會出問題。注意某些5V的CMOS邏輯器件，它也可以工作于3.3V的電壓，但它與真正的3.3V器件（是LVTTL邏輯電平）不同，比如其VIH是2.31V（0.73.3V，工作于3.3V）（其實是LVCMOS邏輯輸入電平），而不是2.0V，因而與真正的3.3V器件互連時工作不太可靠，使用時要特別注意，在設計時最好不要采用這類工作方式。

29、值得注意的是有些器件有單獨的輸入或輸出電壓管腳，此管腳接3.3V的電壓時，器件的輸入或輸出邏輯電平為3.3V的邏輯電平信號，而當它接5V電壓時，輸入或輸出的邏輯電平為5V的邏輯電平信號，此時應該按該管腳上接的電壓的值來確定輸入和輸出的邏輯電平屬于哪種分類。對于可編程器件（EPLD和FPGA）的互連也要根據器件本身的特點并參考上述內容進行處理。以上5種邏輯電平類型之間的驅動關系如下表：上表中打鉤（）的表示邏輯電平直接互連沒有問題，打星號（?/FONT）的表示要做特別處理。對于打星號（?/FONT）的邏輯電平的互連情況，具體見后面說明。一般對于高邏輯電平驅動低邏輯電平的情況如簡單處理估計可以通過串接101K歐的電阻來實現，具體阻值可以通過試驗確定，如為可靠起見，可參考后面推薦的接法。從上表可看出OC/OD輸出加上拉電阻可以驅動所有邏輯電平，5V TTL和3.3V /5V Tol.可以被所有邏輯電平驅動。所以如果您的可編程邏輯器件有富裕的管腳，優先使用其OC/OD輸出加上拉電阻實現邏輯電平轉換；其次才用以下專門的邏輯器件轉換。 TI的AHCT系列器件為5V TTL輸入、5V CMOS輸出。 T