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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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